智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的發(fā)展研究

蔣鵬

花垣縣供電有限責(zé)任公司 湖南 湘西 416400

引言

目前，我國已初步實(shí)現(xiàn)了電力泛在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，不僅在電力工程建設(shè)與電力生產(chǎn)運(yùn)營兩大部分全面推動了數(shù)字化管理，還通過對工業(yè)設(shè)計思想的運(yùn)用創(chuàng)建了設(shè)計施工一體化實(shí)踐模式，形成了以“電力項(xiàng)目立項(xiàng)→策劃→設(shè)計→招投標(biāo)→采購→施工→試運(yùn)行→運(yùn)維管理”為主要內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)流程[1]。同時，在電力生產(chǎn)運(yùn)營過程中將電力用戶、電力配網(wǎng)系統(tǒng)、電力生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了密切關(guān)聯(lián)，在電力泛在物聯(lián)網(wǎng)框架下，全面擴(kuò)大了電力調(diào)度自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍。在“雙循環(huán)”發(fā)展新格局下，為了促進(jìn)電力行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置、電力大數(shù)據(jù)科學(xué)運(yùn)用、電力產(chǎn)業(yè)升級等多重目標(biāo)，在當(dāng)前階段，需要持續(xù)增強(qiáng)對智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為其提供技術(shù)支持。因此，對該技術(shù)的特征與優(yōu)勢進(jìn)行分析探討是非常必要的。

1 智能電網(wǎng)技術(shù)特征分析

近年來，電力調(diào)度自動化中對于智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用相對增多，此類技術(shù)包括傳感器技術(shù)、用電監(jiān)控技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、人工智能技術(shù)等。從當(dāng)前實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用時，融合了信息技術(shù)、通信技術(shù)，正在朝著深度融合方向發(fā)展。通過對此類技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，電力調(diào)度自動化中應(yīng)用的智能電網(wǎng)技術(shù)特征，集中表現(xiàn)在兼容性好、自愈性高、安全性強(qiáng)、交互性優(yōu)勢大、性價比高等方面。分述如下[2]：①兼容性好。當(dāng)前電力系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)種類較多，包括輸配電自動化技術(shù)、自動變電技術(shù)、新能源技術(shù)等，每一種技術(shù)應(yīng)用時牽涉到多種設(shè)備與裝置，由于智能電網(wǎng)技術(shù)兼容性較好，可以較好地滿足電力生產(chǎn)制造及運(yùn)營中的移動客戶端與終端需求，促進(jìn)電力供給側(cè)與需求側(cè)的供需均衡。②自愈性高。應(yīng)用該技術(shù)后配套設(shè)置有自動診斷系統(tǒng)，可以針對故障進(jìn)行監(jiān)測→預(yù)警→識別→隔離→分析→處理，能較好的滿足隔離、斷電、自動恢復(fù)、正常供電目標(biāo)。③以安全性為例，當(dāng)前使用的智能電網(wǎng)技術(shù)中，突出了電力大數(shù)據(jù)管理，除了在應(yīng)用常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)防火墻、安全隔離技術(shù)外，部分電力企業(yè)已設(shè)計了安全防護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)用了云安全防護(hù)技術(shù)，電力信息安全、運(yùn)行安全得到了較好的保障。④交互性優(yōu)勢大。智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用后，電力調(diào)度時的供給側(cè)與需求側(cè)形成了交互關(guān)系，打破了傳統(tǒng)時期以電力供給為主導(dǎo)的窠臼，將服務(wù)作為電力調(diào)度的核心功能，較好的促進(jìn)了統(tǒng)一電力大市場建設(shè)，為按需供電、定制化生產(chǎn)、多元化電力營銷等奠定了基礎(chǔ)。⑤性價比高。智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中應(yīng)用時，既包括了對電力資源的優(yōu)化配置，也能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行中的風(fēng)險進(jìn)行精準(zhǔn)評估。另外，當(dāng)前增加了新能源接入、智能變電站、智能機(jī)器人、人工智能等技術(shù)與措施，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益的綜合產(chǎn)出，有利于推動整個電力行業(yè)向著集約型經(jīng)濟(jì)增長方式全面轉(zhuǎn)型。

