核心提示 隨著新能源的大規(guī)模開發(fā)和跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，電網(wǎng)調(diào)度控制作為電網(wǎng)運行的指揮中樞，面臨跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)電氣聯(lián)系增強、運行特性日趨復(fù)雜、不確定性凸顯等挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有調(diào)度控制系統(tǒng)的自動化和智能化水平亟待提升。中國電力科學(xué)研究院有限公司以提升正常運行工況下大電網(wǎng)調(diào)控智能化水平為出發(fā)點，研發(fā)大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度技術(shù)，橫向上將電網(wǎng)調(diào)度控制的感知、評估、決策和控制等功能靈活組合、智能聯(lián)動，縱向上以任務(wù)為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)多級調(diào)度的協(xié)同控制。
什么是大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度
巡航是航空領(lǐng)域的技術(shù)術(shù)語，近年來被引入到汽車領(lǐng)域。帶有自適應(yīng)巡航功能的汽車在無需人工干預(yù)的情況下能夠自動作出減速、剎車、方向校正等決策。大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度，是指在電網(wǎng)正常運行工況下統(tǒng)籌全網(wǎng)可調(diào)可控資源，采用統(tǒng)一決策、分散控制的多級調(diào)度協(xié)同控制模式，確定調(diào)度目標(biāo)，自動執(zhí)行電網(wǎng)實時平衡控制和安全自校正控制，自主控制頻率、電壓、潮流。大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度是新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)的核心功能場景，包括態(tài)勢感知、控制決策和自動控制等功能模塊。
態(tài)勢感知功能模塊可以采集與評估電網(wǎng)運行狀態(tài)，是電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度的“雷達(dá)傳感器”，主要用來獲取電網(wǎng)的多維運行數(shù)據(jù)并實時評估電網(wǎng)運行狀態(tài)。多維運行數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)模型、電網(wǎng)運行狀態(tài)、負(fù)荷及新能源出力預(yù)測等數(shù)據(jù)。實時評估則從安全高效和清潔低碳等方面評價電網(wǎng)運行狀況，快速發(fā)現(xiàn)各類運行風(fēng)險，了解清潔能源消納趨勢，指導(dǎo)后續(xù)運行策略的優(yōu)化調(diào)整。實時評估的準(zhǔn)確性關(guān)系到電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度的效果。
控制決策功能模塊包括巡航適應(yīng)性判斷和運行狀態(tài)自適應(yīng)校正兩個功能，是電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度的“決策大腦”。巡航適應(yīng)性判斷用來判斷電網(wǎng)當(dāng)前是否適合執(zhí)行“自適應(yīng)巡航”功能，在正常運行工況下按照既定規(guī)則執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)巡航，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生系統(tǒng)級告警、存在暫態(tài)/動態(tài)穩(wěn)定問題或者人工設(shè)置停止時退出自適應(yīng)巡航功能。電網(wǎng)運行狀態(tài)自適應(yīng)校正包括靜態(tài)安全在線決策、多級實時計劃聯(lián)動決策、全網(wǎng)有功頻率協(xié)同決策和樞紐節(jié)點無功電壓優(yōu)化等核心功能。
自動控制功能模塊可將控制決策功能模塊生成的調(diào)控目標(biāo)和策略下發(fā)給各級調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，是電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度的“控制系統(tǒng)”，也是具體控制執(zhí)行模塊。該模塊通過部署在監(jiān)控系統(tǒng)的有功頻率控制、無功電壓控制等自動控制軟件實現(xiàn)控制目標(biāo)、策略的進(jìn)一步分析和優(yōu)化，最終實現(xiàn)對電網(wǎng)的閉環(huán)控制。
實現(xiàn)多項關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新
為適應(yīng)電網(wǎng)安全高效、清潔低碳的發(fā)展需要，國家電網(wǎng)有限公司組織中國電科院、南瑞集團(tuán)、區(qū)域電力調(diào)控分中心和省級電力調(diào)控中心，在2017年啟動國家重點研發(fā)計劃項目“大電網(wǎng)智能調(diào)度與安全預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”，研發(fā)新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)，以實現(xiàn)正常運行工況下電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度、全局風(fēng)險協(xié)同防控和復(fù)雜故障協(xié)同處置。其中，在正常運行工況下大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度方面，項目實現(xiàn)了多級調(diào)度計劃聯(lián)動決策、源荷協(xié)同有功頻率決策和控制、自動無功電壓控制等關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。
