智能电网调度技术支持系统开发与应用

第七节　智能调度

1.智能调度的发展目标是什么?

答:智能调度的发展目标是适应坚强智能电网调度建设和电网运行安全可靠、灵活协调、优质高效、经济环保的要求，以服务特高压大电网安全运行为目标，构建涵盖电网年月方式分析、日前计划校核、实时调度运行三大环节的调度安全防线，实现数据传输网络化、运行监视全景化、安全评估动态化、调度决策精细化、运行控制自动化、网厂协调最优化，研发建设与企业规模、管理模式和电网运行特点相适应，具有国际领先水平、自主创新的一体化智能电网调度技术支持系统，形成一体化的智能调度体系，使电网调度的规范化、流程化、智能化水平达到国际领先水平。

2.智能调度涉及的主要技术领域有哪些?

答:智能调度是智能电网的重要组成部分，与其他环节联系紧密。智能调度涉及的主要技术领域包括以下6个方面:

(1)电网运行数据的精确测量与网络传输技术领域。包括广域测量技术、调度专用数据网络相关技术。

(2)电网运行监视全景化与可视化技术领域。指能够从时间、空间、业务等多维度，实现调度生产全景监视、智能告警，电网运行数据、分析结果的全面整合、共享和多角度可视化展示的相关技术。

(3)在线安全稳定分析评估与辅助决策技术领域。包括利用在线仿真技术进行的稳态、动态、暂态多角度在线安全分析评估技术、辅助决策和多维多层协调的安全防御技术。

(4)调度决策技术领域。包括年度方式、月度检修、日前到实时计划编制与安全校核等技术，以及节能发电调度应用技术。

(5)运行控制自动化技术领域。包括自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)技术，高频切机、过载联切等技术及其相互统一协调优化技术，以及在此基础上的电网频率、电压、潮流等的自动调整和控制技术。

(6)网厂协调技术领域。包括实现常规电源和新能源的标准化并网、优化调度和灵活快速调控的技术。

3.智能电网调度与传统电网调度的主要区别是什么?

答:与传统电网调度相比，智能电网调度在电网可控性、安全性、灵活性、能源资源配置能力等方面将有较大提升，在基础体系、技术装备体系、运行控制体系和管理体系方面将得到进一步完善。

4.为什么要建设智能电网调度技术支持系统?

答:调度技术支持系统是保障电网安全、优质、经济运行的重要技术手段，华北—华东—华中特高压同步电网和坚强智能电网的建设与运行，将使电网的形态和特性发生重大变化，对电网调度驾驭大电网的能力、进行大范围资源优化配置的能力和电网调度的一体化运行水平提出了更新更高的要求。现有的调度技术支持系统已经难以适应新的要求，迫切需要开展新一代智能电网调度技术支持系统的研究、开发和建设。

(1)互联大电网的快速发展和华北—华东—华中电网的安全稳定运行，要求提高电网调度驾驭大电网的能力。随着特高压电网建设和华北—华东—华中电网通过特高压交流线路实现联网，华北—华东—华中电网将成为世界上最大、最为复杂的交/直流混联同步电网，其特点是地域跨度大、电压等级多、电气联系增强、电网运行方式和动态行为复杂多变，各区域电网之间的相互依赖和耦合程度越来越高，电网特性由区域主导转向全局模式，电网运行控制的难度加大，对一体化运行和电网的统一协调控制提出了新的要求。以往基于局部信息的电力系统分析和控制手段，将难以满足超大规模电网的安全稳定运行要求。

(2)资源节约型、环境友好型社会建设和节能发电调度工作的开展，要求提高电网调度大范围资源优化配置的能力。我国在日前和实时电力市场的相关调度技术方面(如考虑安全约束的短期调度计划编制和实时经济调度等)，尚无法满足节能发电调度目标的要求，需要建设相应的技术手段以满足新的要求。

(3)建设坚强智能电网，要求提高电网调度的智能化水平。电网调度是坚强智能电网的重要组成部分，其智能化水平是坚强智能电网技术水平和应用水平的重要体现，而调度技术支持系统是影响调度智能化水平的关键因素。因此，需要不断提高调度技术支持系统的技术水平与应用水平。

