郭建成, 南貴林, 許 丹, 莊衛(wèi)金, 閃 鑫, 趙 林, 楊勝春

(1. 國(guó)家電力調(diào)度控制中心, 北京市 100031； 2. 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 北京市 100192； 3. 南瑞集團(tuán)(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司, 江蘇省南京市 211106； 4. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司, 江蘇省南京市 211106； 5. 智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇省南京市 211106)

0 引言

電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)監(jiān)控指數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(supervisory control and data acquisition,SCADA),是電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)最基本的應(yīng)用之一,它是集數(shù)據(jù)采集、復(fù)雜通信、大規(guī)模存儲(chǔ)、系統(tǒng)安全及后續(xù)深化應(yīng)用為一體的綜合性應(yīng)用,主要用于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)信息的監(jiān)視和設(shè)備控制,并為其他應(yīng)用提供可靠的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與服務(wù)[1]。

目前,智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱D5000系統(tǒng))已在國(guó)家電網(wǎng)有限公司范圍內(nèi)得到了全面推廣應(yīng)用。在以單一省份作為調(diào)度控制單元的模式下,電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控已逐步發(fā)展成為一個(gè)技術(shù)相對(duì)成熟的基礎(chǔ)應(yīng)用。但是隨著中國(guó)特高壓交直流電網(wǎng)和電網(wǎng)智能化的快速發(fā)展、電力市場(chǎng)的逐步完善以及用戶雙向互動(dòng)用電的不斷推進(jìn),電力能量和信息的多元、多向流動(dòng)逐步改變電網(wǎng)的運(yùn)行形態(tài),與此相適應(yīng),電網(wǎng)的調(diào)度與控制形態(tài)將會(huì)發(fā)生重大變化,現(xiàn)有的分省實(shí)時(shí)監(jiān)控將難以滿足電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行的新需求[2],在數(shù)據(jù)采集、通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及訪問(wèn)等方面都將面臨一系列新問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題,前期已開(kāi)展的研究包括：在數(shù)據(jù)采集方面,針對(duì)SCADA主站端直采變電站和數(shù)字化變電站的大量增加,對(duì)系統(tǒng)的采集量和可靠性提出了更高的要求,文獻(xiàn)[3]提出了分布式前置采集技術(shù),該技術(shù)具有多節(jié)點(diǎn)采集、分散風(fēng)險(xiǎn)、靈活部署等特點(diǎn),可用于支撐大電網(wǎng)全信息采集；針對(duì)多源數(shù)據(jù)采集及可能存在的通信阻塞問(wèn)題,文獻(xiàn)[4]提出要構(gòu)建動(dòng)態(tài)SCADA系統(tǒng),通過(guò)引入新型采集終端——?jiǎng)討B(tài)遠(yuǎn)程測(cè)控終端(RTU),從硬件和軟件兩個(gè)層面對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行改造,并著力解決通信阻塞問(wèn)題,以提高系統(tǒng)通信的可靠性。由于實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大,海量的歷史數(shù)據(jù)將給網(wǎng)絡(luò)和信息處理造成極大的負(fù)擔(dān)[5-7],文獻(xiàn)[5]為減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量,提出了一種基于有效估算的旋轉(zhuǎn)門算法(effective reckon swing door trending,ERSDT),并針對(duì)歷史數(shù)據(jù)的壓縮存儲(chǔ)需求給出了一種新的數(shù)據(jù)多級(jí)存儲(chǔ)策略,通過(guò)搜尋最遠(yuǎn)壓縮點(diǎn)以及旋轉(zhuǎn)平衡因子方式進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮,提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率。文獻(xiàn)[8]提出了一種新型分布式SCADA系統(tǒng),研究了分布式資源和任務(wù)管理、分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理、分布式數(shù)據(jù)處理等技術(shù),突破了現(xiàn)有SCADA數(shù)據(jù)處理方式的瓶頸,可有效提升SCADA系統(tǒng)的性能。在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和一致性方面,由于中國(guó)電網(wǎng)采用分級(jí)(國(guó)、分、省、地)分省調(diào)控模式,需要各級(jí)電網(wǎng)調(diào)控中心之間進(jìn)行信息交互,目前普遍采用數(shù)據(jù)多級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)效性上存在著明顯缺陷,針對(duì)這一問(wèn)題，文獻(xiàn)[9]提出了一種跨調(diào)度系統(tǒng)的主動(dòng)訪問(wèn)模式和基于角色控制的多區(qū)域權(quán)限管理模型,在不同責(zé)任區(qū)內(nèi)分配不同權(quán)限,滿足根據(jù)調(diào)管區(qū)域進(jìn)行差異化權(quán)限管理的需求,但在電網(wǎng)調(diào)控一體化條件下這種權(quán)限訪問(wèn)控制過(guò)于復(fù)雜,限制了該方法的進(jìn)一步應(yīng)用。

