（电力系统及其自动化专业论文）数字化电网中信息集成技术的研究与应用.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t l a r g es c o p eb l a c k o u t sa r o u n dt h ew o r l di nr e c e n ty e a r sd r a wp e o p l e ss p e c i a l a t t e n t i o n so nt h es t a b i l i t yo fp o w e rg r i d n o w a d a y s ，a st h ee x i s t i n gg r i d sa b i l i t yt o r e s i s tr i s ki sv e r yp o o r s o m ep o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e sa n dr e p u t a b l ec o m p a n i e s h a v ea l r e a d yb e g u nt h e i rr e s e a r c ho nt h en e wg e n e r a t i o np o w e rg r i da n dg a v et h e i r d e s c r i p t i o no f i t sp r o m i s i n gf u t u r e c h i n e s ee l e c t r i c a le x p e r tg i v ea l ln o wi d e ao f d i g i t a lp o w e rg r i d w h i c hw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i co fi n t e l l i g e n c e a n dt h i s c h a r a c t e r i s t i cc a l lh e l pt o 戗l h a n c et h es t a b i l i t yl e v e ro ft h ew h o l eg r i d t h er e s e a r c h o nd i g i t a lp o w e rg r i dh a s 出e a d yb e g u ni nc h i n ar e c e n ty e a r s t h er e a ：i i z a l i o no f d i g i t a lp o w e r 鲥dr e l i e so nu p g r a d i n gt h ee x i s t i n gg r i dl i k ei n t r o d u c i n gi n t e l l i g e n t a p p l i a n c e s , e n h a n c i n gt h ec a p a b i l i t yo fi n f o r m a t i o na c c e s s ，o p t i m i z i n ga n a l y s i so f d a t a , o f f e r i n gh e l p f u ld e c i s i o n - m a k i n gs u g g e s t i o ne t e mt h i s p a p e r , a f t e rs u m m a r i z i n gt h e c h a r a c t e r i s t i ca n d i m p l e m e n t a t i o n a r c h i t e c t u r e so ft h ed i g i t a lp o w e rg r i 也i tt h e nm a i n l yf o c u s e so nc h a r a c t e r i s t i ca n d e v e r yp a r to fr e a l i z a t i o no fi n t e g r a t i o no f p o w e rg r i di n f o r m a t i o n t h er e a l i z a t i o no f d i g i t a lp o w e rg n di sb a s eo nt h ee x i s t i n gp o w e rg r i d ，a sar e s u l t ，w es h o u l df i r s t i n t e g r a t et h ei n f o r m a t i o no fd i f f e r e n tk i n do fs t r u c t u r e si ne x i s t i n gp o w e rs y s t e m s o f t w a r ea n dt h e nb u i l dc o m m o ni n f o r m a t i o ns t r u c t u r e p l a t f o r mt os h a r et h i s i n t e g r a t e di n f o r m a t