實時電力調度系統的分析及應用

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(四川電力調度控制中心，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著電網的飛速發展，四川電網已由華中電網中的末端電網轉變為大水電、大送出型樞紐電網，運行方式日趨多樣，電氣耦合關系日趨復雜。隨著電網規模的不斷擴大，四川電力調度控制中心(以下簡稱省調)下達設備檢修、系統運行方式改變、事故處理、新設備投運等操作指令更加頻繁；同時要求實現電力系統經濟運行，通過實時調整發電廠有功出力平衡供電負荷，使得電力調度的工作強度和負擔急劇增加。在深入分析調度指令特性，綜合考慮省調與發電廠站之間的數據網絡運行狀態的基礎上，提出了使用實時調令的概念。采用智能排序和短期負荷曲線調整算法優化調度策略，并開發了并網發電廠實時調令系統來實現實時調度的目標。

1 調度指令的工作現狀及存在的問題

調度指令(以下簡稱調令)是指電網調度機構值班調度員對其下級值班調度員或調度管轄廠站值班員發布有關運行和操作的指令。由于電網運行的特殊性，對調令具有及時性高、內容準確、信息傳輸安全以及可追溯等要求。

現行的調令作業方式主要依靠電話語音，省調調度員通過人工撥號向下轄電廠發送點對點的語音調令。調令口述完畢后需要對方復述并確認收到做為回執，同時計算機保存雙方通話錄音，并要求人工紙質記錄電話調令內容存檔，以備復核。

此種調令作業方式存在撥號延時，響應速度慢，不能同時向多個電廠發送調令以及紙質留存的文檔不易保存和管理等問題，并且語音調令的作業方式對實現規范化、精細化管理有一定制約作用。隨著并網發電機組增加，社會用電負荷越來越大，調度方式也將日益復雜，調度工作需要改變傳統的調令作業方式，高度集成業務各項功能來簡化工作流程，提高生產效率，增進調度管理水平。

2 實時調度的應用分析

2.1 基于高實時性的智能調令

根據目前的網絡通信基礎以及調度工作的需要，建立了一套完備的調令系統，連接省調主站與電廠端，實時與進行交互，對數據獲取自動化要求也較高，涉及計劃曲線、實時電量、電廠實時發電能力等相關數據。按常用設置上網出力，回計劃曲線等調令類型對調令進行分類，以電廠的所屬發電集團、自然流域分布、機組裝機容量等屬性對電廠進行歸類

圖1 電廠實時調度

排序。調度員能快速選取調令對象以及調令類型，并輸入文字內容，省調與電廠的調令交互也由一對一模式變為更高效率的一對多模式。通過統計發現基于調度數據專用網絡的實時調令下發速度是電話模式的兩倍，調令的準確性也提高了30%，同時調令延時性也控制在平均200 ms以內，很大程度地改善了調度工作效率。電廠實時調度如圖1所示。

2.2 調令的實時監測與反饋分析

以往的發電調度業務沒有實時系統支撐，無法對電廠的調度指令執行情況進行監測，只能過后進行考核。調令系統將對主站端發出的每一條調令進行監測，并發送回執信息以判斷電廠端是否成功接收調令。調令系統能夠通過智能化圖形和數據列表的形式對發電計劃曲線，電廠實際發電出力曲線，調令目標發電出力曲線進行實時監測，通過對比及時發現電廠違規發電動作，及時糾正發電出力，保證主網安全運行。

2.3 應急處理

主站端數據庫服務器采用雙機集群方式對數據進行實時備份并歸檔到磁盤陣列上，當其數據庫發生故障造成數據丟失時，可通過雙機集群的磁盤陣列快速恢復數據以保證安全生產。

主站端應用服務器采用主備方式進行部署，當應用服務器發生故障時，可立即通過切換應用程序到備用服務器的方法保障系統的正常運行。

在系統主站因意外發生故障期間，電廠端程序無法連接主站端服務，電廠在申請調整發電出力時會自動退回該申請并告知操作人員電廠端已與主站端失去聯系，應改變聯系方式進行申請，以保障電廠正常生產秩序。

3 實時調度的挖掘與優化算法

3.1 電廠智能排序

智能排序是指將電廠基礎技術參數、調令中的出力信息或運行方式、實時的發電低高比、機組實時負荷率、發電計劃完成比例等信息做為電廠的附加屬性。同時，引入交叉變量四川省經濟與信息委員會最新下發的《主網統調統分發電機組排序表》里面的排位參數。綜合考量電廠目前運行狀態，對運行電廠進行優先發電分類排序，調度人員可以參照排序科學調整電廠出力，以達到節能發電調度和資源利用最大化的目標(如圖2)。

3.2 超短期負荷曲線調整

超短期負荷曲線調整是根據省調自動化部門提供的超短期負荷預測曲線修正當前的發電計劃。超短期負荷預測曲線的數據粒度與日發電計劃編制一樣統一為15 min，計量單位為萬千瓦時。

負荷預測偏差曲線與原始計劃曲線必然存在差值{x|x≥0}，并從當前時間起計算當天每一計劃點的數據計算出兩條曲線之間的偏差量，通過人工判斷或給系統設定閾值偏差量來判定是否需要調整原始計劃曲線。

圖2 電廠智能排序

圖3 超短期負荷曲線調整

某電廠某時刻調整后曲線負荷值為該時刻的負荷預測偏差值乘以該廠原始計劃占該時刻總原始計劃的比例。

4 主要技術手段

4.1 網絡通信設計

調令系統因其應用的特殊性，對通信網絡要求較高，必須實時保證通信網絡的高穩定性、低延時性和極高的安全性。現有通信運營商提供的普通網絡無法滿足系統要求，因此調令系統主站端與電廠端統一部署在國家電網調度數據專網。在保證省調主站與電廠端高連通率的情況下，通過網絡防火墻保證通信安全。在此調度數據專網的基礎上，通過調令系統數據交換平臺服務，完成電廠端與主站端之間的數據實時交互。

