基于智能電網(wǎng)的電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)分析

高鵬飛

摘 要：隨著我國科技及電力企業(yè)的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)的電力調(diào)度自動化程度不斷增強，并應(yīng)用控制系統(tǒng)對電網(wǎng)運行實現(xiàn)自動控制，有效提高了電力企業(yè)的工作效率和供電的可靠性。因此，本文便對智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)的軟硬件配置、相關(guān)設(shè)計及改進技術(shù)展開分析。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);電力調(diào)度;自動化;控制系統(tǒng)

中圖分類號：TM73 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0147-02

0引言

隨著信息化技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在多個領(lǐng)域中實現(xiàn)了“智能+”的自動化模式。其中，智能電網(wǎng)的電力調(diào)度便在現(xiàn)代化進程的推動下進一步完善建設(shè)，朝著自動化的方向深入發(fā)展，因此，要想進一步提高智能電網(wǎng)調(diào)度的自動化水平，還應(yīng)完善控制系統(tǒng)設(shè)計并加強先進技術(shù)的應(yīng)用。

1軟硬件配置分析

智能電網(wǎng)的電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)主要是由三大部分構(gòu)成的，分別為應(yīng)用層、平臺層、操作層。智能電網(wǎng)的電力調(diào)度控制系統(tǒng)設(shè)計需采用質(zhì)量高、性能好的軟硬件設(shè)備及計算機集群技術(shù)進行完善，促使該系統(tǒng)各個層面的功能作用可以實現(xiàn)自動化地互通配合，從而有效促進系統(tǒng)運行的可靠性。因此，在設(shè)計智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)時，要先配備好相應(yīng)的軟硬件裝置，為該系統(tǒng)的正常運行提供基礎(chǔ)保障。

1.1硬件配置

硬件設(shè)備的選用上，要根據(jù)電力企業(yè)的規(guī)模及建設(shè)需要選用性能好、質(zhì)量佳、功能多、損耗小的設(shè)備，提高裝置的利用率。一是兩臺服務(wù)器，確保其均通過以太網(wǎng)和主網(wǎng)連接，其系統(tǒng)可選擇Unix系統(tǒng)以及內(nèi)存大于2GB的CPU，以實現(xiàn)對電力調(diào)度相關(guān)數(shù)據(jù)的自動監(jiān)控和處理。二是配置兩臺數(shù)據(jù)服務(wù)器對用戶數(shù)據(jù)、電力調(diào)度數(shù)據(jù)、相關(guān)資料報表等進行自動存儲。三是計算機網(wǎng)絡(luò)。在外網(wǎng)的設(shè)計上，利用路由器將其連接到本地，并設(shè)置防火墻，保障硬件設(shè)備的安全性。在內(nèi)網(wǎng)的設(shè)計上借助冗余配置方式，這樣內(nèi)外網(wǎng)共同負載分流來確保系統(tǒng)正常運行。四是根據(jù)存盤周期、測量點數(shù)等選擇內(nèi)存大小合適的磁盤列陣，儲存所有的歷史數(shù)據(jù)。

1.2軟件配置

一是確保操作系統(tǒng)的安全實用性。如可選擇Linux、Unix或Windows等操作系統(tǒng)。二是應(yīng)用軟件。選擇功能強且可滿足主站端系統(tǒng)運行需要的應(yīng)用軟件，如SCADA軟件，并在統(tǒng)一平臺的界面和數(shù)據(jù)庫中操作，以加強數(shù)據(jù)采集、通信并實現(xiàn)共享。三是信息化數(shù)據(jù)庫設(shè)計，如可應(yīng)用Oracle等商業(yè)數(shù)據(jù)庫，以便對發(fā)電、輸電、配電等電力調(diào)度過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)及用戶信息進行統(tǒng)一地高效處理和管理，提高系統(tǒng)的自動化智能化水平。

