电力系统调度自动化
结课论文
姓名：李培
学号：1002424019
专业：电气工程及其自动化
学校：河南师范大学
国内外数字化电网研究发展现状综述
一．国外数字化电网研究情况
到目前为止，国际上尚未有关于“数字化电网”的正式报道，但对于电网的数字化、智能化，欧美发达国家都已提出了目标，启动了相关研究。
美国电力研究院、美国能源部、IBM公司等研究组织，政府部门和商业公司先后给出了对未来电网的定义，例如，美国电力研究院（EPRI）将未来的电网定义为“智能电网”（IntelliGrid）；美国能源部的电力输配局在2003年7月发布的“对电力第二个百年的全国范围的构想”的报告中提出了”GRID 2030”的概念；美国的Battelle 研究所和IBM公司也先后分别提出了“智能电网”（GridWise或者Intelligent Power Grid）的概念。这些概念主要为数字化社会，也为整合电力用户和电力市场提供科学和技术支持，他们认为新的电力系统基础架构将是综合的、自愈的、电子控制的（具有特别好的灵活性和响应）可把实时信息和能量交换融合为一体的网络。
欧洲于2005年提出了欧洲技术平台（ETP）的智能电网（SmartGrid）的概念，对欧洲2020年左右的电力网络提出了构想，与此类似，美国提出了综合能源及通信系统体系结构（IECSA－Integrated Energy and Communication Systems Architecture）。这些概念的共同点是均包含了可靠、灵活和经济的电力和信息流传送，以及安全的通信，主张全面的信息集成和数字化监控、自由的电
力交易、分布式的电源供应、电网和用户之间双向的互动，实现提高电网运营的安全性、效益和效率，以及最小化对环境的影响的目标。
对于数字化变电站技术的研究，国外走在了前面。设备方面，基于不同原理的电子式互感器工艺日趋成熟，在全球不同地区的多座变电站已经成功应用；标准方面，IEC集中国际主流科研机构和制造商从1995年就开始制定IEC61850系列标准，ABB、SIEMENS等满足该标准系列的产品也已开始规模化推广应用。
二.国内数字化电网技术研究及应用进展情况
作为资产和技术密集型企业，国家电网公司高度重视电网数字化建设与管理，坚持以数字化为基础，信息化为手段，带动电网生产自动化和企业管理现代化，各种先进计算机技术、信息技术、网络技术、通信技术、自动控制技术得到广泛应用，公司在数字化电网建设方面取得了长足进步。
服务于电力生产和统一调度的发展需要，以宽带网络为主要标志的数字化电网信息基础设施已具规模，骨干网络覆盖全部网省公司。数据交换体系建设加快，实现了统计数据等关键信息的及时上报、自动汇总和动态发布。以安全、经济地生产、运营电力为基础的各类电力自动化系统大大提高了生产自动化水平。全部网省公司、地区级电力调度机构均配置了电网调度自动化系统，引入了电能量计费系统和广域测量系统；新规则下的电力市场交易技术支持系统正在建设之中；变电站实现了计算机监控和无人、少人值守。地理信息系统（GIS）已开始应用于输电、变电和配电管理等业务。以提高信息化水平和生
产效率为目标的生产运营管理信息系统，如电网生产运行管理系统、设备检修管理、变电站建设视频监控系统等在电网生产管理业务方面发挥了重要作用。以提高经济效益、优质服务为中心的电力客户服务系统，如集中抄表计费、用电查询等系统直接提供了高效快捷的客户服务。电力负荷管理、电力营销管理等现代化管理手段得以广泛应用。总而言之，以数字化为特征的各类信息系统已全面覆盖了电网规划、设计、建设、运行、调度和维护等各个方面，信息技术的应用领域深入到电网生产运行、经营和管理的各个环节。