總體而言,目前關(guān)于大電網(wǎng)的全局監(jiān)控研究較多局限在數(shù)據(jù)層面,尚未形成完整的技術(shù)框架。電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控作為調(diào)度控制系統(tǒng)的最為基礎(chǔ)的應(yīng)用,是保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的“生命線”,必須考慮廣域全景多源數(shù)據(jù),滿足大電網(wǎng)一體化特性需求。本文正是在這一背景下,設(shè)計(jì)了全局監(jiān)控整體框架,給出了大電網(wǎng)一體化全局監(jiān)控的內(nèi)涵和目標(biāo),指出了需要進(jìn)一步研究的關(guān)鍵技術(shù),以期為新一代調(diào)控技術(shù)系統(tǒng)的全網(wǎng)一體化監(jiān)控應(yīng)用研發(fā)提供參考。

1 需求與挑戰(zhàn)

隨著特高壓電網(wǎng)加快建設(shè),跨區(qū)跨省電網(wǎng)聯(lián)系更加緊密,交直流、送受端、不同電壓等級(jí)之間的相互影響和制約進(jìn)一步增強(qiáng),局部故障影響全局化,對(duì)全局監(jiān)控提出了更高要求,亟須構(gòu)建全網(wǎng)一體化監(jiān)視與控制應(yīng)用。目前調(diào)控中心獨(dú)立配置電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng),無(wú)論是軟硬件配置,還是信息采集、應(yīng)用決策功能等均局限在單個(gè)調(diào)控中心內(nèi)部,“煙囪”化特征明顯,客觀上限制了全網(wǎng)信息的綜合應(yīng)用、全網(wǎng)監(jiān)視的全局視野和全網(wǎng)控制的統(tǒng)一決策等水平和能力的進(jìn)一步提升,難以應(yīng)對(duì)調(diào)控業(yè)務(wù)面臨的新挑戰(zhàn)。

電網(wǎng)運(yùn)行模式呈現(xiàn)整體性,全局監(jiān)控的基礎(chǔ)支撐能力不足。目前電網(wǎng)模型和實(shí)時(shí)運(yùn)行信息在各級(jí)調(diào)度控制系統(tǒng)間共享的時(shí)效性和一致性不高,全局態(tài)勢(shì)感知效能不足；各級(jí)調(diào)度控制系統(tǒng)中的模型和基礎(chǔ)信息存在不完整、不準(zhǔn)確、不及時(shí)、不一致等問(wèn)題,難以滿足全局監(jiān)控需求。

電網(wǎng)運(yùn)行特性呈現(xiàn)復(fù)雜性,電網(wǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制能力亟待提升。現(xiàn)有系統(tǒng)雖實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障、計(jì)劃越限等及時(shí)告警,但對(duì)于復(fù)雜連鎖故障,無(wú)法準(zhǔn)確綜合判斷各類事件關(guān)聯(lián)關(guān)系,難以高效支持各級(jí)調(diào)控中心協(xié)同處置；現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)模式下,各調(diào)度控制系統(tǒng)獨(dú)立分析決策,協(xié)同效應(yīng)不足,限制了全局統(tǒng)一的實(shí)時(shí)控制決策和預(yù)防控制決策能力的進(jìn)一步提升。

