支撐一體化大電網(wǎng)的調度控制系統(tǒng)架構及關鍵技術

　　1研究背景

　　當前，我國特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)運行特性發(fā)生深刻改變，電網(wǎng)調度控制面臨新的挑戰(zhàn)。一是特高壓長距離、大功率輸電，跨越多個氣候區(qū)，運行環(huán)境復雜多變，亟需國分省各級調度同步掌控電網(wǎng)運行態(tài)勢；二是特高壓電網(wǎng)送受端、交直流強耦合，存在局部故障影響全局的安全風險，需要在全網(wǎng)層面實時進行跨區(qū)一體化安全預警和風險防控；三是大范圍源-網(wǎng)-荷資源的優(yōu)化配置，亟需提升全網(wǎng)范圍精益化調度控制的決策支撐能力。

　　目前國內外電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)都是按調度機構獨立建設和運行。雖然電網(wǎng)是互聯(lián)的，但調度控制系統(tǒng)之間卻是煙囪型的，不能及時獲取管轄區(qū)域外的電網(wǎng)信息，難以實現(xiàn)全網(wǎng)范圍內的精益化調控決策，尤其不能滿足像我國這樣的特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的需要。為解決全網(wǎng)一體化決策需求與各級調度分散控制之間的矛盾，本文將信息通信新技術理念與互聯(lián)電網(wǎng)強耦合需求緊密結合，提出了支撐一體化大電網(wǎng)的調度控制系統(tǒng)總體架構，具體闡述了需要重點突破的關鍵技術，并對系統(tǒng)研發(fā)面臨的若干關鍵問題進行了探討。

　　2大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)總體架構

　　大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)面向強互聯(lián)大電網(wǎng)設計，基于互聯(lián)網(wǎng)思維，綜合運用云計算、大數(shù)據(jù)等成熟適用的IT先進技術及其理念，以“物理分布、邏輯統(tǒng)一”為指導思想，將物理分布在各級調度的子系統(tǒng)，通過廣域高速通信網(wǎng)絡構成一套邏輯上統(tǒng)一的大系統(tǒng)，突破傳統(tǒng)的獨立建設、就地使用模式的局限，統(tǒng)一為各級調度提供服務。

　　這里的“物理分布、邏輯統(tǒng)一”是指采集控制分布、分析決策集中，實時性要求高的采集控制類功能面向當?shù)?，分析決策優(yōu)化類功能面向全網(wǎng)。整個大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)由分析決策中心、模型云平臺、分布式監(jiān)控系統(tǒng)等主要部分構成，如圖1所示。其中分析決策中心和模型云平臺全網(wǎng)集中部署，監(jiān)控系統(tǒng)按電網(wǎng)管轄范圍分布部署于各級調控中心。

　　圖1大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)總體架構

　　基于全網(wǎng)共享的模型云，各級調度通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)電網(wǎng)信息的按需訪問；基于邏輯統(tǒng)一的全網(wǎng)分析決策，可以實現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢的同步感知和安全運行的主動掌控；基于物理分布的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對大電網(wǎng)的分層分區(qū)監(jiān)視與控制。

　　系統(tǒng)基于外部環(huán)境信息及未來趨勢分析，通過全景監(jiān)視和評估實施控制策略智能調整，完成電網(wǎng)運行自校正，實現(xiàn)電網(wǎng)“自動巡航”；通過源-網(wǎng)-荷精細化調控，電力電量的全局平衡和超前部署，電網(wǎng)事故預想、預判、預控等功能，主動防范電網(wǎng)故障，實現(xiàn)電網(wǎng)主動調度。

　　3大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)關鍵技術

　　支撐平臺是大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)的基礎，業(yè)務應用功能是系統(tǒng)的核心，驗證和運維則是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)需要面向調控業(yè)務需求，在夯實關鍵基礎支撐技術的前提下，攻克一系列關鍵技術，從而實現(xiàn)大電網(wǎng)的全局監(jiān)控、全局分析、全局防控和全局計劃決策。

　　1）系統(tǒng)關鍵基礎支撐。分析決策中心既要保證大量周期啟動的分析應用功能正常運行，又要協(xié)調并快速響應異地高并發(fā)計算任務的請求，還要具備高度的可靠性，以保證提供不間斷的服務。這些都有賴于大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)的關鍵基礎支撐，需要重點開展中心異地多活和高速并行計算框架等技術研究。

　　2）按需建模與廣域數(shù)據(jù)分布式處理。全面完整的電力系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)是分析決策全局化的根本保障，需要解決模型按需服務、數(shù)據(jù)分布式高速處理等技術難題，提供調控大數(shù)據(jù)挖掘分析手段，實現(xiàn)電網(wǎng)信息廣域同步感知、同景展示和故障協(xié)同處置。

