任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：电力调度自动化系统是电力系统中的重要组成部分,与电力系统的安全稳定运行密切相关。随着电网覆盖范围的扩大以及电网结构复杂性的提升,对电力调度自动化系统提出了更高的运行要求和标准,这就需要合理应用智能电网技术,进一步提升电力调度自动化系统的智能化与自动化水平,提高电网的运行效率和质量。基于此,简要概述智能电网技术在电力调度自动化系统中的重要性,*点分析智能电网技术在电力调度自动化系统中的具体应用,以供相关人员参考。

关键词：电力调度自动化系统；智能电网技术；应用

0引言

随着经济的迅速发展,人们的物质生活水平不断提升,消费能力进一步增强。在此过程中,大量电气设备的使用导致电能消耗量不断增加,供电企业需不断加强对电力系统的建设和扩展,确保供电质量,满足人们日益增长的用电需求。除此之外,供电企业应在电网改造中积极引入各种计算机、自动化等技术,加快电网智能化、自动化的建设进程。智能电网技术能够有效提高供电企业的工作效率和质量,减少工作人员的工作负担和工作量,有利于推动电力调度自动化系统的建设和发展。

1智能电网技术的概念

智能电网技术能够实现各个电网组成部分、各个设备之间的网络化互联与信息共享,同时联通用户侧与电源侧,赋予电力系统智能化、有效化、高灵活性的特点,确保电网可靠、安全、经济、有效、环境友好和使用安全"。智能电网技术具有良好的自适应性,能够自主适应电能供应和需求间的变化,实现电网运行的有效自适应,充分利用能源资源。智能电网技术具有非常强的自愈能力和可靠性,能够自主监测、快速定位、诊断、隔离和动态处理电力系统在运行中所出现的各种故障和干扰因素,防止事故扩大,为电力系统安全运行提供有力支持。因此,智能电网技术的发展应用对电力调度自动化系统有着很大的意义。

2智能电网技术在电力调度自动化系统中应用的重要性

能在电力调度自动化系统中应用智能电网技术,不仅能够实现电力调度的智能化和自动化,提高电力调度效率,而且能够优化调度人员的配置,及时解决电力调度中存在的问题,为电力调度方案的制定提供准确可靠的数据支撑。

首先,可以利用电力需求侧管理技术,实时监测电网状态和负荷情况,进行智能分析和判断,制定科学的电力调度方案,合理调配人力资源,提高电力调度的时效性和准确性。其次,可以利用智能无功补偿技术,通过安装无功补偿装置,提高电网的功率因数,进而实现对电力资源的优化调配。再次,可以利用智能巡检技术,及时发现电网的故障和异常情况。*后,可以利用信息传感和数据处理技术,实时监测电网的电压、电流、功率因数等,及时获取电网状态和负荷情况,及时排查和解决故障问题,进而提高电力系统运行的安全性和稳定性。因此,在建设电力系统的过程中,需要重视对智能电网技术的研究和应用,充分发挥其应用价值和作用,进一步提升电力调度的工作效率和质量。

3智能电网技术在电力调度自动化系统中的具体应用

3.1物联网技术

物联网技术(图1)通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理。将该技术应用在电力调度自动化系统中,能够实时远程监控电力设备,通过信息传感设备及时获取设备的状态信息,及时发现并预警电力设备的故障问题,同时还可以根据实时数据对电力设备进行智能调度,提高电力系统巡检和电力调度的自动化。除此之外,物联网技术可以与数据挖掘技术结合运用,对电力负荷历史数据进行细致分析,挖掘电力负荷变化规律和影响因素,为电力负荷预测提供更为准确、整体的数据支持,为电力调度管理和节能减排方案制定提供依据参考。

图1物联网技术

3.2大数据技术

电力调度自动化系统在运行过程中会产生大量的数据信息,数据量非常庞大,并且各子系统间存在数据不互通、信息孤岛等问题,不利于电力调度自动化系统的运行控制,而大数据技术的应用可以解决上述问题。大数据技术能够有效整合多源数据,消除电力调度自动化系统中各子系统间的信息孤岛。例如,利用数据采集与整合技术能够将各子系统的数据整合到一个数据库,将海量的历史数据储存起来,进而实现各子系统间的数据共享和融合。通过数据清洗与预处理技术对采集到的数据进行处理和清洗,去除无效数据和错误数据,保证数据的准确性和一致性。然后利用数据仓库与数据挖掘技术存储、分析和挖掘这些历史数据,并找出数据间的关系和规律,以此为电力调度提供决策支持。与此同时,还可以借助可视化技术,将各种数据蕴含的规律和关系以直观的柱状图、条状图、折线图或三维图等形式呈现出来,实现数据的可视化转化,促进各子系统间的数据共享和融合。

