智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)實時監(jiān)控與預警的應用

特高壓交直流電網(wǎng)持續(xù)投運使得各級電網(wǎng)的電氣聯(lián)系越來越緊密。智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)實時監(jiān)控與預警類應用為電網(wǎng)的實時在線監(jiān)視、運行分析、操作和控制等提供了核心支撐，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要技術(shù)保障。

近年來國家電網(wǎng)公司（國網(wǎng)）和南方電網(wǎng)公司（南網(wǎng)）系統(tǒng)已在省級以上調(diào)控中心建成了智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)并向市級調(diào)度機構(gòu)推進部署。實時監(jiān)控與預警作為四大類應用中的重要實時應用，直接影響到調(diào)控業(yè)務的正常開展。目前圍繞實時監(jiān)控與預警類應用已形成了國網(wǎng)、南網(wǎng)各自的企業(yè)標準，彼此之間有共通之處，但功能特點各有不同，尚無行業(yè)標準對該類應用進行統(tǒng)籌規(guī)范。這不利于總結(jié)實時監(jiān)控與預警類應用在各地運行實用化過程中取得的成果，無法在行業(yè)范圍內(nèi)形成合力促進優(yōu)秀技術(shù)成果的繼承共享和相互推廣，因此繼續(xù)亟需統(tǒng)一行業(yè)標準以指導業(yè)內(nèi)運行、研發(fā)等單位開展工作，推進系統(tǒng)的標準化和規(guī)范化建設。鑒于此，2015年1月14日國家能源局下達了文件將其列入2015年行標制修訂計劃。

國家電網(wǎng)公司國家電力調(diào)度控制中心（國調(diào)中心）、中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心（南網(wǎng)總調(diào)）、國家電網(wǎng)公司華北分部和其他參編單位為適應電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和調(diào)度業(yè)務轉(zhuǎn)型，在參考相關(guān)國標、行標的基礎上，本著先進性、成熟性和適用性的原則，總結(jié)了近年來該類應用研發(fā)和建設已取得并獲得廣泛應用的成果經(jīng)驗，首次編制了DL/T 1709.4-2017《智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第4部分：實時監(jiān)控與預警》。本規(guī)范共分為8章，本文依據(jù)規(guī)范的主要章節(jié)對實時監(jiān)控與預警類應用的關(guān)鍵功能和技術(shù)要求進行解讀。

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02 總則

范圍和規(guī)范性引用文件

該標準規(guī)定了智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)實時監(jiān)控與預警類應用的組成及各應用的功能要求，明確了其適用于各級智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)實時監(jiān)控與預警類軟件的設計、開發(fā)、建設、運行和維護各環(huán)節(jié)工作。該規(guī)范引用了與實時監(jiān)控與預警應用相關(guān)的最新國標、行標和國家文件。

術(shù)語、定義符號和代號

由于實時監(jiān)控與預警類應用概念較多，為力求在內(nèi)容和形式上與相關(guān)標準保持一致且突出重點，該規(guī)范在參照GB/T 33590.2-2017《智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)術(shù)語》的基礎上，僅對駕駛艙類應用、調(diào)度計劃類應用、網(wǎng)絡分析、在線安全穩(wěn)定分析、自動發(fā)電控制、自動電壓控制等關(guān)鍵術(shù)語進行說明。

總體原則和接口要求

該規(guī)范將該類應用分為電網(wǎng)實時監(jiān)控與智能告警、電網(wǎng)自動控制、電網(wǎng)運行分析與決策、輔助監(jiān)測四類。其功能共同點是可實現(xiàn)電網(wǎng)運行的監(jiān)視和故障診斷、實時跟蹤運行風險并閉環(huán)優(yōu)化控制、提出預控策略并分析評價運行的安全和經(jīng)濟性等。

根據(jù)安全防護要求，實時監(jiān)控與預警應用在I區(qū)通過防火墻與II區(qū)隔離，通過單向隔離裝置與III區(qū)隔離，并能向調(diào)度計劃和調(diào)度管理應用輸出所需的各類信息，也可向電網(wǎng)運行駕駛艙輸出電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、故障信息等關(guān)鍵性能指標（key performance indicator，KPI）信息并從中獲取其結(jié)果。