(4)深化“两个转变”，要求提高调度技术支持系统的标准化水平。目前已投运的各类调度自动化系统多数缺少系统总体设计和统一的技术规范，系统的标准化水平较低，各单位的维护能力和应用水平不平衡等，难以满足国家电网公司集团化运作、集约化发展和标准化建设的要求，难以适应国家电网公司备用调度体系建设的需要，更无法满足电网调度一体化运行的要求，迫切需要加强调度技术支持系统的标准化建设。

5.智能电网调度技术支持系统基础平台的层次结构是怎样的?

答:智能电网调度技术支持系统基础平台是智能电网调度技术支持系统开发和运行的基础，负责为各类应用的开发、运行和管理提供通用的技术支撑，为整个系统的集成和高效可靠运行提供保障。其功能包括应用开发环境、应用集成环境、应用运行环境、应用维护环境。

智能电网调度技术支持系统基础平台包含硬件、操作系统、数据管理、信息传输与交换、公共服务和功能6个层次，采用面向服务的体系架构，如图1－2所示。

图1－2　智能电网调度技术支持系统基础平台的层次结构图

6.智能电网调度技术支持系统的主要功能是什么?

答:智能电网调度技术支持系统是指能够适应坚强智能电网安全可靠、灵活协调、优质高效、经济环保运行和调度生产各项运行、管理要求的平台，主要由基础平台和实时监控与预警、调度计划、安全校核、调度管理四类应用构成。

其中，基础平台向四类应用提供支持和服务，主要功能包括数据存储与管理、消息总线和服务总线、公共服务、平台一体化功能、安全防护等基本功能。实时监控与预警类应用实现对电力系统稳态、动态、暂态运行状态的监视、分析、评估和预警。调度计划类应用实现满足节能发电调度和电力市场需求的调度计划。安全校核类应用实现各种预想运行方式和实时运行方式下的电网安全分析。调度管理类应用为调度机构日常调度生产管理提供支撑。

7.实时监控与预警类应用包括哪些内容?

答:实时监控与预警类应用基于统一的一体化基础平台，主要包括电网实时监控与智能告警、电网自动控制、网络分析、在线安全稳定分析、电网运行辅助决策、水电及新能源监测分析、调度员培训模拟、运行分析与评价、辅助监测九个应用。

实时监控与预警类应用是电网实时调度业务的技术支撑，具有电网运行监视全景化，安全分析、调整控制前瞻化和智能化，运行评价动态化等特点。能够从时间、空间、业务等多个层面和维度，实现电网运行的全方位实时监视、在线故障诊断和智能报警;实时跟踪、分析电网运行变化并进行闭环优化调整与控制;在线分析和评估电网运行风险，及时发布告警、预警信息并提出紧急控制、预防控制策略;在线分析评价电网运行的安全性、经济性、运行控制水平等。

8.调度计划类应用包括哪些内容?

答:调度计划类应用主要包括申报发布、预测、检修计划、短期交易管理、水电及新能源调度、发电计划、考核结算和计划分析与评估八个应用。

调度计划类应用是调度计划编制业务的技术支撑，调度计划具有多目标、多约束、多时段等特点，并能够完成计划的自动编制、优化和分析评估;提供多种智能决策工具和灵活调整手段，适应不同调度模式要求，实现从年度、月度、日前到日内、实时调度计划的有机衔接和动态优化;实现多目标、多约束、多时段调度计划自动编制和各级调度计划的统一协调。

9.安全校核类应用包括哪些内容?

答:安全校核类应用主要包括静态安全校核、稳定计算校核、辅助决策和稳定裕度评估四个应用。

安全校核类应用是调度计划和电网运行操作(操作任务、操作票)安全校核的技术支撑，主要完成多时段调度计划和电网运行操作的安全校核、稳定裕度评估，并提出调整建议。安全校核类应用能够运用静态安全、暂态稳定、动态稳定、电压稳定分析等多种安全稳定分析手段，适应不同要求，实现对检修计划、发电计划、电网运行操作等进行安全校核，提出涉及静态安全和稳定问题的调整建议及电网重要断面的稳定裕度。

10.调度管理类应用包括哪些内容?

