基于“三协同一支持”的电网运行方式智能匹配管理系统建设

樊国伟，樊国旗，段青熙，朱子民，唐 浩，亢朋朋，王 衡，杨桂兴，刘德福

(1.国网新疆电力公司，新疆 乌鲁木齐 830011；2.国网金华供电公司，浙江 金华 321001；3.陕西省电力公司 陕西 西安 710048)

0 引言

随着清洁能源的规模化接入及大量新设备投运〔1-2〕，电网运行方式日渐复杂，进而造成电网稳定限额调整频繁，限额制定工作也越来越精细和复杂〔3-4〕。稳定限额作为电网安全运行的约束底线，是指导计划安排和实际调度工作的重要判据。但在其场景运用判断方面却始终高度依赖人工经验〔5-6〕。电网经济、稳定运行尚存优化空间，紧急停运风险高居不下。

文献〔7〕对比电网正常和检修方式，提出负荷转移方案和风险评估指标。文献〔8〕研发了宁夏电网运行方式风险校核经验智库，保障检修方式下电网安全稳定运行。文献〔9〕提出一种实时系统与专家规则库相匹配生成断面限额的调整技术，增强调度员的控制水平。文献〔10〕根据不同的指标对电网状态进行监控，提高了电网对断面的监控能力。文献〔11〕根据不同能源出力水平生成动态断面限额，证明动态化限额管理具有良好的经济性。但是上述文献多是对小电网系统或者大电网系统的局部时间段运行方式进行研究，没有从大电网长时间尺度运行方式进行分析和研究。

为满足电力市场化进程对电网潜力挖掘的迫切需要，规范电网运行方式及稳定限额管控流程，探索覆盖“多时域、多空间”的三方高效协同工作机制，建设电网运行与稳定限额智能匹配管理体系，优化各专业协同联动机制流程，提高信息传输的及时性、精准性，解放人工录入、计划、判断、监控、决策压力，降低过度依赖人为经验造成电网保守或激进运行风险，切实适应电网智能化发展需求。

1 实施背景

1.1 调控各专业工作离线对接，难以满足运行方式及稳定限额信息全过程管控需求

方式专业作为约束的制定者，以《电力系统安全稳定导则》为依据，通过预想故障条件，给出电网安全稳定运行所允许的温定限额。计划专业以此稳定限额制定经济、高效计划安排，调度专业根据计划安排、稳定限额和实际电网情形实时调度。

该业务模式存在以下三方面的问题：1、线下业务通知单流转周期长，同一情况分头通知、分别录入，存在潜重复耗时缺点；2、业务流转过程中存在错误不能及更正，更正过程中信息重新录入、计划重新制定，甚至可能导致错误计划；3、各自系统独立，使得相关信息缺乏一致性和完整性，朔源和风险排查难度增加。

1.2 静态稳定规则难以及时匹配电网实时变化需求，人工梳理录入造成操作过程复杂

随着新疆电网飞速发展，新设备的大量应用、清洁能源的规模化接入、大型互联电网运行维护的常规需求等使得新疆电网的运行方式日渐复杂，进而造成电网稳定限额调整频繁，限额制定工作也越来越精细和复杂。

然而，稳定规则的非形式化描述使得电网检修和运行方式改变时，计划和调度人员梳理、录入稳定限额的工作量巨大，工作愈加繁琐且维护周期更长。此外，电网检修或临时运行方式过多时，若稳定限额难以及时维护更新，就容易造成稳定限额与实际运行方式不符，给电网稳定运行带来潜在风险。

1.3 计划、监控、判断、决策工作高度依赖人工经验，难以适应电网紧急停运多的需要

稳定限额作为电网运行的安全边界，在实际运用中却存在高度依赖人工经验的缺点。计划专业方面，稳定限额作为编制日前发电计划的重要约束条件之一，在校核安排检修计划时，计划人员需参考稳定规则规定，凭个人经验确定计划编制过程中需要考虑的断面约束。调控专业方面，其EMS系统虽然具备稳定限额越限报警功能，但具体限额设定也是由调度员对当前电网运行情况进行分析和判断，并依据运行方式和检修工作从稳定规则规定或检修申请单中选取对应判据进行录入，达到自动判断稳定限额越限报警和预防、校正控制的目的。

高度依赖人工经验进行运行方式判断和稳定限额监视断面选择存在以下问题：1、智能电网调度控制系统中的综合智能告警、发电计划、自动发电控制等多个应用都涉及稳定限额和运行方式信息，数据一致性和完整性难以保证；2、故障条件较为复杂时，容易造成监视断面的误选，从而丧失解决电网安全稳定问题的先机；3、调度专业过多关注稳定限额的维护和监视断面选择问题，导致其工作压力过大；4、若过度追求电网安全，导致电网输电潜力挖掘不足；5、电网紧急停运情况下，方式专业及时分析计算决策时间短、压力大。