03 電網(wǎng)實時監(jiān)控與智能告警

電網(wǎng)運行穩(wěn)態(tài)監(jiān)控

穩(wěn)態(tài)監(jiān)控是智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的基本功能，可處理各類模擬量和狀態(tài)量，支持旁路代、對端代、狀態(tài)估計代等操作以及多源數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)質(zhì)量碼處理并可對遙測遙信采樣查詢。穩(wěn)態(tài)監(jiān)控對設備和斷面的狀態(tài)動態(tài)拓撲著色功能直接影響運行人員對電網(wǎng)狀態(tài)的判斷，且應能靈活配置（見圖1）。穩(wěn)態(tài)監(jiān)控還需支持斷路器、隔離開關(guān)和分接頭的遠方控制和調(diào)節(jié)以滿足電網(wǎng)運行中遙控的需求。

電網(wǎng)運行動態(tài)監(jiān)視與分析

動態(tài)監(jiān)視與分析是穩(wěn)態(tài)監(jiān)控的重要補充，具備動態(tài)和穩(wěn)態(tài)量測對比、壞數(shù)據(jù)辨識、公式定義和提供計算庫的能力。該模塊能提供相角測量歸算、機組運行狀態(tài)監(jiān)視，支持相角參考個性設置。此外，應提供母線平衡、斷面監(jiān)視、量測及相角差越限告警及屏蔽功能。

主站間PMU實時及歷史數(shù)據(jù)的遠程調(diào)閱為近年來實用化過程中的新增功能。隨著特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)特性的日益復雜，低頻振蕩監(jiān)視、在線擾動識別、機組一次調(diào)頻及勵磁系統(tǒng)性能分析監(jiān)視等在運行中也逐步實用化，發(fā)揮著愈來愈大的作用。

繼電保護設備在線監(jiān)視與分析

繼電保護設備在線監(jiān)視與分析應能實時處理保護設備狀態(tài)量、模擬量、事件/定值/軟壓板信息、故障錄波等以及異常告警、自檢、動作和通信狀態(tài)等信息，從而正確顯示保護設備的運行狀態(tài)及動作，確保發(fā)生故障時給出故障簡報并提供給綜合智能告警。當前保護信息已成為綜合智能告警重要的數(shù)據(jù)源之一。該模塊可支持保護設備定值等信息的查詢召喚，具備裝置遠程操作能力及必要的安全機制，具備一定的智能分析能力。

安全穩(wěn)定控制裝置（系統(tǒng)）在線監(jiān)測

安穩(wěn)裝置在線監(jiān)測能提供裝置運行方式監(jiān)視，如壓板狀態(tài)、允切狀態(tài)、可切負荷和機組量、直流最大可提升和回降量等運行方式信息以及通道狀態(tài)、異常告警、裝置動作等信息，并能提供安控裝置（系統(tǒng)）的動作行為和異常狀態(tài)的統(tǒng)計分析及事件告警，具備當值策略控制量不足的告警功能，支持召喚定值和策略表描述文件等。安穩(wěn)裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)是為應對電網(wǎng)迅速發(fā)展后安自裝置數(shù)量增多、復雜性增強的局面提出的技術(shù)新舉措。目前在各地的建設及實用化進展程度不一。

綜合智能分析與告警

綜合智能分析與告警改變了故障時依靠廠站運行人員電話匯報調(diào)度的傳統(tǒng)模式，可第一時間分析產(chǎn)生設備跳閘等系統(tǒng)異常告警，還可結(jié)合保護信息產(chǎn)生保護設備異常告警，可結(jié)合網(wǎng)絡分析和在線安全穩(wěn)定分析等產(chǎn)生電網(wǎng)運行預警，可結(jié)合水電或新能源檢測管理系統(tǒng)產(chǎn)生氣象水情預警，可結(jié)合雷電定位系統(tǒng)產(chǎn)生雷電預警信息。如圖2中的云彩即為雷電告警示意，左側(cè)為故障相關(guān)穩(wěn)態(tài)、PMU、故障測距等信息，右側(cè)為結(jié)合地理潮流圖對故障點定位的可視化展示，下方為故障相關(guān)廠站圖及故錄簡報等信息。