i o n , a n df i n a l l ya c h i e v et h ei n t e g r a t i o no f t h ew h o l ep o w e rg r i d t h i sp a p e rw o r k so ns e v e r a li s s u e so ni n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nw h i c hi sa l s ot h e m o s ti m p o r t a n ta sw e l la sb a s i co n e s ，s u c ha s ，t h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ns t r a t e g i e s f o rd i g i t a lp o w e rg r i 也t h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nu m la n dc i m r d fi ne x p r e s s i n g i n f o r m a t i o nm o d e la sw e l la st h e i rc o n v e r s i o n , i n f o r m a t i o nm o d e ls t o r a g ea n dm o d e l m a p p i n gb e t w e e nt h ep r i m a r ya n dn e w , t h ei m p l e m e n t a t i o no f c i ss t a n d a r di n t e r f a c e b a s e do nm e t ad a t am a n a g e m e n ts y s t e m ，d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fm a n a g e m e n t p r o c e s si ns o f t w a r ed e v e l o p m e n t ar e a lc a s ei ss t u d i e da tt h ee n do ft h ep a p e r , w h i c hi sa ni n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n i h 浙江大学硕士学位论文 p r o j e c to np o w e rg r i dd i s p a t c h i n gd a t af o rap r o v i n c i a lp o w e rc o m p a n y i nt h i sr e a l c a s e ，au n i f o r md i s p a t c h i n gd a t am a n a g e m e n tp l a t f o r mi se s t a b l i s h e d ，w h i c hh a sa c o m m o nm o d e lc e n t e rf o ra l ls o f t w a r es y s t e m i tu s e st h ed i s p a t c h i n gd a t a , s t a n d a r d i n t e r f a c ea n do t h e ri n f o r m a t i o nr e l e a s ew a y sa n dw e b p l a t f o r mf o rm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：d i g i t a lp o w e rg r i d , d i g i t a lp o w e rg r i ds t r u c t u r e ，i n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o ns t r a t e g i e s ，i n f o r m a t i o nm o d e l ，m a n a g e m e n tp r o c e s s ，d i s p a t c h i n gd a t a m a n a g e m e n tp l a t f o r m i v 浙江大学硕士学位论文 1 1 概述 第一章绪论 随着电网电压等级不断提高，电网结构日趋复杂，对电网的安全性要求也 越来越高。近几年发生的大停电事故警示目前大电网的互联系统并非十分坚强， 使得世界各国的电力专家开始重新考虑电网的安全性，而其中重要的改善手段 就是采用更加可靠的信息和控制技术来达到对电网的观测和控制。 自上世纪9 0 年代以来，以通信和计算机技术为核心的信息技术得以迅速发 展。如今信息技术应用的主线是数字化，其特点是集成化、网络化和智能化。 数字化将经济、技术和生活已紧密地结合在一起，己渗透到社会生活的各个领 域，出现了“数字化地球、“数字化国家 等新概念。 通信和计算机技术的快速发展和在化工、制造等工业中的应用，体现出了 强大的信息供应能力，对工作效率的提升有显著作用。