基于電網安全約束的調度計劃與停電檢修計劃優(yōu)化分析

任品績

（國網陜西省電力有限公司安康供電公司，陜西安康 725000）

1.電網運行特點

1.1 電力發(fā)電與用電平衡特點

我國電網系統(tǒng)從無到有經過了多年的發(fā)展與改進，實現發(fā)電、送電、變電、配電、用電的電力生產全過程。但是由于電網運行過程中，電力不能被存儲下來，使發(fā)電過程與用電過程需要同時完成，并保持平衡，即發(fā)多少電用多少電。其中有功功率的平衡性就在電網頻率上體現出來，如果發(fā)電大于或小于用電，則會導致電網頻率升高或者降低，不論電網頻率出現哪種變化都會影響電網的安全運行狀態(tài)、電網設備以及用電設備等。因此，保持有功功率的平衡性是維持電網安全運行的條件之一。

1.2 電力生產瞬時特點

由于電流的特點，在發(fā)電或送電時，電網中的電就已高速傳送給用戶端，電力生產的瞬時性賦予了電網運行狀態(tài)變化的瞬時性，也就是說在某個瞬間電網就可以從穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)，這就使得電網安全穩(wěn)定運行以及控制需要瞬時完成或較短時間內完成，包括電網故障的推斷、決策以及控制等過程。

1.3 無功功率平衡特點

在電網運行中，除有功功率外，還有無功功率的存在。無功功率的平衡性也影響著電網運行的穩(wěn)定性，而無功功率平衡性則體現在電網運行的電壓狀態(tài)上，如果電網無功功率過剩或過少，就會導致電壓升高或降低。如果電壓過高就會影響電力設備與用戶用電設備的輸入電壓過高，進而造成設備的損壞，電壓過低也會影響電網供電質量，進而影響電網運行的穩(wěn)定性。因此，電網調度與停電檢修工作顯得尤為重要。

2.電網安全運行方面存在的問題

2.1 電力系統(tǒng)運行事故

隨著我國電網系統(tǒng)規(guī)模的逐步擴大，電網運行中出現的安全事故發(fā)生的概率也在增加。同時，電網的靈活性也影響著電網運行的穩(wěn)定性。

2.2 發(fā)電機組同步運行穩(wěn)定問題

在電網運行中容易出現電網穩(wěn)定破壞事故，這是因為并網運行的發(fā)電機組不能實現同步運行導致的。并聯(lián)發(fā)電機組失去同步運行后導致發(fā)電系統(tǒng)出現震蕩，進而使電網中樞電壓與輸送電設備的電流出現震蕩，使電網不能持續(xù)供電。嚴重的穩(wěn)定破壞事故也會引起區(qū)域的大面積停電。

2.3 電壓穩(wěn)定被破壞

在電網系統(tǒng)中，由于無功功率缺乏而導致受端電網系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性失衡的事故，這就是電壓崩潰事故。此事故能夠使系統(tǒng)電壓崩潰，進而影響區(qū)域內的供電情況。這一事故有兩種原因。第一，受端設備負荷呈現持續(xù)增長的趨勢，導致電網系統(tǒng)的電壓下降，破壞了靜態(tài)電壓穩(wěn)定。第二，電網主設備出現故障，比如大機組或者聯(lián)絡線出現跳閘等故障，造成受端設備無功功率缺額較大，使電壓迅速下降，進而導致電壓崩潰，破壞動態(tài)電壓穩(wěn)定性。

2.4 系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性破壞

在電網系統(tǒng)中，有功功率的缺乏也會影響電網系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，有功功率的不平衡性會使電網系統(tǒng)頻率穩(wěn)定被破壞。大機組跳閘、聯(lián)絡線跳閘等因素都會導致電網系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性被破壞。

3.基于電網安全約束的調度計劃與停電檢修計劃優(yōu)化策略

3.1 電網調度計劃優(yōu)化

3.1.1 互聯(lián)電網調度計劃

當前，國家電網公司已經應用了多種智能電網調度系統(tǒng)，但是其調度目標設計、平衡側設計等都存在著一定的區(qū)別，本文基于安全約束經濟調度（SCED）的角度提出幾點調度計劃優(yōu)化策略。首先，優(yōu)化調度目標設計。在電網調度工作中，傳統(tǒng)的SCED 優(yōu)化目標多以購電價格更低和煤耗最佳等為前提，結合我國電網實際調度情況來看，在結合“三公”調度模式以外，還要將可再生資源消納、重點輸電斷面潮流裕度等考慮在內[1]。其次，提升調度平衡。在省內的調度計劃中，往往將省內和區(qū)域內的機組的計劃出力減去省內和區(qū)域內的外送功率作為省內和區(qū)域內的負荷總需求。對電網平衡優(yōu)化也是對外送功率的優(yōu)化。但是傳統(tǒng)的SCED 優(yōu)化目標中，聯(lián)絡線功率由省內和區(qū)域內的電源結構決定的，但是這與聯(lián)絡線計劃不相符。對此問題進行優(yōu)化則要將聯(lián)絡線作為斷面約束，以這種約束方式實現聯(lián)絡線的可控制。除此之外，還可以在忽略網絡耗損的情況下，使兩端耦合約束，實現兩端輸送功率和為0，實現系統(tǒng)平衡約束。即將正負耦合等值機組信息加入調度場景當中，同時也要考慮等值機組功率分布系數。

