面向DSP的智能電網自動調度實時監控系統設計策略

王之龍

（國網江蘇省電力有限公司 南通供電公司，江蘇 南通 226000）

0 引 言

調度系統是智能電網的中樞，是保證電網安全、穩定、可靠、經濟的關鍵，也是實現電網自動化水平最高的一環。調度與監測平臺是1項系統工程，它由多種功能模塊組成。各模塊之間相互聯系、相互依存，具有各自的應用系統和各自的職能，但是其目的一致，即實時監測電網調度系統，及時發現問題。

1 智能電網調度系統概述

近年來，隨著我國電網建設的迅速發展，對電網的運營和管理需求越來越大，對調度系統的要求也越來越高。電力調度可以有效實現一體化的協調控制、一體化的調整、高效的流程管理、精細化的統籌規劃和信息網絡的建設，從而在智能電網中形成自動化、信息化、互動化、分布式以及一體化的智能調度決策中心。智能調度系統指在電力公司實現調度計劃、建立模型、測量、數據分析、決策、有效控制以及管理的全流程。智能電網的智能化調度將成為智能電網的重要特點，具有較強的適應性、前瞻性、優化性、柔性和高度敏感性[1]。

2 智能調度的優勢分析

2.1 較強的可觀測性

遠程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）、配電開關監控終端（Feeder Terminal Unit，FTU）等監控設備雖在常規電網中安裝，但其安裝后無法實時掌握電網對面使用者的操作情況。而智能調度擁有先進的智能測量系統，也就是數據共享平臺，借助二測技術可以實時掌握電力的情況，從而準確地估算出電網的運行狀況。由此可以看出，智能調度系統具有很好的可測性。同時，它可以使智能電網調度中心準確地控制整個網絡。

2.2 資源更加可控

在常規電網中，發電資源是控制能源的重要組成部分。近年來，由于各類可再生能源的大量涌入，使得分布式發電的應用范圍越來越廣，許多發電環節都會產生難以控制的問題。而在智能電網中，資源的控制范圍不斷擴展。

2.3 運行調控性更加靈活便利

在常規電力系統中，經濟性、安全性、電能質量是電力系統的重要指標和控制指標。而智能電網調度系統以其多樣化、復雜化的特點為主要的控制對象，既要滿足電力系統的要求，又要做到能源消耗的最小化，以達到環境保護的目的。因此，在運行過程中，需要對電網的實際狀況進行相應的調整[2]。

2.4 結構功能的開放性更高

電能通過發電、傳輸、分配、用電等單向流實現，這是傳統電力系統的1種調節方式。在進行設計時，也只是簡單地部署了已有相同工作的軟件。但是，智能電力與傳統的電力網絡不同，它可以提供大量的分布式電源，從而實現對電網的控制。

3 智能電網調度系統監控平臺體系的構架

根據智能電網的基本特點和智能云平臺的實際應用，提出了基于云的智能電網調度系統的建設方案。該平臺采用了云計算技術、數據服務總線等技術，將分布式數據資源、電網自動化等應用于智能電網調度云計算監測平臺中。為便于系統調度的管理者監控各部分的操作，按需調整計劃，并特別設置了統一的監控界面。云計算平臺是以分布式數據服務總線為基礎，它還包含了3個主要的功能部件，即動態負載平衡與資源分配系統、分布式數據存儲系統以及集成計算引擎。這些功能部件以分布的數據服務總線組成1個虛擬層，以完成對控制信息和數據信息的交換、傳輸以及整合，并對底層的硬件進行統一的管理和配置，保證了不同應用軟件安全穩定的調用和存取[3]。

4 智能電網調度系統關鍵技術的實施

4.1 調度數據集成化技術

在電力系統中，當綜合了各種數據后，可進行故障診斷時，必須采用智能電網調度和事故處理的輔助決策。信息管理系統中的數據，其主要依據是IEC61970標準和可擴展標記語言（eXtensible Markup Language，XML）的自描述格式以及以松散耦合模式為基礎的XML信息交換。

4.2 智能調度控制技術

當電力系統的運行安全性不能得到保證時，必須對其敏感性進行分析，以保證電網的正常運轉。一旦出現意外，就需提前提醒，如果要調整機組端面上的過載問題，則應適當降低負載。