2自動化與控制系統(tǒng)設(shè)計分析

智能電網(wǎng)每個層面內(nèi)部功能的互通性、配合性、協(xié)調(diào)性常常影響著電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的運行，因此需要對各層的各個模塊加以優(yōu)化，并完善其自動化與控制系統(tǒng)設(shè)計，以提高系統(tǒng)運行的流暢性和可靠性。

2.1應(yīng)用功能分析

智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)包含的功能模塊較多，各模塊可發(fā)揮聯(lián)動作用為客戶提供更加便捷的針對性服務(wù)，在設(shè)計智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化控制系統(tǒng)時應(yīng)完善其應(yīng)用功能設(shè)計。一是調(diào)度計劃與管理功能。主要包括：預(yù)測、檢修、發(fā)電、考核結(jié)算與評估計劃以及生產(chǎn)運行、電網(wǎng)評估管理、調(diào)度仿真培訓(xùn)、系統(tǒng)管理等功能，可以規(guī)范電力調(diào)度流程[1]。二是序列操作功能，提高系統(tǒng)操作的有序性，一旦出現(xiàn)步驟錯誤，便可自動停止操作并發(fā)出預(yù)警。三是安全校核功能。自動分析和檢測電網(wǎng)運行的安全性以及核驗發(fā)電和檢修計劃的可行性，可根據(jù)電力調(diào)度實況以及用戶信息等進行權(quán)限設(shè)置。四是實時自動監(jiān)控與智能預(yù)警功能。設(shè)計統(tǒng)一的監(jiān)控管理平臺來監(jiān)控、分析和評估電網(wǎng)運行狀態(tài)、電力調(diào)度模擬業(yè)務(wù)等。

2.2自動化與控制技術(shù)分析

智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化是指綜合各種高新技術(shù)的應(yīng)用來對電力調(diào)度系統(tǒng)運行過程進行高效的自動化、智能化監(jiān)控、保護與管理，以提高電力運輸與供給的安全可靠性、及時性和經(jīng)濟性。因此，還應(yīng)利用相關(guān)的自動化技術(shù)完善系統(tǒng)設(shè)計。第一，配置自動化智能化的運行和保護設(shè)備裝置，完善自動化終端設(shè)計，以便對電力調(diào)度系統(tǒng)運行時的電壓、頻率、負荷等數(shù)據(jù)變化進行實時監(jiān)控，以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行問題并對其運行動態(tài)做出有效調(diào)整，降低設(shè)備的無功功率。第二，完善相關(guān)自動化技術(shù)。將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子信息技術(shù)、遠程通信技術(shù)、控制技術(shù)等高度集成，直接接入Internet網(wǎng)，加強這些技術(shù)與電力設(shè)備和系統(tǒng)的相結(jié)合，從而提高智能電網(wǎng)運行效率，滿足電力調(diào)度的需求。第三，利用自動化與控制技術(shù)構(gòu)建電力調(diào)度系統(tǒng)。例如OPEN-2000能量管理系統(tǒng)便可應(yīng)用于大中型地調(diào)、省調(diào)、網(wǎng)調(diào)中，其采用分布式、開放式的設(shè)計，并利用數(shù)據(jù)實時采集和監(jiān)控、自動發(fā)電控制技術(shù)及DTS、DMIS系統(tǒng)等對電力調(diào)度進行高效管理，目前發(fā)展較快、應(yīng)用范圍較廣。或者SD-6000能量管理系統(tǒng)等，有著功能性極強、自動化技術(shù)更先進的優(yōu)勢，如形成電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)并與氣象衛(wèi)星云圖技術(shù)、調(diào)度電話自動撥號等相結(jié)合。

