智能電網中電網調度技術運用分析

國網和田供電公司 穆塔里甫.阿不拉 古麗素木.艾合買提托合提

本文以某公司承建縣域智能電網自動化調度系統作為分析案例。轄區總面積為1500km2，涉及整個縣域范圍內的中低壓配電網供電區，電壓等級涵蓋了10（20）kV、0.4kV，包含縣區基建項目以及技術改造規劃設備改造項目。區域內最大負荷為32.8MW，網供最大負荷為31.52MW。縣區內部建有風電站1座，穿境500kV 線路1條，220kV 線路1條，110kV 變電站2座，35kV 變電站7座，公用輸電線路共14條。為更好滿足縣區內部生產生活發展要求，強化縣區電網服務水平，使電網負載情況得到及時有效地調節控制，技術人員應針對性引進智能化電網調度技術，實現調度控制的一體化、安全化與便捷化發展。

1 電網調度技術應用開發需求

在針對電網調度技術進行應用與開發前，需要結合當地實際情況針對功能開發需求進行綜合分析與判斷。

1.1 數據采集

智能電網在運行過程當中，需要基于準確的數據信息進行決策控制與調節，因此對于調度系統當中的數據采集功能提出了一定要求[1]。在系統開發過程當中，應能夠基于多渠道實現與RTU 以及自動化系統的互聯互通，兼容CDT、Polling 等方式，符合CDT、IEC60870-5-101、DNP3.0等通信規約，支持全雙工方式通信，使數據的收發效率得到保障。與此同時，在智能電網調度過程當中，還涉及不同類別以及不同形態的數據內容，其中涵蓋了遙測數據、遙信數據以及不斷變化的脈沖數據，因此采集模塊應能夠對不同類別的數據進行接收，同時能夠按需進行預處理，使數據信息能夠符合系統要求，強化數據應用效果。

1.2 數據處理

首先是對于模擬量數據的處理，在調度系統的搭建過程當中，用戶應能夠按照實際需求針對調度限值進行實時切換，同時能夠針對模擬量極值進行實時監控，并通過前端交互界面針對模擬量數據的波動情況進行全面分析，處理模塊還應具備限值判斷功能，有效規避越限風險。

其次是對于開關量等狀態量數據的處理，系統開發過程中應引進極性處理、事故判斷、量值操作等相關功能，管理員應能夠通過調度系統實現對遙信狀態的有效調節，同時針對告警信號進行及時復位，使智能電網的調度控制體系更加完善。

最后是對于計劃值數據進行的處理工作，借助智能電網調度技術，用戶能夠實現不同周期的數據處理要求，并能夠以可視化圖表的方式將處理結果進行輸出，為電網調度管理與決策工作的開展提供進一步支持。

1.3 事件記錄

智能電網運行過程當中，受到工況變化、環境影響、調度進程以及管理員操作等相關因素的影響，可能會出現一系列事件，其中涵蓋狀態量波動、模擬量越限、信號復位、數據傳輸、通信故障，等等[2]。因此，為進一步強化智能電網調度系統的運行效率，優化其調度策略，系統還應具備完善的事件記錄功能，以毫秒級精度，按照設備類別、工況流程、廠站名稱等方式針對事件進行分類記錄，同時為相關事件自動匹配索引信息，建立起智能電網歷史事件數據庫，使其能夠成為電網調度與管理工作的重要參考。

1.4 監控報警

電網內部一些設備可能會出現過載或越限等情況，為及時消除電網運行風險以及運行隱患，提升電網運行效率，在調度系統開發的同時，應配備監控報警功能，當電網內部設備運行過程當中關鍵指標超出閾值要求時，應能夠由監控系統發出報警信號，同時將報警信息通過廠站接線圖以及報警表進行共享，結合現場實際情況針對報警事件相關信息內容進行歸檔，使用戶以及智能電網維保團隊，能夠借助監控報警系統所反饋的相關數據與信息針對系統故障進行及時識別、定位與處理，有效減少電網運行故障所造成的影響，保障電網供電的穩定性。

