摘要：結合南方電網特點，簡述了智能電網發展的現狀和目標，重點探討了面向服務的一體化調度智能體系、數據服務、應 用服務、節能發電調度、實時仿真平臺等關鍵技術，研究內容對南方電網一體化調度智能系統的建設具有重要的指導意義。

建設高效智能電網、發展節能發電調度是當前電力工業面臨的歷史性機遇。目前學術界和工業界 關于智能電網存在共識，即利用先進技術和智能手 段拓展電源多樣性、提高能源轉換效率、提高電網運 行水平、提升用戶滿意度。其最終目標是為了保障電 網安全運行，滿足電網“優質、經濟、高效”的供電要 求。

由于電網發展階段和面臨的主要問題不同，世 界各國在智能電網的發展思路上具有不同的側重 點。美國注重電網基礎架構的全面升級，發展大容量輸電技術，同時最大限度地利用信息技術，實現計算機智能運行和管理;歐洲以發展綠色電力為核心，強 調通過可再生能源的大比例利用實現整個電力工業發展模式的轉變。總體來說，西方國家側重于配電側和用戶側的智能化和自動化。我國面臨的主要任務是繼續加強骨干輸電網建設，解決一次能源與負荷 分布不均勻的矛盾，提升能源轉換效率，減少溫室氣 體排放，同時兼顧配網側和用戶側的信息互動[1-3]。 因此，智能電網建設是一項系統工程。

“十二五”期間，南方電網將形成“九直八交”送 電通道，西電東送規模達到 58.6GW，“強直弱交” 特點更顯突出，電網運行特性更加復雜，對調度自動 化系統的技術支撐能力提出了更高的要求。面對智 能電網快速發展的機遇和挑戰，調度中心一方面積極參與公司智能電網發展的前瞻性研究，另一方面著力于一體化調度智能體系和調度運行智能化關鍵 技術的深入研究，充分利用云南和廣西調度中心新 建能量管理系統(Energy Management System，EMS) 以及“十二五”期間大量二次系統建設的契機，開展 示范工程建設，推進調度自動化系統的標準化和智 能化升級。

1 智能電網對調度自動化的新要求

作為人工建造的世界上最復雜的系統，電網本 身是一個剛性系統，電源的接入與退出、電能量的傳 輸等都缺乏彈性，致使電網沒有動態柔性及可重組 性，系統自愈、自恢復能力完全依賴于實體冗余。自 動化系統、信息系統、自動控制等技術的快速發展都 是為了提升電網本身的柔性和智能化運行與管控能 力。

近年來，EMS 系統、廣域測量系統(Wide Area Measurement System，WAMS)、 調度生產管理系統(Dispatching Management Information System， DMIS)、水調自動化系統、脫硫監測系統、在線預決 策系統、信息披露平臺等系統的建設和發展，豐富了電網監視和調控的手段，提升了一線調度人員駕馭 復雜大電網的能力。不過，由于架構設計上的不足， 各套系統在技術支撐能力上仍然具有較大的提升空 間，主要體現在體系設計不統一、功能實用性不足、標準化推廣欠缺、業務導向不明確、實時仿真能力不強，同時不能應對智能電網發展帶來的調度需求不確定性。

電網規模的不斷擴大要求盡快解決上述電網運 行和管理中遇到的難題，這也促進了“智能電網”建 設目標的提出，并很快就得到了各國政府和相關行業領域專家的廣泛認可與支持。

南方電網是國內唯一、世界少有的交直流并聯運行的超高壓、遠距離、大容量互聯電網。為了更好 地利用能源，提高能源轉換效率，加強電網網架結 構，提高電網運行水平，南方電網在智能化戰略中對調度提出了更高的要求。電網調度要充分利用計算機和信息技術的最新成果，加快電網調度信息化、自 動化和智能化建設，研究和設計面向未來的智能電 網，具備一體化、標準化和智能化特征的大電網智能調度技術支持體系，為公司的各級管理提供更加全 面、及時、準確的電網運行信息，全面提高電網運行 和管理的一體化和智能化水平。

1)構建統一技術支撐體系。為保證電網安全、穩 定和高效地運行，調度中心存在眾多的業務需求，這 些需求的提出推動了各套獨立系統的建設和運行， 各項業務系統之間不可避免地存在數據和功能上的 交叉，然而，因為缺乏整體規劃，在架構靈活性和設 計標準化兩方面的缺陷，導致快速發展的應用系統 間數據共享難、相互影響大、全局安全性和集成能力 不足、缺乏可以共享的統一信息編碼等諸多運維難題。調度智能化要求構建全網一體化、標準化的技術 支撐平臺，滿足調度各專業橫向協同和多級調度縱 向貫通的需求。

2)提升調度功能實用性。電網調度運行必須始 終將安全運行放在首位，同時隨著行業飛速發展需要不斷吸收新技術、追求創新，這導致已有系統功能 實用性不足。智能電網要求進一步提升調度決策支持水平，發展柔性電網調控技術，開發更多滿足調度業務發展、具備更強實用性的調度新功能。