2 智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的應(yīng)用需求

2.1 從市場競爭角度分析

新時代我國政府在頂層設(shè)計層面高屋建瓴地提出了總體經(jīng)濟(jì)理論，進(jìn)入2020年后，通過對該理論的深化與闡發(fā)，創(chuàng)建了“雙循環(huán)”發(fā)展新格局，旨在推動國際市場與國內(nèi)市場的多元并軌，促進(jìn)電力統(tǒng)一大市場的構(gòu)建。在這種發(fā)展態(tài)勢下，電力行業(yè)的競爭方向從原來的規(guī)模化競爭轉(zhuǎn)移到了質(zhì)量體系管理標(biāo)準(zhǔn)競爭（實(shí)質(zhì)上是定價權(quán)的競爭），以及供應(yīng)鏈競爭。雖然我國電力行業(yè)在輸配電方面的優(yōu)勢已達(dá)到全球領(lǐng)先水平，但是在電力調(diào)度方面的優(yōu)勢相對較小。按照總體經(jīng)濟(jì)學(xué)理論中的生產(chǎn)要素配置理論，需要在高質(zhì)量發(fā)展階段，擴(kuò)大對智能電網(wǎng)技術(shù)的配置，以此提升產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈的安全性和競爭力。

2.2 從產(chǎn)業(yè)升級角度分析

20世紀(jì)30年代通過發(fā)展經(jīng)濟(jì)學(xué)將產(chǎn)業(yè)劃分成了農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)，清晰界定了各行業(yè)諸領(lǐng)域所屬的產(chǎn)業(yè)。80年代發(fā)達(dá)國家、發(fā)展中國家，先后在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中增強(qiáng)了對產(chǎn)業(yè)政策的應(yīng)用。新時代我國實(shí)施了金融制度改革，調(diào)整了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。進(jìn)入“十四五”時期后，強(qiáng)調(diào)了高質(zhì)量發(fā)展主題，要求進(jìn)一步推動產(chǎn)業(yè)升級[3]。電力作為三大產(chǎn)業(yè)的主要能源，在當(dāng)前電力統(tǒng)一市場建設(shè)之際，需要將電力大數(shù)據(jù)與產(chǎn)業(yè)升級結(jié)合起來，透過電力大數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，有理有據(jù)的促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級。從當(dāng)前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，要在電力調(diào)度中實(shí)現(xiàn)對電力大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用，并將其擴(kuò)展到對三大產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢的監(jiān)測、分析，以及結(jié)構(gòu)調(diào)整，迫切需要在現(xiàn)有的電力泛在物聯(lián)網(wǎng)中，擴(kuò)大對大數(shù)據(jù)技術(shù)的運(yùn)用，并根據(jù)該技術(shù)應(yīng)用需求，配套設(shè)置傳感器技術(shù)、用電監(jiān)控技術(shù)，建立電力調(diào)度數(shù)據(jù)管理中心。尤其在部分電力企業(yè)中，應(yīng)根據(jù)大數(shù)據(jù)的增長情況，進(jìn)一步對數(shù)據(jù)管理中心進(jìn)行虛擬化處理等。

2.3 從能源危機(jī)角度分析

20世紀(jì)頭20年被稱為“危機(jī)時代”，其中能源危機(jī)占據(jù)榜首，并且在近年來隨著國際局勢的變化有明顯加劇。我國政府為了應(yīng)對危機(jī)，已經(jīng)預(yù)先提出了“化危為機(jī)”的新思想。根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)踐情況看，與電力能源相關(guān)的新能源中，我國擴(kuò)大了風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、焚燒發(fā)電、水力發(fā)電、清潔燃料發(fā)電、核能發(fā)電等投資，并且使新能源電力獲得了空前發(fā)展。同時，在不同地區(qū)按照因地制宜的原則，建立了規(guī)模不等的新能源電力工程。在這種發(fā)展趨勢下，新能源電力勢必代替?zhèn)鹘y(tǒng)電力。例如，在光伏發(fā)電系統(tǒng)接入變電站時，牽涉到對建筑面積、光伏電池朝向、并網(wǎng)形式（離網(wǎng)型、并網(wǎng)型、混合型）以及太陽輻射量、環(huán)保型變壓器等各類數(shù)據(jù)的分析。尤其在并網(wǎng)后的用電量監(jiān)測、電力資源分配方面的需求越來越大。然而，在新能源電力工程建設(shè)、接入電網(wǎng)系統(tǒng)后的電力調(diào)度中，仍然存在一些技術(shù)瓶頸。由此可見，要想系統(tǒng)性的解決此類問題，需要增強(qiáng)對智能電網(wǎng)技術(shù)與電力自動化技術(shù)的融合，在理論研究深度層面、技術(shù)推廣廣度層面，以及指標(biāo)化精度管理層面做出相應(yīng)的創(chuàng)新。

