隨著特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)的建設、新能源的發(fā)展,以及電力市場改革的深化,中國電網(wǎng)運行特性發(fā)生了深刻的變化,進而對電網(wǎng)調(diào)度控制能力提出了更高的要求.根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度控制運行的業(yè)務特點,未來調(diào)度控制系統(tǒng)應采取分布和集中相結(jié)合的應用功能部署模式.概述了未來電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)應用功能的三大新特征,即全局、快速、準確,分析了實現(xiàn)上述應用功能新特征的技術(shù)要素,并指出了在模型、數(shù)據(jù)和管理等方面亟需開展的基礎(chǔ)工作。

0 引言

特高壓交直流互聯(lián)大電網(wǎng)的建設,提升了大范圍資源優(yōu)化配置的能力,也使得各級電網(wǎng)間耦合更加緊密,局部故障可能會影響到全局,電網(wǎng)安全管控面臨巨大挑戰(zhàn),需要對大電網(wǎng)進行統(tǒng)一的實時監(jiān)視和風險控制[1].中國新能源發(fā)展迅速,“十三五”末將達到320GW 以上[2],而新能源富集區(qū)棄風棄光嚴重,需要在線優(yōu)化全網(wǎng)運行方式,實現(xiàn)在全網(wǎng)更大范圍內(nèi)消納新能源[3-4].直流輸電和新能源發(fā)電引入了大量電力電子設備,電網(wǎng)電力電子化特征凸顯,穩(wěn)定形態(tài)更加復雜,需要進一步提升大電網(wǎng)實時運行在線分析和風險防范能力,提供全網(wǎng)一體化的輔助決策,保障大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行.電力市場化的推進和監(jiān)管的強化,電網(wǎng)調(diào)度運行的標準化和規(guī)范化運作將十分重要,調(diào)度機構(gòu)將面臨保障電網(wǎng)安全運行和市場有序運作的雙重壓力,電網(wǎng)調(diào)度控制(簡稱調(diào)控)系統(tǒng)迫切需要強化對市場交易系統(tǒng)的功能支撐,保證市場化運作情況下的公平公正和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定.

目前電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)都是按調(diào)度機構(gòu)獨立建設和運行,雖然電網(wǎng)是互聯(lián)的,但調(diào)控系統(tǒng)之間卻是煙囪型的,難以及時獲取管轄區(qū)域外的電網(wǎng)信息,電網(wǎng)態(tài)勢分析和安全防控大部分局限在所管轄電網(wǎng).這種一個調(diào)控機構(gòu)建設一套調(diào)控系統(tǒng)的技術(shù)體系已經(jīng)難以支撐大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度運行的需求,必須針對變化了的電網(wǎng)特性,按照“一個互聯(lián)大電網(wǎng),邏輯上一套大系統(tǒng)”的理念,建設面向全網(wǎng)一體化運行的電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng),全面提升大電網(wǎng)運行的技術(shù)支撐水平和能力.

全網(wǎng)一體化運行的未來調(diào)控系統(tǒng)具有鮮明的新內(nèi)涵,它將當前實時信息的局部監(jiān)控和信息共享方式提升到全局監(jiān)控和需則可用模式,將電網(wǎng)運行特性的局部分析和多級協(xié)調(diào)方式提升到全局分析模式,將電網(wǎng)運行風險的局部防控和區(qū)域協(xié)調(diào)方式提升到全局防控模式,將發(fā)電計劃多級協(xié)調(diào)方式提升到市場化調(diào)度模式,以適應互聯(lián)大電網(wǎng)安全運行和市場化運作的迫切需求.

未來調(diào)控系統(tǒng)需要在架構(gòu)上有重大變化,但其支撐能力的最終體現(xiàn)還存在于系統(tǒng)的應用功能實現(xiàn).應用功能除針對所轄電網(wǎng)外,更需要從全局角度處理全網(wǎng)面臨的問題,可以適應故障預判、故障處置、控制措施、新能源消納、備用支援等全局性要求,應用功能的效果是全局的,所得到的結(jié)果不再局限于本網(wǎng).只有在全網(wǎng)模型基礎(chǔ)上及時利用全網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析決策,才能實現(xiàn)應用功能全局化的目標.模型的擴大增加了計算量,給系統(tǒng)的處理速度帶來了挑戰(zhàn),需要應用功能在數(shù)據(jù)獲取、計算分析和電網(wǎng)響應等方面足夠快速,以適應實時運行的需要.新增的功能和數(shù)據(jù)加大了計算的復雜性,給系統(tǒng)的準確性帶來了挑戰(zhàn),需要應用功能保證信息、決策和控制等方面足夠準確,實現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行.未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)應用功能的最主要特征可以概括為:“全局、快速、準確(簡稱全、快、準)”.快速和準確是以往調(diào)控系統(tǒng)一直追求的目標,全局則是未來調(diào)控系統(tǒng)必須具備的新特征,由此也對快速和準確提出了更高要求.

