基于态势感知的电网自动智能调度架构及关键技术分析

基于态势感知的电网自动智能调度架构及关键技术分析

李月梅

（国网金昌供电公司甘肃省金昌市737100）

摘要：智能配电网作为智能电网不可分割的一部分，正朝着具备灵活、可靠、高效的配电网网架结构，高可靠性和高安全性的通信网络，高渗透率的分布式电源接入，配电系统的快速仿真和自愈控制的总体方向和总体目标发展。分布式发电以及新能源发电的持续并入，使得智能配电网呈现更加灵活多变的趋势，输电网与配电网的联系日益紧密，为实现输配协同电网运行状态发展趋势的准确预判与发展过程的全面掌控，迫切需要提升输配协同背景下配电网的态势感知能力，为各类不确定场景下的态势安全评估与预防控制奠定技术基础。

关键词：态势感知；电网智能调度；技术

随着能源格局的变化，建设坚强智能电网是势所必然。智能电网除了必备的硬件要求外，还需要以智能调度作为有效的指挥中枢。美国电科院认为智能调度需同时满足自愈、集成、安全、交互、优化、预测、协同等目标；文献以电力混成控制论为基础，提出智能广域机器人概念，其核心思想是通过事件驱动机制实现电网的多指标自趋优运行；文献将超实时仿真作为紧急状态判断和紧急控制策略验证的手段；文献以云计算为依托，谋划了面向智能调度的高级应用架构，该架构可适应电网在空间、时间和目标三个维度上的综合预警与辅助决策。

1态势感知发展

“态势感知”（situationawareness，SA）的思想源远流长，至少可归溯到距今2500多年前中国春秋时期的《孙子兵法》一书。书中谋攻篇讲到“知彼知己，百战不殆”。军形篇则重视从度、量、数、称和胜五个方面考察和打造自身实力，形成与敌方的强弱对比。兵势篇则强调造势，适应和利用已形成的“势”，追求形成有利的“势”。始计篇既强调通过索其情制定计划的重要性，又强调因势利导：“计利以听，乃为之势，以佐其外。势者，因利而制权也”，即制定临机应变的策略以促进朝向己方有利的方向发展。总结出来就是，索其情，知其态，循其势，因利而制权，因势而利导。这不但包含了态势感知的重要内涵，还体现了态势利导的重要思想。

电力系统作为复杂的人工信息物理系统，其稳定运行离不开人们的监视和控制。近年来，世界各国在电力系统的运行控制过程中，因态势感知不足而发生的大规模停电事故日益增多，电力系统广域态势感知得到越来越多的关注。电力系统广域态势感知通过采集广域电网稳态和动态、电量和非电量信息，包括：设备状态信息、电网稳态数据信息、电网动态数据信息、电网暂态故障信息、电网运行环境信息等，采用广域动态安全监测、数据挖掘、动态参数辨识、超实时仿真、可视化等手段，进行分析、理解和评估，进而对电网发展态势进行预测。态势感知技术在电力系统中的应用尚处于起步阶段。美国联邦能源管理委员会（FERC）及国家标准和技术学会（NIST）等机构已将态势感知列为智能电网优先支持的技术领域之一。

2智能电网背景下配电网态势快速感知方法

2.1交互功率的准确预估方法

配电网中新能源出力的不确定性和间歇性，给输配协同电网的安全运行带来巨大的挑战，为评估未来不确定场景下的配电网运行状况并决策最优调控措施，需准确感知配电网的态势。通过本文所提基本思想，配电网的态势感知结果精度可靠的前提是戴维南等值参数的精确辨识，而戴维南等值参数准确辨识要求有准确的输电网状态断面，即要求输配电网间准确地交互功率。因此，准确预估输配电网的交互功率对输配协同配电网态势感知结果的精度至关重要。

2.2静态电压稳定安全态势

随着智能配电网的发展，分布式电源、新能源大量接入配电网，导致配电网状态频繁波动，时刻威胁着配电网的静态电压稳定。目前已有相关文献分别研究了输电网静态电压稳定的评估方法和配电网静态电压稳定的评估方法，研究大多侧重于系统当前状态的稳定评判。实际上节点电压稳定程度不仅与当前状态得到的电压稳定指标大小有关，还与扰动后电压稳定指标态势轨迹变化的程度相关，因此需密切关注节点静态电压稳定的态势以防发生电压失稳。

