智能電網調度自動化關鍵技術分析

國網江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司 王錦橋 施金曉

1 智能電網調度自動化技術的性能特點及智能電網調度的功能分析

智能電網通過各類傳感器實現對發電、輸電、配電、用電等環節的數據采集，并進行整理、分析獲取相應的有效信息。通過這些信息能夠實現對電網的實時監控，以便調度人員能夠及時發現電網風險、科學準確作出決策。

1.1 智能電網調度自動化技術的自愈性

智能電網是隨著電網規模不斷擴大、自動化技術發展到一定階段的必然產物。其顯著特點之一就是具有強大的自愈性，保障安全穩定的電力供應。在智能電網中，以高級量測技術為基礎融入通訊技術、自動化技術，獲取完整的電網運行信息，實現對電網的實時監測和控制。依據其構建的電網運行全景圖，調度人員能及時發現其中存在的薄弱環節，消除當前運行方式中的各類潛在風險。同時該技術能夠適應系統運行方式的變化，當發生故障后針對網絡拓撲和潮流變化進行實時分析，為調度人員提供緊急狀態下的輔助決策和應對預案，有效彌補傳統電網調度管理中的不足，提高電力系統安全運行邊界。

1.2 智能電網調度自動化技術的兼容性

在能源短缺、氣候變化等問題日益凸顯的背景下，大力開發利用新能源成為人類的必然選擇。然而新能源的高比例并網給傳統電網帶了一系列影響和挑戰。如因潮流反向導致電壓、頻率發生偏差的電能質量問題；因風電、光電功率高度不確定性導致的負荷預測、調度管理難度增大的問題；因電力電子元件的大量采用導致的諧波污染問題。兼容性強是智能電網的另一個優點。智能電網可將風電、水電、太陽能發電、儲能等科學整合，消除各路電能相互封閉的“孤島”，促進新能源消納，最大程度避免棄風、棄光、棄水現象。在電網中存在功率缺額或功率盈余時，智能電網可削峰填谷、自動響應，使得潮流實現科學調配、合理分布。此外智能電網可消除諧波干擾帶來的危害，提高電能質量和供電可靠性。

1.3 智能電網調度自動化技術的交互性與資源優化功能

所謂交互性是指電網與電力用戶間的互動，交互性強是智能電網的一個顯著特征。在完全自動化的智能電網中，用戶是電力系統必不可分的一部分，能夠保證從發電端到用戶端整個過程所有節點間信息流和能量流（電力潮流）的雙向流動。對供電企業而言，可掌握用戶用電特征、完善負荷預測，制定節能經濟的發輸電方案。對用戶而言，可參與電力分配和管理，根據實時電價調整自己的消費模式。在負荷緊張或事故條件下進行需求響應，平滑負荷曲線，提高電力系統穩定性，并可保證自己的經濟利益。這樣電網與用戶的交互響應完善了電能分配，提高了用電效能，實現了電力資源優化。此外智能電網可通過構建經濟調度模型，采用智能算法計算各發電單元的并網出力，并根據實時數據自動調整實時調度方案，降低網絡中的功率損耗，實現節能減排，達到電網運行效率和社會效益的同步提高。

1.4 控制電網調度運行

電網的控制運行包括電廠的開停機及出力管理、變電站的監視控制等。為確保電力系統的高效運行，必須加強上述所有環節的控制，保證系統各項指標在合理區間。智能電網調度技術能夠有效地控制電網運行，為電網的安全性、穩定性、可靠性提供保障。

1.5 選擇電網運行方式

在電網調度運行中存在許多調度決策問題需要智能調度技術輔助。智能調度技術可為調度決策提供可靠的數據分析，并根據分析結果自動生成最佳調整方案，為調度管理工作提供準確的科學依據。

1.6 實現自動化的通信

相比于傳統電網，智能電網的一個特點是具備發達的通信系統。該系統能使調度管理部門實時采集電網運行數據，保證調度人員發出的指令能夠迅速傳遞到電網各節點，從而實現電網運行的優化和控制。

2 智能電網調度自動化關鍵技術分析

作為智能電網建設的關鍵內容，智能電網調度自動化技術是控制智能電網運行的中樞神經，是維系電能生產、輸送、分配的基礎，是保證電網可靠運行和不斷發展的重要手段。

2.1 應用服務技術

電網調度自動化系統具有多種多樣的功能，但存在一定的重復和冗余，如何對這些分散的功能進行集成融合是當前的一大難題。在智能電網中，調度自動化系統采用面向服務架構（Service-Oriented Architecture，SOA）。SOA體系下的調度自動化系統可將多種系統應用封裝，電力調度部門可根據實際需要靈活調用。同時還可配置其他調度功能模塊，滿足智能電網發展各階段對調度業務的需求。