2.3數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護體系設(shè)計

首先，結(jié)合智能電網(wǎng)電力調(diào)度的各個層面的安全防護需求以及基于WEB下的網(wǎng)絡(luò)安全漏洞等設(shè)置信息安全保護等級以及應(yīng)急恢復(fù)系統(tǒng)。其次，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲節(jié)點設(shè)計相對應(yīng)的通信容量，通過物理層和網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)拓撲單次計算時間應(yīng)小于1s。物理層上要注意專用網(wǎng)和公共網(wǎng)分開使用，網(wǎng)絡(luò)層則可借助防火墻、安全通信、加密認證等技術(shù)保障電力調(diào)度數(shù)據(jù)庫的安全及通信傳輸?shù)膶崟r性，進而形成規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護體系[2]。最后，可在網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺和系統(tǒng)應(yīng)用層使用可視化技術(shù)，發(fā)揮其可視化預(yù)警、控制、觀測、分析等功能及時呈現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)。如利用基于可視化技術(shù)的在線監(jiān)控軟件將系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形信息等，進而及時準(zhǔn)確判斷電壓是否穩(wěn)定、設(shè)備運行參數(shù)是否在合理范圍內(nèi)等，實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)管。

2.4自動化與控制系統(tǒng)設(shè)計

一方面，完善監(jiān)測與控制系統(tǒng)。第一，選好適用的傳感器如CT、PT等以及變送器，并根據(jù)實際控制對象安裝好控制指令執(zhí)行裝置，在智能化的發(fā)電廠和變電站分別安裝RTU（遠程終端設(shè)備）、IED（智能電子設(shè)備）如微處理器等多個終端設(shè)備，同時完善各區(qū)域的局域網(wǎng)并收集和集中相關(guān)的數(shù)據(jù)。第二，采用開放式的設(shè)計建設(shè)SCADA主站來自動監(jiān)控、管理和接收所有數(shù)據(jù)，以發(fā)揮其遠程測量、監(jiān)收信號、設(shè)備切換、調(diào)整設(shè)備設(shè)定值等功能實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動化遠程控制。如測量電壓幅值以及傳輸線路的有功和無功、監(jiān)控開關(guān)狀態(tài)、打開關(guān)閉斷路器、調(diào)整發(fā)電機電壓等，同時借助廣域網(wǎng)將收集的數(shù)據(jù)上傳到主站上進行統(tǒng)一處理。將處理好后的數(shù)據(jù)通過HMI人機交互界面展現(xiàn)出來[3]。

另一方面，當(dāng)利用SCADA系統(tǒng)時便可構(gòu)建能量管理系統(tǒng)，即EMS系統(tǒng)。為提高智能電網(wǎng)的自動化水平，可采用目前較為完善的EMS系統(tǒng)將其它子系統(tǒng)的功能如網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與分析、自動化調(diào)度控制、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控等高度整合為一體進行統(tǒng)一管理。該系統(tǒng)主要功能有：網(wǎng)絡(luò)拓撲分析、狀態(tài)分析、潮流計算，負荷預(yù)測等功能。或者可以構(gòu)建廣域監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建WAMS主站，利用具備便捷、高度集成、上傳速率快等功能的PMU裝置進行測量電壓幅值等，以便提高電源的轉(zhuǎn)換效率并降低功耗，且也可減少設(shè)備裝置。利用PDC相量數(shù)據(jù)收集器將PMU集成的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理和管理，最終傳至主站。與之配套的可選擇結(jié)合GPS系統(tǒng)的應(yīng)用，以實現(xiàn)更加高效的電力調(diào)度監(jiān)控與管理。目前，WAMS的構(gòu)建是我國智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)優(yōu)化中的一項重要內(nèi)容。此外，還要完善配電管理系統(tǒng)（TMS）、ERP系統(tǒng)、調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（DTS）及調(diào)度管理信息系統(tǒng)（DMIS）等完善電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)。

3技術(shù)改進分析

目前，我國智能電網(wǎng)的電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)的可觀測性、可控性、安全預(yù)警、抵御嚴(yán)重自然災(zāi)害與網(wǎng)絡(luò)攻擊等方面的能力雖不斷增強，但仍需進一步完善其相關(guān)技術(shù)。

3.1可信計算及安全免疫技術(shù)