2 实施策略

以D5000平台实际电网结构及设备运行状态为依据，以断面定义和稳定限额标准化管理为基础，以自动跟踪智能匹配技术为手段，以省地一体化稳控平台为支持，打通三方专业联系通道，实现稳定限额的统一维护管理，实现电网状态、设备运行、稳定限额的自动跟踪监测，实现电网运行重点断面和稳定限额监控的自动匹配，实现稳控策略跟随电网动态变化决策。

运行方式及稳定限额自动匹配系统功能架构如图1所示，该系统能够彻底改变依靠信息重复对接、依赖人工经验决策、依附静态极限安排的传统运作模式，保障电网安全运行，挖掘电网效益潜力；该系统通过以下四个方面实现。

图1 运行方式及稳定限额自动匹配系统功能架构

(1)筑牢底层储备库体系，冲破专业壁垒，打造稳定限额信息联通共享机制。

(2)发挥在运电网实时运行监控平台优势，实现电网运行状态实时管控。

(3)提供智能化决策方案，降低过度依赖人工造成的潜在安全风险。

(4)提供省地一体化稳控系统支持，发掘保障安全前提下的电网经济性运行潜力。

3 实现做法

3.1 推进规则库体系规范化流程建设，打造方式、计划、调度三方信息共享联动机制

依据《电力系统安全稳定导则》要求，对电网运行存在正常方式、断面潮流(潮流方向)、线路断开、机组开停、单主变运行、稳控投退、季节状态等多种运行方式进行规范化定义和分类别管理。进而设定断面定义支持以下三种方式：

(1)线路+主变等设备组合构成；

(2)设备+已定义断面组合构成；

(3)多个已定义断面组合构成。

进一步，设置按地州分类、按内供外送分类和按电压等级分类三种划分方案，满足操作人员弹性调用需求。

3.2 构建“智能化”规则库体系，奠定电网运行方式稳定限额智能匹配管理基础

“五位一体”规则库体系结构如图2所示，其包括：事实定义、断面定义、约束条件、业务规则和约束条件逻辑运算五大模块。事实定义模块：存储断面限值相关的设备信息。断面定义模块：存储电网运行断面。约束条件模块：存储业务规则的约束条件。业务规则模块：存储判断面限值的产生式规则。逻辑运算模块：存储约束条件之间的逻辑运算关系及优先级。

图2 “五位一体”规则库体系结构

输入业务数据后，规则引擎将通过自动匹配规则实现业务行为自动驱动，简化业务规则和流程变更的步骤，为实现电网运行方式与稳定限额精准匹配储备“专家”意见，使系统具备充分的灵活性和可变性，降低产品升级和系统维护的成本。

3.3 规范规则库体系运维管控流程，充分激活提速引擎

规则库体系建设可以实现电网稳定限额的智能运行，增强三大专业业务的沟通能力和业务流转效率，不同与仅靠规则编写传统业务，该系统可以实现业务规则匹配的引擎编写，其区别如图3所示。

图3 传统业务逻辑编写方式与引入规则引擎后逻辑编写的区别

结合实际业务现状及专业人员片区分管情况，以“数据来源唯一、谁分管谁负责，谁负责谁维护，一方录入三方共享”为原则，形成数据库规范运行长效运用机制。

权限管理方面：计划和调度相关专业人员仅具备查询、调用权限，不能对相关数据进行修改变更，方式专业人员具备对稳定断面进行定义、分类、修改、删除操作的权限。

4 功能特点

4.1 发挥在运调度平台优势，实现电网及网内设备状态“实时交互，信息共享”

时间维度上，利用D5000系统对电网运行信息的全过程自动监控跟踪存储优势，进行全时域信息把控管理。一方面，加强对电网历史运行数据的归纳分析，储备运行经验；另一方面，利用电网实时监控资源优势，为电网运行方式和稳定限额自动匹配奠定基础。实现对电网运行信息的多时间尺度掌控和利用。

空间维度上,采用数据互联，系统互通管理模式，降低专业工作沟通的复杂性，提高运行参数的准确性，为智能匹配工作的落实提供数据基础。

4.2 提供智能化决策方案，降低过度依赖人工造成的潜在安全风险

稳定限额匹配流程如图4所示，包括数据准备、编译、匹配和匹配结果保存阶段。数据准备阶段：将规则库中读取断面信息对象化。编译阶段：基于Rete算法构建稳定限额规则网络(Rete网络)判断断面相关的规则，Rete网络如图5所示。匹配阶段：在Rete网络中对影响断面限额的设备运行数据进行匹配。匹配结果保存：对匹配结果进滚动存储，统一管理。

