电力调度运行方式及稳定限额自动匹配系统的设计与实现

文/张锋　姜源　李渝　樊国伟　庞传军　印欣

随着电网规模的逐渐扩大、电网结构的日益紧密，电网拓扑结构及运行方式复杂多变，给电力系统安全运行带来了很多问题。研究不同运行方式对于电力系统安全、经济、优质运行具有重要意义。

断面稳定限额是电网安全可靠运行的重要边界条件。电力系统在不同的运行方式下，断面限额会发生相对应的变化。特别是随着大规模风电机组等清洁能源的集中接入，使得电网的运行方式复杂多变，导致重要断面的限额经常随着运行方式的改变而变化，严重影响智能告警、发电计划、安全校核等模块的实用性和准确性。

在电网出现设备故障或切换运行方式时，如何为调度人员提供准确的越限告警并减少误告，整体提高系统告警的准确性成为急需解决的问题。

调度计划系统在制定发电计划时需要自适应的电网安全运行约束，确保发电计划的结果能够有效地解除各种越限，确保发电计划的可执行性。日前、日内和实时发电计划模块需要自适应的电网运行约束，确保在断面稳定约束的条件下以一定的优化目标生成发电计划，减少阻塞等影响电网安全情况的发生。安全校核模块需要各断面准确的限值，实现更加准确的量化安全校核，使得发电计划、检修计划的安全校核结果更加准确，以保证电网安全。

1　运行方式与断面限额管理研究现状

图1：运行方式及稳定限额自动匹配系统架构

当前在关于调度操作开票、电力系统故障诊断、继电保护整定计算等电力系统应用软件开发方面已经有了广泛深入的研究，有关电网运行方式自动匹配及动态限额调整类应用软件的研究较少，目前国内有关这方面的应用软件开发当中，趋向于以下几类情况：

（1）突出运行方式的管理智能，主要基于办公自动化领域的 MIS 管理的工作流的一种方法，即 MIS 的制作单位从运行方式的管理方面做了一定的工作，实现了运行方式业务作为调度业务整体流程的一个环节与其它环节衔接的数据流管理，忽略了方式编排的中间过程，实际上是实现了方式编排的管理职能的自动化，不具备运行方式的辅助决策功能。

（2）以 SCADA（数据采集与监控系统）或WAMS（广域测量系统）为基础，开发出的一些应用软件。方式人员可以利用软件提供的一些电力系统基础计算的功能或一些离线的电力系统运行分析功能从事方式编排活动。但从应用角度出发，这些应用软件往往不是针对电网运行方式编排人员开发的。

（3）存在针对特定电网的关于运行方式编制过程当中的某个层面的应用软件系统。这些软件有了一定的辅助决策的功能，能起到一定的决策支持作用。该类软件主要是针对运行方式编制过程当中的某些层面进行开发的，整体表现出功能的可扩展性、移植性较差，实用效果较弱。

国外文献关于故障诊断、电网调度操作开票等方面的软件系统研究较多，电网运行方式自动匹配的应用软件系统研究较少。

总的来说，当前电网运行方式编排类电力系统应用软件方面的研究主要存在以下问题：

（1）关于智能逻辑推理思想实现电网运行方式匹配的基础理论及算法方面的研究较少；

（2）当前出现的涉及到运行方式编排活动的具有一定的辅助决策功能的应用软件的专业针对性不强，智能化的逻辑推理水平低，实用效果不理想；

（3）软件功能的移植性差，复用水平低。整体上可归纳为该类软件系统的研究当中，从智能逻辑推理层面上提供辅助决策功能的研究少，专业针对性弱，软件复用水平低。

2　运行方式及稳定限额自动匹配系统设计

2.1　系统总体思路

系统基于智能电网调度控制系统平台建设，平台为应用提供统一的模型、数据、CASE、网络通信、人机界面、系统管理等服务。实时态运行方式及稳定限额的自动匹配主要是利用定义的运行方式和断面，以及不同运行方式下的限值，实时根据电网设备的遥信遥测值、设备工况以及电网模型具体的变化情况，完成对当前电网运行方式及相关限额解析。当电网运行方式发生变化时，迅速生成新断面、更新限值，发现越限时产生告警。未来态运行方式及稳定限额自动匹配根据设备检修计划或者预想事故，以电网典型方式为基础进行潮流分析计算确定未来一段时间内断面的运行方式及限值。系统总体架构如图1所示。

