CN103208089A - 基于方式识别技术的电网智能调度系统及方法 - Google Patents

Abstract

基于方式识别技术的电网智能调度系统及方法，包括：首先根据基于IEC61970标准的电网模型数据库，在调度员的操作下形成电网调度操作方案，以“电网操作模型数据”的形式保存于数据库中；实时操作模块实时接收SCADA/EMS数据，根据操作方案的要求，对电网状态进行监测，监测到满足操作条件时，向调度员发出提示，进入调度操作程序，同时，调度员也可主动启动调度操作，对电网的运行方式进行调整；操作方案事先设定，其可靠性与正确性得到保障，操作过程由计算机自动完成，速度快、延时短，具有较高的实时性。

Description

基于方式识别技术的电网智能调度系统及方法

技术领域

本发明涉及电网智能调度系统，尤其是涉及一种基于方式识别技术的电网智能调度系统及方法。

背景技术

随着我国电网规模的不断扩大和电力市场化改革的继续，以及用户对供电质量要求的提高，对电网运行的调度和控制提出了更新更高的要求。

电网调度系统是电力系统运行中一个不可缺少的环节，现有的调度自动化系统存在的主要问题有：

（1）自动化程度亟待提高。现有的调度自动化系统还属于“分析型”调度模式，需要调度员人工干预执行，自动化和智能化程度较低，对人的主动性和能力的依赖性较大。

（2）控制过程的安全性不强。现有的调度控制手段将电力系统的控制对象作为单一设备对象来考虑，而实际的电力系统中的设备对象是相互关联，紧密联系的。对设备对象的控制必须要考虑控制的过程，即前序控制对后续控制的影响，及时中断不安全的控制过程。

（3）对杂乱的信息处理不及时。在实际运行调度中，调度员仍然需要对大量数据进行人工分析和处理，特别在异常或故障情况下，大量信息不断涌入调度中心，调度员往往被大量表象数据淹没，需要较长的时间来决策，错失处理事故的良机。

（4）集中式控制方法缺乏。以备用电源自投为例，现阶段主要是以分布式控制为主，虽然在控制速度上有优势，同时由于不需要通讯的支持，因而可靠性要高于集中控制模式，但在灵活性和经济性以及全局性分析方面则不如集中式，随着通讯技术的发展，可靠性和响应速度大大提高。应大力发展集中式控制。

此外，目前的人工分析型电力系统调度运行模式使得整个系统的安全稳定性在很大程度上取决于人的因素，也是最不可靠的因素，特别是在事故紧急条件下，面对海量数据、表象及真假难辨、实时性决策要求、以及错误决策将导致严重后果的巨大心理压力等情况，使得调度运行人员不堪重负，对实现电力系统调度运行的智能决策和控制有着巨大的实际应用需求。而目前还没有能实际应用的系统，处于空白状态。

为了加强电网实时监测、提高电力设备的可靠性和电网承受故障的能力、增强电网运行的灵活性和可控性、不断改善供电可靠性和供电质量、防止电网大面积停电，电网安全运行保障体系将由静态的、被动的、独立的预案型防御向动态的、主动的、系统的对策型防御发展。因此，为适应新时期电网的运行管理要求、实现调度业务的科学决策、电网运行的高效管理、电网异常及事故的快速响应，要大力开展智能化调度工作，研究开发智能调度技术，提高调度决策智能化水平。

随着目前国内调度自动化系统的推进，绝大部分电力调度中心实现了数据采集和控制的自动化，系统的可观测性和量测冗余度也大大提高，具备了实现电网调度智能决策与控制所需要的数据和模型基础，电网智能调度决策与控制系统能否取得成功，则完全取决于系统的实用性、准确性和安全性。

电网智能调度决策与控制系统运行于在线的SCADA/EMS系统之上，该系统的开发采用新的架构，按照跨平台和符合IEC61970标准设计，非常有利于未来研究成果的应用和推广。电网智能调度决策与控制系统开环运行于调度自动化系统，对实时系统无冲击，同时决策与计算软件直接获取调度自动化系统上的模型和数据，无其它中间过程，既减少了出错环节、也加快了计算进程。

