國網(wǎng)營口市熊岳供電公司 鄭家祿

1 電力技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行中的應(yīng)用

1.1 電力電子技術(shù)

HVDC高壓直流輸電。高壓直流輸電是憑借直流電的無感抗、無同步問題、輸送穩(wěn)定的特征，采取大功率遠(yuǎn)距離直流輸電方式的一種輸電技術(shù)，多用于海底電纜輸電或是連接獨(dú)立電力系統(tǒng)，將所輸送電能自三相交流電網(wǎng)導(dǎo)出，經(jīng)換流站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，在架空線纜中直接傳輸至另一側(cè)換流站轉(zhuǎn)換為交流電，從而接入交流電網(wǎng)。與傳統(tǒng)交流輸電方式相比，其在應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸電場景時(shí)體現(xiàn)出電能損耗率低、輸電容量大、電能等級與方向可控性強(qiáng)、抑制低頻振蕩的優(yōu)勢。然而，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，在高壓直流輸電線網(wǎng)中所配置換流站的造價(jià)成本較為高昂，唯有保持在特定輸電距離范圍內(nèi)才能取得預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，適用場景為40～60km電纜線路與600～800km架空線路，這在一定程度上限制了HVDC技術(shù)的推廣普及[1]。

FACTS柔性交流輸電。柔性交流輸電是整合微處理、控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)而構(gòu)成的一種快速控制交流輸電技術(shù)，F(xiàn)ACTS系統(tǒng)由靜止無功補(bǔ)償器、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置、靜止同步補(bǔ)償器等組成，同時(shí)具備抑制低頻振蕩、電壓控制、潮流控制等基本使用功能。與其他電力電子技術(shù)相比主要優(yōu)勢在于，通過安裝具備獨(dú)立或綜合控制功能的裝置，在輸電過程中可對電壓與電抗等主要參數(shù)進(jìn)行適時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)輸送功率合理分配目標(biāo)，從而將功率損耗與實(shí)際發(fā)電成本控制在較低程度，將線路的實(shí)際輸電容量盡可能接近熱穩(wěn)定極限，多用于電力系統(tǒng)的大功率長距離輸電場景，在出現(xiàn)輸電故障與存在安全隱患時(shí)快速采取處理措施，控制事故影響范圍，避免出現(xiàn)大面積停電現(xiàn)象。

1.2 AEMS能量管理系統(tǒng)

在電網(wǎng)工程中，AEMS能量管理系統(tǒng)是一種用于設(shè)備管理而開發(fā)的軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)由應(yīng)用功能及基礎(chǔ)功能加以構(gòu)成，應(yīng)用功能包括自動(dòng)發(fā)電控制、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控等，基礎(chǔ)功能包括支撐模塊、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)等。

在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測分析，持續(xù)反饋接收發(fā)電機(jī)正序分量信息、線路原始電壓等現(xiàn)場監(jiān)測信號，將監(jiān)測值與額定值、當(dāng)下電網(wǎng)運(yùn)行狀況與歷史運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對比分析，根據(jù)分析結(jié)果來預(yù)測電力系統(tǒng)與單項(xiàng)設(shè)備在未來一段時(shí)間的運(yùn)行趨勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)已存在或是未來可能出現(xiàn)的運(yùn)行故障，如發(fā)電機(jī)震蕩現(xiàn)象。隨后，能量管理系統(tǒng)在已收集資料信息與電網(wǎng)狀態(tài)分析結(jié)果基礎(chǔ)上，輔助人工或獨(dú)立制定自動(dòng)發(fā)電控制計(jì)劃，對電網(wǎng)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整與實(shí)時(shí)調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資源的優(yōu)化配置目標(biāo)，將故障隱患消滅于萌芽狀態(tài)[2]。

1.3 雷電定位技術(shù)

在電網(wǎng)工程早期運(yùn)行階段中，受到技術(shù)與惡劣氣候限制，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與輸電線路偶爾遭受雷電流打擊，造成嚴(yán)重?fù)p失，如線路過載運(yùn)行、設(shè)備燒損、絕緣老化加快等，對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)造成不利影響。針對于此，為預(yù)防和減少設(shè)備燒損等安全事故的發(fā)生，盡可量減小天氣因素對電網(wǎng)運(yùn)行與電力資源供給造成的影響，需要應(yīng)用到雷電定位技術(shù)，提前預(yù)測周邊區(qū)域中的閃電所處地理位置，采取相應(yīng)處理措施，避免電網(wǎng)造成雷電流打擊。