電網(wǎng)從單個小電網(wǎng)、小范圍互聯(lián)、弱互聯(lián)電網(wǎng)逐步發(fā)展成當今的強耦合互聯(lián)電網(wǎng),廣大學者在此進程中對調(diào)控系統(tǒng)進行了深入研究[5G10].以往電網(wǎng)聯(lián)系相對松散,不同電網(wǎng)相互之間的影響較小,按照網(wǎng)省平衡開展調(diào)度業(yè)務,調(diào)控系統(tǒng)面向調(diào)度機構(gòu)獨立建設和運行的模式基本滿足了電網(wǎng)運行的需求,調(diào)控系統(tǒng)相對比較簡單,應用功能沒有全局化需求,快速和準確是主要要求.另外,受當時計算機信息通信技術(shù)的限制,技術(shù)上亦難以建設全網(wǎng)一體化調(diào)控系統(tǒng).

未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)需要按照“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的總原則[8],構(gòu)建監(jiān)視控制分布、分析決策集中的新型調(diào)控技術(shù)體系,在全網(wǎng)統(tǒng)一的模型基礎(chǔ)上,由全網(wǎng)分析決策中心實現(xiàn)面向全網(wǎng)的應用功能.本文總結(jié)了未來調(diào)控系統(tǒng)應用功能全局、快速、準確的新特征,分析了支撐應用功能實現(xiàn)的技術(shù)要素,并指出了在模型、數(shù)據(jù)和管理等方面亟需開展的基礎(chǔ)工作.

1 應用功能的全、快、準特征

應用功能是調(diào)控系統(tǒng)最重要的組成部分,為各項調(diào)控業(yè)務提供最直接的支撐.應用功能只有具備了全局、快速和準確的特征,才能滿足一體化電網(wǎng)在線調(diào)控的要求,實現(xiàn)調(diào)控系統(tǒng)支撐能力的本質(zhì)提升.

1.1 應用功能的全局性

應用功能的全局性是未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)區(qū)別于以往調(diào)控系統(tǒng)最鮮明的特征,需要夯實全網(wǎng)模型和全網(wǎng)數(shù)據(jù)等全局化基礎(chǔ),對應用功能以全局視野進行升級改造,從而實現(xiàn)調(diào)控系統(tǒng)由應對局部到管控全局的跨越.

1.1.1 模型全

傳統(tǒng)調(diào)控系統(tǒng)只對所管轄的電網(wǎng)設備進行建模,建模內(nèi)容集中在電網(wǎng)一次設備的物理屬性范疇,二次設備缺乏規(guī)范的建模方法.目前盡管國/分調(diào)對省調(diào)模型進行拼接可以得到相對完整的模型,但省調(diào)在處理外部網(wǎng)絡時還經(jīng)常采用網(wǎng)絡等值.網(wǎng)絡等值相對比較簡單,對電網(wǎng)分析計算結(jié)果的影響較大,模型拼接則有設備重復建模、過程復雜和實時性差等不足.

全面完整的電力系統(tǒng)模型是調(diào)控系統(tǒng)應用功能的基礎(chǔ),需要根據(jù)全網(wǎng)一體化調(diào)控的需要,將電網(wǎng)模型由以往各個調(diào)度機構(gòu)各自構(gòu)建過渡到統(tǒng)一建模,摒棄網(wǎng)絡等值做法,省略模型拼接環(huán)節(jié),簡化建模流程,克服網(wǎng)絡等值和模型拼接的弊病,并從一次到二次、從電網(wǎng)到環(huán)境等全方位建模,實現(xiàn)“一個電網(wǎng)、一套模型”的建設目標.電力系統(tǒng)二次設備對電網(wǎng)的安全運行發(fā)揮著越來越重要的作用,與調(diào)控業(yè)務密切相關(guān)的繼電保護、安全自動裝置和系統(tǒng)保護等二次設備需要規(guī)范建模,并自動實現(xiàn)與一次設備的相互關(guān)聯(lián).

