支撐一體化大電網的調度控制系統架構及關鍵技術
1研究背景
當前，我國特高壓交直流混聯電網規模不斷擴大，電網運行特性發生深刻改變，電網調度控制面臨新的挑戰。一是特高壓長距離、大功率輸電，跨越多個氣候區，運行環境復雜多變，亟需國分省各級調度同步掌控電網運行態勢；二是特高壓電網送受端、交直流強耦合，存在局部故障影響全局的安全風險，需要在全網層面實時進行跨區一體化安全預警和風險防控；三是大范圍源-網-荷資源的優化配置，亟需提升全網范圍精益化調度控制的決策支撐能力。
目前國內外電網調度控制系統都是按調度機構獨立建設和運行。雖然電網是互聯的，但調度控制系統之間卻是煙囪型的，不能及時獲取管轄區域外的電網信息，難以實現全網范圍內的精益化調控決策，尤其不能滿足像我國這樣的特高壓交直流混聯大電網安全經濟運行的需要。為解決全網一體化決策需求與各級調度分散控制之間的矛盾，本文將信息通信新技術理念與互聯電網強耦合需求緊密結合，提出了支撐一體化大電網的調度控制系統總體架構，具體闡述了需要重點突破的關鍵技術，并對系統研發面臨的若干關鍵問題進行了探討。
2大電網調度控制系統總體架構
大電網調度控制系統面向強互聯大電網設計，基于互聯網思維，綜合運用云計算、大數據等成熟適用的IT先進技術及其理念，以“物理分布、邏輯統一”為指導思想，將物理分布在各級調度的子系統，通過廣域高速通信網絡構成一套邏輯上統一的大系統，突破傳統的獨立建設、就地使用模式的局限，統一為各級調度提供服務。
這里的“物理分布、邏輯統一”是指采集控制分布、分析決策集中，實時性要求高的采集控制類功能面向當地，分析決策優化類功能面向全網。整個大電網調度控制系統由分析決策中心、模型云平臺、分布式監控系統等主要部分構成，如圖1所示。其中分析決策中心和模型云平臺全網集中部署，監控系統按電網管轄范圍分布部署于各級調控中心。
圖1大電網調度控制系統總體架構
基于全網共享的模型云，各級調度通過該系統可以實現電網信息的按需訪問；基于邏輯統一的全網分析決策，可以實現電網發展態勢的同步感知和安全運行的主動掌控；基于物理分布的監控系統，可以實現對大電網的分層分區監視與控制。
系統基于外部環境信息及未來趨勢分析，通過全景監視和評估實施控制策略智能調整，完成電網運行自校正，實現電網“自動巡航”；通過源-網-荷精細化調控，電力電量的全局平衡和超前部署，電網事故預想、預判、預控等功能，主動防范電網故障，實現電網主動調度。
3大電網調度控制系統關鍵技術
支撐平臺是大電網調度控制系統的基礎，業務應用功能是系統的核心，驗證和運維則是系統穩定運行的保障。大電網調度控制系統需要面向調控業務需求，在夯實關鍵基礎支撐技術的前提下，攻克一系列關鍵技術，從而實現大電網的全局監控、全局分析、全局防控和全局計劃決策。
1）系統關鍵基礎支撐。分析決策中心既要保證大量周期啟動的分析應用功能正常運行，又要協調并快速響應異地高并發計算任務的請求，還要具備高度的可靠性，以保證提供不間斷的服務。這些都有賴于大電網調度控制系統的關鍵基礎支撐，需要重點開展中心異地多活和高速并行計算框架等技術研究。
2）按需建模與廣域數據分布式處理。全面完整的電力系統模型和數據是分析決策全局化的根本保障，需要解決模型按需服務、數據分布式高速處理等技術難題，提供調控大數據挖掘分析手段，實現電網信息廣域同步感知、同景展示和故障協同處置。