運(yùn)行影響因素呈現(xiàn)多重性,態(tài)勢(shì)分析和預(yù)控能力尚顯不足。由于頻發(fā)的極端惡劣天氣和自然災(zāi)害造成特高壓設(shè)備故障,對(duì)電網(wǎng)安全的影響巨大,需對(duì)特高壓交直流運(yùn)行關(guān)聯(lián)電網(wǎng)及其輸電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、外部環(huán)境等信息進(jìn)行全局監(jiān)視和全局分析。各級(jí)調(diào)度需要結(jié)合全網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)和輸電通道的外部環(huán)境因素,動(dòng)態(tài)預(yù)判電網(wǎng)全局運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),并通過(guò)多級(jí)調(diào)度協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)全局風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控。

2 全局監(jiān)控的內(nèi)涵

為了應(yīng)對(duì)上述需求與挑戰(zhàn),需要采用“采集控制分布,分析決策集中”的新模式[10],實(shí)現(xiàn)全局一體化的監(jiān)視控制。大電網(wǎng)全局監(jiān)控支撐能力包括具有更廣闊的監(jiān)視范圍、更多元的監(jiān)視內(nèi)容、更強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力、更高的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與一致性、更大尋優(yōu)空間的協(xié)調(diào)控制,以及更為友好實(shí)用的輔助決策支持。具體為以下幾個(gè)方面。

1)在監(jiān)視范圍方面,能掌握特高壓交直流輸電線路、域外電網(wǎng)、域外重要電源及負(fù)荷中心的運(yùn)行狀況、風(fēng)險(xiǎn)和故障情況,進(jìn)而在進(jìn)行調(diào)控操作調(diào)整和事故決策時(shí)能夠考慮域內(nèi)外電網(wǎng)的相互約束和影響,能夠掌控與本地電網(wǎng)相關(guān)的域外電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),并主動(dòng)采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施,能在本地電網(wǎng)中出現(xiàn)異常時(shí),準(zhǔn)確識(shí)別和定位故障源是位于域內(nèi)還是域外電網(wǎng)。

2)在監(jiān)視內(nèi)容方面,在掌握電網(wǎng)全局運(yùn)行狀態(tài)(包括穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài))的基礎(chǔ)上,還可了解實(shí)時(shí)和未來(lái)一段時(shí)間的外部運(yùn)行環(huán)境與條件信息,包括氣象條件、外部突發(fā)事件(如山火、地震)等多元信息融合,結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的人工智能與大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),通過(guò)強(qiáng)大的搜索引擎及多源數(shù)據(jù)智能化關(guān)聯(lián)分析,并借助于虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、三維可視、全站建模等新型展示技術(shù),可以靈活、便捷地獲得更為直觀豐富的電網(wǎng)信息,更準(zhǔn)確、更快地進(jìn)行事故處理。

3)在監(jiān)控實(shí)時(shí)性與一致性方面,數(shù)據(jù)采集與處理的性能直接影響全局監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。在處理性能方面,由于監(jiān)視內(nèi)容的多源化,且數(shù)據(jù)量激增,對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高的要求,需擺脫過(guò)去單純通過(guò)提升服務(wù)器配置來(lái)提高系統(tǒng)處理能力的束縛,從而實(shí)現(xiàn)彈性性能擴(kuò)張,保證全局監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。在處理方式方面,由于目前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)層層轉(zhuǎn)發(fā)的方式,實(shí)現(xiàn)從下級(jí)調(diào)度至上級(jí)調(diào)度的交換與匯集,通信延時(shí)明顯偏長(zhǎng),造成了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)空一致性程度不高,對(duì)分析決策造成了不利影響,在全局監(jiān)控中采用更為高效快速的廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù),保證全局監(jiān)控所需數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和一致性。同時(shí),在網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)無(wú)法避免的情況下,將電網(wǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)打上準(zhǔn)確一致的時(shí)間標(biāo)識(shí),將不僅能提升狀態(tài)估計(jì)結(jié)果,也能幫助監(jiān)控人員實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確、細(xì)致的故障分析。