3)加強規范化和標準化。標準化建設和運維是 系統推廣和互動的基礎，但目前電網數據和模型都 出現了不同的版本，單一數據源和獨立模型不能單 獨滿足調度整體業務需求，相互整合存在較高技術 難度。調度智能化應用需要得到電網全景信息的支持，包括對數據采集的標準化整合、電網模型和信息 編碼體系的統一、多級調度主站和廠站的信息融合 與業務流轉等。

4)建立業務導向型功能規劃。專業職能的劃分，將本是相互融合的電網調度業務進行了人為的拆分，導致調度自動化系統業務導向不明確。應用系統 由不同專業部門分批建設，缺乏整體規劃和統一的 基礎技術支撐體系。有必要依托全網統一的技術支撐體系，規范各應用系統的接入方式和信息共享模 式，實現信息在應用系統間靈活互動，以滿足從調度 計劃、監視預警、校正控制到調度管理的全方位技術 支持。

5)提升實時仿真能力。電網實時仿真和在線調 控是一個長期難題，但隨著電網規模的日趨復雜，經驗型的調度方式面臨嚴峻的挑戰，提升大電網在線

仿真和調控水平的研究迫在眉睫。調度中心需要整 合現有軟硬件資源，研究和建設先進的大規模高性 能計算平臺，提升電力系統暫態、動態、交直流混合 在線仿真研究、在線安全校核，以及系統實時調控等實時功能的實用化水平。

6)應對智能電網發展新需求。智能發電、輸電、 配電和用電，以及節能發電調度的推進對電網調度 提出了嚴峻的挑戰。配網側雙向潮流管理、電動汽車 大規模應用等帶來的電網負荷波動特性變化，調度 部門負荷預報和實時調控的難度進一步加大。大容 量新能源電源并網帶來的電源輸出不穩定性和不確 定性，以及如何利用這些新的負荷點進行削峰填谷， 都會給運行方式的安排和執行帶來挑戰。南方電網 屬于交直流混聯大電網，強直弱交的格局還在不斷 強化，運行方式復雜多樣，電網運行和調控都對自動化系統在線穩定預警、智能分析和調控、電網自愈等 功能提出了新的要求。

2 智能調度關鍵技術研究

智能調度的目標是適應智能電網的發展，保障 電網安全，滿足電網“經濟、優質、環保”運行的要求。 為有效組合當前有限的人力和物力資源，充分利用國內外已經或即將成熟的先進技術和標準，應按照 “運行一體化、建設標準化、業務全覆蓋、流程全貫 通、信息全共享”的總體要求，深入分析和研究調度 智能化的關鍵技術，推動試點工程建設，構建全網一 體化運行智能系統。

2.1 一體化電網運行智能體系設計

國內主流的分層分布式 調度自動化系統 (SCADAEMS)起步于上世紀 90 年代，系統架構沿 用多年，盡管隨著電網業務的發展進行了功能拓展， 但基礎框架并沒有改變，基礎框架的不足已經限制了新業務和新應用的發展。各級調度主站和廠站二次系統的獨立設計也對全網信息共享和一體化運行管理造成困難。

有必要調研 IT 技術發展的現狀和技術水平，特 別是要深入分析基于服務的體系(Service- oriented Architecture，SOA)，開展基于企業服務總線

(Enterprise Service Bus，ESB)的調度技術支撐平臺 的可行性研究，提出調度 ESB 的部署方案以及 ESB 橫向與縱向互聯方案。在調度 ESB 的基礎上，建設 滿足電網調度需求的應用服務與數據服務，研究應 用功能的服務封裝和接入實現。研究 IEC61970 和 IEC61850 標準的融合技術，提出相應的數據交換、協議轉換和通信選擇方案，實現主站和廠站的無縫聯接。理清各級調度機構的業務需求和智能調度發 展的具體要求，分析南方電網調度主站和廠站一體 化運行和管理的特征，完成南方電網一體化電網運 行智能系統的框架設計和功能規范設計，提出面向 全網推廣的一體化建設規劃。

2.2 應用服務

電力系統應用功能的實現是一個漸進式完善的過程，由于缺乏整體規劃，各項應用功能分散在不同 的系統，實現手段多樣，相互融合困難，部分功能冗 余?；?CORBA 等技術構建的中間件平臺采用緊 耦合技術，功能的升級和復用相對比較困難。

采用基于服務的松耦合方式將能夠實現調度功 能的靈活配置，同時，服務的易擴展性能夠滿足調度 功能階段性建設的需求。在新的 SOA 體系中，傳統 應用，如故障分析或阻塞管理等，都被細分為多個基本模塊，如調度員潮流、系統等值、最優潮流等。根據 需求的不同，應用服務可以按照不同的“粒度”進行