答:调度管理类应用主要包括生产运行、专业管理、综合分析与评估、信息展示与发布、内部综合管理五个应用。

调度管理类应用是实现电网调度规范化、流程化和一体化管理的技术保障。主要实现电网调度基础信息的统一维护和管理、主要生产业务的规范化和流程化管理、调度专业和并网电厂的综合管理、调度机构内部综合管理，以及电网安全、运行、计划、二次设备等信息的综合分析评估和多视角展示与发布，实现与SG－ERP信息系统的信息交换和共享。

11.为什么要建设调度数据网络第二平面?

答:为适应电网发展的需要，满足调度机构在正常运行和应急状态下对信息的需求，同时为备调建设及新一代智能调度技术支持系统提供可靠的支撑，因此需要建设一个坚强的调度数据网，全面提高网络可靠性及业务保障能力。

目前的调度数据网是基于单一路由平面的网络，大部分业务支持为单机方式，虽然设备双重化能提高网络可靠性，但网络设备和系统耦合度较高，一旦发生故障，容易影响网络的可用性。双平面网络由于平面间的相对独立性，通过与业务层面的配合，业务可通过正常网络平面实现转发，可有效规避上述问题对业务的影响。建设调度数据网络第二平面，可以满足业务系统较高的可靠性要求，具有较高的业务保障能力。

12.什么是电力二次系统安全防护体系?

答:在满足“安全分区，网络专用，横向隔离，纵向认证”安全防护策略的基础上，按照国家信息安全等级保护要求，防护策略从重点以边界防护为基础过渡到全过程安全防护，形成具有纵深防御的安全防护体系，实现对电力生产控制系统及调度数据网络的安全保护，尤其是智能电网中控制过程的安全保护。电力二次系统安全防护体系如图1－3所示。(www.xing528.com)

图1－3　电力二次系统安全防护体系图

13.为什么要进行电网统一建模?

答:目前，电力系统各级调度中心对电网模型的维护是分散的，而在同一调度中心各应用之间，对电网模型的需求互不相同，建模侧重点也存在差异，彼此无法共享，模型维护困难。因此，需要统一建模从而为各应用提供符合其需求的模型。

统一建模可以建立以电网模型为核心的全区域统一模型中心，整合能量管理系统、配电管理系统、广域测量系统的各种模型，通过分布式建模和拼接技术，以“源端维护，全网共享”为目标，实现全区域统一模型，并以此为基础，形成对实时、计划等各类电网应用模型的统一管理;通过电网模型发布服务，满足各类应用对电网模型的需求，为实现基于全电网模型的分析、计算、预警和辅助决策奠定坚实基础。

14.广域测量的关键技术有哪些?

答:(1)卫星时钟授时技术。卫星时钟具备高精度授时能力，和UTC(协调世界时)的标准时钟信号保持同步，误差在1 μs内。

(2)同步测量技术。相量测量单元(PMU)高精度晶振构成的振荡器产生时钟信号，周期性与卫星同步时间信号同步，从而保证振荡器输出信号与卫星时钟同步。PMU以同步后时钟信号作为开始转换的信号，控制各自的数据采集，实现采样同步。

(3)相量计算算法。相量计算算法主要是应用傅里叶变换(DFT)来计算电力系统电压、电流等相量，相量测量一般由同步化、DFT变换、过滤衰减直流分量、正序合成和轨迹平滑五部分组成，同时，需要考虑谐波问题、偏离额定频率后的相位补偿问题等。

(4)实时通信技术。实时通信采用基于TCP的实时通信协议，协议中考虑了自动配置、断点重传等问题。通信介质应具备通信时延小、抗干扰能力强、通信质量高、通信带宽高等特点。

15.广域测量对智能电网调度的应用体现在哪些方面?

