國網(wǎng)吉林供電公司電力調(diào)度控制中心 王 辰

1 引言

國家需要重點發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，重點扶持國內(nèi)新興產(chǎn)業(yè)。智能化發(fā)展一直是國家未來發(fā)展的趨勢和方向，電網(wǎng)智能化發(fā)展是目前研究的熱點問題之一。在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)領(lǐng)域，智能電網(wǎng)技術(shù)的引入不僅突破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)無法接入新能源技術(shù)的限制，而且實現(xiàn)了電力調(diào)度的智能化，這對于加強電網(wǎng)資源的有效管理和推動電網(wǎng)系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化和改進具有深遠的實際意義。當(dāng)前我國電力行業(yè)發(fā)展迅速，各地區(qū)供電需求不斷擴大，為保障居民正常生活用電，需加強電力系統(tǒng)智能化建設(shè)工作，提高電能輸送效率，從而滿足人民日益增長的生產(chǎn)及生活需要。隨著電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)擴張，電力公司應(yīng)當(dāng)更加注重智能電網(wǎng)技術(shù)的引入和應(yīng)用，并將其科學(xué)地整合到電力自動化系統(tǒng)中，以進一步提高電力系統(tǒng)的運行效率，并協(xié)助電網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)更高的經(jīng)濟和社會效益。

2 智能電網(wǎng)中電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的應(yīng)用意義

2.1 實現(xiàn)更高水平的資源利用

在電力系統(tǒng)的運行和發(fā)展過程中，利用智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的科學(xué)運用，有助于實現(xiàn)資源的更高利用率。目前我國智能電網(wǎng)已經(jīng)成為國家重點建設(shè)內(nèi)容之一，而大數(shù)據(jù)分析是其重要組成部分，也是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)分析為智能電網(wǎng)平臺提供了獲取資源使用信息的手段，可以為用戶提供更準(zhǔn)確的預(yù)測和服務(wù)。此外，還為電力系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)存儲在云服務(wù)器中。可以通過網(wǎng)絡(luò)資源的深度分析和共享有效降低能源消耗，提高能源效率，降低綜合能源成本，保證系統(tǒng)高效運行。

2.2 有助于更有效地進行故障處理

利用硬件和數(shù)據(jù)收集技術(shù)以及機器學(xué)習(xí)（ML）分析方法，能夠分析智能電網(wǎng)用戶提供的服務(wù)的可用性。對性能、穩(wěn)定性和可靠性的全面監(jiān)控可以為用戶提供更好的能源服務(wù)[1]。本文以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)礦山智能電網(wǎng)故障診斷方法及其應(yīng)用，對于設(shè)備、傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說通過數(shù)據(jù)來識別故障是難點。但這項技術(shù)可以自動診斷并快速修復(fù)整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而降低故障風(fēng)險、提高運營效率并減少維護需求,對環(huán)境造成不利影響。

2.3 確保電網(wǎng)朝著健康的方向發(fā)展

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行的智能電網(wǎng)調(diào)度，是通過對不同用戶的用電需求信息進行分析，并將這些數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果反饋給調(diào)度中心來實現(xiàn)電網(wǎng)的差異化和有針對性地調(diào)度。同時大數(shù)據(jù)還具有優(yōu)化電網(wǎng)的運營流程的作用，通過對電網(wǎng)運營流程的優(yōu)化使電網(wǎng)的運營效率得到提高，運營成本降低，使得電網(wǎng)的運營資源得以合理分配，確保電網(wǎng)運營企業(yè)能夠快速且穩(wěn)定地發(fā)展。

3 智能電網(wǎng)中電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 電力調(diào)度資源整合

電力調(diào)度資源整合的第一步是全面了解所轄區(qū)域內(nèi)的電力資源狀況，包括傳統(tǒng)化石能源發(fā)電、清潔能源發(fā)電（如水電、風(fēng)電、太陽能等）以及儲能設(shè)備。智能電網(wǎng)中的電力調(diào)度資源整合可以實現(xiàn)跨區(qū)域電力交易和協(xié)同調(diào)度，有助于平衡不同地區(qū)的電力供需關(guān)系。例如，在電力富余地區(qū)可以通過電力交易向電力緊張地區(qū)供應(yīng)電力，從而降低地區(qū)間的電力供需差距，提高整體電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

