智能电网调度控制技术发展-清华大学张伯明

1智能电网调度控制技术发展智能电网调度控制技术发展张伯明张伯明清华大学电机系清华大学电机系[e-mail]@tsinghua.edu.cn第六届中国智能电工技术论坛，南京，2010年10月29日„„11、引言、引言„„22、历史回顾和未来发展思路、历史回顾和未来发展思路„„33、（二次系统）技术发展的突破、（二次系统）技术发展的突破„„44、未来电网调度控制技术、未来电网调度控制技术„„55、几个值得关注的技术问题、几个值得关注的技术问题„„66、应用案例、应用案例„„77、、结论结论、引言„„全球资源环境压力不断增大全球资源环境压力不断增大„„电力市场化进程不断深入电力市场化进程不断深入„„用户对电能质量要求不断提升用户对电能质量要求不断提升„„一次、二次系统并不适应一次、二次系统并不适应4国际建设智能电网的动因我国建设智能电网的动因„„电网发展的需求：满足大规模能源远距电网发展的需求：满足大规模能源远距离输送的需求离输送的需求„„资源和环境压力：电网需要承载更多的资源和环境压力：电网需要承载更多的大规模可再生和分布式能源发电大规模可再生和分布式能源发电„„提高电网优化配置资源的能力和水平提高电网优化配置资源的能力和水平„„提高电力系统的能效水平提高电力系统的能效水平„„建立基于用户互动的新型电网运行模式建立基于用户互动的新型电网运行模式„„电网需要支撑我国电动汽车产业的发展电网需要支撑我国电动汽车产业的发展5智能电网的特征„„数字化数字化„„互动性互动性„„自愈自愈„„可接入可再生能源发电可接入可再生能源发电„„资源优化配置资源优化配置„„精益化精益化6需要考虑两方面问题„„物理电力系统物理电力系统调度控制系统调度控制系统„„电力流电力流信息流信息流„„需要两者共同发展才能实现需要两者共同发展才能实现„„SmartGridSmartGrid使得使得GridGrid有优美的表现，这主要有优美的表现，这主要通过通过SmartSmart神经中枢系统来实现的神经中枢系统来实现的，，SmartSmartGridGrid更多讨论的是神经中枢系统。更多讨论的是神经中枢系统。电网调度控制技术变革需要满足的条件‹‹电网的发展变化提出了新需求（电网的发展变化提出了新需求（需求驱动需求驱动））‹‹技术发展为实现调度控制系统提供可能性（技术发展为实现调度控制系统提供可能性（技术条件技术条件））‹‹适时提出相适应的调度控制系统构想（适时提出相适应的调度控制系统构想（理论理论创新创新））‹‹解决实现中的关键技术问题（解决实现中的关键技术问题（技术创新技术创新））、历史回顾和未来发展思路历史回顾„„上世纪上世纪6060年代，电网调度控制依靠年代，电网调度控制依靠SCADASCADA„„SCADASCADA提供眼、耳，部分手脚功能提供眼、耳，部分手脚功能„„没有实时网络分析功能没有实时网络分析功能„„虽然有基于计算机的眼耳，但是缺少基虽然有基于计算机的眼耳，但是缺少基于计算机的大脑于计算机的大脑„„经验型调度经验型调度（1）第一阶段年北美发生了大停电，当时调度控制手段不满年北美发生了大停电，当时调度控制手段不满足要求（足要求（需求驱动需求驱动））zz计算机远动技术成熟，登月计划（计算机远动技术成熟，登月计划（技术条件技术条件））zz19671967年年DyDy--LiaccoLiacco适时适时提出电网安全控制框架（提出电网安全控制框架（理理论创新论创新））（2）变革的诱因„„19691969年年SchweppeSchweppe提出实时状态估计的理提出实时状态估计的理论和实现技术论和实现技术；；„„7070年代开发成功年代开发成功EMSEMS应用软件，昀早在应用软件，昀早在美国美国AEPAEP应用应用„„有实时网络分析功能有实时网络分析功能„„有了基于计算机的大脑，但需要依靠人有了基于计算机的大脑，但需要依靠人类手工操作来完成类手工操作来完成„„分析型调度分析型调度（3）EMS的出现人类调度员应对电网复杂事件时反应能力不人类调度员应对电网复杂事件时反应能力不够够（需求驱动）（需求驱动）zz数字仿真技术迅速发展（数字仿真技术迅速发展（技术条件技术条件））zz19781978年，年，EPRIEPRI组织开发组织开发DTSDTS（（技术创技术创新新））（4）DTS的出现‹‹19851985－－19881988年完成年完成44大电网调度自动化系大电网调度自动化系统（统（SCADASCADA）引进工程；）引进工程；‹‹之后完成消化、吸收、再创新，开发出自主之后完成消化、吸收、再创新，开发出自主知识产权的知识产权的EMS;EMS;‹‹目前国内的目前国内的EMS/DTSEMS/DTS已经基本国产化。已经基本国产化。（5）我国的发展‹‹经过近经过近2020年的发展，目前国内年的发展，目前国内EMS/DTSEMS/DTS技术技术水平已达国际先进水平已达国际先进‹‹电网发展很快，而电网发展很快，而EMSEMS的进展相对较小，与的进展相对较小，与8080年代相比并无实质性变化年代相比并无实质性变化‹‹传统传统EMSEMS已经能够满足电网运行调度的需要？已经能够满足电网运行调度的需要？