地区电网调度智能辅助决策软件设计

2021-12-13 来源：钮旅网

第34卷　第2期2010年1月25日Vol.34　No.2Jan.25,2010

地区电网调度智能辅助决策软件设计

杜红卫1,何　勇2,张瑞鹏1,韩　韬1,徐　希1

(1.国电南瑞科技股份有限公司,江苏省南京市210061;2.四川省电力公司眉山公司,四川省眉山市620010)

摘要:地区电网调度智能辅助决策软件涵盖事前预警、事中诊断、事后恢复3个连续性过程。通过

设备状态监视、稳定断面监视、系统预警等3个层次对电网薄弱环节进行分析,准确把握电网的监控要点,给出相应的优化校正策略。事故时依据开关变位、保护动作等信息,基于拓扑分析原理准确诊断出故障范围,生成故障影响报告,自动提供失电区恢复策略。地区电网调度智能辅助决策软件的特点为智能、实用、主动、可视化,可有效提高调度运行人员驾驭大电网的能力,缩短事故处理时间,使电网调度由目前的“人工分析型”上升为“自动智能型”。关键词:电力系统;智能决策;智能监控;故障诊断;故障恢复;可视化

0　引言

坚强智能电网[1]以坚强网架为基础,以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。智能电网是未来电网发展的美好愿景。

T.E.Dy2Liacco博士曾设想过“调度机器[2]

人”,为调度的智能化描绘了一幅美好蓝图。在一系列的大停电事故之后,国内外在互联大电网灾变安全防治方面的研究异常热烈[326],薛禹胜院士提出了构建大停电防御框架体系的全面综合防御系统。目前,国内电网调度主要依赖调度自动化系统。然而,现有的调度自动化系统[7]属于“分析型”、“被动型”调度模式,对人的主动性和能力的依赖性大;在异常或故障情况下,信息的杂乱导致调度员被大量表象数据湮没,需要较长时间来决策,错失处理事故的良机;由于人工离线指定的运行方式进行的离线计算结果与实际电网运行方式存在一定的差别,影响电力系统的安全性和经济性。

智能调度[8]通过智能化的手段为调度中心各专业提供全维度精益化的服务,包括量测处理、建模、分析、计算、管理、决策、控制等,并提供智能化分析、预警、辅助决策和控制。地区电网调度智能辅助决策系统随时跟踪电网的运行状态,快速消除电网隐患,更好地实现电网的自愈、安全运行,是智能调度建设的重要内容之一。

收稿日期:2009205227;修回日期:2009209228。

1　设计思想

“智能”就是感知所处环境,并做出恰当反映的能力。智能的基础是感知环境,是感觉和认识的统一。电力系统可划分为正常状态、紧急状态和恢复状态。电力系统经受扰动后,可能从一种状态转换成另外一种状态,为了维持系统安全、经济、稳定运行,需要采取一些控制措施,这些措施可以使电力系统由一种状态转换成另外一种状态。因此,地区电网调度智能辅助决策系统的中心任务就是充分感知电网的各种信息,敏锐察觉电网潜在的变化趋势以及已发生的事件,并对电网可能发生的状态变化以及已发生的状态变化给出恰当的控制措施。为此,地区电网调度智能辅助决策系统设计如图1所示。

图1　地区电网调度智能辅助决策软件总体设计Fig.1　Overalldesignofthedispatchingintelligentaideddecision2makingsoftwareaboutregionalpowergrid

地区电网调度智能辅助决策系统的信息流涵盖了整个信息处理的过程。从初始的网络分析模型的生成和验证,到采用调度数据集成技术,有效整合并综合利用电力系统的运行信息,再经过数据滤波,获取一个可靠的数据断面,以此为基础实现电力系统正常运行时的监测与控制,并能进行复杂事故的智

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・工程应用・　杜红卫,等　地区电网调度智能辅助决策软件设计

能辨识、事故后的故障分析处理和系统恢复。

地区电网调度智能辅助决策系统关键特征如下:

1)集成性。拥有稳态数据、故障数据以及各种与电力系统运行相关的更加全面的信息数据源。

2)智能性。通过对这些信息的综合判断,最后直接给调度员提供当前最关心的关键信息,节省了调度员处理事故的宝贵时间。

3)主动性。自动识别电力系统的运行状态和发生的事件,提出预警,便于调度员提前采取预防性对策,把安全和灾变问题解决在孕育阶段。

4)实用性。根据当前电网运行状态,针对电网正常运行和事故时调度最关心的问题给出相应的实时控制策略。

5)可视化。采用可视化方式展示电网预警及故障处理结果,便于调度员对电网运行的直观把握。

2　系统功能

地区电网调度智能辅助决策系统涵盖电力系统事前、事中、事后3个连续性过程,主要功能包括智能监控预警、事故辅助决策、可视化3个方面。211　智能监控预警

在电网正常运行状态,智能监控协助调度员准确地把握电网监控要点,按照单个设备、稳定断面、系统3个层次对电网的薄弱环节进行分析预警,并提供有效的电网调整策略。地区电网调度智能监控预警总体功能结构如图2所示。

