信息通信新技術(shù)與互聯(lián)電網(wǎng)強(qiáng)耦結(jié)合的大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)

當(dāng)前，我國(guó)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)運(yùn)行特性發(fā)生深刻改變，電網(wǎng)調(diào)度控制面臨新的挑戰(zhàn)。一是特高壓長(zhǎng)距離、大功率輸電，跨越多個(gè)氣候區(qū)，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，亟需國(guó)分省各級(jí)調(diào)度同步掌控電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)；二是特高壓電網(wǎng)送受端、交直流強(qiáng)耦合，存在局部故障影響全局的安全風(fēng)險(xiǎn)，需要在全網(wǎng)層面實(shí)時(shí)進(jìn)行跨區(qū)一體化安全預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)防控；三是大范圍源-網(wǎng)-荷資源的優(yōu)化配置，亟需提升全網(wǎng)范圍精益化調(diào)度控制的決策支撐能力。

目前國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)都是按調(diào)度機(jī)構(gòu)獨(dú)立建設(shè)和運(yùn)行。雖然電網(wǎng)是互聯(lián)的，但調(diào)度控制系統(tǒng)之間卻是煙囪型的，不能及時(shí)獲取管轄區(qū)域外的電網(wǎng)信息，難以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的精益化調(diào)控決策，尤其不能滿(mǎn)足像我國(guó)這樣的特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。為解決全網(wǎng)一體化決策需求與各級(jí)調(diào)度分散控制之間的矛盾，本文將信息通信新技術(shù)理念與互聯(lián)電網(wǎng)強(qiáng)耦合需求緊密結(jié)合，提出了支撐一體化大電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu)，具體闡述了需要重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)系統(tǒng)研發(fā)面臨的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討。

大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)面向強(qiáng)互聯(lián)大電網(wǎng)設(shè)計(jì)，基于互聯(lián)網(wǎng)思維，綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等成熟適用的IT先進(jìn)技術(shù)及其理念，以“物理分布、邏輯統(tǒng)一”為指導(dǎo)思想，將物理分布在各級(jí)調(diào)度的子系統(tǒng)，通過(guò)廣域高速通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一套邏輯上統(tǒng)一的大系統(tǒng)，突破傳統(tǒng)的獨(dú)立建設(shè)、就地使用模式的局限，統(tǒng)一為各級(jí)調(diào)度提供服務(wù)。

這里的“物理分布、邏輯統(tǒng)一”是指采集控制分布、分析決策集中，實(shí)時(shí)性要求高的采集控制類(lèi)功能面向當(dāng)?shù)兀治鰶Q策優(yōu)化類(lèi)功能面向全網(wǎng)。整個(gè)大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)由分析決策中心、模型云平臺(tái)、分布式監(jiān)控系統(tǒng)等主要部分構(gòu)成，如圖1所示。其中分析決策中心和模型云平臺(tái)全網(wǎng)集中部署，監(jiān)控系統(tǒng)按電網(wǎng)管轄范圍分布部署于各級(jí)調(diào)控中心。

圖1大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于全網(wǎng)共享的模型云，各級(jí)調(diào)度通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的按需訪(fǎng)問(wèn)；基于邏輯統(tǒng)一的全網(wǎng)分析決策，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)的同步感知和安全運(yùn)行的主動(dòng)掌控；基于物理分布的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大電網(wǎng)的分層分區(qū)監(jiān)視與控制。

系統(tǒng)基于外部環(huán)境信息及未來(lái)趨勢(shì)分析，通過(guò)全景監(jiān)視和評(píng)估實(shí)施控制策略智能調(diào)整，完成電網(wǎng)運(yùn)行自校正，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)“自動(dòng)巡航”；通過(guò)源-網(wǎng)-荷精細(xì)化調(diào)控，電力電量的全局平衡和超前部署，電網(wǎng)事故預(yù)想、預(yù)判、預(yù)控等功能，主動(dòng)防范電網(wǎng)故障，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)主動(dòng)調(diào)度。

支撐平臺(tái)是大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)應(yīng)用功能是系統(tǒng)的核心，驗(yàn)證和運(yùn)維則是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)需要面向調(diào)控業(yè)務(wù)需求，在夯實(shí)關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐技術(shù)的前提下，攻克一系列關(guān)鍵技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)的全局監(jiān)控、全局分析、全局防控和全局計(jì)劃決策。

1）系統(tǒng)關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐。分析決策中心既要保證大量周期啟動(dòng)的分析應(yīng)用功能正常運(yùn)行，又要協(xié)調(diào)并快速響應(yīng)異地高并發(fā)計(jì)算任務(wù)的請(qǐng)求，還要具備高度的可靠性，以保證提供不間斷的服務(wù)。這些都有賴(lài)于大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐，需要重點(diǎn)開(kāi)展中心異地多活和高速并行計(jì)算框架等技術(shù)研究。

2）按需建模與廣域數(shù)據(jù)分布式處理。全面完整的電力系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)是分析決策全局化的根本保障，需要解決模型按需服務(wù)、數(shù)據(jù)分布式高速處理等技術(shù)難題，提供調(diào)控大數(shù)據(jù)挖掘分析手段，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息廣域同步感知、同景展示和故障協(xié)同處置。