3.2 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)建立

智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)是一個以計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，以電力調(diào)度業(yè)務(wù)為核心，面向電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)管理的多功能、綜合性、開放性的系統(tǒng)。智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)主要包括視圖層、邏輯層與數(shù)據(jù)層3大模塊。系統(tǒng)功能設(shè)計如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)功能分層

視圖層主要涵蓋了電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的人機交互界面，即通過使用JSP 動態(tài)Web 腳本的方式，為調(diào)度員和管理員提供了一個功能操作的界面；物理層主要包含電力系統(tǒng)各專業(yè)設(shè)備及其控制線路的連接關(guān)系。邏輯層主要由電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)Web 服務(wù)器的相關(guān)支持組件組成，其核心功能是實現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化平臺的數(shù)據(jù)交互和視圖層下發(fā)的用戶請求，并實時向客戶端Web 界面反饋處理結(jié)果；物理介質(zhì)層主要包括電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖以及網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。數(shù)據(jù)層主要涵蓋了系統(tǒng)后端的數(shù)據(jù)視圖，并采用Oracle 數(shù)據(jù)庫來進行運維檢修以及電網(wǎng)調(diào)度等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的儲存和維護管理工作。

智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的功能模塊主要包括網(wǎng)絡(luò)信息管理、故障處理與分析、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與分析、自適應(yīng)運行優(yōu)化、安全穩(wěn)定運行控制、數(shù)據(jù)分析與綜合決策支持等。系統(tǒng)功能模塊不僅具有可擴展性，還具備動態(tài)配置、動態(tài)升級的能力。各功能模塊之間相互聯(lián)系，在邏輯上構(gòu)成了一個整體，因此對每一個功能模塊進行分析設(shè)計時，都是從整體出發(fā)，遵循模塊化設(shè)計的思路。在硬件及軟件環(huán)境選擇上，采用高性能微處理器和嵌入式Linux 作為軟件平臺。嵌入式Linux 是一種基于內(nèi)核的操作系統(tǒng)，是Linux 在可編程片上系統(tǒng)（SOPC）領(lǐng)域的具體應(yīng)用，可以實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)中軟件和硬件的分離，并可以在不影響用戶應(yīng)用系統(tǒng)功能的情況下，對硬件進行靈活擴展，從而實現(xiàn)對電力調(diào)度自動化控制系統(tǒng)各模塊功能的進一步完善，為后期運行維護提供便利[2]。

3.3 分析電力調(diào)度需求

對于電力企業(yè)而言，其日常工作核心就是電力調(diào)度，而智能電網(wǎng)中電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)應(yīng)用就是基于通信網(wǎng)絡(luò)進行了電力需求側(cè)電力即時性、規(guī)范性分配。電力調(diào)度中心通過對不同區(qū)域用電規(guī)律、用電需求分析，向電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)布調(diào)度指令，然后由智能調(diào)度系統(tǒng)完成電力能源按需調(diào)節(jié)。當(dāng)前，國內(nèi)電力企業(yè)智能電網(wǎng)調(diào)度實現(xiàn)框架如圖2所示。

圖2 電力調(diào)度自動化業(yè)務(wù)框架

3.4 短路電流控制

基于智能電網(wǎng)技術(shù)的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)建立，實現(xiàn)了應(yīng)用電流限制器進行短路電流控制，較好地解決了短路電流帶來的問題。一旦發(fā)生電網(wǎng)運行故障時，電流限制器便快速增加阻抗，而在電網(wǎng)正常運行時，始終保持低阻抗?fàn)顟B(tài)，避免了短路電流對電網(wǎng)運行安全性及穩(wěn)定的負(fù)面影響[3]。

具通過智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用構(gòu)建一個基于數(shù)字信號處理器（DSP）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度短路電流控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是以DSP 和FPGA 為核心的短路電流控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)需要實時控制短路電流，實現(xiàn)電網(wǎng)的短路電流檢測、短路電流控制、過流保護等功能；另一部分是以DSP 和FPGA 為核心的短路電流檢測與控制系統(tǒng)，其中，DSP 核心模塊采用TI 公司的TMS320F2812，F(xiàn)PGA 核心模塊采用Altera 公司的EP4CE11F12P4A8，外圍電路包括電流傳感器、過流保護電路等。系統(tǒng)可以檢測電網(wǎng)中的短路電流，并將數(shù)據(jù)保存在FPGA 中，同時可以通過以太網(wǎng)和FTP 方式將數(shù)據(jù)上傳到上位機，實現(xiàn)實時的監(jiān)控和管理。