鉴于这些成果，电力工 程师们正考虑着将数字化技术引进电网中。伴随着网络通信技术、自动控制技 术和r s 、g i s 、g p s 等数字化技术日趋成熟，数据采集、电力电子、智能仪表 等技术发展迅速，达到实用化阶段。这些为构筑数字化电网提供了技术基础。 数字化电网的体系涵盖与电网相关的各种子概念元素，诸如数字化电厂、 数字化变电站、数字( 智能) 调度、数字化供电系统等。使用兀u 、智能仪表、 r t u 、数字滤波、电力电子等设备和技术，实现数据自动、完整的采集；应用 b p a 、p s a s p 进行电力系统分析计算和仿真模拟，实现大电网全数字实时仿真； 实现电力实时平衡自动调度、实时故障分析、电网故障智能辨别及恢复、以电 网动态安全监测预警为基础的预防性控制与紧急控制；实现无功电压在线优化 控制；建设体系完整、功能实用、满足要求的电力市场运营系统，并进行可视 化展示等等。这些子系统之间不是孤立的，而是相互关联的。通过对数字化电 网体系的整体分析和优化，能够统筹实现各种子系统之间的有机协作，有助于 从全局高度实现整个电网系统各项业务的最优化f 1 叼。 数字化电网内容十分丰富，从原始的数据采集、对电网信息进行整合分析 到对电网进行控制是一个完整的流程。从技术角度来讲，数字化电网主要是信 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 息化技术和自动控制技术。而信息化技术包含数据的采集、传输和集成等主要 方面。将目前的电网升级成数字化电网需要一个过程，须从电网本身的数据采 集传输系统和电网控制中心( 电网企业) 的分析控制系统等方面进行开展改造。 1 2 本课题研究的意义 提出数字化电网的发展要求绝非偶然，而是多年以来电网不断地扩大，使 得目前的电网成为地球上最大的网络，但是与社会工业、经济的快速发展以及 人们要求的提高，工程师已经认识到电网的问题越来越多。当代电网面临的挑 战是多样化的，主要有： 电力市场开放和能源政策变迁。电力市场带来了发电竞争，电网运行安 全和分布发电的难题。随着能源紧缺和环境污染问题的日益严峻，国家将大力 开发和利用可再生能源，优化能源结构。风能、太阳能和余热发电等具有分散 性、小型性的特点，纳入目前的电网中的有效性正在研究和开展实践。 电网发展滞后和运行控制不协调。无论是在经济发达的欧美国家还是像 中国这样快速进步的发展中国家里，电网基础设施老化、电网运行冗余度小 已经成为一个非常普遍的现象。传统的电力系统不是通过整体的自上而下的优 化规划发展而来的，而是通过应用的需求逐步“微增而来的，因此其调度控 制也不是全局优化和统一协调的。运行控制不谐调、不统一的弊端也越来越明 显，电力市场开放更加剧了这个问题。普遍认为，2 0 0 3 年的“8 1 4 美加大停 电就是这个问题的直接反映与教训。 电力系统正由传统的机电控制向由电力电子技术支撑的转变。电力电子 技术在直流输电、无功等领域给电网提供新发展支持的同时，也给电网带了谐 波污染这种棘手的问题。如今对电能质量要求越来越高，这又是一个新的挑战。 需要借用先进的计算机、通信等技术来解决当代电网面临的挑战，提高电 网的安全、稳定、经济与质量。特别是自2 0 0 3 年8 月1 4 日美加大停电以来， 国内外研究机构和专家学者逐步提出了数字化电网类似的概念。 在当前特高压、大电网的背景下，建立能够实时反映电力系统状态的数字 化电网是解决目前电网问题的迫切要求，对提高电力系统运行效率、维护系统 运行安全具有极大的意义。信息集成是实现数字化电网的关键技术之一，其关 2 浙江大学硕士学位论文 注的重点是电网领域内所有信息的集成与整理，其目的是为高级应用系统提供 丰富、高效的电网基础信息。 本课题着重研究为实现数字化电网信息集成采用的一些技术理论，并进行 了一些探索性的实践。 1 3 国内外的研究现状 1 3 1 国际上对数字化电网中信息集成的研究 ( 1 )与数字化电网类似的概念的提出 在国际上，诸如美国电力研究院( e p m ) 、美国能源部( d o e ) 、m m 公司等 先后给出了对未来电网的描述。例如，e p r i 将未来的电网定义为i n t e l l i g r i d 3 】； 美国能源部的电力输配局在2 0 0 3 年7 月发布的“对电力第二个百年的全国范围 的构想 的报告中提出了g r i d 2 0 3 0 计划【4 】；美国的b a t t e l l e 研究所和m 公 司也先后分别提出了g r i d w i s e 和i n t e l l i g e n tp o w e rg r i d 的概念【5 1 。欧洲于2 0 0 5 年提出了欧洲技术平台( e t p ) 的s m a r t g r i d ( 6 】的概念，对欧洲2 0 2 0 年左右的电 力网络提出了构想。 这些概念的共同点均包含了可靠、灵活和经济的电力和信息流传送，以及 安全的通信，主张全面的信息集成和数字化监控、自由的电力交易、分布式的 电源供应、电网和用户之间双向的互动。自此实现提高电网运营的安全性、效 益和效率，以及对环境的影响最小化的目标。 ( 2 )对电网信息集成技术的研究 世界各国信息化建设几乎都经历了由各应用系统的迅速扩展到整合集成再 到一体化这个过程( 除非新建或现有的应用系统很少) 。