3.1.2 電網調度自動化技術

我國電網調度自動化技術已經有了廣泛的應用與發(fā)展，基于我國信息技術的高度發(fā)展，電網調度技術信息化有了進一步的提升與優(yōu)化。第一，SOA（面向服務架構）技術。在傳統(tǒng)的電網調度工作中，許多系統(tǒng)與技術并不能將所有的功能整合起來發(fā)揮其最大作用，因此，在優(yōu)化電網調度計劃時，將各個功能進行優(yōu)化與整合，實現智能化與自動化。SOA 技術應用在電網調度計劃中，能夠自動以服務價格為對象，同時將所有功能整合在一起，并實現相互調用，不僅使電網調度功能更加靈活，也能實現電網調度功能的全面性。同時SOA 體系應用在電網調度自動化中，還能夠智能分析電網中出現的故障信息，同時細化調度系統(tǒng)功能，優(yōu)化電網調度計劃。第二，自動化節(jié)能發(fā)電技術。傳統(tǒng)電網調度工作當中，多采用人工發(fā)電調度的形式，這種形式不僅會出現能源耗損的現象，大量的能源浪費使電網調度成本上升。利用自動化調度節(jié)能發(fā)電技術實現電網調度的節(jié)能減排，因此，在實現自動化節(jié)能調度工作中，將可再生資源應用到電網調度技術研發(fā)與電網建設當中，創(chuàng)新自動化節(jié)能調度技術，進而實現電網調度經濟優(yōu)化[2]。第三，數據分析與服務技術。在電網調度工作中，數據收集與分析工作能夠實現電網調度的最優(yōu)決策，因此調度數據有著非常大的使用價值。特別是將SOA 技術應用在電網調度時，利用數據服務技術與數據注冊以及數據標準結構相結合，提高數據分析的精確性以及數據結果的利用效果。數據服務與數據傳輸機制的有機耦合，使調度網絡前端系統(tǒng)的功能統(tǒng)一起來，優(yōu)化系統(tǒng)運行過程，優(yōu)化調度系統(tǒng)的服務與功能，保障調度系統(tǒng)的及時應用。

3.2 停電檢修計劃優(yōu)化

3.2.1 調度計劃安全校核

電網調度計劃與電網停電檢修計劃有著密切的關系，從日內、月度、年度等多方面對電網調度與停電檢修計劃進行評估，從而實現電網調度與停電檢修的安全與預警工作。第一，日調度安全校核。通過電網調度安全校核系統(tǒng)內拓撲結構模型對電網安全穩(wěn)定性進行分析，將分析結果傳送至調度中心，為電網調度中心提供電網信息。其中拓撲結構模型需要將電力設備的變化信息，包括調度轄區(qū)內的公共信息等進行上報。在電網安全校核系統(tǒng)的實際運行過程中，調度中心對電網設備的靜態(tài)安全穩(wěn)定裕度與動態(tài)安全穩(wěn)定裕度分析，同時將負荷作為節(jié)點注入功率，利用潮流算法與故障約束模型將電網單元與電力設備功率的靈敏度進行分析，從而計算出電網的安全極限。同時電網設備狀態(tài)也影響電網運行的穩(wěn)定性，因此安全校核系統(tǒng)也要判斷電力設備運行的穩(wěn)定限額，從而為電網停電檢修計劃提供數據信息。第二，月度安全校核。月度安全校核是將月內典型的斷面情況制定月度計劃，并依據計算結果對月度發(fā)電及電能制定月度運行方式，同時輔助電網調度計劃制定月度電能發(fā)電計劃。第三，年度安全校核。應根據下一年的網絡拓撲情況、設備參數信息和機組年度大修內容，對運行方式進行相應的調整。通過安全檢查系統(tǒng)的年度安全校核功能可靈活安排電網檢修和停電形式，同時也可以利用在線離線計算優(yōu)化的功能將年度電能與年度電氣的相互影響體現出來[3]。根據改進后的計算結果可以評估年度停電檢修和調度計劃的可行性，在對結果進行可行分析的基礎上，可以評估年度電能計劃的有效性，并且能夠對支路功率的潮流界限與電力器件靈敏度進行評估。同時，年度安全校核系統(tǒng)能夠實現大規(guī)模安全校核及調度模擬，并將相關數據進行實時保存。