其中，国产调度自动化系统总体技术已经达到国际先进水平，在IEC61850和IEC61970系列国际标准的应用方面也处于国际先进水平。国调已分别组织了六次IEC61850和IEC61970标准的互操作试验。基于IEC61970系列标准的新一代电网调度自动化集成系统、调度数据整合和调度综合数据平台等已得到大量应用。分布式建模及模型拼接和基于E格式的电网运行动态数据交换为电网信息共享和一体化分析计算提供了重要基础。基于IEC61850系列标准的变电站自动化系统产品也已经开始试点应用，国调已着手制订工程实施规范。
在公司科技、生产和调度等部门的领导下，各级科研和生产单位在数字化变电站和电力生产数字化建设方面进行了积极探索和开展了卓有成效的应用实践。
1）数字化变电站已经成为当前建设的一大热点，一些数字化变电站的试点应用工程已经建成并投入试运行。基于不同原理的数字式互感器和智能化高压电器，在不同地区的多座变电站已经开始试用。
2）部分省公司以建立“数字电力公司”为目标，通过宽带互联网实现了省级电网输电、配电、调度、营销的网络化管理，通过变电站建设视频监视系统实现了对变电站建设的远程实时监控。
3）部分省公司在关于实时/历史数据库管理系统在电网企业的应用研究方面取得了成果，通过数字来全方位地描述电网和设备的实际状态，在支撑电网和设备运行、维护、管理精细化和电网规划科学决策的精细化方面进行了有益的尝试。
4）部分省市公司在“数字化供电系统”方面进行了尝试：以电力公司物理供电网络为模型，研究了“数字化供电系统”的内涵，建设了城区“数字化供电系统”。
5）部分网省公司开展了电网地理信息系统（GIS）的研究，初步形成了以电网设备为中心，以空间信息技术为主要支持手段，贯通变电站、输配电线路、用电客户等信息的统一数字电网模型。
6）海拉瓦先进地理测量技术已开始应用于输电线路路径优化、杆塔排位优化、变电所选址等方面，为减少工程造价、保护环境、提高工程勘测设计质量和缩短工期等方面取得了明显效益。
综上所述，无论是传统的生产运行系统还是数字化变电站和数字化电网应用系统的探索，在电力规划、设计、建设、生产、调度、管理、经营、决策及科研等方面发挥了显著作用，有力地促进了电力工业现代化。
三.国内数字化电网研究及应用中存在的问题
现有电网生产各应用系统都是基于本业务或本部门的需求，存在
不同的平台、不同的应用系统、不同的数据格式，难以从整个电网公司生产全流程的角度来考虑数据的使用，导致电力公司内部不同的系统信息资源分散，横向不能共享，上下级间纵向贯通困难。这些系统虽然有丰富的信息资源，却形成了以纵向层次多、横向系统多为主要特征的“信息孤岛”。就厂站端的应用系统来说，存在着规约繁杂、信息承载率低、信息不完整、信息杂乱、系统联调复杂、数据采集资源重复浪费等问题。
目前还有一些生产所需信息没有纳入计算机应用系统，电力企业的生产自动化系统与管理信息系统处于相互分离状态，彼此不能有效结合，不能实现管控一体化，数据信息不能集成共享，不利于实现电网企业的综合管理。
另外，国内对于数字化变电站的研究起步较国外晚，体系结构方面还没有形成统一的认识，一窝蜂的投资建设势必带来建设模式缺乏标准、建设水平参差不齐的问题；另一方面，对数字化变电站的技术体系、计量、检验及验证也缺乏统一的标准，随着一次设备的数字化，带来了如何进行入网试验、计量检验、验证评价的难题。
上述问题，已经制约了电网生产水平、应用水平和工作效率的进一步提高，造成系统资源的浪费，难以适应公司“构建数字化电网，打造信息化企业”和电网生产运行系统下一步技术发展进步的要求。因此必须从信息资源的整合和数字化变电站的关键技术入手，着手研究数字化电网的基础技术体系和关键技术。构建数字化电网是打造信息化企业的必由之路。
四．数字化电网的内涵
数字化电网将实际物理电网上分散的信息和数据集中到电脑网络上进行共享和展示，使得物理电网有了一种数字化的表述方式，这种表述方式的变化，意味着传统电网生产运行理念正面临一场新的革命。
