基于數(shù)據(jù)融合的數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮和管控平臺

單政博，張 勇，吳小剛，呂耀棠

(中國南方電網(wǎng)有限責任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600)

0 引言

能源革命和數(shù)字革命與電力系統(tǒng)變革密切相關(guān)，推動了電力系統(tǒng)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和先進的信息、通信、控制技術(shù)在電力調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用。為構(gòu)建數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮體系，滿足構(gòu)建智慧能源互聯(lián)電網(wǎng)的外部要求，同時適應(yīng)復(fù)雜大電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)在需求，需要研究電力調(diào)度智能化以及數(shù)字化之間的關(guān)系和模型。

電網(wǎng)調(diào)控運行需要對大量數(shù)據(jù)進行分析，對系統(tǒng)運行機理、運行策略等做出判斷，進行全方位的綜合決策，這一點與新一代的人工智能發(fā)展較為相似[1]。根據(jù)數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展趨勢、電力調(diào)控業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，需要設(shè)計滿足應(yīng)用要求的數(shù)字化智能調(diào)度系統(tǒng)。

人工智能涵蓋理論較多，其中深度學(xué)習(xí)理論對于調(diào)度領(lǐng)域具有較高的實用價值。文獻[2]提出了一種電網(wǎng)供電負荷均衡調(diào)度一體化智能指揮平臺。文獻[3]提出一種基于廣東電網(wǎng)調(diào)度智能指揮平臺(DICP)的電廠發(fā)電設(shè)備精細化管理的設(shè)計方案。文獻[4]說明了電網(wǎng)調(diào)度運行指揮信息化平臺的應(yīng)用。文獻[5]針對調(diào)控一體化模式下監(jiān)控信息智能化管理系統(tǒng)建設(shè)提出了方案。文獻[6]分析了新形勢下電網(wǎng)調(diào)度指揮操作中的安全風險。但是，目前針對數(shù)據(jù)融合的電網(wǎng)調(diào)度指揮平臺研究還有待進一步深入。

本文設(shè)計了基于數(shù)據(jù)融合的數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮和管理平臺。首先分析了電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化的內(nèi)在需求，根據(jù)數(shù)字融合的特點，分析了平臺構(gòu)建的目標，并設(shè)計了數(shù)字化調(diào)度指揮平臺的架構(gòu)，分析了平臺的功能應(yīng)用和技術(shù)亮點。根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，分析了平臺的實施過程。最后以實際案例說明了平臺的實施效果。

1 電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化的內(nèi)在需求

傳統(tǒng)電力調(diào)度生產(chǎn)系統(tǒng)存在許多問題，在調(diào)度端，生產(chǎn)系統(tǒng)繁多、數(shù)據(jù)屬性區(qū)分嚴格、業(yè)務(wù)封閉性較強，在很多數(shù)據(jù)不貫通的情況下，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、信息冗余和數(shù)據(jù)隔離等問題。在廠站端，各項調(diào)度業(yè)務(wù)對應(yīng)自己的信息管理系統(tǒng)，登錄方式、管理方式和應(yīng)用情況有所差異，不能夠進行上下級信息的有效交互。這樣的調(diào)度管理系統(tǒng)無法滿足電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下的生產(chǎn)信息系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展需求，也降低了電力調(diào)度運行管理的工作效率。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，不斷推進數(shù)字化技術(shù)在電網(wǎng)各環(huán)節(jié)應(yīng)用逐漸提升和優(yōu)化，電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化已成為推動電網(wǎng)智能化和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要過程。從信息安全角度來說，實現(xiàn)調(diào)度的數(shù)字化能夠使電網(wǎng)運行更加安全、高效，能夠提升大電網(wǎng)安全保障能力，在夯實能源互聯(lián)網(wǎng)信息支撐體系的基礎(chǔ)上，推進數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮體系，更好地服務(wù)電網(wǎng)發(fā)展和社會經(jīng)濟的發(fā)展。透明調(diào)度業(yè)務(wù)模式如圖1所示。