调度自动化系统的功能从初期的系统监控和数据采集（SCADA）发展为目前的能量管理系统（EMS），为提高调度水平提供了强有力的支持，但是，静态安全分析、安全约束调度等高级应用功能都是对电网某一安全侧面的分析，没有从调度综合决策支持的角度把这些应用有机的结合起来。在国内外电网调度二次系统中已经公开报道的关于电网智能调度决策与控制系统的研究还几乎没有，因此需要对电网智能调度决策与控制系统的关键技术进行研究。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明具体公开了基于方式识别技术的电网智能调度系统及方法。本系统根据电网调度过程的要求和特点，对调度过程进行分析、归纳，利用当前智能电网中IEC61970标准模型数据，总结适用于电网常用运行模式下的操作方案，结合SCADA/EMS实时运行数据，完成对电网一次设备的直接控制，操作方案事先设定，其可靠性与正确性得到保障，操作过程由计算机自动完成，速度快、延时短，具有较高的实时性。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于方式识别技术的电网智能调度系统，其特征是，包括：

用于采集电网一次系统数据的基于IEC61970标准的电网模型数据库；

用于完成电网操作方案的形成、修改，自动读取IEC61970标准电网数据库的方案形成模块；

用于为实时运行模块提供了可靠的数据平台的电网操作模型数据模块；

用于实时接收SCADA/EMS数据，根据操作方案的要求，对电网状态进行监测的实时操作模块；

用于监测电网一次系统，保存电网实时运行数据的SCADA/EMS实时运行系统；

用于作为基于IEC61970标准的电网模型数据库与SCADA/EMS实时运行系统的采集与监测对象的电网一次系统。

所述方案形成模块还用于获取电网当前的设备信息与拓扑信息，生成序列操作、“备自投”、电网调度过程的操作方案，保存于数据库中；同时，还随时调取已保存的操作方案，进行编辑、修改、删除。