4 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度實施

基于Lambda 架構(gòu)的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以協(xié)助電網(wǎng)運營企業(yè)更好地理解其決策方案對電網(wǎng)可靠性產(chǎn)生的影響。該系統(tǒng)通過分析歷史數(shù)據(jù)，建立模型進行預(yù)測，并根據(jù)未來可能出現(xiàn)的情況給出合理的建議措施。Lambda 架構(gòu)融合了批量處理與流量處理的各自優(yōu)勢，能夠高效地處理大規(guī)模和實時的數(shù)據(jù)。在分析智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需求基礎(chǔ)上，提出了一個面向智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理的框架模型，并詳細(xì)介紹了其各個模塊的設(shè)計與功能。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度分析，該系統(tǒng)主要由智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)生成、智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸與儲存、數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的查詢以及數(shù)據(jù)的分析這四個核心部分構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 基于Lambda 構(gòu)建的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

通過以上4個組成部分，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為電網(wǎng)運營企業(yè)提供了全面、實時的數(shù)據(jù)支持，有助于提高電網(wǎng)的可靠性、安全性和運行效率。

4.1 數(shù)據(jù)傳輸和存儲

在智能電網(wǎng)調(diào)度運行過程中，電網(wǎng)系統(tǒng)會產(chǎn)生大量運行數(shù)據(jù)，如果不及時進行有效存儲，不僅會影響電網(wǎng)管理水平，還會對電網(wǎng)調(diào)度智能化水平產(chǎn)生影響。為此，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)便增加了數(shù)據(jù)傳輸與存儲功能設(shè)計，通過加強傳統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮方式使電力數(shù)據(jù)傳輸量降至最低水平，從而提升電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)管理的真實有效性。

4.2 數(shù)據(jù)處理

由于智能電網(wǎng)運行過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息量龐大，因此，會在一定程度上增加數(shù)據(jù)處理時間，當(dāng)出現(xiàn)某些數(shù)據(jù)處理技術(shù)能力達不到處理龐大數(shù)據(jù)信息能力時，就會在一定程度上影響智能電網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。將大數(shù)據(jù)技術(shù)引入智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中，使智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理能力獲得明顯提升，確保數(shù)據(jù)信息穩(wěn)定傳輸[4]。

4.3 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢功能組件在實現(xiàn)過程中需要考慮數(shù)據(jù)的多樣性、大規(guī)模、實時性等特點。數(shù)據(jù)查詢主要包含以下內(nèi)容。

一是HDFS 數(shù)據(jù)提取。Hadoop Distributed FileSystem（HDFS）是大數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的分布式文件系統(tǒng)，具有良好的擴展性、高容錯性和高吞吐量，可以利用Hadoop 生態(tài)系統(tǒng)中的MapReduce、Hive、Pig 等工具對HDFS 數(shù)據(jù)進行分布式處理和提取。二是數(shù)據(jù)加載。提取到的數(shù)據(jù)需要加載到適合查詢的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，例如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或NoSQL 數(shù)據(jù)庫。在此過程中，需要對數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)類型映射等操作，以滿足目標(biāo)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的要求。三是數(shù)據(jù)匯總。為了方便用戶查詢，需要將這些數(shù)據(jù)進行匯總和整合。數(shù)據(jù)匯總可以通過數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)實現(xiàn)，例如采用星形模型、雪花模型等多維數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)進行組織和存儲，以提高查詢效率[5]。

4.4 數(shù)據(jù)分析

運用機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，對數(shù)據(jù)進行深入分析，為運營企業(yè)提供有價值的決策建議。分析內(nèi)容包括電力需求預(yù)測、電網(wǎng)故障診斷、設(shè)備維護策略等。

5 結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國電力系統(tǒng)的智能化水平也得到了一定程度的提升，智能電網(wǎng)中電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的應(yīng)用也較為廣泛。本文通過對智能電網(wǎng)中電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的應(yīng)用意義進行簡要分析，并從電力調(diào)度資源整合、電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)建立、電力調(diào)度需求分析、短路電流控制等方面介紹了智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)應(yīng)用流程，并對基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度實施進行了詳細(xì)介紹，以期為智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供參考。