国家电力调度控制中心 郭建成等：大电网全局监控内涵与关键技术

大电网全局监控内涵与关键技术

DOI: 10.7500/AEPS20171124001

郭建成，南贵林，许丹，庄卫金，闪鑫，赵林，杨胜春

以广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控为特征的新一代电力系统正在形成，其结构形态和系统特性发生重大变化，相应运行控制和管理模式将产生根本性变革，电网调度控制技术支撑能力面临全新挑战。

1）电网运行模式呈现整体性，要求提高全局态势感知和风险防控能力。随着特高压电网加快建设，跨区跨省电网联系更加紧密，交直流、送受端、不同电压等级之间的相互影响和制约进一步增强，局部故障影响全局化，对全局态势感知和风险防控能力提出了更高的要求。

2）电网运行特性呈现复杂性，要求提高电网统一协调控制能力。随着风电、光伏以及直流的大规模投产，电网的电力电子化特征愈发凸显，电网稳定形态愈加复杂。送端新能源机组大量投产，受端直流大规模馈入，送受端常规火电机组被大量替代，导致系统转动惯量减小，系统抗扰动能力不断弱化，对电网的统一协调控制能力提出了新的要求。

3）外部影响呈现多重性，要求提高对外部环境变化的适应能力。市场化改革不断深入，对电网调度产生深远影响，调度控制面临保障电网安全运行和市场有序运作的双重压力；频发的极端恶劣天气和自然灾害，以及日益严峻的网络安全形势等外部环境的快速变化对调度控制技术支撑手段的适应能力提出了更高要求。

随着特高压交直流混联大电网快速建设，各级电网间耦合更加紧密，各级调度实时运行协同工作量快速增长，电网调度全局监控能力亟需提升。

交直流混联大电网的特性客观要求各级调度控制系统的一体化，目前调控中心独立配置电网调度控制系统，无论是软硬件配置，还是信息采集、应用决策功能等均局限在单个调控中心内部，“烟囱”化特征明显，客观上限制了全网信息的综合应用、电网全局态势感知、快速精确分析和全网统一控制决策能力的进一步提升，难以应对调控业务面临的新挑战。

一是全局态势感知和分析能力不足。电网模型和实时运行信息在各级调度控制系统间共享时效性和一致性差，全局态势感知效能不足；风险在线评估时，未能将气象、地理等外部环境信息与电网运行信息有效融合，分析决策的精准性不足；各级调度控制系统中的模型和基础信息存在不完整、不准确、不及时、不一致等问题，难以实现全局事故预想，在线分析“预想、预判”结果的准确性和实时性需要进一步提升。

二是缺乏统一协调控制。现有综合智能告警功能实现了设备故障、计划越限等及时告警，但对于复杂联锁故障，无法综合判断各类事件关联关系，难以高效支持各级调控中心协同处置，紧急控制能力不足；现有系统架构模式下，各调度控制系统独立分析决策，协同效应不足，限制了全局统一的实时决策控制和预防控制能力的提升。

三是对外部环境发展的适应能力不足。近年来，外部环境快速发展变化，现有系统缺乏对新能源消纳社会压力、电力现货市场、售电侧开放、极端恶劣天气等外部环境新要求的统筹考虑，难以适应外部环境发展的需要。

大电网全局监控支撑能力包括具有更广阔的监视范围、更多元的监视内容、更强大的实时数据处理能力、更高的数据实时性与一致性、更大寻优空间的协调控制，以及更为友好实用的辅助决策支持。具体为：

1）在监视范围方面，调控人员能掌握特高压交直流输电线路、域外电网、域外重要电源及负荷中心的运行状况、风险和故障情况，并主动采取相应的风险预防措施；

2）在监视内容方面，调控人员在掌握电网全局运行状态的基础上，还可了解实时和未来一段时间的外部运行环境与条件信息，包括气象条件、外部突发事件（如：山火、地震）等；

3）在监控实时性与一致性方面，采用更为高效快速的广域实时数据交换技术，保证全局监控所需数据的实时性和一致性；

4）在自动控制方法方面，需要充分利用互联电网多地的自动控制资源，通过建立多级调度协同控制框架，充分发挥可控负荷的控制作用，进行基于全局发电负荷的协调优化控制；

5）在辅助决策支持方面，应用建立一种面向各种调控任务的辅助决策自动导引机制，最大程度地简化调控人员的操作，为调控人员的信号处理、方式调整、越限处理和事故处置提供更为友好、规范、智能的辅助决策支撑。