此外，SOA體系下的調度自動化系統可將傳統電網調度系統的電網分析、培訓仿真等模塊劃分出來，比如狀態估計、靈敏度計算、調度員潮流等。同時這些模塊可根據需求進一步完善優化，這是智能電網調度自動化系統的另一顯著優勢。目前智能電網調度自動化系統已在許多地區電網中得到應用，并在優化電網系統、實現節點計算機與主控計算機間的數據共享等方面發揮著重要作用。通過對電網進行實時監視控制，在事故發生前生成告警，調度監控人員可及時通知運維人員消除缺陷，有效減少故障造成的損失。

2.2 數據服務技術

在電網調度自動化中數據起著至關重要的作用，所有的調度決策都依賴于準確的數據分析。傳統電網調度自動化系統存在數據變換復雜、效率不高、可靠性低等問題。智能電網調度自動化技術以SOA體系為基礎完成數據服務，并利用標準接口和數據注冊中心完成電網信息的展示與融合。此外該技術可對電網設備實施全生命周期管理，提高調度自動化系統中數據的準確性。同時還可應用虛擬服務技術屏蔽數據的物理層信息，為調度系統內的無差別訪問帶來極大便利。值得關注的是，數據通信機制和數據服務間的融合，可實現智能電網統一調度前置通信系統功能。該功能在簡化運維流程的同時可在線調閱和調整有關數據，為數據服務在調度自動化系統中的實時性提供保障。

2.3 節能發電調度技術

電力系統的發電調度環節通常會存在大量能源浪費，加之我國能源本身不夠充足，因此節能發電調度技術的研究與應用具有重要意義。電網調度管理部門應充分認識節能發電的重要性和緊迫性，投入脫硫檢測、水調自動化等關鍵性技術，有效避免資源浪費。在節能發電調度技術中，一方面要整合、優化傳統發電工程，通過技術創新減少發電中的能源損失，同時要加強對發電過程的集中管理和控制；另一方面利用節能電力調度技術有效消納各類可再生能源，減少化石能源比例，推動電網清潔化、低碳化。

2.4 電網實時動態監測技術

電力系統是典型的超高維、強非線性系統，具有動態不確定性，傳統電網調度自動化系統基于局部信息的監測控制方法，難以滿足電網發展過程中諸如振蕩抑制與控制、動態安全防御等方面的要求。因此，基于廣域測量系統（Wide Area Measurement System，WAMS）的電網實時動態監測技術是智能電網調度自動化中的重要組成部分，可為大電網的實時監測和控制提供技術保障。一方面調度人員可在動態監控屏上對電力使用情況進行監測，有效掌握各類電能使用數據；另一方面可通過分析監測數據實現對目前電網運行狀況的有效評價，為下一階段的調度決策提供依據，極大加強調度人員對電網運行的管理和控制能力。

2.5 一體化調度管理技術

我國電網運行遵循“統一調度，分級管理”原則，上下級調度自動化系統間的數據庫、圖模資源等信息如何進行異地和層級共享是一個重要課題，一體化調度管理技術是解決該問題的重要手段。利用模型拼接技術實現電網圖模的“源端維護，全網共享”，提升數據庫維護效率，減少自動化運維人員的工作量，保證數據系統的一致和穩定。通過一體化調度平臺，以節能減排為目標函數進行優化調度，實現電網和所有并網機組的經濟運行，優化電能資源配置。此外還可整合擴展其他應用模塊，滿足智能電網調度縱向貫通的新型業務需求。

3 智能電網調度自動化技術的未來發展

電網調度自動化在發展過程中將朝著智能化的方向不斷前進。隨著未來電網的發展和自動化技術的進步，以智能型儀表、通信網絡、用戶戶內網絡等為主要組成部分的高級量測體系（AMI）將得到應用，有效融合電力系統與負荷兩側的數據信息。未來的調度自動化系統將包括智能機器人、三維地理信息系統、智能輸電等眾多新技術，不同區域間的調度數據可以相互傳送并加強經驗學習，消除信息阻塞。先進的自動化系統可整合重復冗余的數據，并從數據庫中任意抓取所需信息構建完整的網絡模型。智能電網將發電、輸電、配電以及用戶信息加以整合，實現源網荷互動，滿足個性化用電需求，為用戶提供極大便利。對電網企業而言，可實時掌握客戶的用電需求、評估潛在的風險，及時調整電網運行方式，保證電網的安全、可靠、經濟運行。

總之，在建設智能電網的過程中，調度自動化技術是不可缺少的一個重要組成部分。隨著電網規模持續擴大、新能源并網比例增加，大型交直流混聯電網形成，許多新問題、新挑戰將不斷涌現，調度人員在對電網進行管理時，須充分重視智能電網調度自動化關鍵技術的應用，保障人們的用電需求，促進智能電網的發展，為經濟社會的不斷前進奠定堅實的電力能源基礎。