3）計(jì)及源荷雙側(cè)不確定性的大電網(wǎng)智能調(diào)度控制。新能源的廣泛接入以及柔性負(fù)荷與電網(wǎng)雙向互動(dòng)程度的加大，增加了發(fā)電計(jì)劃編制和調(diào)度控制的難度；全局分析優(yōu)化則導(dǎo)致計(jì)算規(guī)模更大、任務(wù)更重，控制策略的協(xié)同性要求更為迫切。為實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的自動(dòng)巡航，需要攻克源荷模型統(tǒng)一構(gòu)建、多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行域生成、多維度實(shí)時(shí)評(píng)估及自主優(yōu)化、分區(qū)電網(wǎng)源荷協(xié)同優(yōu)化控制等技術(shù)。

4）大電網(wǎng)一體化在線(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)防控和智能決策。特高壓電網(wǎng)送受端、交直流和上下級(jí)電網(wǎng)間耦合緊密，只有通過(guò)全局防控才能有效降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，而源荷雙側(cè)的不確定性進(jìn)一步加大了電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)防控的難度。需要建立科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)，量化評(píng)估、感知、預(yù)警在線(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，在此基礎(chǔ)上全局優(yōu)化預(yù)防性控制措施，并對(duì)系統(tǒng)保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線(xiàn)協(xié)同校核，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5）系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證與運(yùn)維支撐。大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要對(duì)支撐平臺(tái)和應(yīng)用功能進(jìn)行全面測(cè)試，確保系統(tǒng)軟件的功能和性能滿(mǎn)足大電網(wǎng)調(diào)度控制運(yùn)行的需要；分析決策中心和模型云平臺(tái)的集中部署，給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了困難，需要?jiǎng)?chuàng)新系統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)，提升運(yùn)維管理效率。

大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的研發(fā)建設(shè)除了需要攻克上述各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)外，在IT新技術(shù)與信息安全、源荷協(xié)同調(diào)度、智能化技術(shù)應(yīng)用、集中決策與五級(jí)調(diào)度等方面還面臨諸多挑戰(zhàn)。

1）IT新技術(shù)與信息安全。電網(wǎng)調(diào)控有其自身特點(diǎn)，IT領(lǐng)域的新技術(shù)不能簡(jiǎn)單地移植到電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中，需要針對(duì)大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)特點(diǎn)，進(jìn)行甄別和選擇，尤其是要謹(jǐn)慎使用開(kāi)源軟件，杜絕可能的后門(mén)和漏洞。同時(shí)，需要在現(xiàn)有調(diào)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體策略的基礎(chǔ)上，借鑒其他行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)采用多種安全防護(hù)手段，建立主動(dòng)安全防護(hù)體系。

2）源荷協(xié)同調(diào)度。通過(guò)引導(dǎo)柔性負(fù)荷主動(dòng)參與電網(wǎng)運(yùn)行控制，可有效解決電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)能力不足的問(wèn)題。而調(diào)控量大面廣的負(fù)荷，必然使調(diào)控系統(tǒng)更加面向社會(huì)，帶來(lái)復(fù)雜的安全問(wèn)題。因此，在實(shí)施負(fù)荷調(diào)度時(shí)一定要充分做好安全防護(hù)工作，才能將發(fā)電跟蹤負(fù)荷的調(diào)度模式提升為源荷協(xié)同調(diào)度的新模式。

3）智能化技術(shù)應(yīng)用。將智能化技術(shù)同電力系統(tǒng)分析技術(shù)相結(jié)合，可以為大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)提供智能化解決方案。但調(diào)度控制的高可靠性要求決定了現(xiàn)在的智能化應(yīng)用仍只能以智能輔助決策為主，未來(lái)的終極目標(biāo)是“智能決策、閉環(huán)執(zhí)行”。

4）集中決策與五級(jí)調(diào)度。統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理是我國(guó)保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的體制性?xún)?yōu)勢(shì)。集中決策更多體現(xiàn)了“統(tǒng)一調(diào)度”的思想，而就地控制則反映了“分級(jí)管理”的原則。集中決策依賴(lài)于統(tǒng)一部署的分析決策中心，為了減輕分析決策中心的計(jì)算負(fù)擔(dān)，只涉及本級(jí)電網(wǎng)的分析計(jì)算盡量在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)完成，真正需要全網(wǎng)統(tǒng)一分析計(jì)算的任務(wù)才放到分析決策中心完成，切實(shí)發(fā)揮“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的體系架構(gòu)優(yōu)勢(shì)。

本文著眼于特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)一體化調(diào)度運(yùn)行控制重大需求，提出建設(shè)“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。與以往系統(tǒng)相比，大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

總體架構(gòu)：集中與分布相結(jié)合，監(jiān)控功能分布部署，決策功能集中部署；

電網(wǎng)監(jiān)視：實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)同源，運(yùn)行信息廣域同步感知，電網(wǎng)故障協(xié)同處置；

分析應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的“自動(dòng)巡航”和安全風(fēng)險(xiǎn)防控的“智能決策”。

大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的應(yīng)用將改變調(diào)控中心各自孤立進(jìn)行分析決策的現(xiàn)狀，顯著提升大電網(wǎng)調(diào)度的“預(yù)想、預(yù)判、預(yù)控”能力和智能化水平，為大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行保駕護(hù)航。