1.5 網絡通信

智能電網調度系統在開發與設計過程當中，還應配備外部網絡通信功能，實現數據轉發、數據接收、系統互聯等相關功能要求，同時應保障通信網絡的運行安全，避免惡意攻擊或安全漏洞對于電網內部通信帶來的影響。

2 智能電網調度技術應用方案

為使智能電網內部電網調度技術得到更加合理地應用，全面提升電網調度效率以及運行質量，確保轄區內部居民的正常用電，技術團隊應分別基于軟件架構，以及硬件架構針對其技術方案進行分析。

2.1 軟件架構設計

作為功能實現的基礎和前提，軟件架構的設計工作對于智能環境下電網系統的調度控制工作具有關鍵性作用。通常來說，按照設計需求、項目規模以及項目用途，電網調度軟件架構當中主要涵蓋了三個層級，其中包括操作系統、支撐平臺以及功能模塊等。

2.1.1 需要針對操作系統進行合理化選型

軟件架構當中，操作系統不僅能夠為軟件的開發提供平臺環境，同時能夠針對系統內部資源進行合理調配與應用，使軟件的運行效率以及負載能力得到顯著提升。現階段，智能電網調度領域當中常見的操作平臺包括Unix 系統以及Linux 系統兩種，其中Unix 系統較為簡潔，系統操作模式較為靈活便捷，功能較為健全，保密性能較好，而Linux 系統則具備較好的開放性與可移植性，同時能夠提供更加豐富的功能內容，能夠更好地滿足電力調度工作當中的軟件運行需求。技術人員可綜合考量項目特點，以及規劃要求對系統進行選型，保障調度軟件的正常運行。

2.1.2 需要針對支撐平臺進行搭設

智能電網內部調度技術的應用過程當中，支撐平臺能夠實現數據傳輸以及權限管理等相關用途，是調度軟件架構當中的重要橋梁。平臺搭設過程當中，應選用TCP/IP 協議的分布式網絡體系作為支持，保障數據傳輸穩定性以及網絡接入的兼容性，同時應當具備標準化的程序接口，能夠支持不同形態的數據接入與管理要求。

為保障系統契合智能電網的服務特點，進一步提升數據處理效率，還應當引進CIM 模型針對系統內部數據進行快速變換、校核與利用，使調度系統管理員能夠更加高效地對反饋信息以及反饋數據進行識別分析，提升數據瀏覽與應用便捷性。模型計算公式為：

式中：Xα為被劃分區間，n 為分組數，Xα的區間數為N 組，將智能電網運行數據導入系統模型當中，能夠進一步明確變量之間的概率情況，進而更好地實現風險評估與分析目標。

此外，支撐平臺搭設過程當中，還應當關注到人機交互界面的設計，團隊應基于面向對象的技術要求針對交互界面進行開發，結合用戶特點和調度工作要求便捷開展圖形編輯，以及數據輸出等工作，使交互界面能夠進一步發揮信息橋梁以及控制平臺的相關作用。

2.1.3 需要針對系統功能應用模塊進行規劃與建設

為滿足RTU 數據以及廠站數據的處理要求，實現監管與控制功能的全面集成，技術人員應當結合實際針對SCADA 系統進行開發，同時針對拓撲網絡進行構建，并提供完善的計算與編譯功能，支持對多態數據以及多來源數據信息的計算工作，使智能電網運行過程當中的電壓、周波、電壓合格率、極值變化情況、負荷率、功率因素、電流有效值等關鍵指標得到及時生成與反饋，有效避免了以往電網運行過程當中低效的計算方法以及計算過程，使最終結果能夠得到合理運用。

例如，在針對線路某節點電壓進行計算的過程中，可遵循以下公式：US=U1+PR-QX/U1，式中：US與U1分別為線路首末節點的電壓表現狀況，P 為該區段電網線路內部的有功功率，Q 為區段內部電網線路的無功功率。計算過程中可針對同一節點在不同線路當中的表現進行分析與比對，保障計算結果的準確性。