4)在自動(dòng)控制方面,由于特高壓直流大功率失去后對(duì)送受端電網(wǎng)造成較大的影響,傳統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)控制技術(shù)與方法缺乏深度協(xié)同,不能達(dá)到理想的控制效果。本文提出建立多級(jí)調(diào)度協(xié)同控制框架,以充分利用互聯(lián)電網(wǎng)多地的自動(dòng)控制資源,并且充分發(fā)揮可控負(fù)荷的控制作用,進(jìn)行基于全局發(fā)電負(fù)荷的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。而且,由于特高壓直流近區(qū)電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題日益突出,直流系統(tǒng)換相失敗可能造成送端電網(wǎng)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)脫網(wǎng)和受端電網(wǎng)電壓失穩(wěn),而特高壓站及近區(qū)電網(wǎng)中的電廠、變電站一般分屬于多級(jí)調(diào)度中心調(diào)控,通過(guò)跨多電壓等級(jí)的國(guó)、分、省、地自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制,保證特高壓近區(qū)的電壓始終運(yùn)行在合理范圍內(nèi)。

5)在輔助決策支持方面,隨著電網(wǎng)和設(shè)備監(jiān)控范圍的不斷擴(kuò)大,電網(wǎng)監(jiān)控人員進(jìn)行信號(hào)監(jiān)控與處置的工作壓力不斷加大。目前從監(jiān)視到輔助決策過(guò)程中調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用支持不夠連貫順暢,全局監(jiān)控應(yīng)用將建立一種面向各種調(diào)控任務(wù)的輔助決策自動(dòng)導(dǎo)引機(jī)制,最大程度簡(jiǎn)化調(diào)控人員操作,為調(diào)控人員的信號(hào)處理、方式調(diào)整、越限處理和事故處置提供更為友好、規(guī)范、智能的輔助決策支撐。

3 總體框架設(shè)計(jì)

3.1 全局監(jiān)控總體架構(gòu)

基于“物理分布、邏輯統(tǒng)一”理念,重構(gòu)調(diào)控技術(shù)支撐體系,突破傳統(tǒng)調(diào)控系統(tǒng)獨(dú)立配置、就地使用模式的局限,強(qiáng)化全系統(tǒng)信息的綜合應(yīng)用,構(gòu)建全局控制決策和就地實(shí)時(shí)監(jiān)控的新架構(gòu),如圖1所示。

全局監(jiān)控由分布式監(jiān)控和集中式控制決策構(gòu)成。分布式監(jiān)控通過(guò)升級(jí)現(xiàn)有各調(diào)控中心的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),負(fù)責(zé)調(diào)管范圍內(nèi)的各類數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制執(zhí)行,并為控制決策提供完整可靠的信息基礎(chǔ)；集中式控制決策通過(guò)全局分析決策中心實(shí)現(xiàn),綜合全局信息為各區(qū)域提供控制目標(biāo)；人機(jī)交互方面,構(gòu)建位置無(wú)關(guān)、權(quán)限約束、同景展示的人機(jī)云終端,支持調(diào)控人員實(shí)現(xiàn)本地、異地?zé)o差別監(jiān)視。

3.2 全局監(jiān)控功能框架

全局監(jiān)控功能基于對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及氣象環(huán)境的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)處理和信息匯集,實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、調(diào)控作業(yè)輔助決策、遠(yuǎn)方操作與自動(dòng)控制,如圖2所示。

圖2 全局監(jiān)控功能框架圖Fig.2 Function framework of global monitoring

全局監(jiān)控功能主要包括監(jiān)視類、控制類、分析類及全局控制決策等功能。監(jiān)視類主要包括電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)監(jiān)視、變電站集中監(jiān)控及氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能；控制類主要包括人工操作、自動(dòng)發(fā)電控制和自動(dòng)電壓控制,基于實(shí)時(shí)信息,結(jié)合全局控制決策指令,實(shí)現(xiàn)調(diào)管范圍內(nèi)的電網(wǎng)自動(dòng)控制；分析類實(shí)現(xiàn)告警綜合分析和事件處置導(dǎo)航；全局控制決策基于全局信息提供全網(wǎng)有功/無(wú)功優(yōu)化策略。