特高壓線路遠距離輸送大功率,對電網(wǎng)的安全運行至關(guān)重要,而線路可能跨越多個氣候區(qū),運行環(huán)境復雜多變,需要將線路桿塔、電站等設備的地理屬性納入建模范圍,方便將輸電通道沿線的局部氣象環(huán)境與線路有效關(guān)聯(lián),提升精細化運行水平.電網(wǎng)建設過程中有新設備投役,也有老設備的退役或者改接等,設備模型需要反映其時間特性,實現(xiàn)對設備的全生命周期管理,以便精準地反演電網(wǎng)以往的運行過程,提前模擬電網(wǎng)未來的運行特性.

設備模型的物理屬性主要用于電網(wǎng)的安全分析,發(fā)電機、負荷等設備的經(jīng)濟屬性則是市場交易不可或缺的內(nèi)容,兩者需要統(tǒng)一建模,以解決市場化調(diào)度的模型需求,適應中國不斷推進的電力市場改革需要.柔性負荷具備參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的能力,其模型需要體現(xiàn)需求響應特性,并進一步將大量零散負荷構(gòu)建成負荷聚合模型,適應售電側(cè)開放的市場化改革進程.

1.1.2 數(shù)據(jù)全

目前調(diào)控系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)以電網(wǎng)一次設備的運行數(shù)據(jù)為主,包括點多面廣的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)樞紐變電站和發(fā)電廠的相量測量單元(PMU)動態(tài)數(shù)據(jù),以及故障錄波器記錄的暫態(tài)數(shù)據(jù).未來調(diào)控系統(tǒng)需要額外處理諸如設備的整定值、運行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、操作流程甚至調(diào)度電話記錄等,因為這些都是電網(wǎng)分析決策寶貴的數(shù)據(jù)源.繼電保護、安全自動裝置等二次設備有效保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行,需要準確采集這些二次設備的運行狀態(tài)和定值設置等實時運行參數(shù),提高在線穩(wěn)定分析計算結(jié)果的準確性.

變壓器、輸電線路等設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)也需要納入調(diào)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理范圍之內(nèi),通過對這類數(shù)據(jù)的挖掘分析,可為在線穩(wěn)定分析提供大概率的預想故障集.在確保信息安全的前提下,調(diào)控系統(tǒng)需要從其他系統(tǒng)自動獲取天氣、雷電、地理、微氣象等外部環(huán)境數(shù)據(jù),以幫助調(diào)控運行人員隨時把握可能的安全風險；從交易系統(tǒng)獲取交易電量和交易功率等出清結(jié)果,實現(xiàn)現(xiàn)貨市場與調(diào)控系統(tǒng)的有效銜接.目前調(diào)控系統(tǒng)還沒有充分重視調(diào)控人員的日常操作行為,未來調(diào)控系統(tǒng)需要對這類非結(jié)構(gòu)化的行為模式數(shù)據(jù)進行記錄保存,并通過大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),將調(diào)度人員的經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為知識,為調(diào)控操作提供輔助決策.

調(diào)控系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都包括實時、歷史和未來三個維度.實時數(shù)據(jù)主要用于在線調(diào)度運行,通過對歷史數(shù)據(jù)的充分積累,能夠提高大數(shù)據(jù)挖掘分析結(jié)果的準確性,預測準確的未來數(shù)據(jù)可更好地把控電網(wǎng)運行趨勢.

1.1.3 功能全

當前調(diào)控系統(tǒng)基本使用本地模型和數(shù)據(jù)進行分析計算,應用功能的分析結(jié)果勢必是局部的,不能滿足電網(wǎng)一體化調(diào)控運行的需要.未來調(diào)控系統(tǒng)的功能全主要包含兩方面含義:一方面需要對已有功能以全局視野進行升級改造；另一方面需要研發(fā)新的功能以滿足不斷發(fā)展的一體化調(diào)控需求.

未來調(diào)控系統(tǒng)需要在模型全、數(shù)據(jù)全的基礎(chǔ)上,從全局角度設計開發(fā)應用功能,做到全局監(jiān)視實時信息,全局