圖1 透明調(diào)度指揮模式示意

目前，電子信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)等正在加速向傳統(tǒng)電力行業(yè)滲透，從發(fā)電、輸電、配電等各個環(huán)節(jié)驅(qū)動電力生產(chǎn)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，在能源技術(shù)和信息技術(shù)日益融合的背景下，電力調(diào)度業(yè)務(wù)數(shù)字化能夠?qū)崿F(xiàn)電力數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和智能分析。為實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)與電力調(diào)度業(yè)務(wù)的深度融合，構(gòu)建智能、友好、安全和高效的數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度體系，需要對調(diào)度業(yè)務(wù)運行進行全面分析和實時掌控，通過全要素數(shù)字化、全業(yè)務(wù)智能化和全壽命周期的精益化管理方式對調(diào)度進行管理和分析。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大、電網(wǎng)的動態(tài)特性愈發(fā)復(fù)雜，跨區(qū)域大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)的承載能力不足以應(yīng)對現(xiàn)階段電網(wǎng)規(guī)模的內(nèi)在需求。從電網(wǎng)運行特點角度分析，大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的電壓等級高、設(shè)備傳輸容量大、動態(tài)運行特性復(fù)雜，這樣形成的交直流混聯(lián)電網(wǎng)還同時面臨著消納清潔能源、電力市場化改革等多重挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，以及檢修任務(wù)繁重，在調(diào)度業(yè)務(wù)方面承載力不足，調(diào)度員長期超負荷運行，從操作票下發(fā)到調(diào)度計劃管理等方面都已接近滿載。

因此，從能源轉(zhuǎn)型的內(nèi)在需求、數(shù)字化業(yè)務(wù)變革的轉(zhuǎn)型要求，以及電網(wǎng)規(guī)模擴大的實際情況來看，調(diào)度數(shù)字化指揮體系是解決當前調(diào)度管理和電網(wǎng)運行情況的較好思路

2 電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化指揮平臺

2.1 基于數(shù)據(jù)融合的平臺構(gòu)建目標分析

數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮平臺能夠提升調(diào)度工作質(zhì)量和效率、優(yōu)化多級調(diào)度業(yè)務(wù)協(xié)同處理、提高電網(wǎng)生產(chǎn)管理精益化水平。數(shù)字化調(diào)度統(tǒng)一指揮平臺能夠滿足縱向貫通和橫向協(xié)同的指揮理念，滿足調(diào)度任務(wù)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求，以及調(diào)度工作效率和質(zhì)量的提升要求。該平臺體系如圖2所示。

圖2 數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度體系

電網(wǎng)數(shù)字化調(diào)度統(tǒng)一指揮平臺，應(yīng)當建立包括運行類設(shè)備、規(guī)劃類設(shè)備和運行方式類數(shù)據(jù)的電網(wǎng)計算標準數(shù)據(jù)庫，為電網(wǎng)調(diào)度智能化提供相應(yīng)的功能模塊和接口服務(wù)，同時能夠為傳統(tǒng)離線計算軟件、各區(qū)域調(diào)度計算需求提供相應(yīng)的計算服務(wù)，為電網(wǎng)調(diào)度提供準確和唯一的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支撐。

該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)調(diào)度計算數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理和流程化管理，并提供對外計算數(shù)據(jù)服務(wù)。橫向上，各級調(diào)度根據(jù)統(tǒng)一的調(diào)度管理要求，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)與各級調(diào)度的信息管理系統(tǒng)，以及其他各類信息系統(tǒng)之間的應(yīng)用和模型數(shù)據(jù)交互；縱向上，通過數(shù)據(jù)報送、報表下發(fā)機制，實現(xiàn)各級調(diào)度間的數(shù)據(jù)和報表一體化傳輸，利用數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時更新和集成。

該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)計算管理平臺與傳統(tǒng)離線計算軟件的數(shù)據(jù)交互，能夠?qū)崿F(xiàn)在線和離線電網(wǎng)調(diào)度任務(wù)指令的分發(fā)和統(tǒng)一管理。

該平臺能實現(xiàn)各級調(diào)度分級維護的計算數(shù)據(jù)共享機制，將不同區(qū)域的調(diào)度數(shù)據(jù)進行分級維護，統(tǒng)一上傳至主調(diào)進行整體指揮和流程控制。

