未来电网调度控制系统应用功能的新特征

分析运行特性,全局防控运行风险.应用功能的着眼点不再局限于本地电网,外部电网的任何变动只要对本地电网有影响都能捕捉到,从而实现大电网的一体化调控运行.在新能源广泛接入、大电网互联和市场放开环境下,电网运行特征呈现更多的开放性、不确定性和普遍关联性,以大数据为基础的人工智能将作为现有应用功能的重要补充,在调控系统中发挥重要的支撑作用.

调控系统需要对不同时间尺度的交易结果进行安全校核,保证市场化运作情况下电网的安全稳定运行.现货市场的交易结果对电网调度的影响非常大,未来调控系统需要完善现货市场技术支撑功能,并实现与多级调度计划联动协同.

1.2 应用功能的快速性

面向电网全模型和全数据的应用功能计算量将会大幅增加,对调控系统的运行速度产生极大影响.为了满足系统实时运行的要求,应用功能在数据获取、分析计算和电网响应等方面均面临更高的快速性挑战.

1.2.1 获取快

当前调控中心通过规约以点对点的方式获取本地电网的运行数据,通过转发方式获取其他电网的数据,数据获取速度受限.快速获取电网模型和运行数据是保证应用功能在线运行的基本前提.电网统一模型一旦发生任何更新,应用功能都要能快速感知、获取最新的模型.未来调控系统对全网进行统一分析决策,需要无差别地快速获取本地及其他区域的全电网运行数据,实现电网实时信息的广域同步感知和同景展示,支持全网分析决策.大数据挖掘分析功能需快速获取分布存储在不同地点的多种类型的海量历史数据,提高用户体验.

1.2.2 计算快

当前调控系统的网络分析和在线稳定分析等应用功能的计算范围以调度管辖范围为主,很少考虑新能源出力的不确定性,计算速度基本满足了在线应用要求.

电力系统分析的计算量通常以电网节点数的平方为比例增长,因此一体化大电网的网络分析和在线稳定分析,与以往针对局部电网的分析相比,计算量将会成百上千倍地增加,严重影响了计算速度.新能源出力不确定性则是调度计划编制和在线稳定分析重点关心的内容,考虑不确定性的计算量远超常规的分析计算,它们的计算速度成为在线应用成功与否的决定性因素.因此,只有采取各种有效措施,成指数倍地提高计算速度,各项应用功能才有可能在大电网一体化分析决策中发挥作用.

1.2.3 响应快

当前在电网发生故障后按照一定的预案和控制要求去处理事故,对一些跨区域故障还需要多个调度机构分头处理,延缓了故障处置速度,并有可能造成严重的连锁故障.

未来调控系统对多个变电站(发电厂)、多级调控中心同时开展基于大数据的故障诊断,变电站(发电厂)不再是简单上传原始动作信息,而是上送经过数据挖掘分析后的故障诊断结果,提高主子站广域故障诊断和统一处理速度,并根据需要上送带时标的量测数据.对于涉及多个区域的严重故障,根据未来电网调控系统提供的诊断结果和应对措施,多个调控中心同时采取控制手段,大幅提高故障处置速度.电网及外部环境任何的变化预兆都能第一时间反映给调控人员,通过大电网一体化在线安全风险评估、预警和协调控制,实现对电网运行的快速响应,将人工触发计算提升到场景自动响应.调控系统通过对运行风险的预想、预判和预控,将电网被动调度提升为主动调度,从根本上实现电网安全防控的快速响应.

1.3 应用功能的准确性

电网调控系统已经成为大电网调度须臾不可或缺的主要技术手段,应用功能的准确性将直接关系到电网运行的安全与否,未来调控系统需要进一步提升应用功能在信息、决策和控制等方面的准确性.

1.3.1 信息准

确保模型信息和数据信息准确,更多地要靠管理工作到位,但技术手段也可以发挥一定的作用.当前建模方法受调控中心调管范围限制,模型准确性不能得到充分保证.通过全网统一建模省去了拼接或等值中间环节,提高了未来电网调控系统一次模型和二次模型的准确性,为全局分析计算应用提供一致、准确、可靠的电网模型.除了PMU 数据外,当前调控中心采集的稳态量测数据不带时标,数据在不同调控中心之间的转发降低了数据的实时性,事实上影响了数据的准确性.未来调控系统通过全网数据直接采集,避免大量数据的频繁转发,消除量测延时对实时数据断面的影响,为电网在线分析决策提供准确的运行断面.

