分析運行特性,全局防控運行風險.應用功能的著眼點不再局限于本地電網(wǎng),外部電網(wǎng)的任何變動只要對本地電網(wǎng)有影響都能捕捉到,從而實現(xiàn)大電網(wǎng)的一體化調(diào)控運行.在新能源廣泛接入、大電網(wǎng)互聯(lián)和市場放開環(huán)境下,電網(wǎng)運行特征呈現(xiàn)更多的開放性、不確定性和普遍關聯(lián)性,以大數(shù)據(jù)為基礎的人工智能將作為現(xiàn)有應用功能的重要補充,在調(diào)控系統(tǒng)中發(fā)揮重要的支撐作用.

調(diào)控系統(tǒng)需要對不同時間尺度的交易結果進行安全校核,保證市場化運作情況下電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行.現(xiàn)貨市場的交易結果對電網(wǎng)調(diào)度的影響非常大,未來調(diào)控系統(tǒng)需要完善現(xiàn)貨市場技術支撐功能,并實現(xiàn)與多級調(diào)度計劃聯(lián)動協(xié)同.

1.2 應用功能的快速性

面向電網(wǎng)全模型和全數(shù)據(jù)的應用功能計算量將會大幅增加,對調(diào)控系統(tǒng)的運行速度產(chǎn)生極大影響.為了滿足系統(tǒng)實時運行的要求,應用功能在數(shù)據(jù)獲取、分析計算和電網(wǎng)響應等方面均面臨更高的快速性挑戰(zhàn).

1.2.1 獲取快

當前調(diào)控中心通過規(guī)約以點對點的方式獲取本地電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù),通過轉(zhuǎn)發(fā)方式獲取其他電網(wǎng)的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)獲取速度受限.快速獲取電網(wǎng)模型和運行數(shù)據(jù)是保證應用功能在線運行的基本前提.電網(wǎng)統(tǒng)一模型一旦發(fā)生任何更新,應用功能都要能快速感知、獲取最新的模型.未來調(diào)控系統(tǒng)對全網(wǎng)進行統(tǒng)一分析決策,需要無差別地快速獲取本地及其他區(qū)域的全電網(wǎng)運行數(shù)據(jù),實現(xiàn)電網(wǎng)實時信息的廣域同步感知和同景展示,支持全網(wǎng)分析決策.大數(shù)據(jù)挖掘分析功能需快速獲取分布存儲在不同地點的多種類型的海量歷史數(shù)據(jù),提高用戶體驗.

1.2.2 計算快

當前調(diào)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡分析和在線穩(wěn)定分析等應用功能的計算范圍以調(diào)度管轄范圍為主,很少考慮新能源出力的不確定性,計算速度基本滿足了在線應用要求.

電力系統(tǒng)分析的計算量通常以電網(wǎng)節(jié)點數(shù)的平方為比例增長,因此一體化大電網(wǎng)的網(wǎng)絡分析和在線穩(wěn)定分析,與以往針對局部電網(wǎng)的分析相比,計算量將會成百上千倍地增加,嚴重影響了計算速度.新能源出力不確定性則是調(diào)度計劃編制和在線穩(wěn)定分析重點關心的內(nèi)容,考慮不確定性的計算量遠超常規(guī)的分析計算,它們的計算速度成為在線應用成功與否的決定性因素.因此,只有采取各種有效措施,成指數(shù)倍地提高計算速度,各項應用功能才有可能在大電網(wǎng)一體化分析決策中發(fā)揮作用.

1.2.3 響應快

當前在電網(wǎng)發(fā)生故障后按照一定的預案和控制要求去處理事故,對一些跨區(qū)域故障還需要多個調(diào)度機構分頭處理,延緩了故障處置速度,并有可能造成嚴重的連鎖故障.

