樊國偉,樊國旗,段青熙,朱子民,唐 浩,亢朋朋,王 衡,楊桂興,劉德福
(1.國網(wǎng)新疆電力公司,新疆 烏魯木齊 830011;2.國網(wǎng)金華供電公司,浙江 金華 321001;3.陜西省電力公司 陜西 西安 710048)
隨著清潔能源的規(guī)模化接入及大量新設(shè)備投運(yùn)〔1-2〕,電網(wǎng)運(yùn)行方式日漸復(fù)雜,進(jìn)而造成電網(wǎng)穩(wěn)定限額調(diào)整頻繁,限額制定工作也越來越精細(xì)和復(fù)雜〔3-4〕。穩(wěn)定限額作為電網(wǎng)安全運(yùn)行的約束底線,是指導(dǎo)計(jì)劃安排和實(shí)際調(diào)度工作的重要判據(jù)。但在其場景運(yùn)用判斷方面卻始終高度依賴人工經(jīng)驗(yàn)〔5-6〕。電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行尚存優(yōu)化空間,緊急停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)高居不下。
文獻(xiàn)〔7〕對比電網(wǎng)正常和檢修方式,提出負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案和風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)。文獻(xiàn)〔8〕研發(fā)了寧夏電網(wǎng)運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)校核經(jīng)驗(yàn)智庫,保障檢修方式下電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)〔9〕提出一種實(shí)時(shí)系統(tǒng)與專家規(guī)則庫相匹配生成斷面限額的調(diào)整技術(shù),增強(qiáng)調(diào)度員的控制水平。文獻(xiàn)〔10〕根據(jù)不同的指標(biāo)對電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,提高了電網(wǎng)對斷面的監(jiān)控能力。文獻(xiàn)〔11〕根據(jù)不同能源出力水平生成動態(tài)斷面限額,證明動態(tài)化限額管理具有良好的經(jīng)濟(jì)性。但是上述文獻(xiàn)多是對小電網(wǎng)系統(tǒng)或者大電網(wǎng)系統(tǒng)的局部時(shí)間段運(yùn)行方式進(jìn)行研究,沒有從大電網(wǎng)長時(shí)間尺度運(yùn)行方式進(jìn)行分析和研究。
為滿足電力市場化進(jìn)程對電網(wǎng)潛力挖掘的迫切需要,規(guī)范電網(wǎng)運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額管控流程,探索覆蓋“多時(shí)域、多空間”的三方高效協(xié)同工作機(jī)制,建設(shè)電網(wǎng)運(yùn)行與穩(wěn)定限額智能匹配管理體系,優(yōu)化各專業(yè)協(xié)同聯(lián)動機(jī)制流程,提高信息傳輸?shù)募皶r(shí)性、精準(zhǔn)性,解放人工錄入、計(jì)劃、判斷、監(jiān)控、決策壓力,降低過度依賴人為經(jīng)驗(yàn)造成電網(wǎng)保守或激進(jìn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),切實(shí)適應(yīng)電網(wǎng)智能化發(fā)展需求。
方式專業(yè)作為約束的制定者,以《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》為依據(jù),通過預(yù)想故障條件,給出電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行所允許的溫定限額。計(jì)劃專業(yè)以此穩(wěn)定限額制定經(jīng)濟(jì)、高效計(jì)劃安排,調(diào)度專業(yè)根據(jù)計(jì)劃安排、穩(wěn)定限額和實(shí)際電網(wǎng)情形實(shí)時(shí)調(diào)度。
該業(yè)務(wù)模式存在以下三方面的問題:1、線下業(yè)務(wù)通知單流轉(zhuǎn)周期長,同一情況分頭通知、分別錄入,存在潛重復(fù)耗時(shí)缺點(diǎn);2、業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)過程中存在錯(cuò)誤不能及更正,更正過程中信息重新錄入、計(jì)劃重新制定,甚至可能導(dǎo)致錯(cuò)誤計(jì)劃;3、各自系統(tǒng)獨(dú)立,使得相關(guān)信息缺乏一致性和完整性,朔源和風(fēng)險(xiǎn)排查難度增加。