同時(shí)，在電網(wǎng)已遭受雷電流打擊時(shí)，雷電定位系統(tǒng)可在已掌握信息資料基礎(chǔ)上，短時(shí)間內(nèi)確定故障點(diǎn)位置與故障影響范圍，調(diào)度人員下達(dá)相應(yīng)控制指令，臨時(shí)性切斷故障部分與非故障部分的連接，待事故得到妥善處理后再恢復(fù)故障部位與非故障部分的連接。具體來講，在電力調(diào)度運(yùn)行期間，雷電定位技術(shù)主要被用于雷擊事故調(diào)查、雷擊跳閘相關(guān)性判斷、雷擊事故調(diào)度預(yù)防三方面。其中在雷擊事故調(diào)查方面，雷擊定位系統(tǒng)采取單站定位或是多站定位方式對周邊區(qū)域的天氣條件進(jìn)行觀測判斷，根據(jù)閃電產(chǎn)生時(shí)形成的天電信號來確定閃電所處地理位置，深入調(diào)查雷擊形成原因。

例如，在采取單站定位方法時(shí)，采取交叉環(huán)陰極射線測向法，根據(jù)電磁波傳播原理，對所接收電磁波的大氣衰減情況與不同頻率天電信號振幅情況來判斷閃電定距。在雷擊跳閘相關(guān)性判斷方面，根據(jù)閃電地理位置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)間隔距離，準(zhǔn)確評估雷擊事故對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)造成的影響，分析出現(xiàn)跳閘等相關(guān)性故障問題的出現(xiàn)概率、所造成具體影響，以此來縮短排查時(shí)間。而在雷擊事故調(diào)度預(yù)防方面，將所獲取閃電地理位置、雷電回?fù)舸螖?shù)、相關(guān)性故障出現(xiàn)概率等信息反饋至調(diào)度人員，針對性下達(dá)各項(xiàng)調(diào)度指令，以此來預(yù)防雷電流打擊事故出現(xiàn)，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

1.4 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

近年來為滿足日益增長的用電需求，電力企業(yè)逐漸加大電網(wǎng)工程的建設(shè)規(guī)模，對電力調(diào)度水平與效率提出了更高的要求。在這一工程背景下，在電力系統(tǒng)運(yùn)行期間將會(huì)持續(xù)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，如仍舊采取傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式將無法滿足實(shí)際的調(diào)度運(yùn)行需求，受到人為因素影響時(shí)常出現(xiàn)錯(cuò)誤操作問題導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，無法為電力調(diào)度計(jì)劃的制定提供準(zhǔn)確的信息參照。因此，在電力調(diào)度運(yùn)行期間，需要應(yīng)用到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在調(diào)度系統(tǒng)中構(gòu)建起配套的數(shù)據(jù)庫，將系統(tǒng)運(yùn)行期間所產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，憑借信息化技術(shù)高超的數(shù)據(jù)分析計(jì)算能力輔助人工在短時(shí)間內(nèi)處理龐大數(shù)據(jù)流，幫助調(diào)度人員掌握電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫還具備自動(dòng)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)、自動(dòng)清零分類存儲等多項(xiàng)使用功能，例如，在調(diào)度人員操作錯(cuò)誤導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)信息丟失或文件損毀后，使用數(shù)據(jù)恢復(fù)功能可從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入自動(dòng)備份的數(shù)據(jù)資料，避免對調(diào)度工作的開展造成不利影響。

1.5 變電站自動(dòng)化技術(shù)