答:近年来，广域测量技术在国内外快速发展起来，广泛应用于电网调度对电力系统的状态实时监测、稳定分析等多个领域，主要包括以下几个方面:

(1)大电网稳定性可视化。广域测量系统(WAMS)将电力系统的量测量集中在统一时间坐标系，进行三维可视化，即将电力系统作为一个物理对象进行观测分析。

(2)大电网实时动态安全监视。广域测量实现了电网动态过程的可观测性，基于PMU采集的实时动态数据可实现电网的电压安全监视、功角稳定监视、电网频率扰动及安全监视、机组进相运行监视、机组励磁响应特性及性能监视、电网扰动在线识别等。

(3)大电网实时动态预警和辅助决策支持。将PMU动态数据与SCADA稳态数据和状态估计结果相结合，可实现大电网的在线安全预警、紧急控制和状态恢复辅助决策功能，提前对可能发生的电网事故做出处理预案，缩短故障处理时间，避免大规模停电事故的发生。

(4)低频振荡分析与控制。根据PMU采集的全网动态过程数据在线监视电网低频振荡事故，分析振荡的主导模式及其特征参数(如振荡起止时间、振荡幅值、阻尼比、初相位和参与因子等)，并能根据电网振荡模式的变化提供相应的低频振荡抑制措施，辅助调度人员进行决策控制。

(5)电力系统数学模型辨识和校核。PMU可连续记录扰动过程中的详细动态过程数据，通过实测动态过程数据和仿真计算数据之间的比较分析，可以对电力系统的数学模型和参数进行辨识和校核，提供更为准确的数学模型和参数，进而提高电网计算和分析的正确性和可信度。

(6)混合状态估计。将PMU采集的高精度同步测量数据纳入到传统状态估计的计算中，可改善电网当前运行状态的可观测性，提高状态估计的坏数据辨识和处理能力，进而提高状态估计的精度。

(7)自适应保护和广域控制。通过站间实时数据通信和主站集中分析、控制功能，保护和安控装置可更全面地了解电网的当前运行状态，不断优化、调整动作参数，提高装置动作的可靠性。

(8)电网事故记录和故障分析。PMU装置兼有故障录波功能，并可在本地连续缓存电网动态数据，这些数据可通过召唤上传至主站，供调度人员进行在线或离线分析，定位故障设备，并实现测距功能，提高事故处理效率。

16.数字仿真技术可为智能电网调度提供哪些功能?

答:智能电网需要电力系统仿真提供预测和决策支持能力，能够即时跟踪系统状态，并对电力系统运行趋势进行预测，对决策措施进行模拟。数字仿真是指将电力系统的全部元件均采用数字模型进行模拟。数字仿真技术可为智能电网调度提供如下功能:

(1)实时在线安全分析、评估及预警。

(2)运行方式在线优化(包括能量、需求功率、效率、可靠性及电能质量等)。

(3)基于超实时仿真的安全分析，为电网自愈控制提供基础分析计算支撑手段。

(4)从运行和规划的观点对电网进行分析，并为运行人员推荐方案。

(5)涉及市场、政策等因素，定量分析其对系统安全性和可靠性的影响。

17.安全防御的关键技术主要有哪些?

答:(1)数据获取与整合环节的技术。主要包括实时数据采集、传输、存储及实时数据库技术;离线模型、运行方式等数据及历史数据库技术;汇总采集的电网各类稳态、动态、暂态数据，以及相关电网状态估计、离线典型方式数据等，形成面向安全稳定在线分析与控制的数据整合技术和电网运行断面的综合状态估计技术，为满足实时信息挖掘、在线动态预警、辅助决策、优化控制的实时性和准确性提供正确的数据源。

(2)电网分析评估与优化决策环节的技术。主要包括在线预想故障集自动生成技术，在线安全稳定仿真计算技术，安全稳定风险在线量化评估技术，安全稳定监视断面的在线识别与功率传输极限在线计算技术，安全稳定预防控制决策优化技术，安全稳定控制策略在线识别与校核技术，第三道安全稳定防线的在线校核与优化技术，紧急控制决策寻优技术和自适应电网外部环境的安全稳定综合防御技术等。

(3)控制实施环节的技术。主要包括控制系统架构设计、控制装置的优化配置、在线控制策略的适应性判别技术，控制策略的实时匹配技术，多重故障的控制技术，相继故障的控制技术，自适应电网解列控制技术，第二道防线与第三道防线的协调控制技术和安全稳定控制与AGC/AVC的协调技术等。

18.节能发电调度应考虑哪些安全约束因素?