1）全局监控总体架构。基于“物理分布、逻辑统一”理念，在继承原有分散部署带来的实时高效优点基础上，按照“采集控制分布、分析决策集中”的思路设计。分布式监控负责调管范围内的各类数据采集、监视和控制执行等基本功能，并为全局态势感知和控制决策提供完整可靠的信息基础；集中式控制决策通过全局分析决策中心实现，综合全局信息为各区域提供控制目标。

2）全局监控功能框架。全局监控功能主要包括监视类、控制类、分析类及全局控制决策等功能。监视类功能包括电网稳态监控、电网动态监视、变电站集中监控及气象环境监测等功能，为上层应用功能提供实时数据及告警，并接收控制命令；控制类功能包括自动发电控制和自动电压控制，基于实时运行信息，结合全局控制决策指令，实现调管范围内的电网自动控制；分析类功能基于实时运行信息，实现告警综合分析和事件处置自动导航；全局控制决策基于全局信息提供全网有功/无功优化策略。

1）电网数据的广域高速交换汇集。广域实时数据交换是指电网数据的广域交换汇集，实时数据在调控系统“单点采集处理”后实现全网“广域多点共享”，减少了数据汇集的中间环节，提高数据的实时性和一致性。

2）面向电网全局监视的数据服务。建立基于全局服务注册与快速服务定位的服务化框架。通过广域纵向服务信息同步和跨安全区的横向服务信息同步，完成服务信息的全局共享。对多源信息进行动态智能关联，根据电网实时运行状况，形成可支持用户操作的辅助决策知识库。

3）集群化SCADA。对传统主备冗余模式进行变革与提升，采用分布式数据处理方式，通过分布式任务调度策略及分布式数据处理服务，实现在单个节点上完成的任务分布到多个节点上完成，同时把原单核的任务分配到多核上并行处理，满足海量数据实时高速处理需求。并通过故障模式识别和无缝恢复技术保障分布式系统的高可用性。

4）多级调度协同、多元能源协调的自动发电控制技术。通过多级调度协同控制框架下全局优化、分区控制自动发电控制策略，基于电网运行大数据挖掘的频率控制过程和控制效能预警、评估和考核关键技术，达到大电网多级调度协调运行、备用和调节资源共享的协同控制和多源能源协调控制目标，保障特高压交直流电网安全稳定运行和新能源的优先消纳。

5）适应特高压及新能源运行需求的大电网自动电压控制技术。采用基于云模型的全网多级调度无功协同优化控制整体框架和统一建模技术，实现多级调度协同控制框架下全局优化、分散控制的自动电压控制。建立特高压大电网背景下的无功电压控制模式，满足稳态及紧急模式下的不同决策控制需求，支撑特高压背景下的全局无功电压控制。

6）电网告警综合分析与作业自动导航。通过基于事件链的跨区电网故障及扰动的故障源定位及按需推送技术，帮助调控人员实现跨区和域外电网故障及扰动的即时感知；通过调控作业自动导航的技术实现作业自动导航与告警监视、分析预警应用服务等整体联动协同；通过基于复杂事件处理与数据驱动机理的监控信号智能化分析与处置决策技术，实现面向电网监控人员的信号告警智能化分析与处置决策标准化引导。

大电网全局监控是实现全局分析、全网防控及全局优化决策的基础与前提。本文分析了电网实时监控面临的挑战和目前存在的不足，提出了大电网一体化全局监控的内涵和目标，从全局监控的体系架构、功能结构、典型应用场景等方面设计了全局监控的总体框架，并分析了要实现全局监控还需进一步突破的各项关键技术，以期为未来调度技术系统中的全网一体化监控研发提供参考。