所述电网操作模型数据模块包括：

用于为序列操作方案提供电网信息数据的序列操作方案库单元；

用于为备自投方案备提供电网信息数据自投方案库单元；

用于采集电网一次设备数据与电网设备拓扑连接信息的电网一次设备数据与电网设备拓扑连接信息单元；

用于对应电网一次设备数据与电网设备拓扑连接信息单元与EMS采集的遥测与遥信数据单元信息的对应表单元；

用于采集EMS的遥测与遥信数据的EMS采集的遥测与遥信数据单元。

所述实时操作模块监测到满足操作条件时，进入调度操作程序，调取数据库中的电网操作模型数据，对电网的运行方式进行调整。

所述“备自投”适用的电网运行方式为：两个电源通过T接线向一个负荷供电，一个电源运行，一个电源备用，并且没有其他电源连接。

所述基于方式识别技术的电网智能调度方法的步骤包括：

用于基于IEC61970标准的电网模型数据库采集电网一次系统数据的步骤；

用于完成电网操作方案的形成、修改，自动读取IEC61970标准电网数据库的方案形成模块的步骤；

用于对电网调度中常见的序列操作、“备自投”、电网调度过程的操作条件、操作过程、操作对象的总结，形成完整的操作方案，以电网操作模型数据的形式保存在数据库中步骤；

用于实时接收SCADA/EMS数据，根据操作方案的要求，对电网状态进行监测的实时操作模块的步骤；

用于检测电网一次系统的运行状况的SCADA/EMS实时运行系统的步骤；

用于为基于IEC61970标准的电网模型数据库与SCADA/EMS实时运行系统的采集与监测对象的电网一次系统的步骤。

所述方案形成模块的步骤包括：

读取XML数据，建立电网静态模型的步骤；

读取XML开关状态数据建立电网动态模型的步骤；

建立或搜索、检查开关设备与遥测、遥信数据的关联关系的步骤；

搜索并建立序列操作方案库的步骤；

搜索并建立备自投方案库的步骤。

所述序列操作方案库的建立步骤包括：

搜索符合序列操作条件的变电站，进入序列操作方案库的步骤；

分别确定变电站中的电源侧、负荷侧的开关、刀闸及其关联的遥信、遥测量的步骤；

分别确定电源侧与各负荷侧的接线方式的步骤。

所述备自投方案库的建立步骤包括：

搜索符合备自投操作条件的T结点，进入备自投操作方案库的步骤；

分别确定T结点的电源侧、负荷侧变电站、开关、刀闸及其关联遥信、遥测量的步骤。

所述实时操作模块的运行步骤如下：

系统启动后判断是否进行序列操作，是，则运行序列操作流程，否，则再判断是否启动备自投操作，是，则运行备自投操作流程，否，则结束本次查询。

所述“备自投”的运行步骤如下：

当系统接收到线路站1中T接线的线路失压信号时，启动程序，

（1）首先，查看相关保护信号是否动作，是，退出程序的运行，否，则运行下一步；

（2）考查电网原始状态的运行方式是否符合，是，进入下一步运行，否，则退出程序；

（3）考查故障后电网的运行状态，比较是否满足必要条件，否，则退出运行，是，则查看是否满足运行方式1和运行方式2的条件，若都不满足则退出运行，若满足条件2，应置“站内备用启动”标志；

（4）根据开关1是否闭合，是，则应首先将其断开，闭合开关1’，启动操作序列2，否，则启动操作序列1；

（5）考查操作完成后电网的运行状态，若线路PT失电信号已复归，说明操作已正确完成。

本发明的有益效果：

（1）综合利用IEC61970标准电网数据模型和SCADA/EMC实时运行系统的功能，保证了数据的通用性和实时性。IEC61970标准电网数据模型中保存了电网中所有一次设备及其拓扑连接状态、实时运行数据，信息通用性强，但数据量大，操作速度慢，难以保证调度系统实时运行的需要。SCADA/EMC系统实时采集电网信息，数据更新快，实时性强，但不提供设备信息。本系统利用IEC61970标准电网数据模型形成电网调度方案，基于SCADA/EMC系统对电网进行实时操作，充分利用二者的优势，保证了系统的通用性和实时性。

（2）充分吸收电网专业运行人员的经验，对电网的调度过程进行归纳，形成标准的操作模式，作为预案进行保存，有效保证调度过程的正确性和可靠性。

（3）本系统中的实时运行模块收集电网实时运行信息，监测电网运行状态，并在调度员的监督和直接参与下，自动完成对电网一次设备的操作，操作速度快、实时性强。

附图说明

下面结合附图及其实施例对本发明进一步详细说明。

图1现有的电网调度系统；

图2本发明的电网智能调度系统结构图；

图3“备自投”电源典型接线图；

图4“备自投”电源正常运行方式下的条件逻辑框图；

图5“备自投”电源启动的逻辑框图；

图6（a）“备自投”电源故障后运行方式1逻辑框图；

图6（b）“备自投”电源故障后运行方式2逻辑框图；

图7“备自投”电源启动的判决条件逻辑框图；

图8“备自投”电源操作后电网状态判断逻辑框图；

图9“备自投”电源操作流程图；

图10电网操作模型数据模块组成结构示意图；

图11方案形成模块流程图；

图12序列操作方案库建立流程图；

图13备自投”方案库建立流程图；

图14实时操作模块流程图。

具体实施方式

现有的电网调度系统如图1所示，调度人员从SCADA/EMS系统获取电网的实时运行信息，根据需要向SCADA/EMS系统发出控制命令，对电网的运行状态进行调整。在调度过程中，调度员需要对这些实时信息进行分析、计算，对电网中的开关等一次设备进行一系列的操作，其正确性与可靠性完全取决于运行人员的主观意识，并且具有较大的延时。而现有的电力调度软件往往集中于对电网运行参数和运行状态进行分析、计算，供运行人员参考，而实际的调度操作步骤最终还是靠人来完成，可靠性与实时性难以保证。