为了最大程度地保护现 有的应用系统资源，不少著名的软件开发厂商和国际信息标准化组织都在致力 于有关企业信息整合、信息共享、综合分析和流程管理技术的研究以及标准的 制定，如公共信息模型( c o m m o ni n f o r r a a t i o nm o d u l e ，简称c 蹦) 、组件接口 规范( c o m p o n e n ti n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ，简称c i s ) 、企业综合集成总线( u t i l i t y i n t e g r a t i o nb u s ，简称u b ) 、通用对象请求代理结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ，简称c o r b a ) 、w e b s e r v i c e 技术、分布式公共目标模型 3 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 ( d i s t r i b u t e dc o m m o no b j e c tm o d e l ，简称d c o m ) 以及可扩展标记语言 ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，简称x m l ) 、资源描述框架( r e s o u r c ed e s c r i p t i o n f r a m e w o r k ，简称r d f ) 、互联网i n t e r n e t i n t r a n e t 等等，为企业现有应用系统的 整合集成、信息共享提供了技术支撑；而数据仓库技术d w 、在线分析技术 o l a p 、数据库挖掘技术d m 又给企业高层管理的综合分析和辅助决策提供了 支持；基于c o r b a 技术的工作流平台则可实现跨业务应用、跨软件系统、跨 操作平台的全过程的流程管理与监控，且可灵活地扩展以适应企业管理流程的 变化、应用软件的升级、硬件设备多样性的需要等。这都为我们实施信息一体 化创造了技术条件【7 1 。 互操作实验推动和促进了c m 标准的发展和应用。截止2 0 0 3 年底，国外 针对e m sa p i 做过五次互操作实验。其中前四次实验都是基于静态的可扩展标 志语言x m l 文档的。第五次互操作实验于2 0 0 3 年1 1 月1 8 2 0 日在美国俄亥俄 州进行，参加的组织包括a l s t o m 、s h a wp t i 、s i s c o 、s n cl a v a l i n 。这是第一 次基于通用接口定义( g e n e t i ci n t e r f a c ed e f i n i t i o n ，简称g d ) 的互操作实验。 而第六次互操作试验也已经完成。 随着c i m 的提出与发展，电力工程师们对电网统一建模有了一致的认识。 c i m 为信息技术的实现提供了数据模型的支持，解决了多年以来因为模型不一 致而出现的系统异构、信息孤立的状况。 1 3 2 国内与之相似的研究 上世纪9 0 年代末，国内的电力行业提出了“数字电力 的概念。较有影响 的是清华大学卢强院士在2 0 0 0 年提出的“数字电力系统 ( d p s ) ，它是将实际 运行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人 员状况、科教活动等进行实时地形象化地描述与再现。d p s 是对实际电力系统 进行的全面实时地仿真的数字电力系统。 近几年来，一些区域和网省( 市) 电力公司相继提出了各自对于“数字电 力的理解，主要从信息集成角度来解决“信息孤岛”问题，以电网信息的高 度共享来探索数字化电网。 上海市电力公司在2 0 0 3 年进行了“数字化供电所”的研究和探索，并在此 4 浙江大学硕士学位论文 基础上在2 0 0 5 年开展了“数字化供电系统”的研究与实践，提出了数字化供电 系统的内涵是“电网监控数字化、业务处理信息化和管理决策集成化的观点 【s j 。江苏省电力公司提出了数字电力公司( 9 j ：天津市电力公司也提出了数字化企 业【1 0 】等；南方电网公司在近两个五年计划的主要目标之一就是建设“数字南方 电网 。“数字南方电网 t h 是以全局模型的形式对实际运行电网的真实特性进 行数字地、准确地、实时地再现。这个全局模型以一组数字模型从不同的角度 对整个系统的运行状态进行了真实地刻画，从而能够根据调度决策的需要建立 系统的实时分析平台和超实时仿真平台，并最终实现电网调度决策的智能化和 调度指令执行的自动化。 利用信息化手段处理丰富的信息流，利用高级模块挖掘信息是数字化电网 的基本特征，上面所述的几个电力企业探索数字电网均是利用信息化手段集中 处理信息，减少重复建设从而提高企业效率、优化企业结构。 国内电力的信息化进程紧跟国外进行，国内也召开了多次e m s a p i 扩大会 议，对统一国对c i m 的理解进行了一些有效的工作。同时，国内已经进行了五 次互操作试验，进行拆分合并实验，完成潮流计算，状态估计计算，并提出修 改意见，逐步完成国内对c i m 认识的统一。实验目的是：验证导入导出的正确 性，逐步形成国内统一的标准。