●多級調(diào)度計劃聯(lián)動決策
多級調(diào)度計劃聯(lián)動決策是指一級分析決策中心（目前部署在國調(diào)中心、區(qū)域電力調(diào)控分中心）和二級分析決策中心（目前部署在省級電力調(diào)控中心）聯(lián)動編制調(diào)度計劃，一級分析決策中心考慮全網(wǎng)運行情況，自動開展聯(lián)絡(luò)線統(tǒng)一優(yōu)化計算，并將聯(lián)絡(luò)線優(yōu)化計算結(jié)果送入省級電網(wǎng)的二級分析決策中心；二級分析決策中心編制兼顧安全、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保的機組實時出力計劃或負(fù)荷調(diào)整計劃。各級調(diào)度計劃的調(diào)度目標(biāo)可以選取調(diào)度成本、社會效益、節(jié)能環(huán)保等其中之一作為單目標(biāo)，也可以將上述目標(biāo)通過權(quán)重結(jié)合起來形成多目標(biāo)調(diào)度。
由于電力系統(tǒng)實際運行時可能存在偏離既定目標(biāo)的情況，多級調(diào)度計劃聯(lián)動決策技術(shù)基于實時評估指標(biāo)和電網(wǎng)需求調(diào)整權(quán)重，能夠自動修正和調(diào)整實時計劃的調(diào)度目標(biāo)，實現(xiàn)大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航的“方向校正”。
●源荷協(xié)同有功頻率決策和控制
源荷協(xié)同有功頻率決策和控制即互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)生頻率或跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率擾動事件時，一級分析決策中心應(yīng)用區(qū)域控制偏差功能，根據(jù)全網(wǎng)調(diào)頻資源分布、調(diào)頻需求和電網(wǎng)潮流約束，制訂全網(wǎng)最優(yōu)調(diào)頻響應(yīng)或功率調(diào)整決策，并利用動態(tài)區(qū)域控制偏差（動態(tài)ACE）等多級聯(lián)動的交互手段快速調(diào)整需求；各級調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)挖掘源網(wǎng)荷儲各類調(diào)度對象的調(diào)頻能力，開展有功頻率協(xié)調(diào)控制。
源荷協(xié)同有功頻率控制功能是在原有的自動發(fā)電控制（AGC）功能基礎(chǔ)之上，基于控制決策模塊的優(yōu)化決策結(jié)果對電網(wǎng)實施有功平衡的超前控制、輸電斷面安全預(yù)防和校正控制。該功能可利用控制區(qū)內(nèi)常規(guī)發(fā)電、清潔能源發(fā)電、儲能、可控負(fù)荷和虛擬電廠等新型調(diào)節(jié)資源，執(zhí)行控制目標(biāo)的優(yōu)化分配和資源優(yōu)化調(diào)用。
●自動無功電壓控制
自動無功電壓控制基于分析決策中心的全網(wǎng)優(yōu)化決策結(jié)果，考慮電壓穩(wěn)定分析評估和動態(tài)無功儲備評估約束，以調(diào)整代價最小為目標(biāo)，優(yōu)先對控制區(qū)域內(nèi)越限電壓進(jìn)行校正控制；根據(jù)當(dāng)前電壓、無功與分析決策目標(biāo)之間的偏差，計算控制區(qū)內(nèi)各無功資源調(diào)節(jié)量并對廠站側(cè)下發(fā)控制指令，實現(xiàn)全網(wǎng)優(yōu)化決策目標(biāo)的跟蹤執(zhí)行。
提高大電網(wǎng)調(diào)度控制智能化水平
大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度試點應(yīng)用后，實現(xiàn)了無人工干預(yù)的頻率、電壓、潮流的自主控制。
以靜態(tài)安全問題為例，傳統(tǒng)處理模式是調(diào)度員在監(jiān)盤時發(fā)現(xiàn)斷面重載或越限，人工啟動狀態(tài)估計、靈敏度分析、安全約束調(diào)度等應(yīng)用。這些應(yīng)用功能分散，自動化和智能化水平不足，需要調(diào)度員隨時監(jiān)盤、多次操作。如果需要調(diào)用多級調(diào)度資源調(diào)節(jié)重載斷面，調(diào)度員還要進(jìn)行多級之間的協(xié)調(diào)溝通。應(yīng)用自適應(yīng)巡航調(diào)度技術(shù)后，感知、評估、決策和控制等功能可靈活組合、一鍵智能聯(lián)動，使得調(diào)度員的工作量減少、大電網(wǎng)調(diào)度控制的智能化水平提高。
目前，大電網(wǎng)自適應(yīng)巡航調(diào)度結(jié)合新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)已在華東及江蘇、寧夏等區(qū)域和省級電網(wǎng)實現(xiàn)試點應(yīng)用，后續(xù)將隨著新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)的全面推廣在更大范圍應(yīng)用。
（作者單位：中國電力科學(xué)研究院有限公司）
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