國分省三級(jí)日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核

(國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100053)

0 背 景

日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核作為調(diào)度運(yùn)行中的一項(xiàng)重要工作，在各級(jí)調(diào)度計(jì)劃專業(yè)中廣泛開展[1]。2009年開始國家電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心開始研發(fā)國網(wǎng)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)(以下簡稱D5000平臺(tái))。同年國調(diào)調(diào)度計(jì)劃專業(yè)開始研究并編制國網(wǎng)省三級(jí)調(diào)度計(jì)劃協(xié)作流程，2010年開展了三華(華北、華東、華中，后同)電網(wǎng)靜態(tài)安全校核基礎(chǔ)數(shù)據(jù)交換工作，2011至2012年隨著D5000平臺(tái)的推廣、部署，調(diào)度計(jì)劃及安全校核應(yīng)用模塊在國調(diào)、部分調(diào)控分中心、省調(diào)正式上線運(yùn)行。D5000平臺(tái)為國分省三級(jí)日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核提供了技術(shù)基礎(chǔ)，調(diào)度計(jì)劃專業(yè)經(jīng)過3年的探索為本工作明確了目標(biāo)。2012年10月國調(diào)中心召集華北、華東、華中分中心開展集中工作，正式啟動(dòng)國分省三級(jí)日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核工作。歷經(jīng)一年多時(shí)間的運(yùn)行，截至2013年年底，國網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)33家省級(jí)以上調(diào)度單位全部實(shí)現(xiàn)了國分省三級(jí)日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核功能。

1 功能目標(biāo)

現(xiàn)行調(diào)度體系執(zhí)行“統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理”的原則。以往日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核工作也多以省為主體開展，跨省、跨區(qū)的聯(lián)合校核工作開展的較少。

國調(diào)中心對(duì)本項(xiàng)工作的目標(biāo)定為“統(tǒng)一模型、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、聯(lián)合校核、全局預(yù)控”[2]。各省級(jí)及以上調(diào)度單位均應(yīng)實(shí)現(xiàn)三華潮流計(jì)算及靜態(tài)安全校核功能。各家單位在安全校核時(shí)計(jì)算模型統(tǒng)一，計(jì)算數(shù)據(jù)統(tǒng)一。計(jì)算程序可以選自多家(目前主流的程序有4家，開發(fā)單位分別是中國電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所、中國電力科學(xué)研究院自動(dòng)化所、南瑞科技股份有限公司、清大科越科技有限公司)，但計(jì)算結(jié)果應(yīng)具備可比性。各家單位均應(yīng)實(shí)現(xiàn)三華基態(tài)潮流計(jì)算和靜態(tài)安全校核。兩類校核出的越限結(jié)果應(yīng)上報(bào)國調(diào)，①基態(tài)潮流越限，②因開斷本單位調(diào)度設(shè)備而造成其他單位設(shè)備越限。國調(diào)將以上越限結(jié)果在全國調(diào)系統(tǒng)共享。原則上校核結(jié)果中不應(yīng)出現(xiàn)基態(tài)越限。開斷本單位調(diào)度設(shè)備造成本單位調(diào)度設(shè)備越限，其結(jié)果由本單位調(diào)度負(fù)責(zé)解決。開斷本單位調(diào)度設(shè)備造成其他單位調(diào)度設(shè)備越限，其結(jié)果由上級(jí)調(diào)度負(fù)責(zé)解決。

圖1 日前調(diào)度計(jì)劃安全校核管理流程圖

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1 靜態(tài)安全校核標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

為保證靜態(tài)安全校核程序的通用性，國調(diào)中心制定了靜態(tài)安全校核基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及格式[3]。數(shù)據(jù)共分7類：系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、母線負(fù)荷預(yù)測(cè)、分省總交換計(jì)劃、設(shè)備狀態(tài)計(jì)劃、分機(jī)組調(diào)度計(jì)劃、輸電斷面限額、輸電斷面組成。以上數(shù)據(jù)通過E文件格式或D5000商用庫同步的方法在國分省之間交互[3]。