綜合智能告警可提供規(guī)范的告警信息格式，支持可靈活配置的告警邏輯庫和關(guān)聯(lián)推理，并可觸發(fā)高級應用分析計算。隨著近年來調(diào)控一體化的推進，該功能逐步實現(xiàn)了系統(tǒng)間告警的實時校驗和推送并可根據(jù)需要實現(xiàn)跨系統(tǒng)訂閱本調(diào)機構(gòu)所關(guān)心的告警。告警信息推送支持信息行、變色閃爍、推圖、語音等多種形式以便第一時間告知運行人員。

04 電網(wǎng)自動控制

隨著大電網(wǎng)特性的日趨復雜，傳統(tǒng)的人工控制模式已不再適用，電網(wǎng)自動控制模塊的作用凸顯。

自動發(fā)電控制

自動發(fā)電控制（automatic generation control，AGC）功能支持分級控制建模和多區(qū)域多目標控制，包括斷面、調(diào)峰約束目標，可支持多級目標自動優(yōu)化調(diào)整和單機/全廠控制方式及梯級水電廠的多廠控制方式。隨著新能源的快速發(fā)展，風電、光伏AGC應支持新能源場站作為控制對象，且AGC在控制模型校驗更新時不應影響實時控制。

AGC運行狀態(tài)包括在線、暫停、離線，其數(shù)據(jù)采集、控制命令周期等可設。根據(jù)實際控制需求，其模式包括恒定頻率控制、恒定聯(lián)絡線功率控制和聯(lián)絡線和頻率偏差控制，同時支持接收遙測區(qū)域控制偏差（area control error，ACE）和ACE濾波，如當前華北區(qū)域省級電網(wǎng)均采用華北網(wǎng)調(diào)計算下發(fā)的ACE進行實時控制。在計算區(qū)域調(diào)節(jié)功率時應考慮時鐘誤差和無意交換電量等校正分量，如圖3所示，它將AGC最核心的計算過程和控制邏輯用直觀形式進行說明，并將中間變量的計算數(shù)據(jù)進行展示。

隨著分布式能源的快速發(fā)展，AGC應支持場站群構(gòu)成的虛擬對象。在運行需要時或測試時可采用手動模式。它支持區(qū)域及機組性能指標、頻率、交換功率、ACE等合格率計算并可提供機組響應測試。為保證機組運行的安全性，指令應經(jīng)過嚴密驗證及校驗執(zhí)行，如指令修改權(quán)限不賦予無關(guān)人員。

自動電壓控制

自動電壓控制（automatic voltage control，AVC ）支持分級分區(qū)協(xié)調(diào)和中樞/控制母線建模并可設定電壓計劃，可修改不同時間及方式的目標，支持優(yōu)化變量和約束條件的修改校核。其無功優(yōu)化是在滿足安全約束前提下以網(wǎng)損最小為目標給出中樞母線電壓和關(guān)鍵聯(lián)絡線無功設定值、優(yōu)化前后網(wǎng)損和控制變量的對比結(jié)果以及是否滿足約束條件的情況。AVC能自動劃分控制分區(qū)，實現(xiàn)分區(qū)無功備用、母線、無功設備和主子站工況的監(jiān)視。變電站可選擇分散或集中控制模式。AVC支持連續(xù)或離散調(diào)節(jié)，具備開閉環(huán)模式及系統(tǒng)、廠站、設備級閉鎖。近年來伴隨電網(wǎng)耦合的加強，各級AVC基本實現(xiàn)了上下級協(xié)調(diào)以達到無功分層分區(qū)平衡，且當上下級主站失聯(lián)時可自動切換至本地模式以確保穩(wěn)定。