4.2 數據庫設計

省調主站端系統的數據庫軟件采用Oracle企業版，使用數據庫集群對系統進行支撐。集成的集群件：利用一組通用、內置的集群服務創建和運行數據庫集群。自動工作負載管理：將服務連接請求發送給擁有最低負載的適當服務器；一旦發生故障，自動將剩余的服務器重新分配以用于服務。

電廠端系統支持離線操作，僅保存本電廠調度范圍內的調令，提供歷史調令查詢功能。同時本地數據庫會保存與本電廠關聯發電計劃曲線，發電機組的技術出力等參數，同時會下載備份并網電廠輔助服務及運行管理考核的結果，便于電廠對發電運行情況進行離線分析。

4.3 系統技術架構

四川電網并網發電廠實時調令系統采用C/S架構，分為數據交換平臺、調令主站端、電廠客戶端。考慮到企業級應用安全性、可靠性、穩定性、可擴展性，將采用.net remote中間件技術實現，通過中間件技術實現企業級應用數據交換平臺。.net remote提供了一個功能強大、高效的處理遠程對象，是微軟中間件技術企業級解決方案。.net remote具備分布事務處理，同時具備動態集群的能力，可在不改變程序的情況，建立動態集群，提高服務的處理能力。目前國際上C/S架構上.net remote是一種常用的優秀的解決方案。

4.4 系統物理架構

四川電網并網發電廠實時調令系統調令主站系統包括調令主站應用程序服務和調令主站客戶端；電廠端調令系統包括電廠調令主站應用程序服務和調令電廠端；調令主站主要部署在省調，使用對象為調度員和相關專責；電廠調令系統的主站應用程序服務部署在省調，電廠端分別部署在200多家并網發電廠，使用對象為200多家電廠相關人員。

5 系統的關鍵技術難點及解決方法

5.1 橫向數據交換實現

實時調令系統要實現對全省統調電廠的實時調令下發和短期負荷調整，必須要接入其他管理應用系統，橫向收集集成各應用系統的生產和管理數據。

省調調度數據專網可通過網絡物理隔離裝置與網絡防火墻實現與省調生產大區的信息交互。調令系統建立了與發電計劃編制系統的數據接口，以收集發電計劃曲線參數；建立了與四川電網EMS、TMR等系統的數據接口，實時采集電廠出力與上網電量等生產數據；建立了與省調自動化之間的數據接口，接收超短期負荷曲線調整參數等數據。這些數據做為實時調度的數據支撐，通過接口文件和傳輸軟件實時交換與更新，提高調令系統輔助決策的科學性與及時性。

5.2 主站服務端與電廠端數據交互

部署在同一調度數據專網內的電廠端與主站端，需要實現電廠與省調之間的調令請求、機組出力調整以及負荷參數等信息的實時通訊與數據交互。數據交換通過兩種方式實現：①由電廠端主動發起，向主站服務請求同步數據；②由主站服務端自動發送的方式，將采用Remoting客戶端事件注冊機制來實現：電廠端首先在主站服務注冊事件，訂閱需要的主題數據，當主站服務需要同步數據時，觸發該事件，將同步數據的內容放入事件消息中，調用客戶端代理，將數據發送到電廠端，電廠端對消息進行相應的處理。Remoting通信機制既支持TCP信道又支持HTTP信道，傳輸速度極快，實現了主站-電廠端調令快速交互。同時Remoting既可傳輸基于XML協議的SOAP包又可傳輸二進制數據流，有效解決了通信多樣化和通訊性能衰減的問題，同時又降低了系統對調度數據專網IIS服務器的依賴性。

部署在200多個統調電廠的調令電廠端程序與主站服務端保持實時通信，為保證調令能夠及時準確到達電廠，必須時刻監測主站與電廠的通信狀況。主站程序實時向電廠端發送響應請求，電廠端收到請求后響應發送回執到主站。通過主站與電廠之間的響應-回執機制來監測通信狀況，若主站未收到電廠端回執，則觸動告警，系統發出網絡通信中斷的提示。

主站端需要同時與200多個電廠端保持7×24小時的實時聯系，期間主站通過調令群發功能同時向幾十個電廠發送調令，電廠端向主站發送上網出力、負荷調整等運行申請，下載并網電廠輔助服務及運行管理考核到本地等操作會造成系統并發訪問較多。為保證系統穩定運行，系統采用多線程處理架構進行開發，并基于調度安全準則將部分數據存儲在電廠端的本地數據庫中，以減小主站服務端和電廠端的數據交互量。并且對數據庫中占用磁盤空間較大的數據表進行存儲分區以提高數據庫I/O性能，從而保證系統能在高并發訪問的環境中保持穩定運行。

6 結 論

建立了高智能、高準確性的實時調度策略，通過調令監測與反饋機制，全過程實時監督調令執行情況，實時分析反饋參數并及時做出響應。電廠發電智能排序以及超短期負荷曲線調整算法，有效提高了電力資源的利用效率，為節能發電調度、科學合理利用資源提供了有力的決策支持。同時能夠實時修正發電計劃曲線，使發電負荷與用電負荷趨于最優的平衡狀態。實時調令策略的分析和應用具有深度挖掘的潛力，通過開發人工智能和調度算法能進一步提高調度指令準確性與科學性，不斷探索創新，創造更大的經濟價值和社會效益。

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