备运行状态进行电压、潮流等遥测信号的验证,保证设备运行状态分析准确。

2)电网稳定断面智能监视预警。根据电网当前网络拓扑的变化,自动识别设备运行状态,结合季节、线路潮流等条件因素,实时选择正确的稳定控制断面及相应的稳定限额值进行稳定监控。根据实时数据及稳定限额的匹配结果,计算断面实时值,并对断面重载、越限等情况给予提示。

3)电网运行状态分析与安全预警。通过对电网实时运行状态的监控、安全分析和潮流计算进行地区电网运行状态的多侧面的“分诊”预警,提醒调度运行人员系统的监控重点,并结合灵敏度分析软件和校正计算软件进行监控控制策略的制定,从而实现对电网运行薄弱环节的监控与预警。

4)智能校正控制及自愈。对于智能监视发现的电网薄弱环节给出相应的校正控制措施。对于220kV及以上电压等级电网和110kV及以下电压等级辐射电网,由于运行方式不同,具有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并结合规划方法,给出发电机、负荷调整的方向性意见;针对地区低压辐射网有效的调整手段通常为变换电网运行方式,实现不间断供电、消除越限。212　事故辅助决策

电网事故发生后,事故辅助决策系统协助调度员分析事故情况、找出焦点问题、消除系统越限,并提供恢复失电区供电的事故处理参考方案。地区电网事故辅助决策总体流程图如图3所示。

图2　地区电网调度智能监控预警总体功能结构Fig.2　Functionarchitectureofintelligentmonitorandearly2warningaboutregionalpowergrid

图3　地区电网事故辅助决策总体流程

Fig.3　Frameworkflowofurgencyaideddecision2making

aboutregionalpowergrid

智能监控预警功能包括以下几个方面。

1)设备运行状态分析。根据调度自动化系统采集的开关及刀闸位置遥信信号,主动判断电网中开关、线路、母线、主变等一次设备的运行状态,并对设

事故辅助决策包括以下步骤:

1)电网信息的侦听与甄别

电网中的信息类型很多,需要进行信息定制以剔除多余干扰。侦听的电网信号类型包括开关变位、刀闸变位、开关遥控、遥调信息、标志牌操作、保

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护类开关节点、保护状态与动作信号、事件顺序记录(SOE)内容等。其中有些信息来源于调度自动化系统,有些信息来源于保护信息管理系统。

信息的甄别需要对多种因素进行综合考量,以避免对事故的错误认定或漏判。开关变位信号、保护动作信号、潮流扰动信号间具有一定的关联性。通过开关变位信号,结合拓扑分析可以发现停电区域,然后再结合潮流扰动信息、保护动作信息进行对比分析,进而可以界定开关变位的性质:故障扰动、人工操作、错误信息等。

2)电网故障诊断

电网故障诊断以发现失电区作为故障诊断的启动条件。在继电保护故障信息和调度自动化系统中遥信变位信号的支持下,进行实时的网络拓扑分析,首先定位到故障区域。对于简单故障,故障区域只包含1个故障元件,可直接定位到故障元件;对于复杂故障(开关或保护拒动、误动),结合保护动作信号,可定位故障元件;在保护动作信号不完整的情况下,对于停电区域系统可计算出停电区域各元件的故障可信度,按故障可信度由大到小进行排队,并由调度员根据现场的检查汇报结果,最终确定故障设备。

3)电网事故恢复决策

电网事故恢复决策统计故障后的停电区域、厂站、损失负荷值、待恢复停电区域、故障后系统设备越限等信息。对于待恢复失电区,首先搜索所有供电恢复路径,得到候选方案,在候选方案的基础上根据用户设置的约束条件进行过滤,最终得到一个符合目标函数的最优恢复路径方案。对于越限设备,基于灵敏度原理,给出消除越限的措施。同时,对故障后的电网进行风险评估,给出故障后电网的薄弱点,并给出相应的校正控制策略。213　可视化