本系统根据网调度过程的要求和特点，对调度过程进行分析、归纳，利用当前智能电网中IEC61970标准模型数据，总结适用于电网常用运行模式下的操作方案，结合SCADA/EMS实时运行数据，完成对电网一次设备的直接控制。这些方案在调度人员的参与下形成，以数据文件的形式保存；本系统对电网的运行状态进行实时监测，当满足操作条件时，可自动调取操作方案，经调度员确认后，自动向EMS系统发出遥控命令，完成调度任务。由于这些操作方案事先设定，其可靠性与正确性得到保障，操作过程由计算机自动完成，速度快、延时短，具有较高的实时性。

本发明的电网智能调度系统结构图如图2所示，首先根据IEC61970标准电网数据模型库，在调度员的操作下形成电网调度操作方案，以“电网操作模型数据”的形式保存于数据库中。实时运行模块实时接收SCADA/EMS数据，根据操作方案的要求，对电网状态进行监测，监测到满足操作条件时，向调度员发出提示，进入调度操作程序；同时，调度员也可主动启动调度操作，对电网的运行方式进行调整。

本系统对电网调度中常见的序列操作、备自投等电网调度过程的操作条件、操作过程、操作对象等进行总结，形成完整的操作方案，作为一种数据模型保存于标准数据库中。所述序列操作是指在调度端对一个变电站内部的多个开关进行一系列的开、合操作，自动改变变电站的运行状态，完成对电网运行方式的调整。

方案形成模块主要完成电网操作方案的形成、修改等功能。本系统在调度人员的参与下，自动读取IEC61970标准电网数据库，获取电网当前的设备信息与拓扑信息，生成序列操作、备自投等电网调度过程的操作方案，保存于数据库中；同时，调度员可随时调取已保存的操作方案，进行编辑、修改、删除等。

实时操作模块主要功能是实时监测电网运行状态，根据调度条件的要求字段启动调度程序，或由调度员主动调取调度操作程序，通过与EMS系统的数据交互自动完成对电网运行方式的调整。

“备自投”操作技术，备用电源的自动投运是电网调度系统的一个重要功能，它是针对T接线运行方式下，系统失去电源后通过电网调度自动投运备用电源的操作技术。本系统基于面向对象技术对“备自投”的应用环境、启动条件、操作内容进行了归纳，提出了一种通用的典型操作模式，并编程实现。

“备自投”技术主要应用于T接线的电网运行方式下，其典型的接线方式如图3所示，图3给出了电网正常运行情况下各个开关的状态。此时，开关1、开关2闭合，开关1’、开关2’断开，站3为负荷，由站2向站3供电，站1为备用电源。当由于非故障原因导致线路失电时，应自动启动备用电源。因此，“备自投”适用的电网运行方式为：两个电源通过T接线向一个负荷供电，一个电源运行，一个电源备用，并且没有其他电源连接。电网运行方式满足的逻辑条件如图4所示。

在图3所示的运行方式下，当线路失电时应考虑启动备用电源。“备自投”的启动信号是开关1’线路失压。当检测到线路失压时，应综合分析各开关的状态变化情况、相关保护动作情况。

首先，应保证开关1’能够可靠投运并供电。因此，备自投启动的必要条件如图5所示。同时，考虑线路失电后可能出现的情况，如开关1、开关2断开，开关2’闭合等。根据对“备自投”操作的影响，可以将它们归纳为两种情况，如图6（a）所示，在运行方式1下，开关2闭合、开关1’断开，站3内的备用电源未启动；如图6（b）所示，在运行方式2下，开关2断开、开关2’闭合，说明站3内的备用电源已启动，此时应考虑与站内电源配合的问题。

此外，还应考查线路保护的情况，保证相关保护没有启动，以确认线路是否发生故障。当由于线路故障跳闸时，“备自投不能启动”。因此，“备自投”启动的判决条件满足的逻辑框图如图7所示。