3）計及源荷雙側不確定性的大電網智能調度控制。新能源的廣泛接入以及柔性負荷與電網雙向互動程度的加大，增加了發電計劃編制和調度控制的難度；全局分析優化則導致計算規模更大、任務更重，控制策略的協同性要求更為迫切。為實現大電網穩態運行下的自動巡航，需要攻克源荷模型統一構建、多目標經濟運行域生成、多維度實時評估及自主優化、分區電網源荷協同優化控制等技術。
4）大電網一體化在線安全風險防控和智能決策。特高壓電網送受端、交直流和上下級電網間耦合緊密，只有通過全局防控才能有效降低電網運行風險，而源荷雙側的不確定性進一步加大了電網安全風險防控的難度。需要建立科學的風險評估指標，量化評估、感知、預警在線安全風險，在此基礎上全局優化預防性控制措施，并對系統保護和安全自動裝置的運行參數進行在線協同校核，確保電網安全穩定運行。
5）系統試驗驗證與運維支撐。大電網調度控制系統架構復雜，在系統開發過程中需要對支撐平臺和應用功能進行全面測試，確保系統軟件的功能和性能滿足大電網調度控制運行的需要；分析決策中心和模型云平臺的集中部署，給運行維護帶來了困難，需要創新系統運維技術，提升運維管理效率。
4系統研發關鍵問題探討
大電網調度控制系統的研發建設除了需要攻克上述各項關鍵技術外，在IT新技術與信息安全、源荷協同調度、智能化技術應用、集中決策與五級調度等方面還面臨諸多挑戰。
1）IT新技術與信息安全。電網調控有其自身特點，IT領域的新技術不能簡單地移植到電網調度控制系統中，需要針對大電網調度控制系統的結構、業務特點，進行甄別和選擇，尤其是要謹慎使用開源軟件，杜絕可能的后門和漏洞。同時，需要在現有調控系統安全防護總體策略的基礎上，借鑒其他行業經驗，動態采用多種安全防護手段，建立主動安全防護體系。
2）源荷協同調度。通過引導柔性負荷主動參與電網運行控制，可有效解決電力系統功率調節能力不足的問題。而調控量大面廣的負荷，必然使調控系統更加面向社會，帶來復雜的安全問題。因此，在實施負荷調度時一定要充分做好安全防護工作，才能將發電跟蹤負荷的調度模式提升為源荷協同調度的新模式。
3）智能化技術應用。將智能化技術同電力系統分析技術相結合，可以為大電網調度控制系統提供智能化解決方案。但調度控制的高可靠性要求決定了現在的智能化應用仍只能以智能輔助決策為主，未來的終極目標是“智能決策、閉環執行”。
4）集中決策與五級調度。統一調度、分級管理是我國保證電網安全運行的體制性優勢。集中決策更多體現了“統一調度”的思想，而就地控制則反映了“分級管理”的原則。集中決策依賴于統一部署的分析決策中心，為了減輕分析決策中心的計算負擔，只涉及本級電網的分析計算盡量在當地監控系統完成，真正需要全網統一分析計算的任務才放到分析決策中心完成，切實發揮“物理分布、邏輯統一”的體系架構優勢。
5結語
本文著眼于特高壓交直流混聯大電網一體化調度運行控制重大需求，提出建設“物理分布、邏輯統一”的大電網調度控制系統。與以往系統相比，大電網調度控制系統具有以下特點：
總體架構：集中與分布相結合，監控功能分布部署，決策功能集中部署；
電網監視：實現模型數據同源，運行信息廣域同步感知，電網故障協同處置；
分析應用：實現電網優化運行的“自動巡航”和安全風險防控的“智能決策”。
大電網調度控制系統的應用將改變調控中心各自孤立進行分析決策的現狀，顯著提升大電網調度的“預想、預判、預控”能力和智能化水平，為大電網安全經濟運行保駕護航。（許洪強，姚建國，於益軍，湯必強）