这项工作由国家电力调度通信中心组织，国内 多家研究单位将基于c i m 实现各家产品之间的互操作【1 2 】。同时，国内开发了比 c i m x m l 效率更高的e 语言用作电力系统信息的交互标准【1 3 】。 为了更进一步全面推动电网企业的信息化，国家电网公司在全网范围内开 展了s g l 8 6 项目，明确了电力企业信息化和数字电网的进程和具体实施目标。 1 4 本文所做工作 本课题研究数字化电网信息集成的特点，基于目前电网中信息孤立的现状 提出数字化电网的信息集成策略。研究了信息集成技术在实现数字化电网信息 集成中的应用，并在实践中对该研究进行了讨论。 1 4 1 研究内容 ( 1 )数字化电网的体系结构和关键技术 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 根据数字化电网的特点，将其实现分为五个层次。从数据的采集到高级决 策功能模块，每个层次有其实现技术。 ( 2 )数字化电网信息集成策略 数字化电网信息集成其独自特点，但是其实现基础是当前的电网，所以首 先必须解决当前电网的中的系统异构问题。比较了几个常用的集成策略之后， 根据数字化电网的信息集成特点提出了数字化电网的信息集成策略。 ( 3 )信息集成中的模型研究 e p r i 在实现i n t c l l i g r i d 中选用了一系列标准，针对信息集成这一块采用 i e c 6 1 9 6 8 和i e c 6 1 9 7 0 标准，在数字化电网的信息集成也采用c i m 标准建模。 模型表示、模型库存、模型适配等问题在解决系统异构问题和建立新的数据平 台是几个比较关键的基础问题。 ( 4 )信息接口发布研究 为了能使应用系统之间的交互正确无误，各个应用系统需要对所交换的信 息有一致的理解，电力企业范围内的信息语义应为统一的数据模型和标准的发 布方式。通过定义标准的程序( 或组件) 接口实现异构系统的信息交互，使得 应用程序或系统能够访问公用数据和交换信息，而与信息在内部如何表示无关。 c i m 规定这一接口的语义，c i s 则规定这一接口的语法。同时由于各系统的安 全性要求不同，还可以采用文件方式进行交互。 ( 5 )流程管理 信息平台是多种数据源的汇集地，但是各数据有其实际的维护部门。涉及 到部门职能时就是管理流程的问题。针对调度参数参数一体化平台的流程管理 在本文中也将作讨论。 1 4 2 文章结构 本文共分为五章，第二章介绍数字化电网的概念、相关的技术并提出了数 字化电网的体系结构，第三章提出了数字化电网的信息集成策略，分析了信息 集成中的模型问题、接口问题和管理流程，第四章介绍信息集成技术在实际项 目中的应用，设计和开发了一个针对数字化电网调度参数的管理平台，第五章 作了一个简单的总结。 6 浙江大学硕士学位论文 第二章数字化电网的体系结构研究 2 1 数字化电网概念 2 1 1 数字化电网与企业信息化 数字化电网是利用先进的数字化技术实现电网整体的经济、可靠、高效 的运营。 企业信息化需要结合电网行业的自身特点，参考先进的管理思想，同时 以信息技术为依托，建立覆盖整个企业的信息网络和一体化企业级信息系统。 构建企业生产经营管理酶数字纯摸型，推进企业资产的全寿命周麓管理及企业 内部人、财、物三大基本要素和业务处理的全过程信息化管理；促进企业生产、 管理、经营的规范化，达到业务流、电能流和数据流的高度整合和共享，实现 企业生产自动纯、管理现代化、决策科学化。 数字化电网和信息化企业之间，既有联系，又有不同的侧重。数字化电 网侧重在电网规划、设计、建设和运行过程中数字化技术的应用以及电网的数 字化运行、监测和控制；确保电两安全可靠运行的同时，为信息纯企业提供详 实的基础数据。而信息化企业侧重对电力生产和企业运营的管理；根据数字化 采集的数据，进行展现、分析、挖掘和辅助决策，提升企业管理水平。 2 1 2 数字化电网定义 数字化电网的概念目前还没有真正意思上的完整定义，综合国内外电力公 司、研究机构和商业组织的专家学者的研究和讨论来看，数字化电网技术就是 利用当今和未来先进的传感、通信、控制和信息技术使整个电网系统( 发电、 输电、配电乃至用电) 是一个各环节都更加有效、经济和安全的技术体系。数 字化电网技术集成了在发、输、配、用各环节的先进技术和设备，用于解决当 今电网存在的主要问题和面临的重要挑战。通过更全面、更合理的电网数据采 集、整合和分析优化，实现电网的数字化规划、设计、建设、运营和管理；以 7 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 计算机、网络通信、先进传感器、g i s 、g p s 、先进电力电子等技术为基础，对 电网相关数字资源进行一体化的统筹整合；促进电网的安全可靠性、企业效益 和服务水平的持续提高，增进电网与社会、环境和用户之间的和谐发展。它将 会改变整个电网系统的设计、建设、运行和管理的各个环节。 放在整个工业进程历史来讲，与之前业界经常讨论的数字化变电站概念一 样，数字化电网只是电网发展的一个过程。而且按照电网结构分数字化变电站 也是数字化电网中的一部分，数字化变电站已经在国内有运行示范，它的成功 运行对我们研究数字化电网有一定的借鉴意义。 按电网结构分，数字化电网的范围涵盖了电力系统的整个电力流向：发电、 输电、变电、配电、用电与服务。 