系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)以15 min為間隔，上報(bào)預(yù)測(cè)日的系統(tǒng)發(fā)、受電力的代數(shù)和[4]。母線負(fù)荷預(yù)測(cè)以15 min為間隔，上報(bào)預(yù)測(cè)日分母線的有功、無功值。母線的定義應(yīng)涵蓋調(diào)度管轄范圍內(nèi)所有220 kV變電站主變壓器高壓側(cè)、電廠升壓變壓器中壓側(cè)[5]。分省總交換計(jì)劃定義為控制區(qū)聯(lián)絡(luò)線的總交換之和。設(shè)備狀態(tài)計(jì)劃包含輸變電設(shè)備、發(fā)電設(shè)備停復(fù)役情況。該信息既包含檢修信息，同時(shí)也應(yīng)包含電網(wǎng)方式變化信息。分機(jī)組調(diào)度計(jì)劃以15 min為間隔，上報(bào)單機(jī)日前發(fā)電計(jì)劃。未在D5000中建模的小機(jī)組可合成一個(gè)上報(bào)單元進(jìn)行上報(bào)。輸電斷面限額、輸電斷面組成，此兩類數(shù)據(jù)共同描述電網(wǎng)的安全約束邊界條件。

為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，國調(diào)中心同時(shí)制定了數(shù)據(jù)校驗(yàn)規(guī)則。所有上報(bào)的設(shè)備名稱、測(cè)點(diǎn)名稱均使用D5000命名，且要求內(nèi)容完備。系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)最大值、最小值和變動(dòng)率不超過限值。分機(jī)組調(diào)度計(jì)劃值與檢修計(jì)劃無矛盾。系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)與母線負(fù)荷預(yù)測(cè)總加的差值必須小于母線負(fù)荷預(yù)測(cè)總加的15%。輸電斷面限額、輸電斷面組成兩者內(nèi)容信息應(yīng)對(duì)應(yīng)。

2.2 數(shù)據(jù)交互流程

以往日前發(fā)電計(jì)劃編制流程為國調(diào)中心先下發(fā)跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃，各分中心依據(jù)跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃制定跨省聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃。各省級(jí)調(diào)度根據(jù)聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃、檢修計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測(cè)等信息編制發(fā)電計(jì)劃，并進(jìn)行靜態(tài)安全校核。為開展三級(jí)靜態(tài)安全校核，國調(diào)中心對(duì)數(shù)據(jù)交換流程進(jìn)行明確，形成一套兩次計(jì)劃協(xié)調(diào)編制的工作流程。每日9:40前國調(diào)下發(fā)跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線預(yù)計(jì)劃，根據(jù)跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線預(yù)計(jì)劃分中心于10:00前下發(fā)跨省聯(lián)絡(luò)線預(yù)計(jì)劃。省調(diào)根據(jù)以上信息及本省計(jì)劃安排編制次日發(fā)電預(yù)計(jì)劃，并于10:30前報(bào)國調(diào)。國調(diào)根據(jù)各省發(fā)電預(yù)計(jì)劃進(jìn)行會(huì)商，確定跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線正式計(jì)劃，并于14:00前下發(fā)。隨后分中心、省調(diào)按照流程編制正式計(jì)劃并于15:00前上報(bào)國調(diào)。15:10國、分、省三級(jí)調(diào)度同時(shí)開始靜態(tài)安全校核并將相關(guān)越限信息上報(bào)。具體流程見圖1。

3 校核計(jì)算過程

日前靜態(tài)安全校核的核心算法仍為潮流計(jì)算及N-1開斷計(jì)算[6]。為提高計(jì)算效率多采用并行計(jì)算算法[7]。以華北分中心為例，安全校核計(jì)算分為兩步，首先計(jì)算96點(diǎn)基態(tài)潮流，主要采用的方法為P-Q分解法[8]。

