計(jì)及電力現(xiàn)貨市場實(shí)時調(diào)控的發(fā)電警報開發(fā)與應(yīng)用

黃東生，黃海軍，陳慶松

（1.廣西百色銀海發(fā)電有限責(zé)任公司，廣西 百色 533615；2.華電云南發(fā)電有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

電力現(xiàn)貨市場[1-3]轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行后，發(fā)電廠的有功調(diào)整愈發(fā)頻繁多變，原人工下令的模式不再適應(yīng)，依據(jù)發(fā)電計(jì)劃曲線自動下令的方式悄然間成為了主流。由于應(yīng)用時間不長，多數(shù)的技術(shù)研究都針對計(jì)劃曲線的編制[4-7]、下令[8-9]、接收[10-11]等環(huán)節(jié)開展，而后續(xù)的運(yùn)行監(jiān)視環(huán)節(jié)研究較少。

在實(shí)際工作中，準(zhǔn)備不充分、功能不完備、測試不全面等因素客觀存在，電力市場的運(yùn)行難免存在一些不安全、不穩(wěn)定的因素。同時，由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)廠商普遍使用C/C++開發(fā)通信程序，使用C++或Java開發(fā)界面程序，封裝性強(qiáng)、保密性好，導(dǎo)致了運(yùn)用過程中的異常難以檢測，加上后期組態(tài)維護(hù)需要配置數(shù)據(jù)庫、修改程序等產(chǎn)生調(diào)度影響的復(fù)雜操作，不再具備及時修改的條件。因此，曲線接收雖然無異常，但程序及參數(shù)的不足引起的漏監(jiān)視、漏控制的現(xiàn)象偶有發(fā)生，甚至可能觸發(fā)一些嚴(yán)重的電力調(diào)度問題。綜上，必須進(jìn)一步研究和完善計(jì)劃曲線應(yīng)用過程中的參數(shù)檢測、異常診斷以及報警等功能。

1 電力現(xiàn)貨市場的計(jì)劃曲線解析

首先需要獲取計(jì)劃曲線及系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

南網(wǎng)總調(diào)采用IEC60870-5-104規(guī)約中的ASDU 137號報文[8]下發(fā)有功計(jì)劃曲線和電壓上下限曲線，每條曲線包含0:00-23:55時間段內(nèi)每5 min為間隔的288個時刻中的各個拐點(diǎn)的計(jì)劃值[12]。

以J集控中心的曲線報文為例：

報文中每個拐點(diǎn)由3個時間字節(jié)+2個計(jì)劃值字節(jié)組成。計(jì)劃值字節(jié)為歸一化值；時間字節(jié)由曲線起始地址疊加時間序號來表示，公式為：

式中：hn、mn為第n（1≤n＜289）個拐點(diǎn)的小時、分鐘值，And為曲線第n個拐點(diǎn)的十進(jìn)制地址、Ah為曲線的十六進(jìn)制起始地址，hex2dec為十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的函數(shù)。

根據(jù)公式1和104報文規(guī)則，可知第1個拐點(diǎn)為 44 69 00 22 01，其時間為0：05（44 69 00）、計(jì)劃值為290 MW（22 01）。

拐點(diǎn)n后的數(shù)據(jù)保持不變，直到拐點(diǎn)n+1的前一個時刻x，該時刻到拐點(diǎn)n+1間的計(jì)劃值擬合公式為：

式中：Pn、Pn+1為前后兩個拐點(diǎn)的計(jì)劃值，Px是[5n-5,5n)時段內(nèi)第x min的理論值（0≤x＜5）。

曲線的日期對應(yīng)于最后的7個字節(jié)，為CP56Time2a 格式（見圖1），如00 00 00 00 f5 03 15（2021/03/21），可用于校驗(yàn)曲線有無誤用等。

圖1 CP56Time2a數(shù)據(jù)幀格式示意圖

上述數(shù)據(jù)通過bash、Python或者batch腳本語言來獲取，在不破壞系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性的情況下，形成“嵌入式”報警程序。當(dāng)然，南自、南瑞、中水科等主流的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均支持用子程序來獲取上述數(shù)據(jù)或有關(guān)的字符串；同樣可以使用腳本語言來截取字符串、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型等，使得報警程序的開發(fā)和應(yīng)用更為高效。

2 電力現(xiàn)貨市場的發(fā)電警報設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通常，廠站調(diào)度通信服務(wù)器負(fù)責(zé)信息接收和預(yù)處理，然后發(fā)送給各個服務(wù)器；主機(jī)完成邏輯運(yùn)算等處理后，將報警推送至操作員站（見圖2，括號中數(shù)文字表示冗余網(wǎng)絡(luò)或機(jī)器的標(biāo)識）。

本方案在運(yùn)算機(jī)上使用腳本語言編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、判斷、報警等，并將新的信息廣播至操作員站，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電警報功能。

2.2 數(shù)據(jù)報警的介入條件

在常規(guī)報警的基礎(chǔ)上，增加控制模式、控制權(quán)限的判別，精確識別模式變換、負(fù)荷波動等電力現(xiàn)貨市場中的異常，降低了報警量，為運(yùn)行監(jiān)視提供有效的技術(shù)支撐。