未來調(diào)控系統(tǒng)對多個變電站(發(fā)電廠)、多級調(diào)控中心同時開展基于大數(shù)據(jù)的故障診斷,變電站(發(fā)電廠)不再是簡單上傳原始動作信息,而是上送經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘分析后的故障診斷結果,提高主子站廣域故障診斷和統(tǒng)一處理速度,并根據(jù)需要上送帶時標的量測數(shù)據(jù).對于涉及多個區(qū)域的嚴重故障,根據(jù)未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)提供的診斷結果和應對措施,多個調(diào)控中心同時采取控制手段,大幅提高故障處置速度.電網(wǎng)及外部環(huán)境任何的變化預兆都能第一時間反映給調(diào)控人員,通過大電網(wǎng)一體化在線安全風險評估、預警和協(xié)調(diào)控制,實現(xiàn)對電網(wǎng)運行的快速響應,將人工觸發(fā)計算提升到場景自動響應.調(diào)控系統(tǒng)通過對運行風險的預想、預判和預控,將電網(wǎng)被動調(diào)度提升為主動調(diào)度,從根本上實現(xiàn)電網(wǎng)安全防控的快速響應.

1.3 應用功能的準確性

電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)已經(jīng)成為大電網(wǎng)調(diào)度須臾不可或缺的主要技術手段,應用功能的準確性將直接關系到電網(wǎng)運行的安全與否,未來調(diào)控系統(tǒng)需要進一步提升應用功能在信息、決策和控制等方面的準確性.

1.3.1 信息準

確保模型信息和數(shù)據(jù)信息準確,更多地要靠管理工作到位,但技術手段也可以發(fā)揮一定的作用.當前建模方法受調(diào)控中心調(diào)管范圍限制,模型準確性不能得到充分保證.通過全網(wǎng)統(tǒng)一建模省去了拼接或等值中間環(huán)節(jié),提高了未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)一次模型和二次模型的準確性,為全局分析計算應用提供一致、準確、可靠的電網(wǎng)模型.除了PMU 數(shù)據(jù)外,當前調(diào)控中心采集的穩(wěn)態(tài)量測數(shù)據(jù)不帶時標,數(shù)據(jù)在不同調(diào)控中心之間的轉(zhuǎn)發(fā)降低了數(shù)據(jù)的實時性,事實上影響了數(shù)據(jù)的準確性.未來調(diào)控系統(tǒng)通過全網(wǎng)數(shù)據(jù)直接采集,避免大量數(shù)據(jù)的頻繁轉(zhuǎn)發(fā),消除量測延時對實時數(shù)據(jù)斷面的影響,為電網(wǎng)在線分析決策提供準確的運行斷面.

當前新能源出力預測準確度偏低的狀況影響了新能源消納.通過全方位采集外部氣象環(huán)境數(shù)據(jù),并利用大數(shù)據(jù)技術挖掘新能源出力與各項因素的關聯(lián)性,不斷提高新能源預測的準確性,有助于在保證電網(wǎng)運行安全性和經(jīng)濟性的前提下,提高新能源消納水平.

1.3.2 決策準

當前調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度管轄的電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)進行分析計算,在此基礎上對計算結果進行上下級協(xié)調(diào).決策結果的準確性受到當?shù)仉娋W(wǎng)模型和數(shù)據(jù)的制約,不同調(diào)控中心的決策結果可能相互影響,甚至存在矛盾的現(xiàn)象.未來調(diào)控系統(tǒng)在全網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)一致的基礎上,根據(jù)安全、經(jīng)濟、環(huán)保等不同運行目標進行統(tǒng)一分析計算,既可以應對全網(wǎng)性的分析決策要求,也可在全網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)的基礎上應對局部性需求,分析決策結果的準確性得到充分保證,面向全網(wǎng)的決策結果自然適應于各個調(diào)控中心.

1.3.3 控制準

當前電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)按調(diào)度機構獨立建設和運行,系統(tǒng)相對比較簡單,分析決策和控制執(zhí)行功能集中在一起,客觀上保證了操作控制的準確性.決策準需要面向全網(wǎng)進行復雜的分析計算,而控制準只需要針對當?shù)仉娋W(wǎng)執(zhí)行簡單可靠的操作指令.未來調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)決策和控制的不同特點,將這兩個功能有效解耦,實時性強的控制類功能面向當?shù)?分析決策優(yōu)化類功能面向全網(wǎng),在克服以往調(diào)控系統(tǒng)決策不夠精準的同時,繼續(xù)保持了控制準的特點.