ΔP/U(i)=-B′UΔδ

ΔQ/U(i)=-B″UΔU

U(i+1)=U(i)+ΔU

δ(i+1)=δ(i)+Δδ

隨后進(jìn)行N-1開斷掃描。N-1開斷掃描仍然是基于P-Q分解法的潮流計(jì)算，只是在計(jì)算前根據(jù)開斷設(shè)備對(duì)應(yīng)修正B′和B″，之后的潮流計(jì)算過程與P-Q分解法一致。國調(diào)每小時(shí)會(huì)下發(fā)全國網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)斷面，各單位依據(jù)此斷面和檢修信息，反演出次日網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

如果計(jì)算模型、初始數(shù)據(jù)合理，潮流計(jì)算應(yīng)很快收斂。但在本項(xiàng)工作開展的初期階段為提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，必須對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。

在實(shí)際工程中，尤其是本項(xiàng)工作開展的初期，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c計(jì)劃數(shù)據(jù)相矛盾的地方，華北調(diào)控分中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，原則如下。

(1)如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袡C(jī)組運(yùn)行，但發(fā)電計(jì)劃中沒有值，或值為0，且該機(jī)組無檢修計(jì)劃。則用狀態(tài)估計(jì)斷面中的發(fā)電出力替代該機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃。其原因可能是漏報(bào)計(jì)劃或機(jī)組名稱匹配失敗。

(2)機(jī)組有計(jì)劃值，同時(shí)該機(jī)組上報(bào)檢修計(jì)劃。則檢修期間機(jī)組計(jì)劃值按0處理。檢修計(jì)劃優(yōu)先。

(3)母線負(fù)荷預(yù)測(cè)無計(jì)劃，且母線負(fù)荷對(duì)象無檢修計(jì)劃。則用狀態(tài)估計(jì)斷面中該對(duì)象的母線負(fù)荷替代預(yù)測(cè)值。

(4)當(dāng)上報(bào)計(jì)劃數(shù)據(jù)正確、合理時(shí)，三華潮流計(jì)算完畢后省間交換潮流值應(yīng)該近似于省間總交換計(jì)劃值。如果部分省數(shù)據(jù)缺失時(shí)，進(jìn)行全網(wǎng)潮流計(jì)算會(huì)導(dǎo)致周邊省甚至全網(wǎng)潮流計(jì)算發(fā)生較大偏差。為了將錯(cuò)誤現(xiàn)象控制在問題省內(nèi)，計(jì)算前先進(jìn)行分省平衡預(yù)處理。當(dāng)某一個(gè)省發(fā)電計(jì)劃和聯(lián)絡(luò)線之和扣除預(yù)估網(wǎng)損后與母線負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差較大，則對(duì)母線負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行比例調(diào)整，直至兩者接近。通過該方法把問題數(shù)據(jù)控制在問題省內(nèi)，避免大面積計(jì)算結(jié)果被污染。

4 計(jì)算情況

國分省三級(jí)日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核計(jì)算量較為龐大，因此必須采用并行計(jì)算功能。并行計(jì)算最小的計(jì)算粒度可為一次完整的潮流計(jì)算。以華北調(diào)控分中心硬件配置為例，共12個(gè)計(jì)算資源。日前計(jì)劃校核96個(gè)時(shí)段之間解耦，因此在華北調(diào)控分中心每個(gè)計(jì)算資源的最小計(jì)算單位為一個(gè)時(shí)段。即每個(gè)計(jì)算資源負(fù)責(zé)某一個(gè)時(shí)段的基態(tài)潮流計(jì)算和N-1開斷校核。如果計(jì)算資源多，例如國調(diào)中心采用384個(gè)計(jì)算資源，可以將每一個(gè)時(shí)段內(nèi)的潮流計(jì)算再進(jìn)行并行處理。

增加并行計(jì)算個(gè)數(shù)會(huì)縮短總體計(jì)算時(shí)間，但同時(shí)會(huì)增加數(shù)據(jù)交換量，增加異常處理的難度，編程邏輯復(fù)雜。因此要根據(jù)硬件配置、軟件實(shí)力綜合考慮。

