智能型电网城市供电应急处理系统在青岛地区电网调度中的应用

智能型电网城市供电应急处理系统在青岛地区电网调度中的应用摘要青岛地区智能型电网城市供电应急处理系统是电力系统调度由分析型向智能型转变的开发尝试。系统采集电网监控与数据采集系统（SCADA）和保护故障信息系统的信息,利用人工智能技术,在电网发生故障时,根据故障涉及的开关和保护的动作情况进行故障诊断,并给出故障恢复策略，文中介绍了系统的设计思路、开发标准、主要功能以及基于多代理技术的系统实现方案，给出了在青岛地区实际应用的案例，阐述了智能调度的意义。关键词城市供电应急处理系统；电网调度；人工智能技术一，引言调度部门作为电网的指挥和决策中心,作用极其重要。调度系统的历史发展可以归纳为2个主要阶段，经验型调度阶段和分析型调度阶段。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、通信等技术水平的制约,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，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,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人员不了解系统当前所处的状态,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,监控与数据采集系统（SCADA）应运而生1,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为调度人员掌握系统提供了有力的分析工具2,它的广泛应用标志着电力系统自动化调度的实现。二，智能电网城市供电应急处理系统的提出当前,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3。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,能量管理系统EMS显得力不从心。主要原因是从信息源的角度,SCADA系统采集的是稳态信息周期5S,没有采集故障信息,因此,只能反映系统正常的运行状态,不能反映故障发生后系统的演变过程,所以,调度人员仍然缺乏判断故障的科学依据；从信息的加工和利用的角度,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的提示,缺乏对调度的决策支持,而这些正是调度人员最关心的,也是最有价值的；从分析工具的角度,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EMS的局限性为发展智能型调度提供了机遇。城市供电应急处理系统正是从信息的采集、分析、处理以及为调度员提供决策支持等方面弥补EMS的不足。三，城市供电应急处理系统在青岛地区电网调度中的应用青岛位于山东电网东端，供电范围为市内七区（直供区）和五个县级市（趸售区），总面积10654平方公里，最高电压等级为500千伏，拥有102万客户和106万平方公里供电区域。青岛电网内有500千伏变电站2座，35220千伏变电站112座，总容量1768万千伏安，线路3400千米。2008年，地区最高用电负荷3888万千瓦，售电量215亿千瓦时。电网结构日趋复杂,实际电网事故,特别是重大事故或大面积停电事故,随时可能发生并有无数个组合，因此，积极推进智能电网城市供电应急处理系统具有重要意义。1，城市供电应急处理系统开发遵循如下规程、规定IEC国际电工技术委员会标准。IEC61970标准IEC61968标准GB中华人民共和国国家标准。GB/T137302003地区电网调度自动化系统DL中华人民共和国电力行业标准。DL51693电网调度自动化系统运行管理规程DL500291地区电网调度自动化设计技术规程DL500391电力系统调度自动化设计技术规程青岛地区电力调度规程2，城市供电应急处理系统概述当电网事故发生后，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，当大量的报警信号使得调度员应接不暇，无法及时、准确地判断故障时，将导致错失处理事故的最好时机，造成事故扩大。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。城市供电应急处理系统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越限，并提供适用的事故处理参考方案。事故辅助决策过程从低到高涵盖信息处理的全过程，直接架构于IEC61970/CIM公共信息模型之上，可以针对实际和模拟的电网运行状态，进行事故预想、故障诊断和事故后分析，进而提出事故处理的预案。城市供电应急处理系统通过局部全空间的搜索的时序化方法，而非常规意义上的人工智能类方法，计算结果稳定、可靠，具有较高的实用性4。3,城市供电应急处理系统结构构成如图1图1由结构框图可知城市供电应急处理系统能够多侧面对电网状态进行准确分析更全面，响应速度快，决策过程无（少）人为因素干扰，分析计算完全“自动化”，信息判断高度“智能化”。SCAD/EMS系统保护及信息管理系统信息整合（多源数据采集与数据影射关系建立）数据滤波（状态估计、坏数据检测与辨识）静态安全分析预警保护智能预警静态电压稳定分析智能事故处理决策策略库生成信息源信息集中信息初加工信息再加工信息综合决策操作4，城市供电应急处理系统主要功能1故障统计故障发生后，统计显示停电区域、损失负荷、发电机功率数值给调度员。2元件和断面（即截取的事故瞬时潮流）的过载处理电网故障后，可能会导致线路、主变等元件过载。元件的过载处理包括以下内容定位过载设备，计算过载程度。根据备自投装置的状态和策略，EMS系统中进行安全自动化装置动作策略的模拟和验证，对于拒动的设备，给出其操作提醒。3事故后N1分析事故后系统状态分析主要是利用EMS系统中的静态安全分析功能，进行N1分析，分析系统在事故后的安全水平和状态。