时间EMS技术水平1970198019902000国际国内美加大停电，暴露出传统美加大停电，暴露出传统EMSEMS中的严重问题（中的严重问题（需求驱动需求驱动））2.2进一步发展的诱因（1）814美加大停电（2）反思„„什么是什么是““根本原因根本原因””？？„„电网规模扩大，电网规模扩大，““量变量变””引起引起““质变质变””；；„„电网变化规律复杂（相互关联、制约）；电网变化规律复杂（相互关联、制约）；„„对全局电网的知晓（对全局电网的知晓（AwarenessAwareness）困难；）困难；„„对全局电网的评估困难；对全局电网的评估困难；„„对全局电网的调度（控制）更困难对全局电网的调度（控制）更困难‹‹电网运行在电网运行在((空间、时间、目标空间、时间、目标))三个方面表现出复三个方面表现出复杂性杂性‹‹因此，我们对电网运行的调度控制也需要在三个因此，我们对电网运行的调度控制也需要在三个方面进行有效协调方面进行有效协调‹‹需要从联系的角度、从系统的角度观察和解决问需要从联系的角度、从系统的角度观察和解决问题。题。（3）进一步发展的构想（4）其他需求的变化„„发电侧：资源和环境压力发电侧：资源和环境压力------发电模式发电模式变化变化„„用电侧：资源的优化利用用电侧：资源的优化利用--------用户参与用户参与发生变化发生变化„„人类经济活动：电力市场人类经济活动：电力市场19（5）技术发展提供了可能性zz现代量测、通信、计算机、自动化等技现代量测、通信、计算机、自动化等技术快速发展术快速发展zz促使我们：促使我们：zz研究未来电网调度控制系统前沿构想（研究未来电网调度控制系统前沿构想（理论理论创新创新））zz并解决实现这一构想的关键技术问题（并解决实现这一构想的关键技术问题（技术技术创新创新））„„空间区域空间区域：分散自治的局部电网控制，分解协调：分散自治的局部电网控制，分解协调的的全局电网模型全局电网模型；；„„时间尺度时间尺度：规划、计划、调度、控制在：规划、计划、调度、控制在时间尺度时间尺度上的协调优化；实现时间过程的协调；上的协调优化；实现时间过程的协调；„„目标功能目标功能：安全、经济、电能质量、环保等多目：安全、经济、电能质量、环保等多目标协调优化标协调优化„„虽然以上概念过去都有实施，但重视不够，需要虽然以上概念过去都有实施，但重视不够，需要在实际电网调度控制中具体落实。在实际电网调度控制中具体落实。（6）多目标时空协调的解决方案、（二次系统）技术发展的突破„„传感器技术传感器技术––电子式互感器，物联网电子式互感器，物联网„„测量技术测量技术－－同步测量同步测量（（PMUPMU））‹‹RTURTU测量有效值测量有效值－－解决稳态问题，解决预解决稳态问题，解决预防控制问题，解决静态紧急控制问题防控制问题，解决静态紧急控制问题‹‹PMUPMU测量瞬时值测量瞬时值－－解决动态问题，解决动解决动态问题，解决动态紧急控制问题态紧急控制问题„„通信技术通信技术－－光纤通信，全光纤网（包括光纤通信，全光纤网（包括变电站内部）已有可能变电站内部）已有可能„„计算机技术计算机技术－－超级计算机，微机集群，超级计算机，微机集群，云计算云计算、未来电网调度控制技术（1）控制中心信息支撑技术„„向分布式、一体化、标准开放的全面信向分布式、一体化、标准开放的全面信息支撑发展息支撑发展„„集中式的主备机模式逐渐向分布式的多集中式的主备机模式逐渐向分布式的多机系统发展机系统发展„„软件平台将向基于统一数据源、基于中软件平台将向基于统一数据源、基于中间件和智能代理的功能分布式软件结构间件和智能代理的功能分布式软件结构发展发展„„实现面向服务的架构。实现面向服务的架构。26„„实现同源、完备、标准的分布式一体化数实现同源、完备、标准的分布式一体化数据和参数共享平台。据和参数共享平台。„„实现厂站和控制中心之间、同级控制中心实现厂站和控制中心之间、同级控制中心相互之间以及控制中心内部不同业务部门相互之间以及控制中心内部不同业务部门之间的分布式数据和参数共享。之间的分布式数据和参数共享。„„RTURTU将和将和PMUPMU融合，融合，SCADASCADA将和将和WAMSWAMS融合，为电网在线分析决策和控制提供不融合，为电网在线分析决策和控制提供不同时间尺度的广域测量数据。同时间尺度的广域测量数据。27„„在线状态监测技术向高灵敏度、高可靠在线状态监测技术向高灵敏度、高可靠性、智能价廉的方向发展性、智能价廉的方向发展„„智能的人机交互，结合地理信息系统和智能的人机交互，结合地理信息系统和虚拟现实技术，通过更加友好的方式来虚拟现实技术，通过更加友好的方式来实现多感官互动的人机交流，给调度员实现多感官互动的人机交流，给调度员提供提供““数据量少、信息量大数据量少、信息量大””的输出的输出28（2）电网安全防御类技术„„从局部向全局、从离线向在线、从基于从局部向全局、从离线向在线、从基于逻辑的向基于分析的、从基于断面的向逻辑的向基于分析的、从基于断面的向基于过程的、从单一防御向综合安全防基于过程的、从单一防御向综合安全防御发展御发展„„广泛使用广泛使用安全校核及辅助决策，进行网安全校核及辅助决策，进行网省协同安全校核，进行安全校核和辅助省协同安全校核，进行安全校核和辅助决策的滚动计算决策的滚动计算„„离线运行方式计算将缩短计算周期，实离线运行方式计算将缩短计算周期，实现