隨著新疆電網(wǎng)飛速發(fā)展,新設(shè)備的大量應(yīng)用、清潔能源的規(guī)?;尤搿⒋笮突ヂ?lián)電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)的常規(guī)需求等使得新疆電網(wǎng)的運(yùn)行方式日漸復(fù)雜,進(jìn)而造成電網(wǎng)穩(wěn)定限額調(diào)整頻繁,限額制定工作也越來越精細(xì)和復(fù)雜。
然而,穩(wěn)定規(guī)則的非形式化描述使得電網(wǎng)檢修和運(yùn)行方式改變時(shí),計(jì)劃和調(diào)度人員梳理、錄入穩(wěn)定限額的工作量巨大,工作愈加繁瑣且維護(hù)周期更長。此外,電網(wǎng)檢修或臨時(shí)運(yùn)行方式過多時(shí),若穩(wěn)定限額難以及時(shí)維護(hù)更新,就容易造成穩(wěn)定限額與實(shí)際運(yùn)行方式不符,給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。
穩(wěn)定限額作為電網(wǎng)運(yùn)行的安全邊界,在實(shí)際運(yùn)用中卻存在高度依賴人工經(jīng)驗(yàn)的缺點(diǎn)。計(jì)劃專業(yè)方面,穩(wěn)定限額作為編制日前發(fā)電計(jì)劃的重要約束條件之一,在校核安排檢修計(jì)劃時(shí),計(jì)劃人員需參考穩(wěn)定規(guī)則規(guī)定,憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)確定計(jì)劃編制過程中需要考慮的斷面約束。調(diào)控專業(yè)方面,其EMS系統(tǒng)雖然具備穩(wěn)定限額越限報(bào)警功能,但具體限額設(shè)定也是由調(diào)度員對當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析和判斷,并依據(jù)運(yùn)行方式和檢修工作從穩(wěn)定規(guī)則規(guī)定或檢修申請單中選取對應(yīng)判據(jù)進(jìn)行錄入,達(dá)到自動判斷穩(wěn)定限額越限報(bào)警和預(yù)防、校正控制的目的。
高度依賴人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行運(yùn)行方式判斷和穩(wěn)定限額監(jiān)視斷面選擇存在以下問題:1、智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中的綜合智能告警、發(fā)電計(jì)劃、自動發(fā)電控制等多個(gè)應(yīng)用都涉及穩(wěn)定限額和運(yùn)行方式信息,數(shù)據(jù)一致性和完整性難以保證;2、故障條件較為復(fù)雜時(shí),容易造成監(jiān)視斷面的誤選,從而喪失解決電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題的先機(jī);3、調(diào)度專業(yè)過多關(guān)注穩(wěn)定限額的維護(hù)和監(jiān)視斷面選擇問題,導(dǎo)致其工作壓力過大;4、若過度追求電網(wǎng)安全,導(dǎo)致電網(wǎng)輸電潛力挖掘不足;5、電網(wǎng)緊急停運(yùn)情況下,方式專業(yè)及時(shí)分析計(jì)算決策時(shí)間短、壓力大。
以D5000平臺實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù),以斷面定義和穩(wěn)定限額標(biāo)準(zhǔn)化管理為基礎(chǔ),以自動跟蹤智能匹配技術(shù)為手段,以省地一體化穩(wěn)控平臺為支持,打通三方專業(yè)聯(lián)系通道,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定限額的統(tǒng)一維護(hù)管理,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行、穩(wěn)定限額的自動跟蹤監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行重點(diǎn)斷面和穩(wěn)定限額監(jiān)控的自動匹配,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控策略跟隨電網(wǎng)動態(tài)變化決策。
運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動匹配系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示,該系統(tǒng)能夠徹底改變依靠信息重復(fù)對接、依賴人工經(jīng)驗(yàn)決策、依附靜態(tài)極限安排的傳統(tǒng)運(yùn)作模式,保障電網(wǎng)安全運(yùn)行,挖掘電網(wǎng)效益潛力;該系統(tǒng)通過以下四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。