当前新能源出力预测准确度偏低的状况影响了新能源消纳.通过全方位采集外部气象环境数据,并利用大数据技术挖掘新能源出力与各项因素的关联性,不断提高新能源预测的准确性,有助于在保证电网运行安全性和经济性的前提下,提高新能源消纳水平.

1.3.2 决策准

当前调控系统根据调度管辖的电网模型和数据进行分析计算,在此基础上对计算结果进行上下级协调.决策结果的准确性受到当地电网模型和数据的制约,不同调控中心的决策结果可能相互影响,甚至存在矛盾的现象.未来调控系统在全网模型和数据一致的基础上,根据安全、经济、环保等不同运行目标进行统一分析计算,既可以应对全网性的分析决策要求,也可在全网模型和数据的基础上应对局部性需求,分析决策结果的准确性得到充分保证,面向全网的决策结果自然适应于各个调控中心.

1.3.3 控制准

当前电网调控系统按调度机构独立建设和运行,系统相对比较简单,分析决策和控制执行功能集中在一起,客观上保证了操作控制的准确性.决策准需要面向全网进行复杂的分析计算,而控制准只需要针对当地电网执行简单可靠的操作指令.未来调控系统根据决策和控制的不同特点,将这两个功能有效解耦,实时性强的控制类功能面向当地,分析决策优化类功能面向全网,在克服以往调控系统决策不够精准的同时,继续保持了控制准的特点.

未来调控系统支持分区电网实时响应全网分析决策指令,实现设备的就地控制,保证本地控制功能的准确性、响应快速性和操作安全性.采用运行风险分析及前瞻预警,将事前主动防控和事后紧急控制有机结合,以进一步提高控制的准确性.

2 支撑全、快、准应用功能的核心技术要素

兼具全局、快速和准确特征的应用功能需要调控系统平台提供强有力的支撑,大量先进成熟的计算机信息通信技术对此提供了技术保障.应用功能的全局化带来了计算量的激增,过程快速和结果准确是应用功能在线应用的根本保证.为了达到这一目标,需要寻求新的解决思路.数据透明访问技术可以改变传统数据采集方式,提高数据获取的实时性和便捷性.分析决策中心能够集中计算资源,为各级调控中心提供统一的计算服务,保证结果的一致性,而并行计算则可大幅提高分析决策中心的计算速度.大数据和人工智能已在多个行业得到成功应用,它们同样可以为未来电网调控系统一些新的业务应用提供又快又准的解决方案.

2.1 数据透明访问

通过多级转发数据的方法,难以保证数据的实时性.电力系统通用服务协议[11]采用面向对象和面向服务的方法,建立了灵活、高效、通用的数据通信机制,适应于调度控制中心、发电厂(场)、变电站内部及相互间的数据交换.将连接在调度数据网上的所有厂站和调控中心的数据资源网络化,构建各业务通用的服务化表达规则.只要权限允许,任何用户都可以通过访问服务自由获取网络上的数据,实现任意数据的透明访问.数据透明访问突破了主子站通信完全依赖规点对点传输的瓶颈,建立了跨业务的通用实时数据传输机制,将极大地提高数据访问的实时性和便捷性.数据透明访问需要开放大量网络访问权限,加大了网络安全运行风险,需要建立以安全认证、授权管理为基础,以安全监控、安全审计为辅助的立体安全防御体系,满足未来调控系统一体化集中安全管控的要求.

2.2 分析决策中心

未来调控系统应用功能具备全、快、准特征,要求每个调控中心利用相同的全网模型和数据进行分析决策,不同调控中心之间针对同一问题的计算结果一致.这样,可以将原本分散于各个调控中心的计算资源集中到一起,建设统一的分析决策中心,分析决策中心面向所有调控中心提供统一的分析服务,在降低建设成本的同时大幅提高系统的计算服务能力[12].不同于以往每个调控中心独立建设调控系统的全部功能,未来调控系统采取监视控制分布、分析决策集中的应用部署模式.根据应用功能特点,数据采集和设备控制等只依赖本地局部电网的应用功能继续部署在当地监控系统,将网络分析、调度计划和稳定分析等与全网紧密相关的应用功能统一部署在分析决策中心(见图1).

图1未来电网调控系统应用部署模式

在不同地方部署两个或更多功能相同的分析决策中心并同时对外提供服务,可以提高系统的可靠性.通过中心之间的双活或多活技术,分析决策中心的模型、数据时刻保持同步,正常情况下分析决策中心可以就近或按照负载均衡策略对外提供分析决策服务,任意一个分析决策中心故障可由其他分析决策中心快速接管