青島電網(wǎng)智能調(diào)度仿真系統(tǒng)在反事故演習(xí)中的應(yīng)用

吳興華，王文剛，羅魯東，田力輝

（青島供電公司，山東 青島 266002）

0 引言

調(diào)度部門是電網(wǎng)運行的核心部門，在遇到不可預(yù)測的電網(wǎng)事故時，調(diào)度員怎樣才能安全、準(zhǔn)確、快速的處理，盡快對失電區(qū)域恢復(fù)送電，是保證電網(wǎng)安全可靠運行的關(guān)鍵。

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和科技的進步，分析型調(diào)度日漸成熟，能量管理系統(tǒng)（Managament System）和數(shù)據(jù)采集及安全監(jiān)視系統(tǒng)SCADA等大量高科技軟件得到廣泛應(yīng)用，作為調(diào)度員進行電力系統(tǒng)運行管理的在線工具，有效提高了電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行水平。但電網(wǎng)規(guī)模越來越大，運行狀況也越來越復(fù)雜，調(diào)度員處理事故時面臨的困難隨之增大。尤其是惡劣天氣和發(fā)生多重連鎖故障時，大量的電網(wǎng)告警、開關(guān)變位和保護信號集中涌入，調(diào)度員憑借個人經(jīng)驗難以判斷故障類別，即刻采取措施，因此有可能延誤事故處理時機，造成人身及經(jīng)濟損失。針對這一現(xiàn)狀，青島供電公司建立并應(yīng)用了智能調(diào)度仿真系統(tǒng)，發(fā)展自動智能型調(diào)度，該系統(tǒng)能夠使調(diào)度專家經(jīng)驗與現(xiàn)代科技知識相結(jié)合，調(diào)度員能在最短的時間內(nèi)了解電網(wǎng)的事故發(fā)生、開關(guān)變位、保護動作等情況，并根據(jù)該系統(tǒng)提供的多種事故處理預(yù)案，形成清晰的思路，并在反事故演習(xí)中應(yīng)用、實踐，事故處理效率得到大大提高。

傳統(tǒng)的事故處理模式在進行反事故演習(xí)時，主要基于SCADA/EMS/DTS、保護及信息管理系統(tǒng)等計算機軟件，提交給調(diào)度員的往往是一些羅列的數(shù)據(jù)和簡單的提示，不能反映故障發(fā)生后的系統(tǒng)的演變過程，DTS與EMS運行在同一支撐平臺上，只能提供狀態(tài)估計、調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析等穩(wěn)態(tài)分析。智能調(diào)度仿真系統(tǒng)針對這些局限性，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，將上傳的故障信息進行判斷分析，在判斷出故障元件的同時，對故障涉及的開關(guān)、保護、備自投的動作情況進行評價，并生成故障元件和保護信息統(tǒng)計表，在此基礎(chǔ)上形成多種事故處理預(yù)案，如圖1所示，供調(diào)度員參考、辨別。該系統(tǒng)通過局部全空間的搜索的時序化方法，而非常規(guī)意義上的人工智能類方法，通過在重大反事故演習(xí)中的應(yīng)用，計算結(jié)果穩(wěn)定、可靠，具有較高的實用性。

圖1 智能調(diào)度仿真預(yù)案策略生成圖

1 智能調(diào)度仿真系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

青島電網(wǎng)智能調(diào)度仿真系統(tǒng)共有兩種模擬方式：一種是可以直接對故障設(shè)備進行設(shè)置（包括線路、主變、母線）；另一種是可通過指定跳閘開關(guān)進行故障模擬。在指定跳閘開關(guān)模擬時還提供了模擬備自投動作和自動重合閘動作功能，并自動生成調(diào)度事故處理預(yù)案，同時該系統(tǒng)還提供預(yù)案的保存和查詢功能，調(diào)度員可隨時根據(jù)現(xiàn)場實際情況需要生成模擬故障下的調(diào)度事故處理預(yù)案，并能方便的對歷史預(yù)案進行查詢，其計算結(jié)果包括事故后的潮流斷面、故障統(tǒng)計、事故預(yù)案描述、策略目標(biāo)等，本文主要介紹第二種模擬方式。

1.1 調(diào)度數(shù)據(jù)集成化技術(shù)

智能調(diào)度仿真系統(tǒng)需要綜合多個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的類型多，數(shù)據(jù)量大，由于各數(shù)據(jù)源對電力系統(tǒng)描述的模型不同，需要在CIM的框架下建立各個對象之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)的獲取方式既有基于CIS的緊耦合模式，還有基于XML的松耦合模式等。主要包括SCADA/EMS穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和保護及信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)綜合的基礎(chǔ)為IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，及松耦合方式下XML自描述的信息交換格式，對于綜合而來的各方面數(shù)據(jù)，要去偽存真、進行濾波，確保系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析斷面是完整可靠的。