圖1 運(yùn)行方式及穩(wěn)定限額自動匹配系統(tǒng)功能架構(gòu)
(1)筑牢底層儲備庫體系,沖破專業(yè)壁壘,打造穩(wěn)定限額信息聯(lián)通共享機(jī)制。
(2)發(fā)揮在運(yùn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控平臺優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)管控。
(3)提供智能化決策方案,降低過度依賴人工造成的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。
(4)提供省地一體化穩(wěn)控系統(tǒng)支持,發(fā)掘保障安全前提下的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行潛力。
依據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》要求,對電網(wǎng)運(yùn)行存在正常方式、斷面潮流(潮流方向)、線路斷開、機(jī)組開停、單主變運(yùn)行、穩(wěn)控投退、季節(jié)狀態(tài)等多種運(yùn)行方式進(jìn)行規(guī)范化定義和分類別管理。進(jìn)而設(shè)定斷面定義支持以下三種方式:
(1)線路+主變等設(shè)備組合構(gòu)成;
(2)設(shè)備+已定義斷面組合構(gòu)成;
(3)多個(gè)已定義斷面組合構(gòu)成。
進(jìn)一步,設(shè)置按地州分類、按內(nèi)供外送分類和按電壓等級分類三種劃分方案,滿足操作人員彈性調(diào)用需求。
“五位一體”規(guī)則庫體系結(jié)構(gòu)如圖2所示,其包括:事實(shí)定義、斷面定義、約束條件、業(yè)務(wù)規(guī)則和約束條件邏輯運(yùn)算五大模塊。事實(shí)定義模塊:存儲斷面限值相關(guān)的設(shè)備信息。斷面定義模塊:存儲電網(wǎng)運(yùn)行斷面。約束條件模塊:存儲業(yè)務(wù)規(guī)則的約束條件。業(yè)務(wù)規(guī)則模塊:存儲判斷面限值的產(chǎn)生式規(guī)則。邏輯運(yùn)算模塊:存儲約束條件之間的邏輯運(yùn)算關(guān)系及優(yōu)先級。
圖2 “五位一體”規(guī)則庫體系結(jié)構(gòu)
輸入業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后,規(guī)則引擎將通過自動匹配規(guī)則實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)行為自動驅(qū)動,簡化業(yè)務(wù)規(guī)則和流程變更的步驟,為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行方式與穩(wěn)定限額精準(zhǔn)匹配儲備“專家”意見,使系統(tǒng)具備充分的靈活性和可變性,降低產(chǎn)品升級和系統(tǒng)維護(hù)的成本。
規(guī)則庫體系建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定限額的智能運(yùn)行,增強(qiáng)三大專業(yè)業(yè)務(wù)的溝通能力和業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)效率,不同與僅靠規(guī)則編寫傳統(tǒng)業(yè)務(wù),該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則匹配的引擎編寫,其區(qū)別如圖3所示。
圖3 傳統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯編寫方式與引入規(guī)則引擎后邏輯編寫的區(qū)別
結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及專業(yè)人員片區(qū)分管情況,以“數(shù)據(jù)來源唯一、誰分管誰負(fù)責(zé),誰負(fù)責(zé)誰維護(hù),一方錄入三方共享”為原則,形成數(shù)據(jù)庫規(guī)范運(yùn)行長效運(yùn)用機(jī)制。
權(quán)限管理方面:計(jì)劃和調(diào)度相關(guān)專業(yè)人員僅具備查詢、調(diào)用權(quán)限,不能對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改變更,方式專業(yè)人員具備對穩(wěn)定斷面進(jìn)行定義、分類、修改、刪除操作的權(quán)限。