图2 1 参考电力流的数字化电网结构 数字化电网包括了电力系统一次、二次、通信与网络、运行与调度、电力 市场运作以及电网资产管理等。 - 勰量 m 电线 图2 2 电网一、二次概要 数字化电网是从一次系统n - 次系统、从测量监控到运营管理信息的集成 浙江大学硕士学位论文 与综合。由于电力系统本身的复杂性，外加电力系统相关技术、经济和安全因 数，研究数字化电网需要一种整体的、系统化的方法。 2 1 3 数字化电网愿景 数字化电网的愿景( 或者说关键目标) 是从政府机构、电力公司和社会用 户的角度来衡量数字化电网成功与否的基础和标准。 ( 1 )可靠性 可靠的电网应能按照要求可靠地运行，能经得起一定的扰动，能提供足够 的告警信息使得系统校正措施能在系统发生破坏性故障前得到执行。通过网络 实时重构，保证电力设施运行在额定范围内，减少停电发生。故障发生时，快 速检测、定位和隔离故障，并指导作业人员快速确定停电原因，恢复供电，缩 短停电时间。 ( 2 )安全性 安全的电网应能经得起物理或黑客的攻击而不至于引起大规模的停电或设 备破坏。 ( 3 )经济性 经济的电网应能满足电力供需要平衡的要求，能支持电力市场的有效运作， 能支持分布式能源策略，且具有以下特点： 自动计量管理能帮助电力公司缩短电费回收时间、减少窃电、减少客服 成本。 远程资产监控能够避免设备出现事故维修和更换。 移动作业能有效的提高现场作业效率，减少作业人员和费用。 ( 4 )电能质量 电力在发、输、配、用等环节的“运输”过程中能保证满足用户对电能质 量的要求。 ( 5 )效率性 数字化电网应能提高投资效率，减少总体成本和降低能源损耗。 ( 6 )公共安全与环境 在运行和维护过程中，对运行维护人员和社会公众不产生任何伤害：在电 9 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 网发展过程中逐步减少对环境的不良影响。 2 2 数字化电网的特点 从现有的电网基础和存在问题出发，按照数字化电网愿景对新一代电网进 行了一系列的设想。对比现在电网数字化电网有一些先进的关键特点和优势特 点。这些均是与现有电网的区别，也是为了解决当前电网所面临的问题的目的。 2 2 1 数字化电网的功能 ( 1 ) 具有自愈功能 数字化电网可以例行地或自动地检测、分析、响应和恢复电网的元件和部 分网络来维持系统稳定、可靠、安全、可供和电能质量以及系统的高效状态。 ( 2 )具有更主动和可协作的用户 用户及其设施成为电力系统集成、能动的一部分，作为一个整体予以考虑。 ( 3 )更经得起安全冲击 能更经得起外部的安全攻击，使安全成为系统集成平衡的基本要求。 ( 4 )提供更高的电能质量 在数字电网时代，电能质量敏感负荷占电网整体附和的比例越来越高。未 来的电能质量要求更“平滑 地发电、输配电和用电，使负荷能更加能容忍畸 变的电力。 ( 5 )能容纳更多的发电形式 数字电网应能容纳各种发电形式，要求数字电网应能大大简化网络的接线 形式，能类似i t 系统的“即插即用 的概念实现分布式电源的接入。 ( 6 )对电力市场的完全支持 数字电网应能完整地支持电力市场的运作，因为电力系统的规划、运行、 定价和可靠性依赖于公开的接入市场的设计和规范。数字电网应能支持批发时 常，必要时也能支持零售市场。 ( 7 )优化利用资产降低运行维护成本 资产将得到更加系统化的管理，将电网资产作为一个整体系统实现最低的 成本提供最完整的功能。通过更高级的检测和更稳定的通信技术，设备的故障 1 0 浙江大学硕士学位论文 检测和保护性措施将得以更早的实现。 2 。2 。2 数字化电网与传统电网的主要区别 ( 圭)提高预测能力，紧急状况处理自治性高 调度员在面i 缝电网紧急状态时能采取有效措施来减少负荷损失，保护人身 和设备安全，开始事故恢复。目前的系统对紧急事故的预测能力非常有限，而 数字化电耀具有预防性分析功能应能，能给调度员提供更先进的分析工具。因 此在数字化电网中能够减少停电事故的概率，电网具有更高的安全性和抵御灾 害和破坏的能力。 ( 2 )优化恢复策略，故障恢复及时 在紧急事故处理中，运行人员需要将停电或受到破坏的电网恢复过来。在 目前的电网技术中需要大量的协调和现场工作用于更换、修理配置新的设备和 系统，这将是一个漫长的过程，一般受大事敌蔼中断的电霹的恢复期需要几天 甚至几周。数字化电网具有自愈功能，利用新的数据库和地理信息系统可以帮 助运行人员制定恢复策略，加快恢复速度，缩短恢复时间。 ( 3 )提高决策辅助支持能力，电网的磊常运作稳定 调度员的主要工作是执行调度发电计划和电鼹操作，处理电网波动和小事 故例如跳掉一台发电机组。这些工作包括启动或停运机组，从而向系统注入或 减少一定的发电容量以应对网络中大规模的负荷波动和潮流转移。在数字化电 网中调度员则可以利用先进的可视化工具和决策支持系统，更加准确及时地了 解电网的运行状况，从而更好更快地采取应对措施。 ( 4 )优化系统运行调度，电网运行效率高 调度员可以通过优化霹络运行和机组运行，减少不必要的嬲络拥塞和网络 损耗，降低总体发电成本，最终提高整个电网的运行效益。在数字化电网中， 调度员将拥有更加先进的和有效的优化手段和工具，优化高峰负荷，减少拥堵 成本。 ( 5 )优化系统规划，资源剥用率高 系统规划工程师分析中长期的规划问题，例如规划中的发电项目，预测负 荷和供给的平衡，决定行动计划。