3.3 典型應(yīng)用場(chǎng)景

3.3.1全局監(jiān)視

通過(guò)人機(jī)云終端瀏覽主網(wǎng)及新能源機(jī)組的實(shí)時(shí)工況、外部信息,感知電網(wǎng)故障及風(fēng)險(xiǎn)隱患,把控電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo),實(shí)現(xiàn)對(duì)特高壓送受端、聯(lián)絡(luò)線走廊、區(qū)域外電源及負(fù)荷中心的運(yùn)行狀況、外部運(yùn)行環(huán)境等信息的全面掌控。正常情況下,通過(guò)逐層放大及漫游功能瀏覽全網(wǎng)信息；異常情況下,通過(guò)鷹眼導(dǎo)航窗口直接定位到異常區(qū)域,如圖3所示。

圖3 全局監(jiān)視示意圖Fig.3 Schematic diagram of global monitoring

3.3.2全局控制決策

全局控制決策采用國(guó)分、省地協(xié)調(diào)模式[11]。國(guó)分分析決策中心協(xié)調(diào)各省地分析決策中心進(jìn)行全網(wǎng)有功/無(wú)功優(yōu)化分析決策,由國(guó)分省各監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行控制指令；省地分析決策中心在響應(yīng)國(guó)分分析決策中心協(xié)調(diào)指令基礎(chǔ)上,進(jìn)行省地全局決策,由各地區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行指令,整個(gè)過(guò)程如圖4所示。

圖4 全局控制決策示意圖Fig.4 Schematic diagram of global control decision

3.3.3協(xié)同處置

可利用人機(jī)云終端基于全局信息實(shí)現(xiàn)方便快捷的電網(wǎng)事件協(xié)同處置。以省轄線路越限的處置為例,流程如下:①監(jiān)控系統(tǒng)將越限信息發(fā)送給云終端；②調(diào)控人員將越限信息發(fā)送給分析決策中心獲取輔助決策；③若輔助決策只包含本省處置信息,則直接在本省進(jìn)行處理；④若輔助決策包含多省處置信息,則通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)提供的即時(shí)通信工具進(jìn)行多省協(xié)同處置。處置過(guò)程如圖5所示。

圖5 協(xié)同處置示意圖Fig.5 Schematic diagram of collaborative operation

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 電網(wǎng)數(shù)據(jù)的廣域高速交換匯集

當(dāng)前,調(diào)控系統(tǒng)間通過(guò)層層轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換與匯集,不僅延時(shí)較大,而且造成數(shù)據(jù)在全局范圍內(nèi)共享困難。廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)逐級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)變?yōu)橥教幚戆葱枋褂?實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在調(diào)控系統(tǒng)“單點(diǎn)采集處理”后實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)“廣域多點(diǎn)共享”,減少了數(shù)據(jù)匯集的中間環(huán)節(jié),提高數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和一致性[12]。

廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)在下級(jí)系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)接入后,直接將原生采集數(shù)據(jù)發(fā)送給其他系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步處理,避免了多次處理造成的延時(shí)。同時(shí),廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)采用面向服務(wù)體系架構(gòu)的數(shù)據(jù)交互方式,如圖6所示,各系統(tǒng)間通過(guò)廣域服務(wù)總線互聯(lián),調(diào)控系統(tǒng)作為服務(wù)的提供者負(fù)責(zé)服務(wù)注冊(cè),并將所接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)外提供數(shù)據(jù)共享服務(wù),其他系統(tǒng)作為服務(wù)的消費(fèi)者通過(guò)服務(wù)查詢并訂閱所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

圖6 廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換架構(gòu)圖Fig.6 Architecture diagram of wide area real-time data exchange

在廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換中,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收發(fā)雙方采用訂閱發(fā)布的服務(wù)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)消費(fèi)者只需要一次性提交服務(wù)訂閱請(qǐng)求,服務(wù)提供者在數(shù)據(jù)變化時(shí)多次返回服務(wù)結(jié)果。為了保證廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換還應(yīng)該包含對(duì)廣域服務(wù)訪問(wèn)進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、鏈路狀態(tài)的管理,如廣域消息發(fā)送和接收的實(shí)時(shí)監(jiān)視、廣域消息推送流量查詢、節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)改變了原有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式下數(shù)據(jù)發(fā)送的決定權(quán)在發(fā)送方,而數(shù)據(jù)接收方只能被動(dòng)接收的狀況,將決定權(quán)交由數(shù)據(jù)接收方,數(shù)據(jù)接收方按需訂閱數(shù)據(jù),提高了數(shù)據(jù)匯集的靈活性。數(shù)據(jù)維護(hù)也由雙端維護(hù)變?yōu)榱藛味司S護(hù),并直接傳輸原生采集數(shù)據(jù),大大減少了中間處理環(huán)節(jié),提高了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸效率,為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各類運(yùn)行數(shù)據(jù)的全局實(shí)時(shí)性和一致性提供了技術(shù)保障。

4.2 面向電網(wǎng)全局監(jiān)視的數(shù)據(jù)服務(wù)

為滿足通過(guò)人機(jī)云終端瀏覽主網(wǎng)及新能源機(jī)組的實(shí)時(shí)工況、外部信息等電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)的全局監(jiān)視需求,需提供面向電網(wǎng)全局監(jiān)視的數(shù)據(jù)服務(wù)。該服務(wù)分布在各監(jiān)控系統(tǒng)上,獲取監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),并通過(guò)廣域服務(wù)總線向人機(jī)云終端提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

人機(jī)云終端需根據(jù)畫(huà)面瀏覽內(nèi)容,請(qǐng)求一個(gè)或多個(gè)分布在不同監(jiān)控系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)服務(wù),因此需要在傳統(tǒng)調(diào)度控制系統(tǒng)本地化的服務(wù)模式[13-14]上,建立基于全局服務(wù)注冊(cè)與快速服務(wù)定位的服務(wù)化框架。全局服務(wù)注冊(cè)功能通過(guò)廣域服務(wù)總線和分級(jí)上報(bào)的注冊(cè)機(jī)制,將分散在不同系統(tǒng)、不同位置的數(shù)據(jù)服務(wù)統(tǒng)一注冊(cè)到全局服務(wù)管理中心,解決跨系統(tǒng)多中心全局服務(wù)注冊(cè)問(wèn)題,提升服務(wù)狀態(tài)感知能力?？焖俜?wù)定位功能通過(guò)廣域縱向服務(wù)信息同步,完成服務(wù)信息的全局共享,通過(guò)本地緩存,完成數(shù)據(jù)服務(wù)的快速定位,實(shí)現(xiàn)集群組網(wǎng)下多實(shí)例部署的服務(wù)全局定位,滿足人機(jī)同時(shí)訪問(wèn)廣域范圍內(nèi)的多個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)例的需求。

為實(shí)現(xiàn)不同用戶按需關(guān)注不同的監(jiān)視范圍,可根據(jù)用戶監(jiān)控界面范圍動(dòng)態(tài)選擇刷新數(shù)據(jù)。采用人工智能策略,記錄用戶角色/職責(zé)和用戶行為習(xí)慣,動(dòng)態(tài)分析用戶需要的數(shù)據(jù),對(duì)多源信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)智能關(guān)聯(lián),根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況,形成可支持用戶操作的輔助決策知識(shí)庫(kù)。優(yōu)化廣域環(huán)境中訪問(wèn)應(yīng)用功能服務(wù)的選擇問(wèn)題,指定最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸方案,達(dá)到按需刷新數(shù)據(jù)、減少無(wú)效數(shù)據(jù)傳輸,提高網(wǎng)絡(luò)使用效率,改善全局服務(wù)效率。

4.3 基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的并行SCADA處理技術(shù)

