01电网智能监控与决策系统的研究与开发.doc

电网调度智能监控与决策系统的研究与开发马金辉 赵晓春（安徽省电力公司调度通信中心 230061）摘要：随着电网规模的扩大，互联电网运行方式和电网稳定状况复杂多变，现有的电网EMS系统和离线分析计算决策方法，已难以满足现代电网的运行需求，迫切需要建立面向调度员的电网运行智能监控与控制一体化的决策系统，为电网调度运行人员应对电网复杂多变的运行方式和电网严重突发事件提供决策支持。本文研究的电网调度智能监控与决策系统正由安徽省调进行项目开发中，该系统的开发成功将推动电网调度运行模式有分析型向智能型的转变。关键词：智能监控；实时分析；事故诊断；辅助决策1、引言随着电网规模的不断发展，电网控制技术的不断前进，电网调度的发展经历了经验型调度和分析型调度2个阶段。当前，电力系统正在向着大电网、大机组、高电压的趋势发展。大电网具有明显的优越性，可以合理开发与利用能源，节省投资与运行费用，增加供电可靠性等等，尤其重要的是大电力系统防范和抵御事故的能力明显增强。但是，现代大电网的复杂结构也给调度运行工作带来了新问题：1) 局部电网运行方式的改变对电网造成全局性的影响，电网在控的稳定限额急剧增加，调度员进行电网运行监控的压力增大。2) 调度员难以对电网潮流的变化情况作出准确的预判，因此，仅凭经验，无法对电网的潮流进行及时、有效的调整。3) 局部电网的某些个别问题，特别是发生短路故障等情况，在特定的情况下，有可能会诱发恶性连锁反应，最终酿成重大系统事故。尤其是近几年来国内外多次大停电事故在电网运行控制方面的教训值得我们吸取，第一，电网调度应能实时在线跟踪分析当前电网的安全稳定状况，及时制定和修正电网的预控制方案；第二，电网调度应能及时发现、判断电网事故的发生，并有切实有效的分析手段，制定与实施紧急事故处理方案。近年来，科研工作者对电网调度运行技术的深入研究，取得了一系列研究成果。信息技术、人工智能技术、数据仓库技术的发展与应用为实现电网调度智能监控与决策提供了条件。2、电力系统调度发展回顾调度部门作为电力系统的指挥和决策中心，作用极其重要。调度系统的发展可以归纳为2个主要阶段：经验型调度阶段和分析型调度阶段。2.1经验型调度阶段在电力系统发展的初期，由于受到自动化、通信等技术的制约，调度人员主要通过打电话询问现场情况，以掌握系统的当前运行状态，当系统发生故障时，主要依靠经验做出判断，处理故障。在电力系统结构很简单的初期，这种凭经验的调度还是可以胜任的。2.2分析型调度阶段随着电力系统的发展，网络的规模越来越大，结构越来越复杂，尤其是500KV220KV电磁环网的大量出现，单凭打电话的方式很难全面地了解系统，一旦发生故障，调度人员只凭经验很难做出正确的判断。造成这种现象的主要原因是调度员不了解电网当前所处的状态，没有做出正确判断的依据，因此信息的获取是一个关键问题。于是，监控与数据采集（SCADA）系统应运而生，可以将广域分布的电力系统稳态信息（遥测、遥信）采集并上传至调度中心，为实现自动化调度提供了坚实的基础。在SCADA系统基础上构建的能量管理系统（EMS）为调度员掌握系统提供了有力的分析工具，它的广泛应用标志着电力系统自动化调度的实现。3、电网调度智能监控与决策系统的提出当前，电力系统已达到空前的规模，结构极其复杂，影响系统安全的因素越来越多，故障的发生和发展日趋复杂，多重故障、连锁故障造成的后果日益严重。此外，电力市场化改革后，产生了不同的利益实体，造成各种不确定因素大大增加。在巨大的挑战面前，传统的EMS显得力不从心。主要原因是：一、SCADA系统采集的是稳态信息，没有采集故障信息，因此只能反映系统的正常运行状态，不能反映系统故障发生情况，调度员缺乏了解、判断事故发生的手段和依据；二、EMS只是将SCADA系统提供的信息进行简单处理，提交给调度员的信息往往是一些罗列的数据和简单提示，数据量大又没有重点，缺乏对调度的决策支持，妨碍调度员及时获得最关心、最有价值的电网运行信息；三、EMS只提供稳态分析软件（状态估计、潮流计算、静态安全分析、无功优化等），没有提供故障分析软件（故障诊断、故障恢复等）。