隨著特高壓交直流互聯(lián)電網的建設、新能源的發(fā)展,以及電力市場改革的深化,中國電網運行特性發(fā)生了深刻的變化,進而對電網調度控制能力提出了更高的要求.根據(jù)電網調度控制運行的業(yè)務特點,未來調度控制系統(tǒng)應采取分布和集中相結合的應用功能部署模式.概述了未來電網調度控制系統(tǒng)應用功能的三大新特征,即全局、快速、準確,分析了實現(xiàn)上述應用功能新特征的技術要素,并指出了在模型、數(shù)據(jù)和管理等方面亟需開展的基礎工作。

0 引言

特高壓交直流互聯(lián)大電網的建設,提升了大范圍資源優(yōu)化配置的能力,也使得各級電網間耦合更加緊密,局部故障可能會影響到全局,電網安全管控面臨巨大挑戰(zhàn),需要對大電網進行統(tǒng)一的實時監(jiān)視和風險控制[1].中國新能源發(fā)展迅速,“十三五”末將達到320GW 以上[2],而新能源富集區(qū)棄風棄光嚴重,需要在線優(yōu)化全網運行方式,實現(xiàn)在全網更大范圍內消納新能源[3-4].直流輸電和新能源發(fā)電引入了大量電力電子設備,電網電力電子化特征凸顯,穩(wěn)定形態(tài)更加復雜,需要進一步提升大電網實時運行在線分析和風險防范能力,提供全網一體化的輔助決策,保障大電網的安全穩(wěn)定運行.電力市場化的推進和監(jiān)管的強化,電網調度運行的標準化和規(guī)范化運作將十分重要,調度機構將面臨保障電網安全運行和市場有序運作的雙重壓力,電網調度控制(簡稱調控)系統(tǒng)迫切需要強化對市場交易系統(tǒng)的功能支撐,保證市場化運作情況下的公平公正和電網的安全穩(wěn)定.

目前電網調控系統(tǒng)都是按調度機構獨立建設和運行,雖然電網是互聯(lián)的,但調控系統(tǒng)之間卻是煙囪型的,難以及時獲取管轄區(qū)域外的電網信息,電網態(tài)勢分析和安全防控大部分局限在所管轄電網.這種一個調控機構建設一套調控系統(tǒng)的技術體系已經難以支撐大型交直流混聯(lián)電網調度運行的需求,必須針對變化了的電網特性,按照“一個互聯(lián)大電網,邏輯上一套大系統(tǒng)”的理念,建設面向全網一體化運行的電網調控系統(tǒng),全面提升大電網運行的技術支撐水平和能力.

全網一體化運行的未來調控系統(tǒng)具有鮮明的新內涵,它將當前實時信息的局部監(jiān)控和信息共享方式提升到全局監(jiān)控和需則可用模式,將電網運行特性的局部分析和多級協(xié)調方式提升到全局分析模式,將電網運行風險的局部防控和區(qū)域協(xié)調方式提升到全局防控模式,將發(fā)電計劃多級協(xié)調方式提升到市場化調度模式,以適應互聯(lián)大電網安全運行和市場化運作的迫切需求.

未來調控系統(tǒng)需要在架構上有重大變化,但其支撐能力的最終體現(xiàn)還存在于系統(tǒng)的應用功能實現(xiàn).應用功能除針對所轄電網外,更需要從全局角度處理全網面臨的問題,可以適應故障預判、故障處置、控制措施、新能源消納、備用支援等全局性要求,應用功能的效果是全局的,所得到的結果不再局限于本網.只有在全網模型基礎上及時利用全網數(shù)據(jù)進行分析決策,才能實現(xiàn)應用功能全局化的目標.模型的擴大增加了計算量,給系統(tǒng)的處理速度帶來了挑戰(zhàn),需要應用功能在數(shù)據(jù)獲取、計算分析和電網響應等方面足夠快速,以適應實時運行的需要.新增的功能和數(shù)據(jù)加大了計算的復雜性,給系統(tǒng)的準確性帶來了挑戰(zhàn),需要應用功能保證信息、決策和控制等方面足夠準確,實現(xiàn)電網安全穩(wěn)定運行.未來電網調控系統(tǒng)應用功能的最主要特征可以概括為:“全局、快速、準確(簡稱全、快、準)”.快速和準確是以往調控系統(tǒng)一直追求的目標,全局則是未來調控系統(tǒng)必須具備的新特征,由此也對快速和準確提出了更高要求.

電網從單個小電網、小范圍互聯(lián)、弱互聯(lián)電網逐步發(fā)展成當今的強耦合互聯(lián)電網,廣大學者在此進程中對調控系統(tǒng)進行了深入研究[5G10].以往電網聯(lián)系相對松散,不同電網相互之間的影響較小,按照網省平衡開展調度業(yè)務,調控系統(tǒng)面向調度機構獨立建設和運行的模式基本滿足了電網運行的需求,調控系統(tǒng)相對比較簡單,應用功能沒有全局化需求,快速和準確是主要要求.另外,受當時計算機信息通信技術的限制,技術上亦難以建設全網一體化調控系統(tǒng).

未來電網調控系統(tǒng)需要按照“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的總原則[8],構建監(jiān)視控制分布、分析決策集中的新型調控技術體系,在全網統(tǒng)一的模型基礎上,由全網分析決策中心實現(xiàn)面向全網的應用功能.本文總結了未來調控系統(tǒng)應用功能全局、快速、準確的新特征,分析了支撐應用功能實現(xiàn)的技術要素,并指出了在模型、數(shù)據(jù)和管理等方面亟需開展的基礎工作.