4.3 事故診斷與處理技術

事故的診斷和處理技術包括多個復雜的故障診斷技術、差錯信息的冗余、對多目標事故進行修復。而多重故障診斷的關鍵是故障區，它利用組群技術將電網動作信息、保護動作信息和故障診斷信息結合起來，對以上的信息進行了組合。

4.4 電網故障的實時診斷分析

與網絡拓撲相結合，可以實現對電力設備異常變化、潮流、電壓突變等信息的監測，并根據系統的實時獲取信息、保護動作信息、潮流擾動信息，利用網絡信息識別技術對人工操作、錯誤信息擾動等信息進行篩選，將虛假信息剔除，從而實現對電網的故障診斷，進而提高整體調度的安全性[4]。

4.5 科學的電網事故處理輔助決策

在電網調度中，充分利用智能監測和防誤技術，可以加強對電網調度的有效控制，減少各類突發事件的發生，并根據電網調度的實際需要，通過優化電網調度的輔助功能，保證故障診斷的準確性，有效處理過潮流、過電壓因素，優化智能化電網調度管理系統的服務功能。

4.6 完善電網調度中在線事故處理機制

通過可靠的智能監測和防誤技術，可以為電力調度人員提供大量的軟件資源，幫助調度人員在最短的時間內對各種類型的故障進行最大限度的判斷，并在提高電力網絡的潮流控制能力的同時，對網絡的在線事故進行有效處理。

5 電網監控系統性能分析

5.1 回溯機制

在網絡中，節點的安全回滾是1個非常重要的機制，可以幫助調度控制器發現系統的安全漏洞。在此基礎上，利用系統節點的安全級別計算公式，對500 kV、220 kV網絡進行了分析。從跟蹤的結果可以看出，1個具體的實體節點是經過500 kV或者220 kV的網絡。其中，在500 kV網絡中，存在危險的實體結點可以采用數字安全等級的方法進行識別。在220 kV電網中，需要判斷220 kV網絡中很多節點的安全性，不僅是因為220 kV區域網的安全問題，還是因為500 kV節點的電力供應不足，這一跟蹤機制應該能夠幫助調度員改進系統的安全漏洞，保證系統的安全和穩定運行[5]。

5.2 電網智能監控系統硬件架構設計

該系統包括采樣電路、微處理器、主控制模塊、功率測量芯片、顯示模塊以及通信模塊等。該系統充分發揮了電網運行時電流和電壓信號的轉換功能，采用電能測量芯片對電流和電壓進行檢測，并采用取樣電路將所檢測到的數據保存到監測圖像中。在此基礎上，采用全球定位系統（Global Positioning System，GPS）或通用分組無線業務（General Packet Radio Service，GPRS）通信模塊，將采集到的電壓、電流等數據進行遠距離傳輸。當網絡發生故障時，報警裝置會被設定在系統程式中。GPS/GPRS通信模塊完成定位、遠程信息傳輸、短消息傳遞等一系列功能。

5.3 系統的軟件結構配置

以RT21為平臺，實現了對網絡設備狀態的實時監測。本系統具有訪問管理、環境監控等多種功能，還可以對網絡設備進行實時監控，與D5000智能調度系統聯接。應用軟件模塊層的組成包括視頻監控、訪問控制管理、環境監控、火災報警以及鏈路控制等。各模塊間無干擾，可獨立完成邏輯檢驗及資料處理。在平臺模組層次上，提供了圖形、權限、安全、報告、界面管理以及歷史和實時的資料庫。它為應用程序開發提供了1個一致、安全、易于操作的接口，能夠適應不同的工作需求，而且可以通過腳本語言配置邏輯。在線監測系統會對輔助系統進行分析診斷，并與輔助系統配合，積極監測網絡設備。同時，該系統將地理地圖與電力設備的主線路圖有機結合起來，使得該系統更加直觀、易于管理，可以適應電網的生產和操作需求。