2.2　实时运行状态下动态限额调整

实时运行状态下动态限额调整是利用已定义的运行方式和断面，以及不同运行方式下的限值，实时根据电网设备的遥信遥测值、设备工况以及电网模型具体的变化情况，完成对当前电网运行方式的自动匹配及相关限额解析。当电网运行方式发生变化时，迅速生成新断面、更新限值，发现越限时产生告警。

为满足运行方式自动匹配系统的数据源需求，数据管理模块从智能电网调度控制系统平台、调度信息管理系统(OMS)、调度自动化系统(EMS)等获取各类基础数据，并通过数据校验和格式转换等处理，形成规范、统一的运行方式自动匹配数据源。

表1：断面极限示例数据

图2：实时匹配流程图

系统计算分析所需的数据类型主要包括检修上报数据、调度计划数据、电网运行数据，其数据接口如下：

（1）从调度信息管理系统获取上级调度部门下达的检修计划、各检修工区上报的设备检修任务等检修申报数据；

（2）从检修票管理系统获取设备实际检修时间、检修进度等检修执行反馈数据；

（3）从EMS系统获取电网设备参数、网络拓扑模型、实时状态估计数据和历史运行数据、断面信息等。

上述来自不同软件系统的基础数据本身可能存在不良数据、数据遗漏等问题，对运行方式自动匹配的准确性产生较大的影响。因此，系统根据各类数据的传输存储方式及其特点，结合长期调度计划运行实际情况中各类数据值合理范围的判断，总结形成如下校验规则:

（1）机组可调范围校验规则：最大可调出力要小于最大技术出力；最小可调出力要大于其最小技术出力；最大可调出力不小于最大技术出力与系统的乘积，一般设为0.5。

（2）设备检修校验规则：设备的检修起始时间要超前于检修结束时间；设备检修计划时间跨度要在当前计划日期内；同一设备不能存在多条检修计划并且时间跨度不能存在重叠。

校验不成功的少量数据由人工调整后进行重新校验，直至全部数据均通过数据校验。然后，通过数据解析和格式转换，并对其中存在相同设备的各类数据进行基于设备名称的匹配映射，整合形成以EMS电网模型数据格式为基准的数据源。

图3：未来态匹配流程图

运行方式自动匹配系统的实时匹配运算是每五分钟进行一次计算，如图2所示，每次计算过程如下：

从试验结果可以看出，两组沥青混合料均表现出良好的水稳定性。加入MY沥青砂添加剂后，沥青混合料的劈裂强度比增大，表明加入MY沥青砂添加剂的沥青混合料的抗水损害能力比未添加MY沥青砂的沥青混合料抗水损害能力高，进一步说明MY沥青砂添加剂的掺入改善了沥青路面的水稳定性能。

（1）读取断面信息，包括断面包含的设备等；

（2）读取运行方式，读取每个断面的所有运行方式；

（3）运行方式匹配，读取实时电网模型的数据，根据断面中设备在电网设备的遥信遥测值、设备工况等与断面每个运行方式的条件，进行匹配；

（4）匹配完成，得到每个断面当前的运行方式及限值；

（5）生成E格式文件，将所有断面匹配完成的结果生成E格式文件；

（6）智能告警，向智能告警发送E文件。

2.1　考虑检修和预想事故的限额自动调整

考虑检修和电网预想事故的限额自动调整是根据设备检修计划或者预想事故，以电网运行的典型方式为基础进行潮流分析计算确定未来一段时间内的运行方式及限额，如图3所示，计算过程如下：