該平臺最終依托面向電網(wǎng)統(tǒng)一的一體化調(diào)度體系，高度集成生產(chǎn)指揮、運行管理和數(shù)據(jù)分析等多維度調(diào)度業(yè)務(wù)，將數(shù)字化理念貫穿于電網(wǎng)調(diào)度指揮的全流程，以線上交互為手段，構(gòu)建全新的多任務(wù)、多單位、多信息之間的并行、協(xié)同、共享的透明調(diào)度指揮模式。

2.2 數(shù)字化調(diào)度指揮平臺架構(gòu)設(shè)計

數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮平臺的總體架構(gòu)如圖3所示。

圖3 一體化調(diào)度指揮平臺架構(gòu)

該平臺能夠基于智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支撐系統(tǒng)進行功能構(gòu)建，其中對象服務(wù)、流程服務(wù)、報表服務(wù)、數(shù)據(jù)交換、日志服務(wù)和指揮管理等業(yè)務(wù)支撐組建，與調(diào)度技術(shù)支撐系統(tǒng)調(diào)度管理類應(yīng)用進行協(xié)同運作。

電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一指揮平臺，依靠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與SG-OSS基礎(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)模型相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)與生產(chǎn)控制大區(qū)、管理信息大區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實時監(jiān)控，以及與預(yù)警應(yīng)用接口的統(tǒng)一化管理。

該平臺能夠建立嚴格的建模工作流程、調(diào)度指揮作業(yè)流程，以及調(diào)度之間數(shù)據(jù)交互的完備機制，從而實現(xiàn)電力調(diào)度數(shù)據(jù)分級維護、平臺共享的功能。

數(shù)字化電力調(diào)度指揮平臺包括基礎(chǔ)類設(shè)備數(shù)據(jù)、調(diào)度方式運行類數(shù)據(jù)、調(diào)度管理在線應(yīng)用數(shù)據(jù)和電力調(diào)度報表制定管理模塊等。

2.3 數(shù)字化調(diào)度指揮平臺功能分析

2.3.1 解決信息孤島問題

原有電力調(diào)度業(yè)務(wù)之間的數(shù)據(jù)交互性不強，數(shù)據(jù)的價值沒有被充分挖掘。調(diào)度指揮管理平臺依托調(diào)控云和數(shù)據(jù)中心資源，建立設(shè)備臺帳數(shù)據(jù)庫和電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)庫，并依托操作票、調(diào)度日志、檢修申請單等調(diào)度操作系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫。能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)前臺、管理后臺與數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)調(diào)用接口共享，實現(xiàn)上下層業(yè)務(wù)靈活調(diào)用數(shù)據(jù)中臺提供的數(shù)據(jù)、服務(wù)和組件。最終實現(xiàn)的解決方案如圖4所示。

圖4 調(diào)度信息孤島問題解決方案

2.3.2 提升共享數(shù)據(jù)服務(wù)能力

數(shù)據(jù)調(diào)度統(tǒng)一管理平臺能夠通過數(shù)據(jù)中臺的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)接口，實現(xiàn)調(diào)度端與廠站端、操作票、申請單、日志等不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同查閱，從而避免設(shè)備臺帳、生產(chǎn)信息和運行數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)各自維護的封閉狀況，能夠?qū)崿F(xiàn)共享數(shù)據(jù)服務(wù)體系。

以生產(chǎn)報表為例，基于數(shù)據(jù)中臺的單一數(shù)據(jù)源和統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)報表數(shù)據(jù)的自動生成，從而避免日志、操作票、檢修申請單和電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)錯誤率高的缺點。

2.3.3 前臺應(yīng)用模塊化管理

針對電力多級調(diào)度的特點，電力調(diào)度統(tǒng)一指揮平臺能夠?qū)崿F(xiàn)受令單位與調(diào)度業(yè)務(wù)的對應(yīng)關(guān)系，以及受令人與業(yè)務(wù)權(quán)限的對應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)前端業(yè)務(wù)的模塊化管理，形成統(tǒng)一的應(yīng)用流程，利用統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺的數(shù)據(jù)流對相應(yīng)的各類文件進行調(diào)用，實現(xiàn)不同的功能計算。