可视化调度是电网调度发展的必然趋势。调度可视化显示数据来源于地区电网调度智能辅助决策系统分析决策结果。可视化采用面向对象设计,借助于计算机图形理论和技术,为电网正常运行状态下的预警以及事故决策提供直观有效的展示手段,能够更好地满足运行人员监视、控制的需要。可视化的在线监控软件已经成为电网调度自动化系统的发展热点。地区电网调度智能辅助决策系统可视化包括电网智能监控预警可视化及事故辅助决策可视化。

电网正常运行状态下预警可视化仅显示调度员最关心的多侧面电网薄弱信息,对其进行整合展示,—110

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薄弱环节的可视化信息可以叠加,调度员通过该模式能够全面掌握电网的薄弱环节。

事故处理智能可视化基于地理接线图通过醒目的事故图标对事故进行可视化展示,根据事故总信号等信息通过光润效果对事故的范围进行锁定,基于故障定位的结果对具体的故障地点进行可视化定位,在事故区通过图像热点提示显示故障损失负荷及处理统计结果。在可视化故障恢复方案中,通过经沿线路的箭头对恢复的路径进行展示,当有多个备选方案时,可以在箭头中显示备选序号,通过恢复路径上的图像热点提示显示恢复方案计算信息。

3　实用化实现

地区电网调度智能辅助决策系统在现场实施时遇到了很多工程问题,这里只讨论比较典型的问题以及解决方案。311　故障诊断实用化

由于远动通道、信号传送延迟(有的开关变位信号很长时间才上传到控制中心)、信号采集不全(有的控制中心只有事故总信号,而没有保护信号)等,故障诊断面临的问题非常复杂。故障诊断实用化,是智能辅助决策工程实际中必须考虑和重点解决的问题。实用化的故障诊断实现的总体程序流程如图4所示。

图4　实用化的故障诊断实现总体程序流程Fig.4　Over2allflowchartofpracticalfaultdiagnosis

为实现故障诊断的实用化,采用以下处理方式。1)多线程报文处理流程

故障信息不丢失是故障诊断的前提。为此,故障诊断预处理(接收消息)与故障诊断分别由2个线程处理。故障诊断预处理线程收到的信号放到一个临时缓冲区中,故障诊断每次针对信号接收进程的缓冲区序列依次处理。

2)故障报文切割

根据现场实际情况,设备故障导致的开关变位以及保护动作在一定时间T内完成,之后电网进入一个平静期,因此可以认为平静期前收到的信号为

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当前时间段内发生的故障(可能为多故障)涉及到的

动作信号。通过对现场故障的分析及总结,目前取T=30s内无开关变位为系统平静期,满足故障诊断要求。以当前收到的开关作为计时起点,若30s内没有开关变位动作,则认为该次开关变位动作周期结束,可以进入故障诊断流程;若在30s内又收到新的开关变位,则以新开关变位时间作为新的计时起点继续等待。

3)多信息源问题

对于同一个开关分闸,在信息完备的情况下会收到遥信变位和SOE这2类信息,在一种信息源头丢失报文的情况下,可以由另外一类补充;同样的保护动作信号在2类消息类型中可能都有反映。因此,开关和保护信号可以利用控制中心调度自动化系统和保护信息管理系统的信息进行相互补充。在30s计时期间,以开关变位信号及SOE中最近的一个时间作为计时起点。312　故障恢复决策实用化

地区电网智能调度故障恢复是一个带约束的多目标优化问题,目标函数有故障恢复的操作开关数最少、供电恢复后系统的备用容量最大等,约束条件包含了潮流限值、电压限值、拓扑关系等。现阶段大多数采用基于人工智能的启发式方法求解,将供电恢复这一局部问题的求解化为整个地区电网的全局问题的求解,因而其效率不高,难以满足地区电网供电恢复的实时性要求;此外,优化算法的稳定性不高导致其结果的随意性较大,使得最终算法优选的方案与实际调度采用的方案有区别,因而难以实用化。另外,在处理拓扑约束时(如避开有标志牌的拓扑路径、保证地区电网分裂运行等),常规的优化算法有难度。

本文故障恢复采用局部全空间的拓扑搜索原理,将拓扑搜索范围限定在地区电网待恢复区及其周围区域;此外,采用基于反射原理的有向图着色方法可以精确定位任意两点之间的关键路径,剔除无关的分支路径。由于地区电网一般是开环运行,而且任意负荷其现实的转供电源点一般为4个～6个,因此,结合本文采用的搜索方法以及穷举法可以获得最高的问题求解质量,而其所花费的时间比全局问题求解的优化方法要少得多。

业务支撑手段,为坚强可靠、高效经济、清洁环保的智能输电网提供强有力的技术支撑。

地区电网调度智能辅助决策系统是智能调度的核心高级应用辅助决策软件之一,为未来智能调度的实现奠定了很好的基础。目前,按照该原理实现的地区电网调度智能辅助决策系统软件在青岛、深圳、无锡等大中城市电网调度中心获得推广使用并取得了良好的效果。参考文献[1]葛正翔.“建设坚强智能电网”研究成果发布//2009特高压输电

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4　结语

智能调度综合运用各种先进科技和智能化手

段,对电网进行主动式、智能化的监视、分析、预警、辅助决策和自动控制,面向调度中心运方、继电保护、调度、计划、自动化等全业务专业,提供智能化的

力系统自动化,2009,33(17):16220.