2.3基于大数据挖掘的电网运行路线辨识

电网运行路线受内部因素和外部因素的共同作用，涉及的是海量信息，进行知识挖掘应做好：1）对外部要素进行抽象、归纳，形成规范化模型（要求模型能与电网设备数据相融合，能为电网分析服务）。2）多层面数据协同处理与挖掘。要对SCADA、动态PMU、监控等结构化数据和外部要素等非结构化数据进行统一抓取和协同分析，实现最广范围的电网态势感知。3）大电网理想状态估计算法。最小二乘法的抗差性较差，需要以新的理想状态估计算法替代。

2.4电网运行的智能辅助决策

关注点是要使决策结果有效、可操作，并确保网络处于安全与经济的双赢。研究方向：1）故障自诊断与恢复。要形成电网故障快速辨识方法，并完善最优恢复供电路径搜索技术。2）优化柔性交流输电的控制策略，更好挖掘线路输送潜力。3）网络实时重构和优化。

2.5大电网分析计算问题

随着电网规模的不断扩大，基于全模型的电网分析计算如状态估计、潮流计算等不可避免地带来系统方程组“维数灾”的问题，造成求解速度慢，影响了分析与集中调控的效率。依靠单台主机计算，机器性能成为电网分析的瓶颈，分布式计算是提高分析速度与效率的方法。但是目前的分布式状态估计（SE）、分布式调度员潮流（PF）计算以及最优潮流（OPF）分布式计算均基于地理区域上的自然分解特性而开展，需要开展基于高维度矩阵分块分解特性的分布式数值计算。多周期、多时段调度计划的安全校核是目前调度自动化系统的重要电网分析应用之一。96个时段调度计划安全校核计算任务重，包括调度计划潮流计算、静态安全校核、稳定计算校核、稳定裕度评估、辅助决策计算等，计算量非常大，计算耗时长，也需要开展基于多机多核处理器的分布式并行计算研究。

3电网自动智能调度注意事项

为了适应复杂配电网的运行要求，使配电网运行从被动应对逐步转向主动智能防控，智能配电网态势感知和态势利导技术需实现以下目标。

1）能对配电网进行实时或准实时的态势感知，快速准确地判断出系统安全状态，并基于系统安全属性的历史状态纪录，为运行控制人员提供一个较为准确的配电网运行趋势。

2）具有超前预测功能，即在事件发生之前进行预测，为配电网运行管理人员制定运行策略和防御措施提供依据，做到事前防范。

3）通过采用先进算法等方式，使态势感知系统具有自学习和自适应能力，能够智能化地感知配电网运行状态，实现电网运行态势的智能化告警。

4）能够检测和预防配电网事故，并能够较高精度地检测出未知的和潜在的电网运行风险，提高对电网运行的掌控能力。

5）能够动态灵活调整和控制配电系统的运行状态，使系统状态朝向有利方向发展。

当前，主动配电网、柔性交流输电、高压直流输电等已在全国范围内开展建设，它们都属于智能电网范畴。智能电网的诸多形态和特征完全有别于传统电网，给当前的电网调度带来了重大挑战，因此迫切需要建立智能调度体系。文章在充分借鉴国内外研究成果基础上，提出以电网态势估测为核心的智能调度框架，并就实现智能调度的八项关键技术进行剖析。文章的研究点面结合、层次清晰，可作为智能调度建设的参考。

参考文献：

[1]杨胜春，汤必强，姚建国，李峰，於益军，冯树海.基于态势感知的电网自动智能调度架构及关键技术[J].电网技术，2014，01：33-39.

[2]严胜，姚建国，杨志宏，高宗和.智能电网调度关键技术[J].电力建设，2009，09：1-4.

[3]闪鑫，戴则梅，张哲，张勇，毕晓亮，葛朝强.智能电网调度控制系统综合智能告警研究及应用[J].电力系统自动化，2015，01：65-72.