1.2 基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅碾娋W(wǎng)故障診斷技術(shù)

電網(wǎng)故障診斷監(jiān)控各種故障信息，信息經(jīng)過處理后，根據(jù)開關(guān)變位情況，通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，判斷故障停電范圍及事故性質(zhì)，并找出因本事故而導(dǎo)致的其他變電所停電、小系統(tǒng)解列事故等。對于簡單故障可定位到元件，對于復(fù)雜故障，可定位到區(qū)域。如果只能定位到停電區(qū)域，系統(tǒng)可計算出停電區(qū)域各元件的故障可信度，按故障可信度由大到小進行排隊，并由調(diào)度員根據(jù)現(xiàn)場的檢查匯報結(jié)果，最終確定故障設(shè)備。

1.3 多故障處理技術(shù)

智能調(diào)度仿真系統(tǒng)采用時序法，將電網(wǎng)復(fù)雜故障時的多重事故區(qū)分為不同的事故分區(qū)，并將每個事故分區(qū)的上下游、對應(yīng)的跳閘開關(guān)、區(qū)域潮流、區(qū)域負(fù)荷等信息分析出來，可按照事故分區(qū)相關(guān)的跳閘開關(guān)的動作時間的先后展示，或按照單區(qū)域事故嚴(yán)重程度的順去進行展示。

與單一故障的區(qū)別：

事故診斷策略：需要能識別事故區(qū)域范圍的及其對應(yīng)的變位信號和保護及潮流的擾動信號。

事故恢復(fù)策略：要避免不同事故區(qū)域之間的路徑選擇，同時要考慮轉(zhuǎn)供負(fù)載的變化。復(fù)雜故障決策流程圖如圖2所示。

2 智能調(diào)度仿真系統(tǒng)主要功能

智能調(diào)度仿真系統(tǒng)的主界面如圖3所示。

功能按鈕說明：

讀取仿真文件：讀取人工生成的開關(guān)模擬文件，進行預(yù)案模擬。

保存仿真文件：可通過檢索器的拖拽，自動生成開關(guān)模擬文件，對該文件進行保存，文件格式以.dat結(jié)尾。

執(zhí)行文件：選擇好故障設(shè)備或動作開關(guān)之后點擊該按鈕，生成預(yù)案文件。

圖2 復(fù)雜故障決策流程圖

圖3 智能調(diào)度仿真系統(tǒng)主界面

檢索器：彈出檢索器。

保存預(yù)案：保存生成的預(yù)案文件，預(yù)案文件格式以.txt結(jié)尾。

查看預(yù)案：查看歷史生成的預(yù)案文件。

故障設(shè)備個數(shù)：設(shè)置需要仿真的故障設(shè)備個數(shù)，然后敲擊回車鍵。

故障設(shè)備：這里會根據(jù)用戶設(shè)置的故障設(shè)備個數(shù)生成相應(yīng)的行數(shù)，利用檢索器將對應(yīng)的設(shè)備拖拽到空白框中。

開關(guān)變位個數(shù)：設(shè)置需要仿真的開關(guān)動作個數(shù)，然后敲擊回車鍵。

開關(guān)信息：這里會根據(jù)用戶設(shè)置的開關(guān)動作個數(shù)生成相應(yīng)的行數(shù)，利用檢索器，在斷路器信息表中選擇對應(yīng)的開關(guān)，將其拖拽到空白框中，同時選擇開關(guān)的狀態(tài)。

模擬仿真后，將生成故障統(tǒng)計信息表，統(tǒng)計顯示停電區(qū)域、損失負(fù)荷、發(fā)電機功率數(shù)值、故障元件及過載設(shè)備等信息，元件過載后將定位過載設(shè)備，計算過載程度，根據(jù)備自投裝置的狀態(tài)和策略，進行安自裝置動作策略的模擬和驗證。對于拒動的設(shè)備，給出其操作提醒，事故發(fā)生前后的電網(wǎng)潮流、電壓、無功等參數(shù)信息，開關(guān)變位信息及故障分析情況等原始資料，結(jié)果將計入歷史庫中，以文件形式輸出。

生成事故處理預(yù)案時，采用時序法，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)復(fù)雜故障時的多重事故區(qū)分為不同的事故分區(qū)，并將每個事故分區(qū)的上下游、對應(yīng)的跳閘開關(guān)、區(qū)域潮流、區(qū)域負(fù)荷等信息分析出來?？砂凑帐鹿史謪^(qū)相關(guān)的跳閘開關(guān)的動作時間的先后展示，或按照單區(qū)域事故嚴(yán)重程度的順序進行展示。對于地區(qū)級電網(wǎng)，運行方式通常為有合環(huán)條件下的輻射狀運行，發(fā)生越限情況后，有效的調(diào)整手段通常為變換電網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)（方式），達(dá)到不間斷供電、消除越限的目的，校正策略包括負(fù)載均衡、操作步驟最少以及單電源轉(zhuǎn)供、多電源轉(zhuǎn)供、負(fù)荷損失最小等，極端情況下的甩負(fù)荷策略滿足負(fù)荷優(yōu)先級的要求，事故后的系統(tǒng)恢復(fù)考慮故障區(qū)域之間恢復(fù)路徑約束。