图4 稳定限额匹配流程图

图5 基于Rete算法的规则网络断面对象构建

采用实时采集滚动处理模式，每五分钟进行一次运行方式自动匹配系统运算，实现新疆电网输变电设备监控全覆盖、输电断面及稳定限额定义全覆盖。

4.3 实时运行方式匹配及动态限额调整

电网正常运行时，实时匹配稳定限额，其匹配流程如图6所示，并进行监控，提供准确的越限告警并减少误告。

图6 实时运行方式匹配流程

电网运行方式变化时，迅速更新断面、动态调整限额，并发出提示信息，提醒操作人员关注变化情况。

4.4 未来态电网预想事故限额自动推送

未来态电网构建机制：以时间为主线，在基态基础上考虑设备的投产、退运和检修，生成相应的未来态电网模型。

依据检修计划或预想事故，以其对应未来态电网模型基础，基于典型运行方式潮流运算，依据运算结果进行推演分析，制定未来稳定控制断面的运行方式和稳定限额，为发电计划自动提供准确的电网运行约束方案，未来电网匹配流程如图7所示。

图7 未来电网匹配流程

业务精简流程如图8所示，该流程彻底转变方式和计划专业业务流转模式，简化业务流程，提升工作效率：从计划安排检修、机组运行方式—交由方式专业校核运行方式、提出稳定限额—校核结果反馈计划专业调整计划安排—通过最终检修计划的业务流程，向计划安排检修、机组运行方式—系统自动生成运行方式、需要控制的稳定限额转变。

图8 业务精简流程

4.5 稳定限额及越限警告信息的可视化展示方法

通过操作界面，“图文并茂”的展现当前电网匹配情况，实现监控数据和分析结果的可视化、场景化、实时交互反馈，形成正常限额数据、越限数据、越限区域潮流情况的可调、可查，稳定限额及越限警告信息的可视化展示如图9所示。对于未来态电网，可通过操作界面查看到未来一小时和未来一天的电网方式运行情况和断面限额匹配结果。

图9 稳定限额及越限警告信息的可视化展示过程

4.6 省地一体化稳控系统支持，发掘电网经济性运行潜力

目前新疆电网已形成了一套完善的“纵向到底、横向到边”的全覆盖立体化风险管控体系,实现从策略制定、管理到设备实际运行、动作情况的全过程管控，实用效果也已在一系列工程中得到应用和检验，其主要体现在稳控决策可视化和电网运行效益最大化两个方面。

稳控决策可视化：前台可视化自动展示、实时更新动态决策及切合量转变，弥补了匹配系统中稳定限额定义维护的静态缺憾，实现了调度人员对电网稳控策略、被切负荷区域、切机切负荷量的可视化、动态化全方位把控，将人员盲从后台设备动作，变为对未来电网可能出现的故障处理方法的运筹帷幄。

电网运行效益最大化：基于省地一体化稳控平台中的稳控策略公式化函数支持，实现依据电网实际运行状态动态制定切机策略，降低电网安全与经济运行冲突，实现在静态稳定极限制约下，依据电网实际运行情况对应动态稳控策略严防电网过度保守运行，实现电网经济运行最大化。

5 结语

基于“三协同一支持”的电网运行方式智能匹配管理系统推动了电网运行方式智能管理，主要带了以下几方面的效果：

(1)精简业务流程，三方协同工作效率显著提升。以“数据来源唯一、谁分管谁负责，谁负责谁维护，一方录入三方共享”为原则，梳理方式、计划、调度三方协同作业流程，形成覆盖“多时域”的“多空间”协作机制，简化了各处室之间的工作对接流程，缓解了三方递进式工作压力，实现了电网稳定限额制定、管理、运用的全过程一体化管控，三方协同工作效率显著提升。

(2)稳定限额规范化管理、智能化匹配、可视化监控，电网安全风险进一步降低。以省地一体化稳控平台为支持，发挥D5000平台资源优势，实现了电网状态的“多时域”稳定限额自动跟踪、自动判断、自动匹配，稳控决策自动化、可视化体现，向日前、日内发电计划制定提供自适应运行约束，降低由人为误判造成的电网安全风险进一步降低，有效提升了大电网安全水平。

(3)电网经济运行持续优化，经济效益和社会效益稳步提高。电网运行与稳定限额智能匹配管理系统累积经济效益1 300万元。成果实际应用产生直接经济效益368.39万元，节约支出总计650万元，节本增效效果明显，对自治区和行业经济发展影响深远。