時(shí)間維度上,利用D5000系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行信息的全過程自動監(jiān)控跟蹤存儲優(yōu)勢,進(jìn)行全時(shí)域信息把控管理。一方面,加強(qiáng)對電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的歸納分析,儲備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn);另一方面,利用電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控資源優(yōu)勢,為電網(wǎng)運(yùn)行方式和穩(wěn)定限額自動匹配奠定基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行信息的多時(shí)間尺度掌控和利用。
空間維度上,采用數(shù)據(jù)互聯(lián),系統(tǒng)互通管理模式,降低專業(yè)工作溝通的復(fù)雜性,提高運(yùn)行參數(shù)的準(zhǔn)確性,為智能匹配工作的落實(shí)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
穩(wěn)定限額匹配流程如圖4所示,包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、編譯、匹配和匹配結(jié)果保存階段。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段:將規(guī)則庫中讀取斷面信息對象化。編譯階段:基于Rete算法構(gòu)建穩(wěn)定限額規(guī)則網(wǎng)絡(luò)(Rete網(wǎng)絡(luò))判斷斷面相關(guān)的規(guī)則,Rete網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。匹配階段:在Rete網(wǎng)絡(luò)中對影響斷面限額的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。匹配結(jié)果保存:對匹配結(jié)果進(jìn)滾動存儲,統(tǒng)一管理。
圖4 穩(wěn)定限額匹配流程圖
圖5 基于Rete算法的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)斷面對象構(gòu)建
采用實(shí)時(shí)采集滾動處理模式,每五分鐘進(jìn)行一次運(yùn)行方式自動匹配系統(tǒng)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)新疆電網(wǎng)輸變電設(shè)備監(jiān)控全覆蓋、輸電斷面及穩(wěn)定限額定義全覆蓋。
電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),實(shí)時(shí)匹配穩(wěn)定限額,其匹配流程如圖6所示,并進(jìn)行監(jiān)控,提供準(zhǔn)確的越限告警并減少誤告。
圖6 實(shí)時(shí)運(yùn)行方式匹配流程
電網(wǎng)運(yùn)行方式變化時(shí),迅速更新斷面、動態(tài)調(diào)整限額,并發(fā)出提示信息,提醒操作人員關(guān)注變化情況。
未來態(tài)電網(wǎng)構(gòu)建機(jī)制:以時(shí)間為主線,在基態(tài)基礎(chǔ)上考慮設(shè)備的投產(chǎn)、退運(yùn)和檢修,生成相應(yīng)的未來態(tài)電網(wǎng)模型。
依據(jù)檢修計(jì)劃或預(yù)想事故,以其對應(yīng)未來態(tài)電網(wǎng)模型基礎(chǔ),基于典型運(yùn)行方式潮流運(yùn)算,依據(jù)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行推演分析,制定未來穩(wěn)定控制斷面的運(yùn)行方式和穩(wěn)定限額,為發(fā)電計(jì)劃自動提供準(zhǔn)確的電網(wǎng)運(yùn)行約束方案,未來電網(wǎng)匹配流程如圖7所示。
圖7 未來電網(wǎng)匹配流程
業(yè)務(wù)精簡流程如圖8所示,該流程徹底轉(zhuǎn)變方式和計(jì)劃專業(yè)業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)模式,簡化業(yè)務(wù)流程,提升工作效率:從計(jì)劃安排檢修、機(jī)組運(yùn)行方式—交由方式專業(yè)校核運(yùn)行方式、提出穩(wěn)定限額—校核結(jié)果反饋計(jì)劃專業(yè)調(diào)整計(jì)劃安排—通過最終檢修計(jì)劃的業(yè)務(wù)流程,向計(jì)劃安排檢修、機(jī)組運(yùn)行方式—系統(tǒng)自動生成運(yùn)行方式、需要控制的穩(wěn)定限額轉(zhuǎn)變。
圖8 業(yè)務(wù)精簡流程