3 智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的應(yīng)用分析

現(xiàn)階段，智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的應(yīng)用，集成化程度越來越高。從智能調(diào)度系統(tǒng)控制中心的建設(shè)及其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)看，當(dāng)前應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括電網(wǎng)智能運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計、大數(shù)據(jù)分析、節(jié)能降耗調(diào)度、在線仿真模擬、安全風(fēng)險評價等。同時，在每一種關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用時，均牽涉到對關(guān)聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用[4]。在當(dāng)前“線上+線下”電力調(diào)度模式下，智能電網(wǎng)在電力調(diào)度自動化中的應(yīng)用已經(jīng)呈現(xiàn)出多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用趨勢。下面結(jié)合筆者參與的松桃-花垣220kV輸電工程智能化安全評價為例做出說明。

首先，根據(jù)歷史資料、工程建設(shè)資料等文件，結(jié)合頭腦風(fēng)暴法、德爾菲法列舉了進(jìn)度、質(zhì)量、技術(shù)、費(fèi)用、安全、組織六大風(fēng)險源[5]。

其次，根據(jù)風(fēng)險發(fā)生概率評價量化與風(fēng)險危害等級量化，結(jié)果如表1：

表1 風(fēng)險發(fā)生概率評價與風(fēng)險危害等級量化表

第三，組織工作人員對項(xiàng)目潛在風(fēng)險進(jìn)行研討，結(jié)果得到56項(xiàng)潛在風(fēng)險。其中的風(fēng)險點(diǎn)主要包括：①人身傷害風(fēng)險；②火災(zāi)與爆炸風(fēng)險；③設(shè)備事故風(fēng)險；④環(huán)境風(fēng)險；⑤材料不合格風(fēng)險。

第四，分解該項(xiàng)目風(fēng)險評價指標(biāo)，結(jié)果如表2：

表2 風(fēng)險評價指標(biāo)分解結(jié)果

第五，組織專家組，每組設(shè)置5人，進(jìn)行排序決策。定義專家組集合為：

其中，e1-風(fēng)險專家組給出的排序方案為B1＞B2＞B5＞B4；e2-施工專家組給出的排序方案為B5＞B1＞B2＞B3＞B4；e3-技術(shù)專家組給出的排序方案為B2＞B1＞B5＞B4，由于多風(fēng)險S的有序關(guān)系確定，可以得到計算其中的權(quán)重比例標(biāo)度后得到安全風(fēng)險一級指標(biāo)權(quán)重0.140,0.108,0.183）。調(diào)整后得到0.139,0.099）。按照同樣的方法，e2安全風(fēng)險一級指標(biāo)權(quán)重依次類推，得到安全風(fēng)險、設(shè)備風(fēng)險、材料不合格風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險、火災(zāi)與爆炸風(fēng)險二級指標(biāo)權(quán)重。

第六，通過模糊綜合評價方法，定義模糊量化表，設(shè)評語集V={好，較好，一般，差}={100，85，70，50}。專家組對人身傷害見二級指標(biāo)開展模糊綜合評價，對應(yīng)設(shè)置{高，較高，一般，低}對應(yīng)指標(biāo)，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對機(jī)械傷害風(fēng)險、起重傷害風(fēng)險、觸電風(fēng)險、中毒風(fēng)險、墜落風(fēng)險進(jìn)行調(diào)查[6]。然后，選擇隸屬函數(shù)度矩陣對其進(jìn)行分析。例如，機(jī)械傷害風(fēng)險為“高”，得票為3，總票數(shù)為20，此時，可以得到隸屬度矩陣R值，表示如下：

結(jié)果表明，在該項(xiàng)目中，整體安全風(fēng)險的權(quán)重向量 =（0.337, 0.249, 0.163, 0.127, 0.125），則項(xiàng)目整體安全風(fēng)險的模糊綜合評價值為D=（D1, D2, D3, D4, D5）由此可見，該項(xiàng)目處理較低的安全風(fēng)險水平。一方面風(fēng)險控制較為均衡，另一方面應(yīng)增強(qiáng)對二級指標(biāo)的風(fēng)險管控。由此制定了與該項(xiàng)目匹配的安全風(fēng)險應(yīng)急計劃流程，主要包括安全風(fēng)險識別（特征）→安全風(fēng)險責(zé)任分配（主體）→安全風(fēng)險評價（量化）→安全風(fēng)險應(yīng)對措施（回避、轉(zhuǎn)移、接受）→預(yù)期安全風(fēng)險自留（概率、影響程度）→安全風(fēng)險應(yīng)對預(yù)算（資金、時間）→安全風(fēng)險應(yīng)急計劃→安全風(fēng)險反饋計劃→安全風(fēng)險識別，整體上建立了“閉環(huán)式”安全風(fēng)險管控方案，起到了較好的控制效果。