分解。應用服務之間采用標準的訪問方式，實現服務 對服務的調用。對于很多已有功能，可以通過底層服務總線提供的接入標準進行服務封裝。

2.3 數據服務

數據是電網運行和管理的基礎，確保數據的完整性、準確性、及時性和一致性是調度機構長期追求的目標，也是一體化電網運行智能系統的核心之一。 目前，電網運行數據的獲取和處理存在以下問題：① 前置采集系統冗余且橫向數據交換復雜、效率低;② 部分冗余數據異構，且存在數據不一致的問題，數據 融合困難;③分級調度縱向數據交換靈活性差。

基于 SOA 的數據服務，通過數據注冊中心和標 準的接口方式，能夠解決當前調度自動化系統運行中反映的實際問題，實現縱向和橫向數據一體化設計與共享，實現運行數據融合與全息展示，支持電網設備全生命周期管理。通過采用虛擬服務技術，能夠有效屏蔽數據物理存儲信息，實現無差別的訪問方 式。通過綜合數據通信和數據服務訂閱機制，能夠統一當前多套前置通信系統，簡化前置運維流程，實現 在線數據訂閱和調整。

2.4 節能發電調度

我國煤炭消耗占一次能源消耗的 70 %，高于世 界平均水平 40 個百分點，對于能夠降低化石能源消 耗、節能減排的智能電網的需求非常迫切。按照規 劃，我國 2020 年風電、太陽能等可再生能源發電裝 機容量將達到總裝機的 16 %，2050 年將達到 30 %。 目前，南方電網已經充分認識到推行節能發電調度 的必要性和緊迫性，相關技術支持系統陸續投入運 行，如電廠脫硫實時監測系統和水調自動化系統等。 但各系統獨立建設和運行，功能分散，與核心 EMS 缺乏融合，還不能滿足節能發電調度的業務要求。

有必要全面分析南方電網轄區能源分布特點， 研究大規模可再生能源接入電網的能力和方式，從 碳排放監測和優化控制、水火電優化調度和梯級水電優化調度、新能源優化調度、節能調度計劃編制等 多個方面，全面推進節能發電調度。

重點解決多級多維協調的節能優化調度關鍵技術。研究適應三公調度、節能調度、電力市場等多種 調度模式，滿足“空間、時間、目標”三維統一協調的 節能優化調度關鍵技術。研究多級調度一體化的安全經濟協調優化技術和方法，提出考慮各種安全約 束的節能環保優化調度的數學模型，實現多級調度 技術的安全校核。建立多時間尺度下考慮多預想故障安全穩定約束的機組組合和經濟調度、電壓穩定聯合協調優化調度模型，實現安全穩定和節能環保 的協調優化。

2.5 大電網智能在線仿真平臺

南方電網屬于交直流混聯復雜大電網，運行方式多樣，穩定問題突出，離線仿真計算存在模型不準 確、運行方式不全面、仿真結果可參考性不強的問 題;在線仿真、校核和預警功能實用化不足;統一高 性能計算平臺建設滯后。

應積極開展先進計算機和信息技術、仿真算法調研，研究并行計算、網格計算、云計算等關鍵高性 能計算技術的實用水平，研究實時預警、在線模型 / 參數校核、實時計劃編制和校驗等關鍵技術的應用手段，開展實時仿真和超實時仿真平臺的試點建設，不斷推進大電網智能在線仿真計算和輔助決策的實用化，實現調度部門從經驗型走向分析型和智能型 調度的重要目標。

2.6 電網運行智能決策

一體化電網運行智能系統的建設目標是為了服務電網運行，保障電網運行安全。智能體系的建設僅 僅是提供了底層支持與數據基礎，構建于體系之上的智能應用將能夠有效提升電網運行智能決策能力。

研究智能電網運行狀態的自我感知技術。通過 一體化電網運行智能系統總線平臺提供電網全景信 息，分別分析一次設備狀態、二次設備狀態、電網運 行狀態，構建大電網運行狀態專家系統。

研究大電網運行風險評估技術。運用復雜系統 理論及電網運行穩定閾度量化分析技術，研究交直 流混聯大電網安全運行風險量化分析與協調控制決 策技術，實現電網運行在線綜合風險評估。研究外部 自然環境影響下大電網安全穩定運行風險的預警預 控技術，開發自適應外部環境的大電網安全運行風險評估與控制決策系統。以全景信息為基礎，提供事故前預警以及事故后數據挖掘，跨越專業界限，實現 事故后智能分析，自動形成分析報告。

研究多級協調的節能優化調度技術支持系統關 鍵技術。通過統一全網節能發電計劃生成的規則和算法、建立省間優化算法實現一體化節能發電調度 計劃編制，開發多級調度技術的安全校核功能。建立多時間尺度下考慮多預想故障安全穩定約束的機組組合和經濟調度、電壓穩定聯合協調優化調度模型，實現安全穩定和節能環保的協調優化。

3 結語

打造低碳經濟和建設智能電網，為電網的再次 騰飛帶來動力，同時也給調度運行帶來新的機遇和 挑戰。本文詳細論述了一體化電網運行智能系統框 架、應用服務、數據服務、節能發電調度、大電網智能 在線仿真平臺等智能調度關鍵技術，對即將開展的 一體化電網運行智能系統的建設具有重要指導作 用。

參考文獻

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