未來調(diào)控系統(tǒng)支持分區(qū)電網(wǎng)實時響應全網(wǎng)分析決策指令,實現(xiàn)設備的就地控制,保證本地控制功能的準確性、響應快速性和操作安全性.采用運行風險分析及前瞻預警,將事前主動防控和事后緊急控制有機結合,以進一步提高控制的準確性.

2 支撐全、快、準應用功能的核心技術要素

兼具全局、快速和準確特征的應用功能需要調(diào)控系統(tǒng)平臺提供強有力的支撐,大量先進成熟的計算機信息通信技術對此提供了技術保障.應用功能的全局化帶來了計算量的激增,過程快速和結果準確是應用功能在線應用的根本保證.為了達到這一目標,需要尋求新的解決思路.數(shù)據(jù)透明訪問技術可以改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式,提高數(shù)據(jù)獲取的實時性和便捷性.分析決策中心能夠集中計算資源,為各級調(diào)控中心提供統(tǒng)一的計算服務,保證結果的一致性,而并行計算則可大幅提高分析決策中心的計算速度.大數(shù)據(jù)和人工智能已在多個行業(yè)得到成功應用,它們同樣可以為未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)一些新的業(yè)務應用提供又快又準的解決方案.

2.1 數(shù)據(jù)透明訪問

通過多級轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的方法,難以保證數(shù)據(jù)的實時性.電力系統(tǒng)通用服務協(xié)議[11]采用面向?qū)ο蠛兔嫦蚍盏姆椒?建立了靈活、高效、通用的數(shù)據(jù)通信機制,適應于調(diào)度控制中心、發(fā)電廠(場)、變電站內(nèi)部及相互間的數(shù)據(jù)交換.將連接在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上的所有廠站和調(diào)控中心的數(shù)據(jù)資源網(wǎng)絡化,構建各業(yè)務通用的服務化表達規(guī)則.只要權限允許,任何用戶都可以通過訪問服務自由獲取網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù),實現(xiàn)任意數(shù)據(jù)的透明訪問.數(shù)據(jù)透明訪問突破了主子站通信完全依賴規(guī)點對點傳輸?shù)钠款i,建立了跨業(yè)務的通用實時數(shù)據(jù)傳輸機制,將極大地提高數(shù)據(jù)訪問的實時性和便捷性.數(shù)據(jù)透明訪問需要開放大量網(wǎng)絡訪問權限,加大了網(wǎng)絡安全運行風險,需要建立以安全認證、授權管理為基礎,以安全監(jiān)控、安全審計為輔助的立體安全防御體系,滿足未來調(diào)控系統(tǒng)一體化集中安全管控的要求.

2.2 分析決策中心

未來調(diào)控系統(tǒng)應用功能具備全、快、準特征,要求每個調(diào)控中心利用相同的全網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)進行分析決策,不同調(diào)控中心之間針對同一問題的計算結果一致.這樣,可以將原本分散于各個調(diào)控中心的計算資源集中到一起,建設統(tǒng)一的分析決策中心,分析決策中心面向所有調(diào)控中心提供統(tǒng)一的分析服務,在降低建設成本的同時大幅提高系統(tǒng)的計算服務能力[12].不同于以往每個調(diào)控中心獨立建設調(diào)控系統(tǒng)的全部功能,未來調(diào)控系統(tǒng)采取監(jiān)視控制分布、分析決策集中的應用部署模式.根據(jù)應用功能特點,數(shù)據(jù)采集和設備控制等只依賴本地局部電網(wǎng)的應用功能繼續(xù)部署在當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng),將網(wǎng)絡分析、調(diào)度計劃和穩(wěn)定分析等與全網(wǎng)緊密相關的應用功能統(tǒng)一部署在分析決策中心(見圖1).

圖1未來電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)應用部署模式

在不同地方部署兩個或更多功能相同的分析決策中心并同時對外提供服務,可以提高系統(tǒng)的可靠性.通過中心之間的雙活或多活技術,分析決策中心的模型、數(shù)據(jù)時刻保持同步,正常情況下分析決策中心可以就近或按照負載均衡策略對外提供分析決策服務,任意一個分析決策中心故障可由其他分析決策中心快速接管