隨著信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)調(diào)度自動化控制系統(tǒng)的安全性能有待提升。因此，應(yīng)利用可信計算與安全免疫技術(shù)從安全管理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全等角度構(gòu)建有效的安全防護體系來防御網(wǎng)絡(luò)攻擊以及不安全的網(wǎng)絡(luò)信息等，并將技術(shù)與管理緊密結(jié)合，實現(xiàn)雙向互補，以確保智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

3.2運行方式自描述與動態(tài)解析技術(shù)

以往我國電網(wǎng)主要按照年、月、日等方式運行，電力調(diào)度計劃人員會依據(jù)紙質(zhì)運行控制管理規(guī)定來制定發(fā)電、檢修等計劃，而后電力調(diào)度運行人員再實施相應(yīng)的運行方式，但此過程中容易出現(xiàn)人為操作錯誤[4]。因此，可推行電子運行方式，利用運行方式自描述與動態(tài)解析技術(shù)構(gòu)建人機可讀系統(tǒng)，增強智能電網(wǎng)動態(tài)自動識別功能來提升運行效果。此外，若是暫時無法實現(xiàn)電子化的調(diào)度運行，須確保相關(guān)工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)運行管理規(guī)定進行有序操作，減少失誤。

3.3多級多時段優(yōu)化技術(shù)

目前我國電力市場尚有較大的發(fā)展空間。由于不同層級和時段的電力調(diào)度其自動化控制系統(tǒng)的運行功能將會發(fā)生變化，因此，在完善智能電網(wǎng)調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)的設(shè)計時，還需不斷完善電力市場的數(shù)字信息化技術(shù)，并借助多級多時段優(yōu)化技術(shù)來加強對國家、省級、網(wǎng)絡(luò)等各個層面的智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)的研究與改進，以滿足市場運行及廣大用戶需求，從而增強電力企業(yè)的市場競爭力，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。其中省、地、網(wǎng)三級調(diào)度AVC應(yīng)采用閉環(huán)控制的方式，以便充分協(xié)調(diào)無功資源。

3.4系統(tǒng)技術(shù)要求

首先，一要擴大系統(tǒng)的信息處理容量，如實現(xiàn)30萬～50萬信息量等;二要實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)的綜合監(jiān)控;三要使用對象要包含調(diào)度計劃、運行、保護、規(guī)劃等方面;四要采用分析型、智能型、閉環(huán)控制等調(diào)度方式;五要實現(xiàn)EMS、WAMS、DMS、EACCS等系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。其次，建立基于TSD系統(tǒng)的動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫，采用分布式的設(shè)計方式，加強其與計算機系統(tǒng)特別是CPU的結(jié)合，從而提高數(shù)據(jù)處理效率。最后，一是可根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測區(qū)域的不同設(shè)置相應(yīng)的通訊速率，例如系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)容量或由用戶自定義，如遙控量20000、遙調(diào)量5000，遙信量100000等。二是優(yōu)化系統(tǒng)各項顯示指標(biāo)。如動態(tài)數(shù)據(jù)刷新時間應(yīng)小于3s、序列操作分辨率小于20ms等、短路電流計算誤差值應(yīng)小于0.01等。

4結(jié)語

智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)的運行直接影響著電力供應(yīng)，因此為滿足社會電力需求，還需進一步優(yōu)化和完善該系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)，創(chuàng)新相關(guān)技術(shù)，加強安全管理，從而有效提高智能電網(wǎng)運行的經(jīng)濟與社會效益，促進電力企業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

[1] 王鈺.智能電網(wǎng)中調(diào)度自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（4）：145.

[2] 王羽，劉旭升，邱實，等.智能電網(wǎng)電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)安全體系設(shè)計與研究[J].電子測試，2018（18）：119+118.

[3] 萬強，仇婧，韓一鳴.智能電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心自動化關(guān)鍵技術(shù)分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2019（2）：65-66.

[4] 段燕茹.基于智能電網(wǎng)的電力調(diào)度自動化與控制系統(tǒng)實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程，2020，28（4）：189-193.