操作正确完成后，开关1应处于断开状态，开关1’应处于闭合状态，由站1向站3供电。

因此，“备自投”操作正确完成后，电网的运行状态应符合图8所示的逻辑条件。

根据上面的讨论，可以归纳出电力调度系统“备自投”操作的控制流程如图9所示。

当系统接收到线路站1中T接线的线路失压信号时，启动程序。

（1）首先，查看相关保护信号动作情况。若保护已启动，退出程序的运行；否则运行下一步。

（2）考查电网原始状态的运行方式是否符合图4所示的逻辑条件，若符合，进入下一步运行，否则退出程序。

（3）根据图5、图6（a）、图6（b）所示的逻辑框图考查故障后电网的运行状态。比较是否满足必要条件，若不满足则退出运行；然后看是否满足运行方式1和运行方式2的条件，若都不满足则退出运行；若满足条件2，应置“站内备用启动”标志。

（4）根据开关1的状态，启动不同的操作序列。若开关1闭合，应首先将其断开；闭合开关1’。

（5）考查操作完成后电网的运行状态，若符合图8所示的逻辑条件，并且失电信号已复归，说明操作已正确完成。

如图10所示，电网操作模型数据模块是一组基于面向对象技术建立的关于电网一次设备和监测信息的数据库，它为实时运行模块提供了可靠的数据平台。它包括电网一次设备及其拓扑连接信息，EMS遥测、遥信数据，EMS数据与一次设备的对应表，以及序列操作、备自投方案库等。

方案形成模块的主要功能是依据电网标准数据库提供的XML文件数据形成电网操作模型库，并形成和维护EMS信息以及对应表。方案形成模块的步骤如图11所示，读取XML数据，建立电网静态模型；读取XML开关状态数据建立电网动态模型；建立或搜索、检查开关设备与遥测、遥信数据的关联关系；搜索并建立序列操作方案库；搜索并建立备自投方案库。

序列操作方案库的建立步骤如图12所示，搜索符合序列操作条件的变电站，进入序列操作方案库；分别确定变电站中的电源侧、负荷侧的开关、刀闸及其关联的遥信、遥测量；分别确定电源侧与各负荷侧的接线方式。备自投方案库的建立步骤如图13所示，搜索符合备自投操作条件的T结点，进入备自投操作方案库；分别确定T结点的电源侧、负荷侧变电站、开关、刀闸及其关联遥信、遥测量。

标准数据库基于IEC61970模型建立，具有很强的通用性，通过建立和维护标准数据库与传统EMS系统信息的关联，可有效发挥二者各自的优势，较好地满足系统实时性和通用性的要求。

实时操作模块是一套实时循环运行的软件系统，该模块实时接收SCADA/EMS系统采集的数据，检测系统运行方式，并根据方案库中的信息进行比较，若满足操作条件，将向调度运行人员发出提示，并启动相关操作程序，通过SCADA/EMS系统发出调度命令，调整电网的运行方式。实时操作模块的步骤如图14所示，系统启动后判断是否进行序列操作，是，则运行序列操作流程，否，则再判断是否启动备自投操作，是，则运行备自投操作流程，否，则结束本次查询。

序列操作，在电力调度系统中，当对变压器、线路等设备进行投运或退出操作时，需要对相关的开关进行一系列的操作。序列操作就是指在调度端对一个变电站内部的多个开关进行一系列的开、合操作，自动改变变电站的运行状态，完成对电网运行方式的调整。

根据电力系统运行规则的要求，这些操作必须满足一定条件，并按规定的顺序进行。因此，调度员应收集电网的实时运行参数，对电网运行状况进行综合考查，以验证是否满足操作条件。

本系统根据电网的拓扑结构，自动形成电网的序列操作方案，制定与一次设备相关的序列操作条件和操作步骤。在实时运行过程中，收集EMS系统的实时数据，对操作设备的实时运行状态进行考察，当满足序列操作条件时，自动弹出操作对话框，提供给调度员；确认后，自动发出开关操作命令序列，并对每一次操作结果进行验证，当出现意外情况时随时停止。