YAOJianguo,YANSheng,YANGShengchun,etal.PracticeandprospectofintelligentdispatchwithChinesecharacteristics.AutomationofElectricPowerSystems,2009,33(17):16220.

),男,通信作者,高级工程师,主要研究杜红卫(1974—

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—

2010,34(2)　

系统自动化运行管理。E2mail:hy_msgs@sc.sgcc.com.cn

),男,高级工程师,主要研究方向:电力张瑞鹏(1965—系统分析应用软件。E2mail:zhangrp@naritech.cn

方向:电力系统分析应用软件及配电自动化。E2mail:duhw

@naritech.cn

),男,高级工程师,主要研究方向:电力何　勇(1970—

DesignofRegionalPowerGridDispatchingIntelligentAidedDecision2makingSoftware

DUHongwei1,HEYong2,ZHANGRuipeng1,HANTao1,XUXi1

(1.NARITechnologyDevelopmentCo.Ltd.,Nanjing210061,China;2.SichuanElectricPowerCorporationMeishanCompany,Meishan620010,China)

Abstract:Theregionalpowergriddispatchingintelligentaideddecision2makingsoftwarecoversthreecontinuousprocesses,includingearly2warninginadvance,faultdiagnosisunderwayandrestorationaftertheevent.Theweakpointofpowernetworkisanalysisedfromthethreelevelssuchasequipmentstatesmonitor,stabilitysectionmonitorstaticsecurityanalysisandsystemwarning,andkeyregionpowergridmonitoringpointcanbeaccuratelygraspedtoderivecorrespondingoptimalcorrectionstrategies.Thefaultreportiscreatedbasedonbreakerstatechangemessage,relaymessageandtopologicalanalysisbasedfaultscopediagnostic,andtherestorationstrategyaboutoutagesectioninurgencyiscreated.Thedispatchingintelligentaideddecision2makingsoftwarehassomeimportantcharacteristicssuchasintelligence,practicability,imitativenessandvisualization,whichcaneffectivelyenhancetheabilityofcontrollingthelargepowergrid,shortenthefaultprocesstime,andatlastupgradepowerdispatchfromexperienceanalyticalmodetoautomaticintelligentmode.

Keywords:powersystem;intelligentdecision2making;intelligentmonitor;faultdiagnosis;faultrestoration;visualization

(上接第97页　continuedfrompage97)

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),男,通信作者,博士研究生,主要研究朱卫平(1983—

方向:分频风力发电。E2mail:zwp_xjtu@163.com

),女,教授,博士生导师,主要研究方向:王秀丽(1961—

电力系统规划、电力市场及风力发电。

),男,中国科学院院士,教授,博士生导王锡凡(1936—

师,主要研究方向:电力系统规划、分析与新型输电方式。

OptimalWindPowerOutputControlofaFractionalFrequency

Wind2powerGenerationSystemConsideringTransmissionandDistributionEquipments

ZHUWeiping,WANGXiuli,WANGXifan

(Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China)

Abstract:Avariable2speedvariable2frequency(VSVF)operationalmodefortheinductiongeneratorwindturbinesystemisproposedbasedonthefractionalfrequencypowergeneration&transmissiontechnique.Acontrolstrategyaimedatoptimizingwindpoweroutputusingthevectorcontroltechnologyisintroducedwithoutmeasuringthewindvelocity.AVSVFwind2powersystemmodelisdevelopedwithPSCAD/EMTDC,consideringtheeffectofwakeeffectsonthewindturbinecoefficient.Basedonthemodel,twotypesofcontrolstrategy,i.e.optimalwindpoweroutputcontrolstrategyandoptimalwindpowercapturingcontrolstrategyareanalyzedandcompared.Simulationresultsdemonstratethattheoptimalwindpoweroutputcontrolstrategyismoreefficientthantheoptimalwindpowercapturingcontrolstrategyinimprovingtheoutputpowerquality.

ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50777052).Keywords:powercoefficient;inductiongenerator;variable2speedvariable2frequency;controlstrategy

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