数字化电网面向输电网和配电网，综合运用各种先进科技和数字化手段，对实际电网进行全面、精确的数字化描述，为电网生产全过程提供完整、统一、准确的信息，实现对电网直观、实时的监控和智能分析，并为规划、计划、设计、建设、运行、调度、营销等各个环节的科学决策提供技术支持，保证电网安全稳定、经济优质运行，提高电网公司生产效率，为建设信息化企业奠定基础。
如图1所示，数字化电网和管理信息化均服务于信息化企业，信息化企业服务于建设“一强三优”的国家电网，数字化电网目标定位于建设“坚强电网”，以SG186工程为主体的管理信息化定位于建设“资产优良、服务优质、业绩优秀”的现代公司。
信息化企业
基础支撑
数据源
数字化电网管理信息化（SG186）
图1 数字化电网与信息化企业及SG186的关系作为数字化电网当中的一个节点，数字化变电站是数字化电网的
重要组成部分。由于“数字化”贯穿变电站自动化的始终，业内普遍认为，我们目前所研究讨论的“数字化变电站”是数字化的变电站自动化发展过程中的一个阶段，在这个阶段，符合IEC61850标准的变电站通信网络和系统、智能化的一次设备、网络化的二次设备、信息化的运行管理系统，是其最主要技术特征。数字化变电站是以变电站
一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。
从应用的角度上看，数字化电网是要在电网公司生产信息纵向、横向普适共享基础上建立科学分析决策和综合应用体系。数字化电网面向电网设备，以统一的设备命名体系和电网拓扑为核心，将电网模型信息、地理信息运行及统计信息、计划及规划信息、设备状态等各种生产信息有机的结合在一起，为电网生产运行的各个环节服务，如图2所示。
图2 数字化电网的应用视角示意图
从空间和对象维度看，数字化电网提供发、输、配、用所有的模电网调度
电网规划
电网运行电网建设
数字化电网
信息平台
市场交易管理信息化
变电站保护与监控电网维护
电网设计
配电网自动化
通讯
电网调度自动化
型和运行信息。从时间维度看，数字化电网提供历史、当前和未来及规划的电网信息（如图3所示）。与现阶段相比，数字化电网能够提供更精确、更及时、更完整和更一致的电网信息。在此基础上实现对数据的挖掘与分析，保障电网企业的信息通畅和高效运转。
图3 数字化电网的时间视角示意图
数字化电网的逻辑层次结构分为设备层、数据层、应用层、展现层等四层，如下图4所示：
图4 数字化电网的层次结构示意图
电网的数字化包括信息数字化、通信数字化、决策数字化和管理数字化4个方面。
1）信息数字化：是指电网信息源的数字化，实现所有信息（包括测量信息、管理信息、控制信息和市场信息等）从模拟信号到数字信号的转换，以及对所有电网设备（包括一次设备、二次保护及自动装置以及采集、监视、控制及自动化设备）的智能化和数字化。电网具有很强的时空特性，需要采集、监视和控制设备的二维及三维时变信息。信息数字化的目标是数据集成、信息共享，主要以数字化变电站为主体。
2）通信数字化：是指数字化变电站与调度自动化主站或集控中
心之间通信的数字化。畅通、快速、安全的网络环境和实时、准确、
有效运行信息的无阻塞传递是数字化电网监控分析决策的重要前提。
3）决策数字化：电网安全、稳定、经济、优质运行是电网数字化的根本目的，必须具备强大的分析和决策功能，实施经济调度、稳定控制和紧急控制的在线闭环，达到安全、稳定、经济、优质运行的目的。
4）管理数字化：包括设备生产、运行等大量基础数据在内的各种应用系统的建设，实现从电网规划、勘测、设计、管理、运行、维护等各个环节的全流程的信息化。
电力调度自动化的数字化将会给调度的视角带来新的变化，许多新兴技术，如遥视技术、虚拟现实技术、可视化技术、全球定位系统（GPS）技术、遥感技术、地理信息系统（GIS）技术将会在未来调度自动化系统中得到广泛深人的应用。