传统的EMS的局限性为发展智能型调度提供了机遇。电网调度智能监控与决策系统的提出，正是为在电网正常运行和事故状态下为调度员收集、汇总、分析电网运行信息和数据，协助调度员宏观掌控电网运行情况并提供决策支持，以弥补EMS系统的不足。4、电网调度智能监控与决策系统的总体目标电网调度智能监控与决策系统旨在为调度员提供一个在线监控电网安全稳定性状况的手段，辅助调度员实施电网安全稳定运行监控，并为电网调整与事故处理提供辅助决策，使之与SCADA系统一样，成为一种调度运行有效控制手段。因此电网调度智能监控与决策系统主要实现两大目标，即电网的智能监控与电网事故的辅助决策。4.1电网调度智能监控：辅助调度运行人员完成电网运行监视，利用电力系统中所采集到的各种实时信息和系统静态参数信息，对电力系统运行状态进行分析，判断电网安全稳定运行趋势。进行电网安全稳定运行指标的在线监视和趋势判断，指出电网运行的薄弱环节，并能依据电网调节分析软件结果，考虑电力市场因素，提供调度员电网控制方案，指导调度员消除电网运行薄弱环节。使其成为：1、调度员进行电网运行监控的信息收集平台；2、调度员处理电网稳定越限，或防止电网稳定越限的重要辅助工具。4.2电网事故辅助决策：电网发生事故时，在很短的时间内，调度员会接到来自现场的大量的异常事故汇报，在SCADA/EMS系统出现大量的遥信变位信息和稳定越限信息，短时间内重要的信息会被表象的大量数据湮没。特别是当电力系统处于紧急情况时。大量的报警信号使得调度员应接不暇，无法及时、准确地判断故障元件，从而错失了处理事故的最好时机而导致事故扩大。同时，事故后，由于安全运行约束可能受到破坏，如潮流过载、母线电压越限；系统频率越限等，需要在尽可能短的时间内将电网从紧急状态恢复到正常运行状态。事故辅助决策就是协助调度员分析事故情况、找出焦点问题；协助调度员消除系统稳定越限，并提供有价值的事故处理参考方案。使其成为：1、调度员进行电网事故处理的得力助手；2、保持电网事故的第一手资料，方便事后进行电网事故分析和调查。5、电网调度智能监控与决策系统的具体功能根据电网调度智能监控与决策系统的总体目标要求，其目的就是在于利用电网各种实时信息，对电力系统的各种运行状态进行分析，帮助调度员了解和掌握电力系统的运行，提供针对电网当前运行状态的分析决策，保证电网安全稳定运行，提高电网运行的经济性。具体的说有：当系统正常运行时，不断进行安全性和经济型评估，给出评估报告；当系统发生事故时，结合上传的故障信息和SCADA实时信息进行事故诊断，判断故障元件、事故范围，并评估电网安全运行水平，提供事故处理辅助决策，并进行事故恢复策略计算。5.1系统的基本功能：（1）多数据源的信息汇集在电网分析计算中，实时信息数据来源于EMS系统状态估计的稳态数据，电网事故情况下，还需要增加电网故障信息系统的保护故障信息。实现电网设备的保护故障信息与实时稳态数据相匹配，以此为计算数据，进行电网事故诊断与分析计算。（2）稳定运行指标确定在电网稳定运行状态评估时，需要根据电网运行状态滚动更新电网稳态运行指标，使得电网监控能与电网当前运行状态相适应，并能实现电网操作过程中稳态运行指标的无缝衔接。因此对于各种电网运行状态下离线计算的安全稳定运行指标进行保存和更新。（3）电网调节灵敏度计算由于电网结构复杂，调度员仅凭经验已很难对电网过载或重载的调节策略作出准确而及时的判断，因此，通过软件计算对机组出力、主变负荷的调整进行灵敏度排序，并向调度员提供最优的消除过载或避免过载的调节策略。（4）实用的可视化界面实现稳定结果和预防控制方案的可视化，便于调度员快速掌握电网安全运行态势和及时了解预控制方案。事故情况下，及时准确定位事故范围和显示安全运行约束破坏程度，便于调度员快速掌握电网事故情况。5.2系统的应用功能：（1）稳定运行指标的确定能根据电网当前运行状态滚动更新稳定运行指标，为电网运行状态评估提供依据。同时，为适应电网操作前和操作过程中对电网稳定运行指标的预控制要求，需要与电网调度操作票和工作申请票系统实现数据交流，实现电网操作过程中电网稳定运行指标的无缝衔接。