目前基于SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)估計(jì),沒(méi)有考慮各測(cè)點(diǎn)時(shí)標(biāo)是否一致,也無(wú)法找到協(xié)調(diào)和處理各量測(cè)量不同時(shí)延的有效方法,難以克服量測(cè)不同步對(duì)計(jì)算分析結(jié)果的不利影響。大電網(wǎng)全局決策中心尤其需要及時(shí)的、同一時(shí)間數(shù)據(jù)斷面,才能滿足計(jì)算分析應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求,全局監(jiān)控模式下基于集群SCADA技術(shù)融入時(shí)標(biāo)量測(cè)處理機(jī)制[15-16],采用基于IEC 104或基于服務(wù)架構(gòu)通信協(xié)議的帶時(shí)標(biāo)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集處理方法,將現(xiàn)有變化數(shù)據(jù)的傳輸類型改為帶時(shí)標(biāo)的類型標(biāo)識(shí),并擴(kuò)展帶時(shí)間召喚機(jī)制,實(shí)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)處理。綜合運(yùn)用內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)加時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)的方式進(jìn)行時(shí)標(biāo)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。基于內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用時(shí)間回溯、曲線擬合、實(shí)時(shí)召喚等策略生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)理想斷面,為全局決策中心提供同一時(shí)間數(shù)據(jù)斷面,提高實(shí)時(shí)計(jì)算分析的準(zhǔn)確性和同步性?；谑录?qū)動(dòng)的觸發(fā)式電網(wǎng)分析流程,實(shí)現(xiàn)一旦電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)、系統(tǒng)潮流和方式快速變化時(shí),系統(tǒng)可以基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行分析計(jì)算。帶時(shí)標(biāo)量測(cè)數(shù)據(jù)的并行處理與狀態(tài)估計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究,為全局分析決策中心建立更為精確的信息基礎(chǔ)。

4.4 多級(jí)協(xié)同、多源協(xié)調(diào)的自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)

針對(duì)傳統(tǒng)分省獨(dú)立控制模式下的自動(dòng)發(fā)電控制難以適應(yīng)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)新特性和新能源跨區(qū)跨省優(yōu)先消納這一問(wèn)題[17-19],采用全網(wǎng)多級(jí)調(diào)度有功協(xié)同控制整體框架和統(tǒng)一建模技術(shù),實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)度協(xié)同控制框架下全局優(yōu)化、分區(qū)控制的自動(dòng)發(fā)電控制。通過(guò)基于電網(wǎng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)挖掘的頻率控制過(guò)程和控制效能預(yù)警、評(píng)估和考核等技術(shù),達(dá)到大電網(wǎng)多級(jí)調(diào)度協(xié)調(diào)運(yùn)行、備用和調(diào)節(jié)資源共享的協(xié)同控制和多源能源協(xié)調(diào)控制目標(biāo),保障特高壓交直流電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和新能源的優(yōu)先消納。

4.5 適應(yīng)特高壓的大電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)

特高壓近區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱,近區(qū)擾動(dòng)事件極易引起系統(tǒng)電壓的大幅變化,使得系統(tǒng)電壓質(zhì)量惡化,造成交直流外送通道功率振蕩、系統(tǒng)失穩(wěn)等后果。目前特高壓近區(qū)送受兩端系統(tǒng)內(nèi)雖然已經(jīng)配置了調(diào)相機(jī)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)、濾波器等離散與連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)備,但這些設(shè)備目前仍局限于單獨(dú)調(diào)節(jié),屬于特高壓站內(nèi)獨(dú)立控制模式[20-23],缺乏全局性,需針對(duì)送、受端近區(qū)不同的電壓無(wú)功特性與控制需求,以及特高壓系統(tǒng)的不同運(yùn)行方式,采用基于云模型的全網(wǎng)多級(jí)調(diào)度無(wú)功協(xié)同優(yōu)化控制整體框架和統(tǒng)一建模技術(shù),實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)度協(xié)同控制框架下全局優(yōu)化、分散控制的自動(dòng)電壓控制。充分利用廣域多類型可控?zé)o功源、輔助可中斷負(fù)荷的全網(wǎng)協(xié)調(diào)控制,同時(shí)結(jié)合在線電壓安全域的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備評(píng)估、電壓穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等多級(jí)電網(wǎng)無(wú)功電壓控制方法,建立特高壓大電網(wǎng)背景下的無(wú)功電壓控制模式,滿足穩(wěn)態(tài)及緊急模式下的不同決策控制需求,支撐特高壓背景下的全局無(wú)功電壓控制。