5.4 控制指令解析和傳輸測試

首先，在Web的監視系統中，管理員選定要切斷電源的負荷1，按下“確認”鍵，后臺的程序會按照主控界面的指示進行一幀的控制。其次，通過套接點的輸入輸出（Input/Output，I/O）數據流向數據采集與監視控制系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）傳輸控制幀。最后，通過控制系統的硬件平臺，完成對負荷的控制，以確保電力系統的安全和穩定。通過順槽監測中心，可以遠程控制運煤機、破碎機和皮帶的信號，并實現無人控制。通過順槽監測中心的數據收集、整理和匯總，能夠隨時觀察到設備的啟動和停止，并對設備的故障進行分析，了解設備的工作狀況。在設備出現故障時，可通過查閱故障信息清單找出故障，快速、準確、穩定地解決問題，縮短處理時間。

5.5 監控視頻采集卡設計

在電力市場中，監測數據的獲取是1個非常關鍵的環節。在網絡、設備切換點、設備熱點附近設置照相機，通過遙控指揮中心傳輸監測命令。在網絡運行過程中，視頻監視可以捕捉到網絡運行中的特殊異常和位置，同時可以捕捉到網絡的異常情況。若網路監視影像信號為電子信號，則須將其轉換成數位信號。利用城市信息模型（City Information Modeling，CIM），電腦有4個監控顯示卡，每1個顯示卡能從4個不同的方向采集網路監控資料，因此可以擴展網絡監控系統的監控范圍。在此基礎上，利用CIM模型對智能電網監測系統設計硬件結構，并對其采集電路進行了設計。另外，針對監控視頻采集卡的工作模式，對其進行了硬件設計。

6 智能調度的優勢分析

6.1 較強的可觀測性

RTU、FTU等監測裝置基于傳統電網設立，其設置并不能使相關人員及時了解處于電力系統另一端用戶的實施運行信息。智能調度則不同，它已經具備了高級智能量測系統及數據共享平臺，在這些系統和平臺的支撐下以及二測技術的幫助下，能夠及時了解用戶的用電信息，并以此為基礎實現了對全網需求側狀態的精確估計。

6.2 資源更加可控

發電資源是傳統電力系統中的主要可控資源。近年來，隨著各種可再生能源的大規模接入，在分布式發電的廣泛應用環境下，很多發電環節出現了不可控的問題。在智能電網中，可控的資源范圍得到擴大，不再局限于發電資源，其中包含儲能裝置、負荷、電力電子技術基礎上的可控輸電設備等資源。

6.3 運行調控性更加靈活便利

經濟性、安全性、電能的質量是對傳統電網調度衡量的主要目標和控制目標。但是，智能電網調度系統則不同，它將多樣化、復雜化特征作為控制的主要目標，電網在保證電力系統供電需求的同時，必須實現能耗的最低排放，保證環保的效果。因此，電網在運行中必須根據實際情況做出調整。

7 電力系統自動化中DSP技術的具體應用

電力系統自動化中，數字信號處理（Digital Signal Process，DSP）技術的具體應用主要包括以下幾點。

（1）采集與測量。在將電力系統與計算機有效結合后，可以將能量管理系統（Energy Management System，EMS）、SCADA、配電管理系統（Distribution Mangernent System，DMS）等融合在一起。SCADA可以實時分析頻譜，并對其進行快速、精確的測量。同時，這種方法是電氣量測定的先決條件，并逐步建立起相應的體系。

（2）質量監控。電能具有相應的品質評定標準，能夠根據其偏差是否在標準值范圍內來判定頻率和電壓；在測量波形時，可以根據失真率是否超出規定的范圍來判定。如果沒有達到相關的要求，則會根據不同的條件，通過報警來控制設備的工作。同時，電網在大負荷投入、故障時，會有一段時間的電壓下陷，針對這種現象，有關部門要根據電壓下降的情況對故障進行補償和修理。

（3）繼電保護。大規模應用微型計算機繼電器，可大大提高電網的安全性和穩定性，促進電網的長期發展。

8 結 論

將智能電網技術引入到電力市場監測系統中，將有助于電力市場的迅速發展，并能迅速發現電力市場中的問題。同時，由于其具有較高的安全性和可靠性，因此將為我國電力工業的可持續發展提供有力的支撐。