3.3云计算技术

云计算技术是一种分布式计算技术,其可将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序,然后通过多台服务器组成的系统处理和分析这些小程序,得到的结果返回给用户,支持用户在任何时候、任何地点和任何设备上使用计算资源,非常适用于电力调度自动化系统。云计算技术以网络资源为基础,通过互联网实现集成式管理,进而降低电力调度的能耗和管理成本。云计算技术具有强大的储存能力和分析能力,可以利用服务器保存大量的原始资源,方便后续的分析,对于电力系统的调度有着很好的改善作用。在具体应用中,可以利用云计算技术的分布式管理功能将电力调度自动化系统中的计算任务分解成多个小程序,然后通过多台服务器组成的系统进行计算和任务调度,快速完成计算任务,提高电力调度的效率和准确性。同时可以搭配使用桌面云技术、大数据技术等,实现对电力调度自动化系统的桌面虚拟化和电力信息的大数据分析,为电力调度数据的统一管理和深入挖掘分析提供有效帮助。

3.4人工智能技术

人工智能技术是当今社会发展乃至未来科技发展的*点和关键,对电力调度自动化系统运行效率和效果的提升有着积极作用。人工智能技术在电力调度自动化系统中的应用具体体现在以下4点。

3.4.1专家系统

专家系统(图2)是一种基于人工智能技术的计算机程序,其能够模拟人类专家的决策过程,解决特定领域内的复杂问题。在电力调度自动化工作中,专家系统可以采集、存储和分析电力调度自动化系统中的各种类型数据,包括实时数据、历史数据、报警信息等,还可以进行数据清洗和预处理,提高数据的准确性和可靠性。一旦电力调度自动化系统发生故障,专家系统可以模拟该系统中的故障情况,快速、准确地判断故障的类型和位置,并提供相应的处理措施,提高电力调度自动化系统的稳定性和安全性同时,专家系统可以根据当前电网的运行情况,给出*优的调度方案,为调度人员提供决策支持,协助调度人员制订合理的调度计划四。此外,专家系统能够实现对电力调度自动化系统的安全管理,包括安全漏洞检测、访问控制、数据备份与恢复等,避免系统遭受攻击或出现数据泄露等问题。专家系统还可以用于模拟各种电力调度自动化场景,帮助调度人员学习掌握各种技巧方法,提高调度人员的综合能力水平。

3.4.2人工神经网络

人工神经网络是一种由许多互相连接的人工神经元组成的网络,能够模拟人类神经系统的结构和功能。人工神经网络具备自学习和自适应的能力,通过对电力调度自动化系统历史数据的学习,自适应地调整内部参数和权重,实现系统的状态估计、参数识别和控制,包括电压无功控制、频率调整、负荷管理等。例如,在电力系统中同时传输多个负载需求时,应用人工神经网络可以实现多路复用调度,根据问题的具体需求,选择合适的神经网络结构和算法,构建一个能够解决该问题的神经网络模型。然后使用历史数据对模型进行训练,通过多次迭代和调整模型参数,使模型的预测结果越来越接近于真实结果,之后使用测试数据对训练好的模型进行测试,经验证模型可用后,可以优化和调度电力流动,保证电网整体的稳定运行和安全性。除此之外,人工神经网络还能构建自适应调整诊断模型,结合实时监测到的设备信息数据来制定和实施自适应的调整控制策略,及时切除故障,保护电力设备设施,实现对电力系统的自动化控制。

图2专家系统

3.4.3智能图像识别

智能图像识别能够对电力设备的红外图像、可见光图像等进行分析,判断设备是否出现故障。同时还能够对电力设备进行定位,迅速找出设备的具体位置,并建立相应的设备台账,提高电力设备的管理效率和准确性。此外,还可以在变电站机房等区域安装智能图像识别设备用于火灾检测。