3.2.2 備用安全校核

在電網停電檢修計劃編制過程中，需要對電網系統(tǒng)進行備用安全校核，實現對熱備用和冷備用等備用設備和備用形式的安全校核。在考慮相關實際條件的基礎上，進一步校對停電檢修和設備檢修方案，通過相關的潮流安全信息，幫助機組檢修計劃給予準確的數據，而對電力調度中心的運行工作模式進行綜合評價與預警，能夠更加準確地判斷出機組的實際工作信息以及線路潮流數據，進而更加便捷地安排接下來的停電檢修工作計劃。日內安全校核的數據，大概在每隔15min 完成。根據人工設計的時間范圍，對日內安全校核的工作內容進行優(yōu)化。數據準確性校核，相對于日內安全校核來說更加穩(wěn)定也更加優(yōu)質，因此，電力調度中心的負荷數據也可以實時檢測與更新，通過日內安全校核能夠為調度中心提供更加準確且全面的信息[4]。

3.2.3 電力知識圖譜應用

在電力企業(yè)構建智能網絡的過程當中，主要利用知識圖譜的形式完成，能夠進一步實現電力企業(yè)的大規(guī)模結構化管理，在電力企業(yè)探索知識圖譜的應用過程當中，其數據和信息的相互融合能夠將原本零散且毫無體系的數據信息進行科學合理的整合，從而保證在未來電力企業(yè)以及電網數據發(fā)展過程當中，能夠實現進一步充分整理和信息挖掘，進而實現在電力企業(yè)當中各種信息數據的價值提升。在電力企業(yè)當中，將電力知識、電力數據與知識圖譜相結合，能夠構建出全面的電力企業(yè)發(fā)展體系，在實際應用過程當中知識圖譜這一技術可以應用于電力企業(yè)的計劃上報過程當中。第一，根據電力企業(yè)的相關業(yè)務規(guī)則與業(yè)務標準，能夠對上報的計劃體系以及線路設備進行科學識別分析與預警。比如在電網拓撲結構的知識圖譜當中，可以根據設備以及電力線路的相關參數形成一種格式相對統(tǒng)一、關系脈絡清楚的知識網絡，根據電力的相關編排要求與標準自動分析出電力計劃當中可以相互融合的計劃。第二，在知識圖譜技術應用過程當中，可以將臺賬等信息數據作為基礎，分析停電范圍當中的其他線路，以及桿塔之間是否存在導線斷裂、同桿架設以及其他線路交叉的問題。第三，在國家和各級政府的氣候信息庫新聞數據庫以及外部數據庫當中，可以利用知識圖譜技術進行數據關聯(lián)，利用知識圖譜技術當中的推理技術和統(tǒng)計技術能夠將相關數據信息進行融合，并推薦給相關的計劃制定工作人員，在執(zhí)行計劃的過程當中知識圖譜技術可以有效進行信息查詢，在電網拓撲的計劃信息識別系統(tǒng)當中，可以對不同業(yè)務部門的外部數據庫進行定期推送，進而為計劃執(zhí)行提供足夠的數據輔助和數據支持，逐步幫助工作人員根據實際情況靈活調整工作模式，保證計劃執(zhí)行過程能夠更加高效且高質量，在計劃執(zhí)行過程當中以數據為基礎，能夠使計劃執(zhí)行質量得到更進一步的保障[5]。第四，在計劃審核與統(tǒng)籌編排階段，由于知識圖譜技術根據當前已有的工作內容和經驗，能夠梳理出停電檢修計劃的審核規(guī)則，并形成一種完善的體系化知識數據庫，方便電力企業(yè)的相關員工查詢停電檢修的相關標準與要求。在結構化審核數據庫當中，能夠為接下來建設智能審批制度提供足夠的數據支持和知識支撐。基于知識圖譜技術的計算機技術能夠有效提高當前電力企業(yè)的智能化程度，使計劃審批工作能夠更加高效和便捷。在計劃編排階段，由于整體停電檢修工作主要是依靠較為基礎的編排模型展開編排工作，所以這種依靠傳統(tǒng)經驗的方式會導致停電檢修計劃因為計劃量超負荷而導致計劃延后甚至是取消，所以在計劃評估和編排階段，能夠利用知識圖譜技術進行進一步優(yōu)化，通過對內部編排數據進行收集整理并接入外部信息庫當中，能夠有效提高計劃編排效率和便捷度。

4.結論

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，我國各個領域對用電需求越來越高，對電力系統(tǒng)的運行質量提出了更高的要求。因此，基于電網安全約束的條件下，優(yōu)化電網調度計劃與停電檢修計劃是非常有必要的。利用電網調度自動化技術以及停電計劃安全校核和知識譜圖等應用，降低電網運行中故障發(fā)生的概率，以此來提高電網調度與停電檢修工作的效率與質量，從而保障電網的安全穩(wěn)定運行。