3 智能調(diào)度仿真系統(tǒng)在反事故演習(xí)中的應(yīng)用

220 kV南京路變電站是青島電網(wǎng)中負(fù)荷較重，重要用戶較多的變電站之一，在反事故演習(xí)中，設(shè)置南京路站220 kV母線故障造成全站停電，南京路站最高荷大約300 MW，南京路變電站接線方式如圖4所示。

故障設(shè)置成功后，生成故障統(tǒng)計信息表：開關(guān)變?yōu)樾畔?、保護動作信息、過負(fù)荷情況、備自投動作情況、小火電解列情況等。

事件：跳閘開關(guān)，于20母線連接的所有開關(guān)。

故障設(shè)備：220 kV母線。

小火電：青島熱電。

重要用戶：廣電中心、市立醫(yī)院、香格里拉、四零一、金城、煤制氣。

備自投裝置動作情況；重合閘動作情況；保護動作信息；停電線路48條，變壓器18個，母線38條。

上述具體情況在智能調(diào)度仿真統(tǒng)計表中，不一一表述。

給出事故處理預(yù)案：

隔離步驟：拉開220 kV南京路站1號、2號主變35kV側(cè)開關(guān)。

恢復(fù)步驟：

單電源方案1：自35 kV山南甲線由220 kV李山站轉(zhuǎn)供全部停電負(fù)荷，35 kV山南甲線原供負(fù)荷，轉(zhuǎn)供負(fù)荷，線路限值，負(fù)載率。

單電源方案2：自35 kV午奧線由220 kV午山站轉(zhuǎn)供全部停電負(fù)荷，午奧線原供負(fù)荷，轉(zhuǎn)供負(fù)荷，線路限值，負(fù)載率。

圖4 220 kV南京路變電站圖接線圖

雙電源方案3：自35 kV李辛線、35 kV市海線轉(zhuǎn)供全部停電負(fù)荷，并給出線路轉(zhuǎn)供負(fù)荷，線路限值，負(fù)載率。

雙電源方案4：自35 kV午奧線、35 kV市貴線轉(zhuǎn)供全部停電負(fù)荷，并給出線路轉(zhuǎn)供負(fù)荷，線路限值，負(fù)載率。

四電源方案5：由35 kV午奧線、35 kV山南甲線、35 kV李泉線、35 kV李辛線供全部停電負(fù)荷，并給出線路轉(zhuǎn)供負(fù)荷，線路線值，負(fù)載率。

智能調(diào)度仿真管理系統(tǒng)給出的故障統(tǒng)計信息表所展示的各種故障信息及停電線路、主變、用戶，使調(diào)度員能夠最直觀的了解所有信息，了然于胸，迅速形成思路，再通過調(diào)度事故仿真預(yù)案，能夠全面給出各種恢復(fù)供電措施，防止遺漏重要的信息，使調(diào)度員全面、安全、快速的處理事故。

4 結(jié)論

隨著青島電網(wǎng)的不斷發(fā)展，運行工況越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的經(jīng)驗型調(diào)度已落伍，逐漸向自動智能型調(diào)度發(fā)展，針對青島電網(wǎng)實際，智能調(diào)度仿真系統(tǒng)建立與應(yīng)用，彌補了先前系統(tǒng)及工作方式的局限性，相比之前該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：為調(diào)度員提供了全面、可靠的故障信息，便于調(diào)度員及時掌握故障情況，具有可視化、最直觀的效果；提供了多種事故處理預(yù)案，彌補了經(jīng)驗型調(diào)度可能考慮不全面、容易遺漏重要信息的局限性，為調(diào)度員處理事故提供了可靠的依據(jù)。

智能調(diào)度仿真系統(tǒng)具有很強的靈活性，由于采用專家系統(tǒng)技術(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場實際運行情況，實時更新經(jīng)驗知識庫，易于一線運行人員的使用。

智能調(diào)度仿真系統(tǒng)具有智能型、主動性、可視化、實用性的優(yōu)點。

該系統(tǒng)通過在反事故演習(xí)中的應(yīng)用，運行穩(wěn)定，結(jié)果可靠，符合現(xiàn)場運行人員的要求，有力保證了青島電網(wǎng)的安全可靠供電，當(dāng)然，該系統(tǒng)還有一些不足，需要在不斷地運行中逐漸完善，以便將來更加符合青島電網(wǎng)的實際應(yīng)用。

［1］許文浩.電力系統(tǒng)故障診斷［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2006.

［2］潘明惠.電網(wǎng)故障判斷和事故處理專家系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度運行中的應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，1995（10）：52-54.