數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮平臺能夠針對不同應(yīng)用場景，開發(fā)生產(chǎn)信息匯報、故障異常信息匯報、應(yīng)急檢修申請等業(yè)務(wù)模塊的功能和應(yīng)用，實現(xiàn)通過文字、圖片和附件等多種形式的匯報方式。

另外，該平臺還能夠?qū)崿F(xiàn)向多級調(diào)度單位發(fā)布調(diào)度任務(wù)，方便調(diào)度中心掌握各任務(wù)在各單位的簽收情況和執(zhí)行進度。

針對新設(shè)備啟動、舊設(shè)備退役和設(shè)備改造等造成的臺帳變化情況，該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備臺帳線上維護、調(diào)度線上審核的閉環(huán)管理。通過不同業(yè)務(wù)相互協(xié)同的工作理念，突破不同業(yè)務(wù)間的信息壁壘，提升運行管理效益。

3 電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化指揮平臺實施過程

以透明調(diào)度指揮模式為特色的數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮平臺，能夠有效地提供電力調(diào)度信息系統(tǒng)的支撐，變革傳統(tǒng)的調(diào)度生產(chǎn)方式，提升調(diào)度指揮生態(tài)環(huán)境，能夠有助于電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化推廣和應(yīng)用。該平臺的實施過程需要聯(lián)調(diào)測試、新模式各級融合、新生態(tài)逐步適應(yīng)的過程。綜合考慮調(diào)度各級電網(wǎng)所在單位的人員配置、理念接受程度和調(diào)度技能積累等方面的差異，需要對電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化統(tǒng)一平臺的應(yīng)用推廣和實施實行逐步試點的科學(xué)實施策略，保障線上重點業(yè)務(wù)全面開展，穩(wěn)步有序推進新型調(diào)度指揮體系的落實和部署。實施過程示意圖5所示。

圖5 實施過程示意

4 電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化指揮平臺實施效果分析

基于數(shù)字化的電網(wǎng)調(diào)度指揮體系能夠?qū)崿F(xiàn)各離散生產(chǎn)單位間的數(shù)據(jù)融合和貫通，打破傳統(tǒng)調(diào)控專業(yè)跨層級、跨專業(yè)的信息和數(shù)據(jù)鴻溝，變革傳統(tǒng)調(diào)控專業(yè)信息交互模式，營造了電網(wǎng)調(diào)度協(xié)同的優(yōu)質(zhì)指揮生態(tài)。信息透明的新模式能夠讓電力調(diào)度中樞，及時了解電網(wǎng)調(diào)度操作計劃、進度和狀態(tài)，便于安排運維單位進行各項工作的開展，從而提高資源配置效率。由于操作效率不斷提升，能夠大幅降低匯報排隊和操作等待時間，從而形成調(diào)度與現(xiàn)場業(yè)務(wù)良性互動的工作局面。

本系統(tǒng)在華東某地區(qū)應(yīng)用開展以來，2019年至2020年中，線路停復(fù)役操作平均用時從超過3 h減少至2 h，主變停復(fù)役操作平均用時從2 h減少至1.5 h，母線停復(fù)役操作用時從2.5 h減少至2 h。具體對比如圖6所示。

圖6 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)令實施效果對比

特別是“多單位協(xié)作”的故障處置機制，更能讓相關(guān)單位第一時間能夠掌握事故動態(tài)，提高多級協(xié)同故障處置效率，降低系統(tǒng)性大面積事故發(fā)生的概率，切實保障華東電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行與平穩(wěn)有序供電，取得了良好的社會評價。

5 結(jié)束語

針對基于數(shù)字融合的數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮和管理平臺進行了設(shè)計，重點分析了數(shù)據(jù)融合在數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度指揮平臺中的應(yīng)用。通過對數(shù)字化的內(nèi)在需求分析，得到了電網(wǎng)調(diào)度數(shù)字化的發(fā)展模式。構(gòu)建了相應(yīng)的指揮平臺，說明數(shù)據(jù)融合能夠解決信息孤島問題，提升共享數(shù)據(jù)服務(wù)能力，實現(xiàn)前臺應(yīng)用模塊化的管理。本文所提的平臺在電網(wǎng)調(diào)度自動化和數(shù)字化過程中具有一定的實踐意義。