變電站自動(dòng)化技術(shù)是在通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展演變形成的一種綜合性自動(dòng)化控制技術(shù)，在變電站中設(shè)置一定種類與數(shù)量的信息傳感裝置，持續(xù)對變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與現(xiàn)場環(huán)境情況進(jìn)行觀測感知，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來判斷變電站運(yùn)行工況，在滿足觸發(fā)條件后，基于程序運(yùn)行準(zhǔn)則，自動(dòng)下達(dá)相應(yīng)控制指令，完成對變電站全部設(shè)備的監(jiān)測、控制、協(xié)調(diào)的調(diào)度管理任務(wù)，替代了常規(guī)變電站二次設(shè)備的使用功能。與傳統(tǒng)變電站調(diào)度管理模式相比，對變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，既可以由自動(dòng)化控制系統(tǒng)替代人工完成大量的基礎(chǔ)性調(diào)度任務(wù)，逐步實(shí)現(xiàn)少人值守乃至無人值守目標(biāo)，實(shí)際工作量有所減少。同時(shí)，解決了信息傳輸滯后、調(diào)度指令下達(dá)不及時(shí)的問題，在出現(xiàn)運(yùn)行故障與電力事故后，可以在短時(shí)間內(nèi)下達(dá)有效的處理措施，將受損程度控制在特定范圍內(nèi)[4]。

1.6 軟交換技術(shù)

在電網(wǎng)工程中軟交換技術(shù)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)呼叫控制、協(xié)議處理、遠(yuǎn)程計(jì)費(fèi)、認(rèn)證等調(diào)度控制功能，組合應(yīng)用其他IP技術(shù)來開發(fā)支持智能業(yè)務(wù)的調(diào)度系統(tǒng)，本質(zhì)上屬于一種分層體系結(jié)構(gòu)，由接入層、傳輸層、控制層、應(yīng)用層組成。其中，接入層負(fù)責(zé)將各類型終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)集成處理目的，再通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將所下達(dá)調(diào)度指令傳輸至終端設(shè)備或目的地，如接入信令網(wǎng)關(guān)、智能終端、綜合接入設(shè)備等；傳輸層負(fù)責(zé)將電力系統(tǒng)運(yùn)行期間所采集的監(jiān)測信號與控制信息經(jīng)分組傳輸平臺傳遞至目的地，可將其視作為一種數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)；控制層負(fù)責(zé)提供呼叫控制功能，對接入層的業(yè)務(wù)及網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信控制；而應(yīng)用層負(fù)責(zé)向用戶提供多元化的調(diào)度使用功能。

此外，在電力調(diào)度運(yùn)行期間，軟交換技術(shù)的主要應(yīng)用場景為構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測模型，這類模型具有高超的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)場信號與相關(guān)信息數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確描述與網(wǎng)絡(luò)流量有關(guān)的統(tǒng)計(jì)特性，對未來一段時(shí)間的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，從而判斷電力系統(tǒng)的未來流量走勢，緩解快速增長網(wǎng)絡(luò)流量和電網(wǎng)資源分配間的矛盾[5]。

2 電力技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行中的智能化發(fā)展

2.1 電力技術(shù)智能化發(fā)展必要性

在電力系統(tǒng)傳統(tǒng)調(diào)度管理模式中，受到人為因素影響與技術(shù)水平限制，部分電力調(diào)度問題無法得到準(zhǔn)確描述，進(jìn)而影響到電力調(diào)度計(jì)劃的可行性，難以取得理想的調(diào)度管理成果。電力技術(shù)的智能化發(fā)展，憑借技術(shù)高超數(shù)據(jù)處理性能、辨別效率高、不依賴物理機(jī)理的技術(shù)優(yōu)勢，將人工智能電力技術(shù)與常規(guī)電力調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行有效整合，可構(gòu)成一個(gè)高維時(shí)變非線性電力信息物理網(wǎng)絡(luò)，切實(shí)滿足現(xiàn)代電網(wǎng)工程的電力調(diào)度管理需求。

2.2 在電力系統(tǒng)調(diào)度預(yù)測中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)調(diào)度預(yù)測方面，人工智能電力技術(shù)的應(yīng)用場景包括負(fù)荷預(yù)測、電價(jià)預(yù)測與新能源預(yù)測。以負(fù)荷預(yù)測為例，技術(shù)自動(dòng)采集電力系統(tǒng)運(yùn)行期間實(shí)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，在其基礎(chǔ)上構(gòu)建準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，在模型中采取強(qiáng)感知算法，憑借此類算法的數(shù)據(jù)映射以及特征挖掘優(yōu)勢，準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)負(fù)荷、天氣條件、日期等因素間的相互影響關(guān)系，在模型中準(zhǔn)確描述電力系統(tǒng)負(fù)荷變化的不確定性，并根據(jù)已知信息資料與歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)，對電力系統(tǒng)在未來一段時(shí)間的負(fù)荷變化情況進(jìn)行預(yù)測，負(fù)荷預(yù)測過程分為特征集構(gòu)建、映射模型訓(xùn)練、測試集驗(yàn)證三項(xiàng)步驟。