圖2 電力生產(chǎn)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.1 控制模式的識別

南網(wǎng)總調(diào)的控制狀態(tài)信息格式為：“3+功率控制模式碼+功率調(diào)節(jié)模式碼”，見表1、表2：

表1 常見功率控制模式一覽表

表2 功率調(diào)節(jié)方式一覽表

實(shí)際的控制狀態(tài)多達(dá)35種，如果逐一進(jìn)行判別，那么編程的復(fù)雜度明顯過高。通過腳本語言的字符處理函數(shù)可以快速甄別模式，大大減少了if或case的層級，提高運(yùn)算速度。同時，針對電力管理的重點(diǎn)，可對電力市場的相關(guān)模式進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，能夠充分釋放運(yùn)行人員的監(jiān)屏壓力。

2.2.2 控制機(jī)構(gòu)的識別

發(fā)電警報的實(shí)時性、必要性需要考慮控制權(quán)所有者。特別是在電力市場下，指令變化快，處理時限短，自動化要求明顯提高。通過及時識別控制權(quán)的變化，結(jié)合控制權(quán)考慮報警的頻次，有助于運(yùn)行人員快速響應(yīng)電力市場要求。

2.3 接收異常報警

當(dāng)曲線模式投入時，判斷曲線有無正常下發(fā)。

超時報警：判斷有無正常下發(fā)，判斷時間翻轉(zhuǎn)是否正確。

新接收提醒：接收到新曲線后進(jìn)行提醒。

2.4 計(jì)劃變化報警

數(shù)值越限報警：根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行工況精準(zhǔn)調(diào)整有功上下限，并判斷數(shù)值有無越限。

數(shù)據(jù)變化報警：如果前后兩個周期間數(shù)值有變化，那么彈出報警。

數(shù)據(jù)變化過大報警：如果前后兩個周期數(shù)值偏差過大，且機(jī)組沒有在調(diào)整過程中，那么推送報警；以便運(yùn)行人員及時開停機(jī)。

2.5 調(diào)控異常報警

偏差報警計(jì)算條件：計(jì)算給定和實(shí)發(fā)的差值，如果差值大于全廠調(diào)節(jié)死區(qū)，那么進(jìn)入判斷。

單周期差值過大報警：如果單個運(yùn)算周期內(nèi)差值過大，那么報警。

多周期偏差過大報警：如果連續(xù)3個周期都偏差過大，那么推送一級報警。

累積變化量過大報警：機(jī)組通常在40 s左右完成功率調(diào)整，如果30 s累積變化量過大，那么推送一級報警。

2.6 算法邏輯設(shè)計(jì)

報警程序中，首先通過腳本語言獲得計(jì)劃曲線相關(guān)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，構(gòu)建報警模型（邏輯設(shè)計(jì)見圖3），然后通過SSH啟動操作員站的語音報警，達(dá)成發(fā)電報警的目的。

圖3 算法邏輯簡圖

上述語音文件通過離線TTS引擎合成，而SSH遠(yuǎn)程播音可以使用play等工具，如圖4：

圖4 語音報警的廣播演示

3 實(shí)時調(diào)控中的功能交互

腳本語言不光可以實(shí)現(xiàn)“嵌入式”的報警程序，同樣可以與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行交互。

3.1 數(shù)據(jù)交互

調(diào)用系統(tǒng)子程序，可以對實(shí)時數(shù)據(jù)庫的測點(diǎn)進(jìn)行讀、寫操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互效果。見圖5：

圖5 數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測和文本報警演示

文本報警：在數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)上，改變已有的或新增的開關(guān)量測點(diǎn)當(dāng)前值，從而借助計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自身的簡報功能進(jìn)行文本報警。

語音報警：調(diào)用系統(tǒng)已有的語音程序，直接進(jìn)行語音廣播（無須SSH遠(yuǎn)程調(diào)用），從而啟用系統(tǒng)的語音報警。

3.2 操作交互

腳本程序獨(dú)立地根據(jù)曲線報警模型進(jìn)行報警，并寫入一個實(shí)時測點(diǎn)p1去觸發(fā)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部報警；同時，定期檢測該測點(diǎn)p1有無復(fù)位，如果復(fù)位，那么同步復(fù)位（終止）循環(huán)報警程序。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部，由于測點(diǎn)p1被腳本程序置位，因此點(diǎn)亮p1光字牌，直至人工操作復(fù)位為止。由此，兩個程序通過一個實(shí)時測點(diǎn)（p1）就實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外部之間的操作交互，見圖6。

圖6 報警程序與系統(tǒng)程序的交互邏輯示意

4 結(jié)語

發(fā)電報警程序的開發(fā)應(yīng)用，提高了電力現(xiàn)貨市場下設(shè)備的運(yùn)行管理水平。該程序部署在云南省某大型水電流域集控中心，使用已近一年，解決了原有設(shè)備系統(tǒng)中計(jì)劃跳變、計(jì)劃突變等無法檢測的問題，提高了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測能力，為準(zhǔn)確、及時、高效地按照電力現(xiàn)貨市場需求提前完成機(jī)組開停機(jī)提供了技術(shù)支撐；特別是數(shù)據(jù)的交互設(shè)計(jì)功能，大大增強(qiáng)了夜間防止漏監(jiān)視、漏調(diào)整的能力，保障了供電的穩(wěn)定性。

采用“嵌入式”腳本的方式進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)的功能擴(kuò)展開發(fā)，不會改變原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，具有較強(qiáng)的實(shí)用意義；非設(shè)備廠商的技術(shù)人員參照上述方法，也可以基于已有的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，提高了發(fā)電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的快速落地，彌補(bǔ)了廠商系統(tǒng)的不足，亦有助于提高所在單位的發(fā)電運(yùn)行水平。