通過操作界面,“圖文并茂”的展現(xiàn)當(dāng)前電網(wǎng)匹配情況,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和分析結(jié)果的可視化、場景化、實(shí)時(shí)交互反饋,形成正常限額數(shù)據(jù)、越限數(shù)據(jù)、越限區(qū)域潮流情況的可調(diào)、可查,穩(wěn)定限額及越限警告信息的可視化展示如圖9所示。對于未來態(tài)電網(wǎng),可通過操作界面查看到未來一小時(shí)和未來一天的電網(wǎng)方式運(yùn)行情況和斷面限額匹配結(jié)果。
圖9 穩(wěn)定限額及越限警告信息的可視化展示過程
目前新疆電網(wǎng)已形成了一套完善的“縱向到底、橫向到邊”的全覆蓋立體化風(fēng)險(xiǎn)管控體系,實(shí)現(xiàn)從策略制定、管理到設(shè)備實(shí)際運(yùn)行、動作情況的全過程管控,實(shí)用效果也已在一系列工程中得到應(yīng)用和檢驗(yàn),其主要體現(xiàn)在穩(wěn)控決策可視化和電網(wǎng)運(yùn)行效益最大化兩個(gè)方面。
穩(wěn)控決策可視化:前臺可視化自動展示、實(shí)時(shí)更新動態(tài)決策及切合量轉(zhuǎn)變,彌補(bǔ)了匹配系統(tǒng)中穩(wěn)定限額定義維護(hù)的靜態(tài)缺憾,實(shí)現(xiàn)了調(diào)度人員對電網(wǎng)穩(wěn)控策略、被切負(fù)荷區(qū)域、切機(jī)切負(fù)荷量的可視化、動態(tài)化全方位把控,將人員盲從后臺設(shè)備動作,變?yōu)閷ξ磥黼娋W(wǎng)可能出現(xiàn)的故障處理方法的運(yùn)籌帷幄。
電網(wǎng)運(yùn)行效益最大化:基于省地一體化穩(wěn)控平臺中的穩(wěn)控策略公式化函數(shù)支持,實(shí)現(xiàn)依據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)動態(tài)制定切機(jī)策略,降低電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行沖突,實(shí)現(xiàn)在靜態(tài)穩(wěn)定極限制約下,依據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況對應(yīng)動態(tài)穩(wěn)控策略嚴(yán)防電網(wǎng)過度保守運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最大化。
基于“三協(xié)同一支持”的電網(wǎng)運(yùn)行方式智能匹配管理系統(tǒng)推動了電網(wǎng)運(yùn)行方式智能管理,主要帶了以下幾方面的效果:
(1)精簡業(yè)務(wù)流程,三方協(xié)同工作效率顯著提升。以“數(shù)據(jù)來源唯一、誰分管誰負(fù)責(zé),誰負(fù)責(zé)誰維護(hù),一方錄入三方共享”為原則,梳理方式、計(jì)劃、調(diào)度三方協(xié)同作業(yè)流程,形成覆蓋“多時(shí)域”的“多空間”協(xié)作機(jī)制,簡化了各處室之間的工作對接流程,緩解了三方遞進(jìn)式工作壓力,實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)穩(wěn)定限額制定、管理、運(yùn)用的全過程一體化管控,三方協(xié)同工作效率顯著提升。
(2)穩(wěn)定限額規(guī)范化管理、智能化匹配、可視化監(jiān)控,電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低。以省地一體化穩(wěn)控平臺為支持,發(fā)揮D5000平臺資源優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)狀態(tài)的“多時(shí)域”穩(wěn)定限額自動跟蹤、自動判斷、自動匹配,穩(wěn)控決策自動化、可視化體現(xiàn),向日前、日內(nèi)發(fā)電計(jì)劃制定提供自適應(yīng)運(yùn)行約束,降低由人為誤判造成的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低,有效提升了大電網(wǎng)安全水平。
(3)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行持續(xù)優(yōu)化,經(jīng)濟(jì)效益和社會效益穩(wěn)步提高。電網(wǎng)運(yùn)行與穩(wěn)定限額智能匹配管理系統(tǒng)累積經(jīng)濟(jì)效益1 300萬元。成果實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益368.39萬元,節(jié)約支出總計(jì)650萬元,節(jié)本增效效果明顯,對自治區(qū)和行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響深遠(yuǎn)。