（2）电网安全运行趋势的预警利用EMS系统中的静态安全稳定分析软件，并结合电网稳定运行指标对电网正常运行时的安全运行状态进行分析评估，根据实时的静态安全分析与稳定运行指标匹配结果，做出电网安全运行的趋势判断，提醒调度员注意电网运行薄弱环节。在进行电网静态安全稳定分析时，可以根据当前电网运行实际状态，有重点的选择预想故障集，进行针对性的电网安全稳定分析。（3）电网调节控制方案的形成在电网安全稳定运行指标遭到破坏，或者安全运行趋势判断得出安全运行约束条件即将遭到破坏时，能根据电网调节灵敏度计算结果，确定发电机组出力或者主变负荷调节方案，消除安全稳定越限，提供调度员进行考虑。（4）电网事故的诊断与显示将采集到的相关信息整理成易于诊断推理的格式，并以简单的逻辑来判断是否启动核心故障诊断程序。对于简单故障，可定位到元件；对于复杂故障（开关或保护拒动、误动），可定位到区域，如果故障信息系统提供的信息（开关、保护和故障录波，时标）完整，可定位到元件。同时对开关和保护的动作情况进行评价。在故障诊断结束后，系统自动生成电网故障诊断报告，同时生成告警。系统可提供格式化报告，将故障诊断结果显示给用户。故障诊断结果同时存入历史库。（5）实时事故处理决策电网故障对电网安全的影响和电网网架结构的强壮性有关。通过加强电网结构，可以避免因支路开断引起的潜在危险。但一连串的开断或电网薄弱点的开断将会引起如越限等一连串的后果，除了装设有安全稳定控制装置会实现自动切机外，其余的只有通过调度员的人为控制来消除各种设备越限和稳定断面的越限。因此正确及时的事故处理措施是至关重要的。电网事故的处理决策，主要针对设备的过载处理，即电网故障后，可能会导致线路、主变、关心的稳定断面等设备过载，必须及时消除设备和稳定断面的过载情况；系统频率的越限处理，即当系统解列或AGC无法恢复频率越限时需要独调度员人工干预调整时，根据电网潮流断面进行仿真计算给出频率调整的建议性意见；电压的越限处理，即出现电压越限后，搜索无功源设备按照AVC的调节算法进行分析给出电压调整的建议措施。（6）实时事故恢复决策实时事故恢复包括对故障设备的隔离，对停电设备的恢复供电，在恢复过程中保证不会造成新的越限等等。总体恢复方案的制定包括如下内容：确定需要隔离的故障元件、确定其它需要退出运行的异常或故障设备、确定需要过载处理的元件、确定需要供电的停电区域或母线。6、结束语电力系统向超大规模发展对调度运行部门提出了巨大的挑战。传统调度系统的不足和实际需求呼唤智能型调度系统的出现。本文介绍的电网智能监控与决策系统已经由安徽省调进行立项开发，目前正在进行项目的实施阶段。我们相信，随着电网智能监控与决策系统的开发实施，必将大大提高调度运行人员应对电网复杂多变的运行方式和电网严重突发事件的能力，也将成为电网日常调度运行所不可缺少的工具。参考文献：1、 四川省电力公司调度中心，国电自动化研究院，省级电网安全控制在线预决策系统实施方案，2004年12月2、 王明俊，电网运行综合决策支持系统，电力系统自动化，2002.26（3）3、 李秋丹，迟忠先，金妮等，基于数据仓库的地区电网调度决策支持系统，电力系统自动化，2004.28（12）4、 王明俊，我国电网调度自动化的发展从SCADA到EMS，电网技术，2004.28（4）作者简介马金辉（1977），男，工程师，调度值班长，从事电网调度运行工作。赵晓春（1964），男，高级工程师，电网调度处处长，从事电网调度管理工作。Research and Development of Dispatching intelligent monitoring and Decision-making systemMA Jinhui，ZHAO Xiaochun(Anhui Power Dispatch Communication Center,230061)Abstract: With the expansion of the scale grid,a network dispatcher Intelligent monitoring and control of