2.2 硬件架構設計

智能電網背景下的電網調度業務流程較為復雜，涉及的內容較為豐富，對于信息處理以及數據運算工作的開展提出了一定要求。因此，技術團隊以及開發團隊需要借助高性能的硬件設備提供相應支持，同時基于電網系統的基本運行要求與工況特點，還應當保障調度系統硬件架構的穩定性、兼容性以及安全性，因此在設計與規劃過程當中，應當做好冗余功能的配置，避免受環境因素以及運行工況要素的影響出現相關問題。另外，在硬件架構設計與規劃前，相關技術人員還應當結合現場實際情況,以及電網布設方案針對硬件設備的性能指標進行測試，保障運行工況與硬件設備之間的契合度。

在案例系統硬件架構的設計過程當中，選用了冗余以太網架構，采用多層次網絡交換機作為相應支持，其中網絡交換速率可結合電網調度工作開展需求實現100M/1000M 自動切換，同時兼容SNMP 網絡協議，使交換機運行過程當中的端口信息、流量波動情況等能夠得到及時回傳，使調度系統的監控功能更加完善。系統架構性能指標如下：平均故障間隔時間≥17000h、運行壽命≥8年、備用節點切換時間≤20s、一次性維護周期≥4000h、遙信遙控準確率100%。

與此同時，采用Unix 服務器作為數據存儲節點，并運用通道板、路由器以及終端服務器等實現網絡系統間的串行通信，在各廠站以及調度中心配置人機交互系統，使管理員能夠結合智能電網運行實際情況進行維護，并接受系統內部自動化調度功能的相關信息反饋，初步實現智能化調度以及自動化調度的設計要求。

3 相關保障與支持措施

作為一項確保電力供應穩定高效的關鍵策略，在技術開發與應用過程當中，相關開發團隊還應當關注到調度系統建設保障性措施的配置與落實情況，使系統搭建過程能夠得到更加充分的技術支持。

3.1 一體化建模技術

在縣域智能電網的運行與調度工作當中，涉及的電壓級別各有不同，對于調度信息的共享傳輸以及協調工作提出了一定挑戰。在以往電網調度工作開展過程中，需要依賴大量的人力進行數據分析，并結合最終結果進行調度決策，工作效率較為低下，可能會對電網的運行造成一定影響。

因此，在智能電網調度業務的規劃與設計內部，應針對不同層級與類別的供配電線路進行統一管理，結合轄區內電網分布與服務現狀構建網絡拓撲模型，分別基于CIM/XML 格式信息數據，對不同電壓與工況下的電網線路負載運行情況進行調度與調整，使電網狀態能夠與區段業務需求相契合，一方面提升了數據信息的應用成效，另一方面還能使智能電網的調度方案得到進一步優化，有效避免了過載風險以及資源浪費。

3.2 饋線保護技術

作為電網系統當中的關鍵性組件，饋線的運行狀況直接影響著整個智能電網的運行效率以及運行安全，因此在調度體系建設以及相關技術應用過程當中，技術團隊以及開發團隊應當針對饋線保護技術進行積極運用，采用傳感器裝置針對饋線負載情況，以及溫度狀態進行實時監控，當智能電網內部饋線出現過壓、過載以及高溫運行等情況時，能夠基于調度中心針對電網負載進行及時優化與合理調配，減少饋線故障的可能性，使輸配電設備的運行狀況得到進一步優化。

3.3 GIS 分析技術

作為智能電網運行過程當中的另一項關鍵性要素，電網配置過程當中轄區內的地理信息同樣具有關鍵性作用，因此在調度技術應用以及系統搭建過程中，技術人員還應當針對GIS 分析技術進行合理化應用，使地理信息能夠成為電網調度與管理過程中的重要參考與依據，提升電網布局與調度科學性，為強化供電服務質量提供全方位支持。

綜上所述，在現階段城鄉智能電網的運行過程當中，依然存在著一定不足與問題。加強電網調度水平成為改善用戶用電體驗，降低電網運維成本的關鍵，相關技術團隊應明確智能電網背景下電網調度技術的應用要求以及落實進程，同時推動智能電網項目與自動化調度技術之間的相互融合，為促進電網的積極發展做出貢獻。