标识系统安全水平的因素有当前系统的越限情况、N1开断结果等。事故后的N1校核的内容可包括单设备开断扫描母线故障母线分裂母线间负荷转移大负荷扰动4生成故障分析报告事故辅助决策功能自动将事故诊断的条件（开关动作情况、保护、潮流扰动数值），保存事故发生前后的电网潮流、电压、无功等参数信息，开关变位信息，故障分析情况等原始资料，过程以及结果写入实时库及历史库中，供查询。也可以文件方式输出，格式化或非格式化内容。5事故恢复事故辅助决策功能采用时序法，能够将电网复杂故障时的多重事故区分为不同的事故分区，并将每个事故分区的上下游、对应的跳闸开关、区域潮流、区域负荷等信息分析出来，可按照事故分区相关的跳闸开关的动作时间的先后展示，或按照单区域事故严重程度的顺序进行展示。系统恢复正常供电需要针对地区高压电网（220KV及以上）以及110KV及以下辐射网采用不同的校正控制手段。高压环网支路或断面越限消除校正控制基于灵敏度计算，结合规划方法，给出消除越限的控制目标对象和控制量，目标函数可选，给出发电机、负荷调整地方向性意见。地区低压辐射网的变结构校正控制对于地区级电网，运行方式通常为有合环条件下的辐射状运行，发生越限情况后，有效的调整手段通常为变换电网运行结构（方式），达到不间断供电、消除越限的目的；校正策略包括负载均衡、操作步骤最少以及单电源转供、多电源转供、负荷损失最小等。极端情况下的甩负荷策略满足负荷优先级的要求。事故后的系统恢复考虑故障区域之间恢复路径约束。6多处故障的处理对于电网智能分析子系统，在进行事故决策时，不仅能处理单一性故障，还要能处理短时间段内发生的多重故障。与单一性故障处理的区别主要有事故诊断策略需要能识别事故区域范围及其对应的变位信号和保护及潮流的扰动信号。事故恢复策略要避免不同事故区域之间的路径选择，同时要考虑转供负载的变化。事故严重性划分的依据主要是是否造成系统解列单事故区域内失负荷总数，直接根据事故区域的跳闸开关的关口，从SCADA历史数据库中提取事故前（如T060S）的断面功率总加值；越限情况静态安全扫描结果根据以上因素计算出各个故障子区域总的指标值，并排序5。3，应用情况以线路故障为例，220KV李南线220青南线为青岛市区重要供电线路（如图2）。在线模拟2009年5月15日1500两条线路同时故障跳闸。城市供电应急处理系统运行分析结果如下图2（1）提示保护动作信息，系统解列信息，备自投动作、拒动信息，过负荷情况，停电厂站，重要的停电用户，之后系统对以上信息进行汇总，显示事故损失负荷72。9255MW；故障线路220KV2个李南线青南线全停变电站220KV1个南京路站；35KV6个软件工业园、宁夏路站、宁德路站、天山站、盐城路站、湛流路站；部分停电变电站1个35KV海泊河站；大用户1个青岛热电；双电源用户9个；停电线路48条，变压器18个，母线38条（城市供电应急处理系统一一详细列出，这里不再列举）。城市供电应急处理系统把这些信息汇总后极大的方便调度人员全面、迅速把握事故情况、事故影响范围，使调度人员能够整体考虑事故的处理，把握重点，又不会遗漏细节，这些与传统经验型调度，在重大事故发生时，依赖于人工的汇总事故信息，统计记录故障设备相比，能够极大的提高调度处理事故信息的准确性和条理性。（2）给出事故处理方案一、隔离步骤拉开220KV南京路站1、2主变35KV侧开关，二、恢复步骤单电源方案1，自35KV午奥线由220KV午山站转供全部停电负荷（487。476A）,35KV午奥线原供负载210。42A，转供负载697。779A，限值1000A；负载率69。7。单电源方案2，自35KV李泉线午奥线由220KV李山站转供全部停电负荷（487。476A）,35KV李泉午奥线原供负载336A，转供负载823。75A，限值831A；负载率99。12。双电源方案1，由35KV午奥线、35KV市贵线转供全部停电负荷，并给出线路转供负载，线路限值，负载率。双电源方案2，由35KV李辛线、35KV市海线转供全部停电负荷，并给出线路转供负载，线路限值，负载率。四电源方案由5KV午奥线、35KV李泉线、35KV李辛线、35KV山南甲线转供全部停电负荷，并给出线路转供负载，线路限值，负载率。由上述处理方案可以看出城市供电应急处理系统能够提供几乎全部事故处理方案，进行归类汇总，并提供模拟处理事故后的潮流情况，调度人员可以参考这些方案以及潮流变化，结合实际情况，选择相应的方案，迅速准确的做出判断，进行事故处理工作，与传统经验性调度，处理事故时主要依靠调度员依照经验估算潮流，恢复供电电源选择单一相比较，能够更准确，灵活的处理事故。（3）给出拓展处理方案，包括人员方案（线路急修、变电，客户中心等相关联系人、联系方式）；工区方案（各个相关工区，及所负责相关的故障处理工作）；物资方案（故障设备的型号，及备品情况）；电源车方案（如，401医院重要手术，派遣7号电源车）；停电用户信息（主要是双电源用户联系人，联系方式）。拓展方案能够更加人性化的帮助调度员快速处理事故，保障用户的用电，提高供电部门的服务质量。通过实际应用，可以发现城市供电应急处理系统能够实现事前的预测预警；事中的决策指挥；事后的恢复决策跟踪，有效的控制电网事故的发生、发展，缩短电网恢复正常运行的时间，减少电网事故带来的损失。城市供电应急处理系统提供给调度人员事故处理策略和事故恢复策略，可使电网调度由目前的“人工分析型”调度上升为“自动智能型”调度。实现在紧急情况下避免延误战机，将安全和灾变问题消灭在孕育阶段，进而防止大面积停电事故的发生。四，结语电力系统向大规模复杂化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的需求呼唤智能型调度系统的出现。本文介绍的智能型电网城市供电应急处理系统在青岛地区将智能调度的思想应用于实际,取得了很好的效果,为电力系统调度由分析型向智能型转变积累了初步的经验,可以预见,智能型调度将会成为电力系统调度发展的新方向。1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）,44452潘莹玉我国电网调度自动化的发展和现状继电