1 應用功能的全、快、準特征

應用功能是調控系統(tǒng)最重要的組成部分,為各項調控業(yè)務提供最直接的支撐.應用功能只有具備了全局、快速和準確的特征,才能滿足一體化電網在線調控的要求,實現(xiàn)調控系統(tǒng)支撐能力的本質提升.

1.1 應用功能的全局性

應用功能的全局性是未來電網調控系統(tǒng)區(qū)別于以往調控系統(tǒng)最鮮明的特征,需要夯實全網模型和全網數(shù)據(jù)等全局化基礎,對應用功能以全局視野進行升級改造,從而實現(xiàn)調控系統(tǒng)由應對局部到管控全局的跨越.

1.1.1 模型全

傳統(tǒng)調控系統(tǒng)只對所管轄的電網設備進行建模,建模內容集中在電網一次設備的物理屬性范疇,二次設備缺乏規(guī)范的建模方法.目前盡管國/分調對省調模型進行拼接可以得到相對完整的模型,但省調在處理外部網絡時還經常采用網絡等值.網絡等值相對比較簡單,對電網分析計算結果的影響較大,模型拼接則有設備重復建模、過程復雜和實時性差等不足.

全面完整的電力系統(tǒng)模型是調控系統(tǒng)應用功能的基礎,需要根據(jù)全網一體化調控的需要,將電網模型由以往各個調度機構各自構建過渡到統(tǒng)一建模,摒棄網絡等值做法,省略模型拼接環(huán)節(jié),簡化建模流程,克服網絡等值和模型拼接的弊病,并從一次到二次、從電網到環(huán)境等全方位建模,實現(xiàn)“一個電網、一套模型”的建設目標.電力系統(tǒng)二次設備對電網的安全運行發(fā)揮著越來越重要的作用,與調控業(yè)務密切相關的繼電保護、安全自動裝置和系統(tǒng)保護等二次設備需要規(guī)范建模,并自動實現(xiàn)與一次設備的相互關聯(lián).

特高壓線路遠距離輸送大功率,對電網的安全運行至關重要,而線路可能跨越多個氣候區(qū),運行環(huán)境復雜多變,需要將線路桿塔、電站等設備的地理屬性納入建模范圍,方便將輸電通道沿線的局部氣象環(huán)境與線路有效關聯(lián),提升精細化運行水平.電網建設過程中有新設備投役,也有老設備的退役或者改接等,設備模型需要反映其時間特性,實現(xiàn)對設備的全生命周期管理,以便精準地反演電網以往的運行過程,提前模擬電網未來的運行特性.

設備模型的物理屬性主要用于電網的安全分析,發(fā)電機、負荷等設備的經濟屬性則是市場交易不可或缺的內容,兩者需要統(tǒng)一建模,以解決市場化調度的模型需求,適應中國不斷推進的電力市場改革需要.柔性負荷具備參與電網調節(jié)的能力,其模型需要體現(xiàn)需求響應特性,并進一步將大量零散負荷構建成負荷聚合模型,適應售電側開放的市場化改革進程.

1.1.2 數(shù)據(jù)全

目前調控系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)以電網一次設備的運行數(shù)據(jù)為主,包括點多面廣的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、電網樞紐變電站和發(fā)電廠的相量測量單元(PMU)動態(tài)數(shù)據(jù),以及故障錄波器記錄的暫態(tài)數(shù)據(jù).未來調控系統(tǒng)需要額外處理諸如設備的整定值、運行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、操作流程甚至調度電話記錄等,因為這些都是電網分析決策寶貴的數(shù)據(jù)源.繼電保護、安全自動裝置等二次設備有效保障了電網的穩(wěn)定運行,需要準確采集這些二次設備的運行狀態(tài)和定值設置等實時運行參數(shù),提高在線穩(wěn)定分析計算結果的準確性.

變壓器、輸電線路等設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)也需要納入調控系統(tǒng)統(tǒng)一管理范圍之內,通過對這類數(shù)據(jù)的挖掘分析,可為在線穩(wěn)定分析提供大概率的預想故障集.在確保信息安全的前提下,調控系統(tǒng)需要從其他系統(tǒng)自動獲取天氣、雷電、地理、微氣象等外部環(huán)境數(shù)據(jù),以幫助調控運行人員隨時把握可能的安全風險；從交易系統(tǒng)獲取交易電量和交易功率等出清結果,實現(xiàn)現(xiàn)貨市場與調控系統(tǒng)的有效銜接.目前調控系統(tǒng)還沒有充分重視調控人員的日常操作行為,未來調控系統(tǒng)需要對這類非結構化的行為模式數(shù)據(jù)進行記錄保存,并通過大數(shù)據(jù)挖掘技術,將調度人員的經驗轉化為知識,為調控操作提供輔助決策.

調控系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都包括實時、歷史和未來三個維度.實時數(shù)據(jù)主要用于在線調度運行,通過對歷史數(shù)據(jù)的充分積累,能夠提高大數(shù)據(jù)挖掘分析結果的準確性,預測準確的未來數(shù)據(jù)可更好地把控電網運行趨勢.

1.1.3 功能全

當前調控系統(tǒng)基本使用本地模型和數(shù)據(jù)進行分析計算,應用功能的分析結果勢必是局部的,不能滿足電網一體化調控運行的需要.未來調控系統(tǒng)的功能全主要包含兩方面含義:一方面需要對已有功能以全局視野進行升級改造；另一方面需要研發(fā)新的功能以滿足不斷發(fā)展的一體化調控需求.

未來調控系統(tǒng)需要在模型全、數(shù)據(jù)全的基礎上,從全局角度設計開發(fā)應用功能,做到全局監(jiān)視實時信息,全局