目前,以信息技術徹底改造現(xiàn)有的電力能源利用體系,最大限度地開發(fā)電網體系的能源效率成為當前非常熱門的焦點。主要通過一個數(shù)字化信息網絡系統(tǒng)將電能從開發(fā)、輸送、存儲、轉換(發(fā)電)、輸電、配電、供電、售電、服務以終端用戶等多個環(huán)節(jié)進行智能化精確控制。將能源的利用水平提高到一個新的臺階。降低污染,提高投資和收益比例,這就是智能電網的基本建設思想。電網調度自動化主站的發(fā)展也將受到智能電網框架思想的影響,并基于計算機網絡技術,向智能化發(fā)展。
一、智能電網概念
智能電網是經濟和科技發(fā)展的必然。近年來,美、歐等不少國家都相繼開展了智能電網的有關研究。到目前為止還都處于初級階段。美國電力科學研究院( EPRI)提出“Intelli Grid”概念,而美國能源部(DOE)則提出了“GridWise”。雖然二者稱謂不同, 但內涵和目標基本一致。在歐洲,則采用了“Smart Grid”。盡管智能電網在國際上還沒有統(tǒng)一的定義,但是總體來說,是使用健全的雙路通信、高級的傳感器和分布式計算機的電力傳輸和分配網絡,其目的是改善電力的傳送和使用的效率、可靠性和安全性。
二、傳統(tǒng)和智能電網調度自動化區(qū)別
傳統(tǒng)電網調度自動化主要由變電站自動化和調度主站自動化組成。自1954年,中國從蘇聯(lián)引進了遠方終端裝置RTU,東北電網安裝了16套遙測裝置后,中國進入了變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展時代。此后國內開始了系列遠動產品的研制開發(fā),并在華北,華東和東北三大電網推廣應用。變電站自動化走過了集中式、分布式的道路。調度主站系統(tǒng)也是在20世紀60年代中期,隨著電子技術的迅速發(fā)展,基于計算機的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)SCADA的研制而開始的。兩者構成了傳統(tǒng)的電網調度自動化的基本框架,其對客戶的服務簡單、信息單向,系統(tǒng)內部存在多個信息孤島,缺乏信息共享。雖然局部的自動化程度在不斷提高,但由于信息的不完善和共享能力的薄弱,使得系統(tǒng)中多個自動化系統(tǒng)是割裂的、局部的、孤立的,不能構成一個實時的有機統(tǒng)一整體, 所以整個電網的智能化程度較低。而與傳統(tǒng)電網調度自動化相比,設想中的智能電網調度自動化系統(tǒng)將進一步拓展對電網全景信息(指完整的、正確的、具有精確時間斷面的、標準化的電力流信息和業(yè)務流信息等) 的獲取能力,以堅強、可靠、通暢的實體電網架構和信息交互平臺為基礎,以服務生產全過程為需求,整合系統(tǒng)各種實時生產和運營信息,通過加強對電網業(yè)務流實時動態(tài)的分析、診斷和優(yōu)化,為電網運行和管理人員提供更為全面、完整和精細的電網運營狀態(tài)圖,并給出相應的輔助決策支持,以及控制實施方案和應對預案,最大程度地實現(xiàn)更為精細、準確、及時、績優(yōu)的電網運行和管理。智能電網將進一步優(yōu)化各級電網控制,構建結構扁平化、功能模塊化、系統(tǒng)組態(tài)化的柔性體系架構,通過集中與分散相結合,靈活變換網絡結構、智能重組系統(tǒng)架構、最佳配置系統(tǒng)效能、優(yōu)化電網服務質量,實現(xiàn)與傳統(tǒng)電網截然不同的電網構成理念和體系。由于智能電網自動化可及時獲取完整的輸電網信息,因此可極大地優(yōu)化電網全壽命周期管理的技術體系,承載電網企業(yè)社會責任,確保電網實現(xiàn)最優(yōu)技術經濟比、最佳可持續(xù)發(fā)展、最大經濟效益、最優(yōu)環(huán)境保護,從而優(yōu)化社會能源配置,提高能源綜合投資及利用效益。
三、目前智能電網自動化研究現(xiàn)狀
雖然中國還沒有從國家層面制定智能電網的發(fā)展戰(zhàn)略,但在很多方面的研究成果已經為發(fā)展智能電網奠定了一定的基礎。尤其在智能電網調度自動化方面主要是建設數(shù)字化變電站和提升調度自動化主站系統(tǒng)。
目前數(shù)字化變電站主要基于先進的變電站網絡通信、非常規(guī)互感器、智能終端系統(tǒng)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850標準,和以前使用的標準不同之處在于對象模型,它以服務器模型、邏輯設備模型、邏輯節(jié)點模型和數(shù)據(jù)對象模型建立了裝置和變電站的數(shù)據(jù)模型。IEC61850定義了統(tǒng)一的XML配置語言用于描述這些數(shù)據(jù)模型。這些工作使得裝置和變電站的數(shù)據(jù)變得透明化,使得數(shù)據(jù)變得確定化,滿足數(shù)據(jù)讀取和互操作的要求。