　　3）計及源荷雙側不確定性的大電網(wǎng)智能調度控制。新能源的廣泛接入以及柔性負荷與電網(wǎng)雙向互動程度的加大，增加了發(fā)電計劃編制和調度控制的難度；全局分析優(yōu)化則導致計算規(guī)模更大、任務更重，控制策略的協(xié)同性要求更為迫切。為實現(xiàn)大電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行下的自動巡航，需要攻克源荷模型統(tǒng)一構建、多目標經(jīng)濟運行域生成、多維度實時評估及自主優(yōu)化、分區(qū)電網(wǎng)源荷協(xié)同優(yōu)化控制等技術。

　　4）大電網(wǎng)一體化在線安全風險防控和智能決策。特高壓電網(wǎng)送受端、交直流和上下級電網(wǎng)間耦合緊密，只有通過全局防控才能有效降低電網(wǎng)運行風險，而源荷雙側的不確定性進一步加大了電網(wǎng)安全風險防控的難度。需要建立科學的風險評估指標，量化評估、感知、預警在線安全風險，在此基礎上全局優(yōu)化預防性控制措施，并對系統(tǒng)保護和安全自動裝置的運行參數(shù)進行在線協(xié)同校核，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

　　5）系統(tǒng)試驗驗證與運維支撐。大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)架構復雜，在系統(tǒng)開發(fā)過程中需要對支撐平臺和應用功能進行全面測試，確保系統(tǒng)軟件的功能和性能滿足大電網(wǎng)調度控制運行的需要；分析決策中心和模型云平臺的集中部署，給運行維護帶來了困難，需要創(chuàng)新系統(tǒng)運維技術，提升運維管理效率。

　　4系統(tǒng)研發(fā)關鍵問題探討

　　大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)的研發(fā)建設除了需要攻克上述各項關鍵技術外，在IT新技術與信息安全、源荷協(xié)同調度、智能化技術應用、集中決策與五級調度等方面還面臨諸多挑戰(zhàn)。

　　1）IT新技術與信息安全。電網(wǎng)調控有其自身特點，IT領域的新技術不能簡單地移植到電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)中，需要針對大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)的結構、業(yè)務特點，進行甄別和選擇，尤其是要謹慎使用開源軟件，杜絕可能的后門和漏洞。同時，需要在現(xiàn)有調控系統(tǒng)安全防護總體策略的基礎上，借鑒其他行業(yè)經(jīng)驗，動態(tài)采用多種安全防護手段，建立主動安全防護體系。

　　2）源荷協(xié)同調度。通過引導柔性負荷主動參與電網(wǎng)運行控制，可有效解決電力系統(tǒng)功率調節(jié)能力不足的問題。而調控量大面廣的負荷，必然使調控系統(tǒng)更加面向社會，帶來復雜的安全問題。因此，在實施負荷調度時一定要充分做好安全防護工作，才能將發(fā)電跟蹤負荷的調度模式提升為源荷協(xié)同調度的新模式。

　　3）智能化技術應用。將智能化技術同電力系統(tǒng)分析技術相結合，可以為大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)提供智能化解決方案。但調度控制的高可靠性要求決定了現(xiàn)在的智能化應用仍只能以智能輔助決策為主，未來的終極目標是“智能決策、閉環(huán)執(zhí)行”。

　　4）集中決策與五級調度。統(tǒng)一調度、分級管理是我國保證電網(wǎng)安全運行的體制性優(yōu)勢。集中決策更多體現(xiàn)了“統(tǒng)一調度”的思想，而就地控制則反映了“分級管理”的原則。集中決策依賴于統(tǒng)一部署的分析決策中心，為了減輕分析決策中心的計算負擔，只涉及本級電網(wǎng)的分析計算盡量在當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)完成，真正需要全網(wǎng)統(tǒng)一分析計算的任務才放到分析決策中心完成，切實發(fā)揮“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的體系架構優(yōu)勢。

　　5結語

　　本文著眼于特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)一體化調度運行控制重大需求，提出建設“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)。與以往系統(tǒng)相比，大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)具有以下特點：

　　總體架構：集中與分布相結合，監(jiān)控功能分布部署，決策功能集中部署；

　　電網(wǎng)監(jiān)視：實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)同源，運行信息廣域同步感知，電網(wǎng)故障協(xié)同處置；

　　分析應用：實現(xiàn)電網(wǎng)優(yōu)化運行的“自動巡航”和安全風險防控的“智能決策”。

　　大電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)的應用將改變調控中心各自孤立進行分析決策的現(xiàn)狀，顯著提升大電網(wǎng)調度的“預想、預判、預控”能力和智能化水平，為大電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行保駕護航。（許洪強，姚建國，於益軍，湯必強）