答:节能发电调度本质上是电力系统机组组合和经济调度问题，其核心技术是安全约束机组组合(SCUC)和安全约束经济调度(SCED)。

SCUC需要考虑的各种约束因素包括:①机组约束。发电机组出力限制约束、发电量约束、爬坡速率约束、机组最小启停时间约束、最大启停次数约束、机组启停出力曲线约束等。②系统约束。功率平衡约束、系统与分区的备用约束等。③网络约束。线路和变压器容量极限、断面的传输极限约束等。④其他约束。燃料约束、环保约束等。

SCED需要考虑的各种约束因素包括:①机组约束。水电机组振动区约束、机组最小调节量约束等。②系统约束。功率平衡约束、AGC调节备用约束等。③网络约束。Ⅳ－1条件下线路和变压器容量极限、断面的传输极限约束等。④其他约束。机组发电出力曲线平稳性、机组合同电量约束、电厂发电量约束、电厂发电总出力约束等。

19.新能源发电接入电网对节能发电调度有哪些技术需求?

答:各种新能源发电并网后，将对传统的电力系统优化调度技术理论提出新的挑战。节能发电调度需要全面、深入、系统地研究包含火电、水电、风电、核电、光伏发电、生物质能发电等多种类型的电力系统联合优化发电调度技术，研究联合优化调度中各种新能源发电方式的建模问题，研究新能源发电接入后发电计划和安全校核算法，主要包括:各种新能源发电在联合优化调度目标中规范、灵活、高效的数学表示方法;各种新能源发电在优化目标和约束条件中的建模和处理方法;各种新能源发电在安全性、经济性、节能性、环保性等方面的建模和处理方法;包含新能源发电的大规模安全约束机组组合、安全约束经济调度、安全校核的数学模型和高效算法。

20.智能电网调度技术支持系统试点工程的内容有哪些?

答:智能电网调度技术支持系统试点工程开展智能电网调度技术支持系统建设框架研究;智能电网调度技术支持系统体系总体设计和功能规范编写;智能电网调度技术支持系统基础平台和实时监控与预警、调度计划、安全校核、调度管理四类应用研发与试点;华北—华东—华中同步电网调度应用关键技术研究;新能源预测和调整控制技术研究与应用;探索省级以上调度将现有调度技术支持系统平滑升级到智能电网调度技术支持系统;开展国调、网调、省调、地调四级调度纵向一体化试点建设等。

首批试点工程选择国家电力调度中心、华北电网调度中心、华东电网调度中心、华中电网调度中心、江苏省电力调度中心、四川省电力调度中心、辽宁沈阳电力调度中心、北京城区电力调度中心、河北衡水电力调度中心进行建设。试点扩充选择福建省电力调度中心和江苏苏州电力调度中心。

21.电网运行集中监控试点工程的内容有哪些?

答:电网运行集中监控试点工程通过在试点单位整合电网调度技术支持系统和集中监控系统功能，建设支持调控合一功能的智能电网调度技术支持系统，制定和完善电网调度和集中监控一体化运行相关的工作制度、业务流程和标准体系，逐步实现电网调度和集中监控的一体化运行，推动电网运行精益化管理和标准化建设再上新台阶，提升电网运行管理的集约化水平和智能化程度。

在福建开展电网运行集中监控试点工程建设，进一步完善福州、泉州、厦门电网运行集中监控功能，并逐步在莆田、漳州、龙岩、三明、南平、宁德六个地区开展。在陕西汉中地区开展电网运行集中监控试点工程建设，建设调控合一功能的智能电网调度技术支持系统。