4 智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的發(fā)展趨勢

4.1 智能電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度一體化

智能電網(wǎng)技術(shù)與電力調(diào)度自動化技術(shù)之間的深度融合，已經(jīng)推動了智能電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度的一體化發(fā)展。例如，在當(dāng)前電力統(tǒng)一大市場下，部分地區(qū)的調(diào)度系統(tǒng)中設(shè)計了ESB智能調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)支撐平臺。一方面理清了不同級別調(diào)度機(jī)構(gòu)的智能化發(fā)展脈絡(luò)，形成了垂直調(diào)度管理[7]。另一方面則通過在業(yè)務(wù)方面的分析，使主站、廠站之間的管理實(shí)現(xiàn)了一體化發(fā)展。這樣做既有利于為電力統(tǒng)一大市場的建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)，也有利于推動電網(wǎng)控制中心自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)框架與功能規(guī)范方面的研發(fā)設(shè)計，促進(jìn)智能電網(wǎng)的系統(tǒng)性規(guī)范與管理水平的提高。另外，將電力工程建設(shè)部分與電力項(xiàng)目運(yùn)營統(tǒng)一到智能電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度一體化架構(gòu)下，有利于在此類項(xiàng)目建設(shè)階段做好數(shù)據(jù)采集與分析，為后續(xù)建立科學(xué)合理的電力調(diào)度和運(yùn)維管理體系提供保障。

4.2 數(shù)據(jù)主導(dǎo)的全產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)度

根據(jù)當(dāng)前電力統(tǒng)一大市場的建設(shè)情況看，電力大數(shù)據(jù)主要來源于電力調(diào)度中心獲取的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的報表。無論是結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，還是非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)形成了“一網(wǎng)打盡”之勢。因此，為了充分發(fā)揮電力統(tǒng)一大市場的優(yōu)勢，需要將電力大數(shù)據(jù)與產(chǎn)業(yè)升級關(guān)聯(lián)起來，根據(jù)“雙循環(huán)”發(fā)展格局下的競爭內(nèi)容，科學(xué)的對三大產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢做出精準(zhǔn)預(yù)判，并在此基礎(chǔ)上，為三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化，提供數(shù)據(jù)支持[8]。深入一步看，在任何一個產(chǎn)業(yè)中，應(yīng)用電力大數(shù)據(jù)主導(dǎo)的方式開展全產(chǎn)業(yè)鏈的電力能源調(diào)度需求越來越明確。因此，在這種情況下，應(yīng)該充分把握方向，盡可能對電力能源與產(chǎn)業(yè)升級之間的關(guān)系進(jìn)行多元化解讀，借助對智能電網(wǎng)技術(shù)要素的聯(lián)合配置，推動電力能源的合理使用并加快我國產(chǎn)業(yè)向著高質(zhì)量方向轉(zhuǎn)型升級。

4.3 大力發(fā)展節(jié)能降耗調(diào)度技術(shù)

我國在2018年確立生態(tài)文明思想后，進(jìn)一步提出了構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的新目標(biāo)。傳統(tǒng)電力正在被新能源電力取代。為了適應(yīng)電力能源的大轉(zhuǎn)型，應(yīng)該大力發(fā)展節(jié)能降耗調(diào)度技術(shù)，使新能源能夠用得恰到好處。具體而言，可再生能源整體規(guī)模較大，但是在不同新能源電力之間的調(diào)度、新能源電力與傳統(tǒng)電力方面的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)相對較少。因而，十分需要結(jié)合節(jié)能降耗調(diào)度技術(shù)，在各電網(wǎng)轄區(qū)內(nèi)進(jìn)行能源分布情況的摸底調(diào)研，盡可能根據(jù)實(shí)際新能源電力、傳統(tǒng)電力占比及電力供給能力，開展多級別、多維度協(xié)調(diào)調(diào)度，盡可能提升節(jié)能降耗水平。

5 結(jié)束語

總之，電力調(diào)度是對電力系統(tǒng)運(yùn)行的全面管理，在當(dāng)前電力調(diào)動自動化實(shí)踐中，為了滿足電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展多重目標(biāo)，需要擴(kuò)大對智能電網(wǎng)技術(shù)資源的配置比例，并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。結(jié)合上述分析可以看出，當(dāng)前智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的發(fā)展表明，正在向著多元化、聯(lián)合化、復(fù)雜化方向轉(zhuǎn)移。因此，在新時期電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展階段，應(yīng)充分推進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的應(yīng)用，并結(jié)合提煉前期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與努力開拓創(chuàng)新的雙重路徑，為我國電力統(tǒng)一大市場的構(gòu)建提供源源不斷的動力。