4.6 特高壓大功率失去下的快速恢復(fù)技術(shù)

特高壓直流輸送功率大,單條直流滿送功率達(dá)到10 GW,大功率失去將對(duì)送受端電網(wǎng)安全運(yùn)行造成嚴(yán)重沖擊,目前國(guó)內(nèi)在特高壓直流故障后的快速恢復(fù)方面開(kāi)展了一定研究,但主要還是集中在聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃調(diào)整、負(fù)荷控制等單一問(wèn)題上[24-28],缺乏整體的統(tǒng)一協(xié)調(diào),難以得到最優(yōu)控制策略,為此需要基于國(guó)分、省地兩級(jí)分析決策中心分解協(xié)調(diào)的計(jì)算架構(gòu),國(guó)分分析決策中心側(cè)重于跨區(qū)、跨省控制策略的計(jì)算,并給出各個(gè)省的總體控制目標(biāo),省地分析決策中心根據(jù)國(guó)分分析決策中心下發(fā)的總體控制目標(biāo),進(jìn)行控制策略的分解計(jì)算。采用兩級(jí)分析決策中心分解協(xié)調(diào)的計(jì)算模式,既降低了計(jì)算規(guī)模,滿足了實(shí)時(shí)控制快速性的要求,又能夠適應(yīng)當(dāng)前分級(jí)調(diào)度管理模式的要求。

4.7 電網(wǎng)告警綜合分析與作業(yè)自動(dòng)導(dǎo)航

目前調(diào)控系統(tǒng)告警功能只能實(shí)現(xiàn)本地故障告警,缺乏對(duì)跨區(qū)擾動(dòng)與故障的快速定位[29],需要研究基于事件鏈的跨區(qū)電網(wǎng)故障及擾動(dòng)的故障源定位及按需推送技術(shù),幫助調(diào)控人員實(shí)現(xiàn)跨區(qū)和域外電網(wǎng)故障及擾動(dòng)的即時(shí)感知,迅速定位擾動(dòng)源；同時(shí)由于告警和分析決策自動(dòng)關(guān)聯(lián)的智能化程度不足,影響了調(diào)度告警處置效率,需要研究調(diào)控作業(yè)自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù),實(shí)現(xiàn)告警監(jiān)視、分析預(yù)警應(yīng)用服務(wù)等整體聯(lián)動(dòng)協(xié)同,支持可視化、流程化的作業(yè)引導(dǎo),提高調(diào)度人員告警處置效率。

5 結(jié)語(yǔ)

在特高壓交直流互聯(lián)大電網(wǎng)規(guī)模異常龐大,一體化特征凸顯,運(yùn)行模式呈現(xiàn)整體性的形勢(shì)下,電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)支撐能力面臨全新挑戰(zhàn)。大電網(wǎng)全局監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)全局分析、全網(wǎng)防控及全局優(yōu)化決策的基礎(chǔ)與前提。本文分析了電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控面臨的挑戰(zhàn)和目前存在的不足,提出了大電網(wǎng)一體化全局監(jiān)控的內(nèi)涵和目標(biāo),從全局監(jiān)控的體系架構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)、典型應(yīng)用場(chǎng)景等方面設(shè)計(jì)了全局監(jiān)控的總體框架,并分析了實(shí)現(xiàn)全局監(jiān)控還需進(jìn)一步突破的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),以期為新一代調(diào)控技術(shù)系統(tǒng)中的全網(wǎng)一體化監(jiān)控應(yīng)用功能研發(fā)提供參考。通過(guò)大電網(wǎng)的一體化全局監(jiān)控,將可提升大電網(wǎng)一體化掌控能力,完成電網(wǎng)監(jiān)視控制從局域向廣域的轉(zhuǎn)變。