数字化的目标是利用电网运行数据采集、处理、通信和信息综合利用的框架建立分区、分层和分类的数字化电网调度体系，实现电网监控分析的数据统一和规范化管理以及信息挖掘和信息增值利用，实现电力信息化和可视化、智能化调度，提高决策效率和电力系统的安全、稳定、经济运行水平。
五．数字化电网的目标
数字化电网的总体目标是要实现电网生产的信息化和智能化：更加智能的电网监控和更加安全的电网运行，降低电网运行的风险；更
科学高效地进行电力投资建设决策，减少电网固定资产投资支出；更安全经济地进行电网运营，减少电网运行费用并提高供电可靠性；更高效的实现电网业务梳理和流程完善，提高运营管理水平和生产效率。
为达到以上目标，可以分为三个层次，第一层次，实现对电网运行状态、电网设备状态和电力信息的更实时、更全面和更精确的监控，提高电网的科学决策水平；第二层次，实现对电网生产信息的传输和集成，实现电网生产全流程的信息共享，提高电网经济性和生产效率；第三层次，在信息集成的基础上，进行各种高级综合应用系统，提高电网安全性、稳定性和可靠性，实现对大电网的智能控制和综合协调防御。
数字化电网和数字化变电站的实现是一个过程，只有发展阶段，没有终极目标。数字化电网通过电网模型的精确描述、电网状态的量化表述、电网设备的实时监控、电网分析的可视表达和应用系统的简化维护等方面以达到信息描述数字化、信息采集集成化、信息传输网络化、信息处理智能化、信息展现可视化和生产决策科学化的目的。
现阶段的首要目标是实现电网生产信息的集成与整合。在标准规范、采集控制技术和信息集成技术研究的基础上实现现有和未来建设的计算机应用系统之间的信息互联互通、信息资源共享，保证数据的统一性、准确性、及时性、完整性、规范性和实效性。
六．目的和意义
国家电网公司“十一五”科技规划中明确提出了基于先进的传感技术、广域监测及通信和信息技术，建设结构清晰、运行可靠、信息全面的实时数字化电网，满足电网安全运行决策支持所需的实时性、系统性和综合性的要求，为电网安全运行提供信息支持。为了实现这个目标，对数字化电网中信息的产生、获取、传输、处理、共享、应用及管理等各个方面等方面关键技术的研究是摆在我们面前的一个紧迫任务。
现阶段，数字化电网主要解决当前生产实践中迫切需要解决的问题，包括信息采集、交换、共享与应用，提高电网生产数据的共享度、集成度、开放性及利用率，为电网企业生产、运行和决策等提供及时、完整、准确、统一的电网模型、历史数据和运行信息。
数字化电网是建设信息化企业的基础，也是实现公司“四化”运行的基础。通过实现数据源的统一性，构筑一体化电力信息系统，实现信息纵向贯通、横向集成，支撑集团化运作；通过信息描述的标准化、统一的数据交换以及统一的数据通道共享数据资源，促进集约化发展；构建统一应用支撑体系，实现功能共享和数据挖掘，优化业务流程，实现精细化管理；同时，数字化电网以标准化为最重要特征。
数字化电网服务于建设资源节约型、环境友好型社会和科技创新型企业。数字化电网通过节能调度实现节能降耗，通过标准化实现信息共享和系统的互联互通，减少投资，降低维护工作量，提高效率和效益。数字化电网没有国际先例，本身就是重大创新。数字化电网是
国家电网公司进一步发展和技术创新的方向，对于提高大电网的安全稳定水平和灾变防治能力，提高电网生产的科学、智能决策水平，显著提高电网生产效率具有重要的现实意义。
七．结论
数字化电网的实现离不开当前电网实际，是电网的一个发展阶段。所提出的数字化电网体系结构考虑了当前电网结构，遵循开放性原则，各层之间均可以独立开展建设，可以为数字化电网的研究设计提供一个系统化的框架，为数字化电网的实施提供一个更加结构化的途径。当前，可采用先进的信息、通信、自动化和智能技术，逐步更新改造现有电网以达到数字化电网的水平。
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