3.4.4智能机器人

智能机器人在目前电力调度工作中主要用于电力设备的巡检和状态监测。由于智能机器人配置了视觉传感器、激光传感器、内窥镜等设备,可以检验检查电力设备的表面状态以及内部情况,如检查设备是否掉漆、是否存在变形、内部是否存在异物漏油等。同时可以通过各种传感器,在线监测电力设备的状态参数,如温度、湿度、压力、电流、电压等参数,以便及时发现设备的异常情况。此外,由于智能机器人具有机器学习技术,能够通过分析设备的振动数据温度数据等,预测设备可能出现的故障,为电力调度自动化系统的安全稳定运行提供可靠保障。

4增强智能电网技术应用效果的建议

能为了提高智能电网技术在电力调度自动化系统中的应用效果,可以围绕以下4点进行改进和创新：

1）加强技术支持。随着电网的发展,对智能电网技术的要求和标准也在不断提升,需要进一步加大对相关技术的创新研究,推动相关技术和设备的研发和应用,如研究和升级电网的硬件设备、提高电网的信息技术水平、优化电网的通信网络等。2）完善标准规范。统一规范的标准能够进一步提升智能电网技术的应用效果,因此,需要围绕电网和电力调度自动化系统的现状,进一步优化和完善技术标准、数据标准、安全标准等,确保电力系统的可靠性和安全性,为智能电网技术的应用提供指导和支持。3）加强人才培养。加大对智能电网技术人才的培养力度,建立完善的培训和激励机制,提高技术人才的综合素质和专业水平,推动智能电网技术的普及和应用。4）加强管理和维护。建立完善的电网管理和维护机制,确保电力系统的稳定、可靠运行,如建立数据采集和监测系统、故快速响应机制等。

5 Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

5.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统,是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求,总结国内外的研究和生产的经验,专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入,全天进行数据采集分析,直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况,是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标,提升可再生能源应用,提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷,提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构,整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议,物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

5.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

5.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

5.4型号说明

6系统配置

6.1系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计,即站控层、网络层和设备层,详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

7系统功能

7.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好,应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态,实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息,动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中,各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理,使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理,能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警,并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面,包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况,包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求,也可将充电,储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

7.1.1光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息,主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

7.1.2储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置,包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置,主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据,主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据,主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据,主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息,主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息,主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等,同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息,主要包括储能各模组的电芯电压与温度,并展示当前电芯的*大、*小电压、温度值及所对应的位置。

7.1.3风电界面

图13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息,主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

7.1.4充电桩界面

图14充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息,主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用,变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

7.1.5视频监控界面

图15微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面,且通过不同的配置,实现预览、回放、管理与控制等。

7.2发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据,对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测,并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划,便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

7.3策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息,进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

7.4运行报表

应能查询各子系统、回路或设备选定时间的运行参数,报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

7.5实时报警

应具有实时报警功能,系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位,及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警,应能实时显示告警事件或跳闸事件,包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

7.6历史事件查询

应能够对遥信变位,保护动作、事故跳闸,以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和报警进行历史追溯,查询统计、事故分析。

图20历史事件查询

7.7电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测,使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况,以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线,包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时,系统应能产生告警,事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据,包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

7.8遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作,并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序,可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

7.9曲线查询

应可在曲线查询界面,可以直接查看各电参量曲线,包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图23曲线查询

7.10统计报表

具备定时抄表汇总统计功能,用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况,即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析,包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

7.11网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态,能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态,发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑,包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

7.12通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序,然后选择通信控制启动所有端口或某个端口,快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图26通信管理

7.13用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作,运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限,为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图27用户权限

7.14故障录波

应可以在系统发生故障时,自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况,通过对这些电气量的分析、比较,对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条,每条录波可触发6段录波,每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形,总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图28故障录波

7.15事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据,包括开关位置、保护动作状态、遥测量等,形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件,当每个事件发生时,存储事故qian10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户选定和随意修改。

图29事故追忆

8系统硬件配置

9结束语

科学技术的进步为电力调度自动化系统的智能化、现代化发展提供了更强的技术支撑,有利于提升电力系统的安全性和稳定性。其中,智能电网技术对电力调度自动化系统的未来发展具有重要意义,通过对该技术的创新应用和不断完善,能够进一步提升电力调度自动化工作的效率和质量。未来,仍需要进一步创新、改进和优化智能电网技术,以此来满足电力事业的技术需求。

参考文献

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[3] 谢清玉,张耀坤,李经纬,面向智能电网的电力大数据关键技术应用[J].电网与清洁能源,2021,37(12):39-46.

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用设计,2022,05版.

作者介绍：
任运业,男,现任职于安科瑞电气股份有限公司。