采用面向對象的數(shù)據(jù)自描述方法定義各類數(shù)據(jù)對象類型DOType、DAType;多種類型的數(shù)據(jù)對象組成邏輯節(jié)點類型(LNType);多種類型的邏輯節(jié)點組成邏輯設備,最后形成裝置模板;通過多個裝置實例、一次設備實例形成變電站數(shù)據(jù) ; 定義了完整地描述這些數(shù)據(jù)對象的語言代碼和方法;定義了完整地描述面向對象的數(shù)據(jù)服務的方法。與傳統(tǒng)的變電站相比,數(shù)字化變電站具有的特點是采用新型互感器,通過過程總線實現(xiàn)測量信息的全面共享;間隔層,甚至站控層自動化功能突破智能裝置的“邊界”,實現(xiàn)自由分布和應用集成;取消傳統(tǒng)的“硬接線”,自動化功能之間的邏輯配合關系建立在信息交換的基礎上;變電站作為電力自動化系統(tǒng)的信息源和控制終端,通過信息傳輸為控制中心系統(tǒng)提供更加完整和豐富的信息,例如一次設備監(jiān)測信息、二次設備監(jiān)測信息、電網運行狀態(tài)信息、電網故障信息、計量信息等;變電站自動化系統(tǒng)成為整體電力自動化系統(tǒng)的有機組成部分,通過變電站信息傳輸可以實現(xiàn)如區(qū)域無功優(yōu)化策略、區(qū)域防誤策略、區(qū)域備自投策略、電網故障分析系統(tǒng)等控制中心功能。
調度自動化主站也將隨著技術的進步得到進一步提升,目前主要是采用先進的IEC 61970標準,給系統(tǒng)帶來新的變化。使得系統(tǒng)可以是不同廠商開發(fā)的EMS應用的集成和獨立開發(fā)的完整EMS系統(tǒng)之間的集成,也可以是EMS系統(tǒng)與有關電力系統(tǒng)運行的其他系統(tǒng)之間的集成,例如發(fā)電或配電管理系統(tǒng)。IEC 61970使EMS的應用軟件組件化和開放化。能即插即用和互聯(lián)互通,使系統(tǒng)集成和信息共享更加容易。對電力系統(tǒng)中的三個最主要的涉眾――最終用戶、開發(fā)商和行業(yè)管理者――都具有重要的意義。這種變化使得系統(tǒng)的開發(fā)和應用得到了極大的自由空間,和以往相比可以更加開放地融合其他商家的產品。使得接口和模型更加通用,為以后的系統(tǒng)之間交互提供了很大的自由度。信息流間的壁壘減弱了,信息孤島將被消除,系統(tǒng)之間可以共享資源,為系統(tǒng)智能化提供了大量可互通的模型結構。
四、智能化調度自動化設想
未來的智能調度自動化系統(tǒng)將是一個龐大的智能化系統(tǒng),系統(tǒng)將基于高級測量體系AMI將負荷數(shù)據(jù)和系統(tǒng)聯(lián)系起來,高級測量體系包括智能電表,通信網絡,用戶室內外網等。系統(tǒng)將包括基于三維的GIS地理信息子系統(tǒng),高級智能配網子系統(tǒng),高級智能輸電運行子系統(tǒng),以及智能機器人巡視子系統(tǒng)等。由于所有的區(qū)域性智能調度自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)能互相傳輸,互相兼容,所以互動性非常強,消除了信息孤島。強大的系統(tǒng)間冗余和組合能力使得數(shù)據(jù)能在全局范圍內得到整合?？梢詮母鱾€區(qū)域性系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中調用所需要的電網數(shù)據(jù),并形成全局性的電網拓撲能以及為人工智能提供完整統(tǒng)一的電網模型。這樣的智能系統(tǒng)結構扁平、多層分布、功能可組及布置靈活。構建信息交互與共享的層次架構,避免無謂的、甚至是有害的海量信息操作。同時,新型的智能化信息交互平臺將是堅固的、靈活的、抗攻擊的、自防御的。智能化調度自動化系統(tǒng)將發(fā)電,輸電、配電和用戶信息統(tǒng)一到完整的平臺上,并實現(xiàn)電網的雙向互動供電。從用戶端來說,個性化、需求化、靈活的電能需求將可以得到實現(xiàn);自有、富余、投資性電能可以用于電網補充、調配和應急。從電網側而言,可以實時掌握電能需求、即時掌控負荷分配、預估系統(tǒng)安全穩(wěn)定、有效調配電能資源、合理引導用戶節(jié)電、快速應對突發(fā)風險、切實提高投資效益。而且,雙向交互式的信息溝通,將會大大提高真實、有效信息的傳遞,提升智能電網的反應速度和效能;還可以拉近與用戶的距離,體驗用戶需求,鑄就良好企業(yè)形象,切實履行企業(yè)社會責任;促進用戶主動關注和參與電網穩(wěn)定運行,培養(yǎng)用戶主動節(jié)能。
結語
智能調度自動化將是智能電網運行不可缺少的智能系統(tǒng),對其研究必須從中國的國情出發(fā),充分利用先進的IT技術和智能化科技,以及最先進的通信技術。必須將自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在模型結構上統(tǒng)一,兼容,實現(xiàn)系統(tǒng)間的雙向互動,既能分散運行,又能自由組合。在安全性,保密性的基礎上實現(xiàn)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)群中的自由定位。使得智能電網能實現(xiàn)信息交互、需求交互,使得社會效益最大化。