（2）选择检修计划，添加匹配运算中需要考虑的检修计划；

（3）读取断面信息，包括断面包含的设备等；

（4）读取运行方式，读取每个断面的所有运行方式；

（5）运行方式匹配，根据模拟的未来态电网模型的数据，进行潮流计算；

（6）匹配完成，得到每个断面当前的运行方式及限值；

（7）生成E格式文件，将所有断面匹配完成的结果生成E格式文件；

（8）向发电计划发送E文件，提供参考数据。

3　运行方式及稳定限额自动匹配系统实现

运行方式及稳定限额自动动态匹配系统，实现了正常方式、断面潮流、设备断开、机组开停、单主变运行等多种运行方式的定义和管理功能，并支持设备间的组合、断面间的组合以及断面混合组合等多种组合形式的断面定义管理功能。

3.1　断面管理

包括稳定断面的定义、修改、删除功能。可以按照地区对稳定断面进行分类。稳定断面可由设备组成，也可以由设备和其他已定义断面共同组成，稳定断面定义中具备对象化的设备选择功能，设备类型机组、变压器、母线、开关、刀闸、线路等一次设备及稳控装置、安全自动装置等二次设备。所选设备与电网一二次设备库进行关联。断面属性包括所属设备、断面方向和有功系数等。

断面管理界面如图4所示。

3.2　运行方式管理

运行方式管理支持同时定义管理多种运行方式的条件，支持正常方式、检修方式等电网运行方式的电子化定义。如图5所示，线路可以选择的运行方式包括正常方式、断面潮流、线路断开、电厂开停及单主变运行。根据不同的要求，在电网运行方式定义中，支持线路+主变等设备间的组合、断面+断面等断面间的组合以及断面+设备等断面设备混合组合等多种组合形式。

每条运行方式定义，可定义的极限包括静稳极限、稳控投入夏季、稳控投入冬季、稳控退出夏季、稳控退出冬季、冬季反向极限与夏季反向极限等，示例数据如表1所示。

3.3　稳定限额和越限告警可视化展示

运行方式及稳定限额自动匹配系统提供断面实时运行方式匹配结果的展示功能，采用基于地理信息的可视化组件，为电网运行方式和断面限值的可视化展示提供方便快速的解决方案，能够将当前所有断面的运行方式及限值展示出来，并展示断面的越限情况，实时将当前越限断面在网架接线图中展示出来，如图6所示。

3.4　数据接口

该系统需要获取智能电网调度控制系统平台电网模型的QS文件，平台将电网QS文件通过小邮件发送到指定的目录下。系统定时扫描该目录下QS文件是否存在，如果存在则开始实时匹配断面运行方式，匹配完成后删除文件。支持运行方式匹配结果导出功能，可以导出Word、PDF、E文本等多种格式。

系统按照一区智能告警的要求将匹配结果生成E格式文件，将匹配结果写入智能电网调度控制系统平台中。将匹配的结果采用E格式文件的形式发送给发电计划系统，发电计划系统可解析E文件并使用匹配结果作为发电计划编排的约束条件。项目建设的运行方式及稳定限额自动匹配系统已在新疆电网投入运行并取得良好效果，有效地支撑了调度部门的工作。系统页面响应速度小于3秒，支持100名用户的并发访问，系统的全年可用率不低于99.9%。

图4：断面管理界面

图5：运行方式管理界面

4　结语

本项目的开展具有积极的科研价值和工程意义, 主要目标是解决在电网运行方式复杂多变的情况下，断面稳定限额不准确的问题，通过对运行方式的自动匹配进行断面限额的自动调整，提供智能告警依据和发电计划编排约束条件，为大电网安全稳定运行提供理论储备和技术保障。

系统设计合理，功能完善，使用方便，支持断面及运行方式数据的电子化，完成运行方式和断面限额的自动匹配，断面越限通过可视化展示功能实时显示。同时，此系统设计具有很好的通用性，可广泛应用在其它电力调度中心智能电网调度控制系统中。

图6：越限断面可视化界面