在数字电网中，利用更加丰富的数据收集和 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 更加有效的模型分析，使得对未来负荷预测将更加准确；能够优化设计和优化 电网资产来提高投资的效益；能够节约资源来建立友好环境；在电源规划时能 够提高分布式发电剩用率和提高发输电容载比。 与传统电网管理模式相比，数字化电网实现对电力客户、资产及运营的持 续监视，提高管理水平、工作效率、电网可靠性和服务水平，下表将给出一个 简单酶对比。 表2 。1 传统电网与数字化电网在部分问题上的区别 鬣爱鬟磁糍躺缓施鳜施囊纽妇鬈知砌菇毋属，旃，磨嬲貔貔缓缴糍皴露髫嬲 事故发生后，罔户蠢寒投诉 通过各释鳖溅装置和智能他的 电话，电力公司才获得停电信客户表计，电力公司能够监测和诊 息。断电溪故障 供电故障 维修人员需要现场巡视检 维修人员能及时准确地被派往 查后，才能诊断和确定故障位故障地点，并且携带合适的工具对 置和原因，开始维修电网进行及时修复 根据传感器监测实时到的设备 根据设备投运的时间和人 健康水平和劣纯状况，准确确定设 设备老化 备投资 工巡检情况，确定设备投资。 通过减少缺陷设备靛灸荷，延 迟设备更换 高垮受黄 遗着齑峰负荷蟪增长，电圈 通避智能电表和分酵电份结 日益增长建设和改造费用呈线性增长。合，有效缓解高峰负荷的增长 簧要建设专门媳线路，改造 运行现有甑圈以逶嶷分布式发 分布式发电电网设施，来满足分布式发电电需求 的要求 只对必要部分进行改造 1 2 浙江大学硕士学位论文 2 3 数字化电网中的关键技术 苎皇i 兰竺l茎竺l竺竺i竺竺 - 电力网络 图2 3 整合电力网络与信息网络构成数字化电网 数字化电网的实现需要计算机技术、通信技术、控制理论以及信息处理技 术、新材料和新工艺的高度发展而且需要技术之间的互相渗透、相互融合。数 字化电网的实现是一个综合性的课题，涉及的范围非常之广。 数字化电网中主要有电力网络和信息网络两大块，如图2 3 所示。电力网 络中按照能量流向分为发电、输电、变电、配电和用电，其中装设有大量的电 力控制监控设备。信息网络主要是采集和传输电网状态信息和调度人员的命令 信息，完成电力企业监控电网的功能，其中的智能化设备完成信息采集和智能 终端执行调度命令，具有一定的智能化水平。 ( 1 ) 智能化设备 数字化电网中的智能化设备可以采用替代原来的信息采集装置和继电保护 装置，也可以是一种管理装置，负责管理与电网相关的信息采集设备和继电保 护装置。其主要作用是监控信号采集装置和继电保护装置的工作状态，定时检 查这些装置是否出现故障，并将设备的运行状态返回给电网调度中心。如此提 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 高了装置的检修效率，防止由于装置设备问题而导致的电网事故的发生。智能 化装置的实现依赖人工智能的发展。 ( 2 )信号采集环节中的高精度与安全保障 信息化处理的对象就是从电网采集的信号，信号质量的好坏直接关系到信 息对电网状态反应的准确性。数字化电网中采用的电子式互感器在实现原理上 可根本性地避免传统电磁式互感器存在的饱和和铁磁谐振问题，提高保护测量 精度；电子式互感器可以实现与高压一次侧有效的电气隔离，绝缘安全；而且， 互感器的二次侧由光纤连接，不存在传统互感器二次侧的开路、短路或两点接 地等危险；此外，广泛采用的光纤传输环节极大地增强了信号传输的抗干扰能 力。 ( 3 )统一的通信规约和设备互操作性实现 现有电力系统各生产和应用环节都是基于本业务和本部门的需求建立的， 存在不同的平台和不同的数据格式，导致电力公司内部不同的系统间信息资源 分散，横向不能共享，纵向兼容困难。系统内存在大量的信息孤岛和电网数据 采集资源重复设置的浪费问题。数字化电网在信息描述( c m 的提出为我们解 决这个问题提供了非常有价值的参考) 和站间信息交换( m c 6 1 8 5 0 中作出了详 细地描述) 都通过统一的标准来实现，对整个系统的信息描述与访问方法都进 行了全面的定义和规范，满足了通信规约的统一和电网设备的互操作性特征。 ( 4 )信息的数字化传输与网络资源共享 数字化电网内所有设备信息、控制命令、管理信息的描述全部基于数字式 信息实现，改变了传统电网存在的模拟信号的电缆传输模式。光纤以太网的数 字信号传输模式，提高了信息的传输效率和共享水平，能够满足数字化电网运 行、管理和决策所要求的数字化信息的“纵向贯通、横向共享 要求。 ( 5 )紧急情况下的智能决策 在电力系统故障及紧急事故情况下，数字化电网的控制系统可以提供如何 将系统脱离暂态稳定的控制策略参考，而且还可以通过适当地授权控制中心， 在调度人员来不及反应的情况下，直接由智能决策中心完成相应的紧急控制。 另外，在电力系统稳定破坏确需解列运行、或者要快速恢复解列的系统时，数字 化电网的智能决策可以提供最佳的操作与控制策略。 1 4 浙江大学硕士学位论文 ( 6 )直观实时的全网监控与维护 数字化电网的数据层集中了整个电网各个层次和环节的信息，可以通过简 单的应用程序接口实现对电鼹调度管理、运行状况、安全稳定评价、人员信息 等的可视化监控、访问和维护。 ( 7 )实时评估与经济运行策略分析 数字化电嚼的智熊一次设备均具备( 配备) 相应自检功能，能够对自身运行 状况进行有效监控与评估：数字化电网的综合处理与智能决策平台基于海量的 电网数字化信息，能够为电网规划、调度、电力市场等工作提供经济、有效的建 议。另外，基于完备的实时毫网运行信息，可评估系统的稳定性隐患和薄弱点， 实时跟踪状态点在稳定域中的运行轨迹，给出改善电网安全稳定性的建议和策 略，使电网处于更为安全稳定的运行状态。 2 4 数字化电网的体系结构研究 数字化电网是以数字化电网信息平台和智能决策支持系统为核心，将电网 调度、运行、规划、设计、建设、维护和保护般控以及电力市场通过高度的信 息共享方式，协同完成电两的分析决策和综合管理功雏，以实现电两的安全稳 定和经济地运行。 匿2 。4 数字化电网智能决策蒜缀模块 数字化电网信息平台负责维护整个电网信息，实现电网数据的高度共享。 智能决策支持系统在信息平台的基础之上，综合协调各功能模块的工作，同时 为电网的经济调度、紧急事故下豹事故处理提供控制策略。 从电网的整个信息流向，可以将数字化电网按照逻辑分为设备层、数据层、 1 5 数字化电网中信息集成技术的研究与应用 传输层、应用层和展现层。 设备层是数字化电网对外的实际物理体现，主要包括电网自身设备、通信 翳络、智能化仪表、数字式信号采集设备、电力电子设备、稳定安全控制设备 以及其他数字化智能终端等配套设施，在设备层中完成电网运行信息、设备状 态信息和与生产相关的地理气象信息的获取和控制信号的最终执行功能。数字 化电曜中拥有智能化的设备，它具有一定的“智施化静功能。智鑫毫化设备负责 对其他基本设备的监控和在允许范围内采取一定的防事故措旌。 对电网采集的数据通过传输层传输到数据层中。数字化电网要求信息传输 的速度快、准确性高。传输层中针对不同的信息合理制定逶信规约和遥信方式。 目前电力专网已经在多个电力公司内实现。 面彳虿石 虿二 早 f9 9 】 印 ij el 3 i3 ei3 e 一彳一一一卜一 厂簸字化电髑数据中心1- 、 、固回国国国园匡虱囤， 一一一乒一 一 专一一。 。羹等q 匕电同赞藕设鲁，一一一- 1 1 t t l t , l t ；i 殳t p * * 。；1 电力呶予设备ll 安全稳定装鬻l j电lfllll：llit：ltj 两i 稠阿莉、 1 t l t 霉t ! ! l l t 、嗣网 圈2 5 数字化电湖体系结构 在数据层中储存有数字化电网的海量数据库，包括电网设备资产信息、与 输电线路有关的g i g 信息、电网的规划信息、电网运行的实时状态信息、电网 历史状态信息和备用数据等重要数据源。数据层中拥有全电羽的模型中心，数 字化电网的信息按照统一模型存于备种数据库中，为上层应用系统提供统信 息方便开发。另外，在数据层中设置独特的处理信息库，以内存库的方式储存 电力工程师对电网作出的决策信息，该信息通过传输层进入设备层进行操作。 1 6 * n 学i ：学位论文 应用层主要存在一个信息综台应用与智能化决策平台，利用数据层中的数 据，在该平台中完成对各数据的提取和集成，协调应用层的各功能子模块如电 网调度生产管理、规划设计等功能。 在展现层中拥有友好的界面展示，可以提供对各功能模块的便利展示【”】。 电力工程师可以通过界面监控电网的运行状态，根据运行状态采取措旌。 2 5 数字化电网按体系结构分步实现 工程师们只能利_ j 信息网络中提供的对电网的监测信息，通过分析信息来 判断电网的运行情况，然后通过信息刚络传输命令控制电网。整个过程就是通 过信息网络观测和控制整个电网。 围26 利用信息技术分步实现数字化电网 如图所示，数字化电 。9 的信息流由数据采集、数据传输、信息集成、分析 优化和信息展现五个方面构成，最终帮助电网企业实现精细化、智能化运营管 理的目标。 ( i ) 数据采集 数字化电网从电网运行、设备状态和客户计量三个方而采集实时数据， 大大扩展了s c a d a 系统的数据采集范围和数量，提高了电网的“可视化”程 度。 实时数据是数字化电网的重要支撑，数字化电附的实时数据来源主要包 括二个方面：电网运行数据、设备状态数据和客户计最数据。 目前国内电嘲企业主要关注在电网运行数据上，对设备状忐数据和客户 计量数据的采集还很不够，在数字化电网中将会加以扩展，扩展的数据采集能 数字化电十信自塑# 术目f 究+ ，m 用 够为电力公司提供更多有价值的信息和决策支持。 r a m ( 远程资产监视) 和a m m ( 自动计量管理) 是获取客户计量数据 和设备状态数据的重要系统。 智能电子设备、功角测量装置、故障指示器、远程视频监控、线路监测、 智能传感器、数字化电刚设备：开关、蕈合器、线路监测、气象数据。 ( 2 ) 数据传输 数字化电刚采用基于开放标准的数字通信网保证客户计量和设备状态 数据的实时传输与韭享。 数字化电网需要采集大量的设备状态数据和客厂1 计量数据，采用基于口 的实时数据传输，各扁台系统通过订阅方式直接获取所需数据，减少了数据通 道压力，避免在实时系统和管理系统之间开发多个数据接口，有利于实现实时 数据的共享。 甲，甲一警 基于炉的数字通信同 卤一、齑一卤一昌回国宙菡 圈27 基于l p 数字通信网传输电网数据 基于开放标准的数字通信网保证客户计量和设备状态数据的传输。 客户计量数据和设备状态数据，数据量大，采集点多且分散：对实时性 要求比电网运行数据要低；数据要被多个后台应用系统使用。 电力系统传统通