2.3 在電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)故障診斷方面，由于人工智能電力技術(shù)有著深入學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)的技術(shù)特性，在故障診斷與處理期間，體現(xiàn)出無需人工參與特征提取、高效處理高維非線性數(shù)據(jù)和適用不同周期數(shù)據(jù)的技術(shù)優(yōu)勢，故障診斷精度與效率得到顯著提升。例如，在特征提取環(huán)節(jié)，人工智能系統(tǒng)通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開展圖像特征提取以及視覺理解操作。同時(shí)，也可選擇采取基于堆疊自編碼器的故障診斷方法，提前向堆疊自編碼器提供一定數(shù)量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，即可在電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，體現(xiàn)出高性能的故障診斷效果。然而，根據(jù)實(shí)際電力調(diào)度工作情況來看，由于現(xiàn)代電網(wǎng)工程具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征，受到實(shí)際樣本不均衡性、可解釋性差、特征選取不完備等因素影響，在采取人工智能電力技術(shù)開展故障診斷作業(yè)時(shí)，面臨著模型構(gòu)建困難與無法準(zhǔn)確判斷設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的難題。針對于此，需要加大對人工智能電力技術(shù)的研究力度，重點(diǎn)強(qiáng)化技術(shù)的深度學(xué)習(xí)能力。

2.4 在電力系統(tǒng)穩(wěn)定評估中的應(yīng)用

在現(xiàn)代電網(wǎng)工程中，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系過于復(fù)雜，在電力系統(tǒng)穩(wěn)定評估期間，需要同時(shí)處理多元化信息，并對穩(wěn)定分析的時(shí)效性以及準(zhǔn)確性提出嚴(yán)格要求。對人工智能電力技術(shù)的應(yīng)用，采取深度卷積網(wǎng)絡(luò)、堆疊自編碼器、深度信念網(wǎng)絡(luò)等方式來提取特征量，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估，從所采集龐大數(shù)據(jù)流中提取關(guān)鍵信息作為強(qiáng)化學(xué)習(xí)輸入量，以此來保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定評估結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性。

2.5 在電力系統(tǒng)控制優(yōu)化中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)控制優(yōu)化方面，人工智能電力技術(shù)的應(yīng)用場景包括無功電壓控制和自動(dòng)電壓控制。其中在無功電壓控制環(huán)節(jié)，人工智能系統(tǒng)將在電網(wǎng)狀態(tài)以及動(dòng)作策略交換過程中進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，持續(xù)增強(qiáng)系統(tǒng)的大規(guī)模決策效率與環(huán)境感知能力，準(zhǔn)確描述離散無功調(diào)節(jié)設(shè)備投切動(dòng)作，以及系統(tǒng)特征和所制定無功優(yōu)化策略的映射關(guān)系，從而下達(dá)準(zhǔn)確的無功電壓控制策略。而在自動(dòng)發(fā)電控制環(huán)節(jié)，通過應(yīng)用人工智能技術(shù)，構(gòu)建馬爾可夫模型來制定最優(yōu)控制策略，滿足在線優(yōu)化控制系統(tǒng)輸出的調(diào)度管理需。同時(shí)，憑借人工智能電力技術(shù)的深化學(xué)習(xí)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)特性，采取分散式多智能體算法，以此來解決大型電網(wǎng)工程的自動(dòng)發(fā)電控制功率動(dòng)態(tài)分布難題，進(jìn)而起到強(qiáng)化系統(tǒng)預(yù)測能力與認(rèn)知能力的效果。

綜上，為滿足現(xiàn)代電網(wǎng)工程的電力調(diào)度管理需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化互動(dòng)與精細(xì)化調(diào)度管理目標(biāo)，增強(qiáng)電力調(diào)度網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展能力。因此，電力企業(yè)需要持續(xù)拓展電力技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行方面的應(yīng)用場景，積極引進(jìn)以人工智能技術(shù)為首的現(xiàn)代化電力技術(shù)，構(gòu)建完善的電力技術(shù)應(yīng)用體系，以此推動(dòng)我國電力事業(yè)的健康發(fā)展。