另外一個(gè)縮短計(jì)算時(shí)間的方法是在N-1開斷時(shí)先采用直流法進(jìn)行校核，過濾掉大部分無安全問題的設(shè)備開斷，針對(duì)少部分直流法校核存在問題的設(shè)備開斷再進(jìn)行精確的潮流計(jì)算。由此而減少計(jì)算量縮短計(jì)算時(shí)間。

目前華北分中心在計(jì)算全網(wǎng)日前靜態(tài)安全校核時(shí)計(jì)算母線約9 329個(gè)，支路數(shù)約15 120條，平均耗時(shí)14 min。

5 結(jié)論與展望

國調(diào)中心開展的國分省三級(jí)日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核是件開創(chuàng)性的工作，截至2013年年底國網(wǎng)系統(tǒng)省級(jí)及以上調(diào)度單位均參加本項(xiàng)工作。其意義表現(xiàn)如下。

(1)為“三華”互聯(lián)后電網(wǎng)日前發(fā)電計(jì)劃安全校核工作提供技術(shù)儲(chǔ)備。并提前開始進(jìn)行工程化應(yīng)用。

(2)縱向貫通三級(jí)調(diào)度計(jì)劃專業(yè)日前發(fā)電計(jì)劃靜態(tài)安全校核工作，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)全網(wǎng)共享，踐行全網(wǎng)預(yù)控的目標(biāo)。

(3)推進(jìn)安全校核國產(chǎn)化的進(jìn)程。本系統(tǒng)從硬件配置到操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的支撐，再到高級(jí)應(yīng)用軟件全部為國產(chǎn)品牌。

(4)為更大范圍資源優(yōu)化配置提供安全校核技術(shù)支持手段。資源配置范圍越大，其優(yōu)化結(jié)果會(huì)越好。

(5)提升調(diào)度計(jì)劃專業(yè)的知識(shí)水平。資源配置范圍越大，其優(yōu)化結(jié)果會(huì)越好。但資源配置范圍不可能無限放大，其規(guī)模應(yīng)該與技術(shù)支持水平、專業(yè)管理深度及認(rèn)識(shí)水平相適應(yīng)。

(6)為電力市場的開展提供數(shù)據(jù)、技術(shù)支持基礎(chǔ)及流程借鑒。

[1] 葛朝強(qiáng),汪德星,葛敏輝,等.華東網(wǎng)調(diào)日計(jì)劃安全校核系統(tǒng)及其擴(kuò)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,32(10):45-48.

[2] 國調(diào)中心關(guān)于印發(fā)日前靜態(tài)安全校核實(shí)用化工作推進(jìn)會(huì)紀(jì)要的通知(調(diào)計(jì)〔2012〕267號(hào))[R].2012.

[3] 關(guān)于啟動(dòng)三華電網(wǎng)靜態(tài)安全校核基礎(chǔ)數(shù)據(jù)交換工作的通知(調(diào)計(jì)〔2010〕326號(hào))[R].2010.

[4] 關(guān)于印發(fā)《互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線有功功率控制技術(shù)規(guī)范(試行)》和《電網(wǎng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)規(guī)范(試行)》的通知(調(diào)計(jì)〔2010〕33號(hào))[R].2010.

[5] 關(guān)于全面推廣母線負(fù)荷預(yù)測(cè)工作的通知(調(diào)計(jì)〔2008〕255號(hào))[R].2008.

[6] 林毅 ,孫宏斌 ,吳文傳 ,等.日前計(jì)劃安全校核中計(jì)劃潮流自動(dòng)生成技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,36(20):68-73.

[7] 李峰,李虎成,於益軍,等.基于并行計(jì)算和數(shù)據(jù)復(fù)用的快速靜態(tài)安全校核技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2013,37(14):75-80.

[8] 房俊龍等.電力系統(tǒng)分析(上冊(cè))[M].北京:水利電力出版社，1995.