在上述过程中，序列操作方案作为一种预案事先保存于文件中，运行过程中，程序对设备的运行状态进行自动检测，因此不仅操作速度快，而且具有很高的可靠性。

这里对变电站运行状态的操作主要是变压器运行方式的调整：由两台变压器运行变为一台变压器运行的状态，即将一台变压器退出运行的操作；或投运备用变压器，并退出运行变压器操作。

Claims (10)

1.基于方式识别技术的电网智能调度系统，其特征是，包括：

用于采集电网一次系统数据的基于IEC61970标准的电网模型数据库；

用于完成电网操作方案的形成、修改，自动读取IEC61970标准电网数据库的方案形成模块；

用于为实时运行模块提供了可靠的数据平台的电网操作模型数据模块；

用于实时接收SCADA/EMS数据，根据操作方案的要求，对电网状态进行监测的实时操作模块；

用于监测电网一次系统，保存电网实时运行数据的SCADA/EMS实时运行系统；

用于作为基于IEC61970标准的电网模型数据库与SCADA/EMS实时运行系统的采集与监测对象的电网一次系统。

2.如权利要求1所述的基于方式识别技术的电网智能调度系统，其特征是，所述方案形成模块还用于获取电网当前的设备信息与拓扑信息，生成序列操作、“备自投”、电网调度过程的操作方案，保存于数据库中；同时，还随时调取已保存的操作方案，进行编辑、修改、删除；

所述“备自投”适用的电网运行方式为：两个电源通过T接线向一个负荷供电，一个电源运行，一个电源备用，并且没有其他电源连接。

3.如权利要求1所述的基于方式识别技术的电网智能调度系统，其特征是，所述电网操作模型数据模块包括：

用于为序列操作方案提供电网信息数据的序列操作方案库单元；

用于为备自投方案备提供电网信息数据自投方案库单元；

用于采集电网一次设备数据与电网设备拓扑连接信息的电网一次设备数据与电网设备拓扑连接信息单元；

用于对应电网一次设备数据与电网设备拓扑连接信息单元与EMS采集的遥测与遥信数据单元信息的对应表单元；

用于采集EMS的遥测与遥信数据的EMS采集的遥测与遥信数据单元。

4.如权利要求1所述的基于方式识别技术的电网智能调度系统，其特征是，所述实时操作模块监测到满足操作条件时，进入调度操作程序，调取数据库中的电网操作模型数据，对电网的运行方式进行调整。

5.基于方式识别技术的电网智能调度方法，其特征是，步骤包括：

用于基于IEC61970标准的电网模型数据库采集电网一次系统数据的步骤；

用于完成电网操作方案的形成、修改，自动读取IEC61970标准电网数据库的方案形成模块的步骤；

用于对电网调度中常见的序列操作、“备自投”、电网调度过程的操作条件、操作过程、操作对象的总结，形成完整的操作方案，以电网操作模型数据的形式保存在数据库中步骤；

用于实时接收SCADA/EMS数据，根据操作方案的要求，对电网状态进行监测的实时操作模块的步骤；

用于检测电网一次系统的运行状况的SCADA/EMS实时运行系统的步骤；

用于为基于IEC61970标准的电网模型数据库与SCADA/EMS实时运行系统的采集与监测对象的电网一次系统的步骤。

6.如权利要求5所述的基于方式识别技术的电网智能调度方法，其特征是，所述方案形成模块的步骤包括：

读取XML数据，建立电网静态模型的步骤；

读取XML开关状态数据建立电网动态模型的步骤；

建立或搜索、检查开关设备与遥测、遥信数据的关联关系的步骤；

搜索并建立序列操作方案库的步骤；

搜索并建立备自投方案库的步骤。

7.如权利要求6所述的基于方式识别技术的电网智能调度方法，其特征是，所述序列操作方案库的建立步骤包括：

搜索符合序列操作条件的变电站，进入序列操作方案库的步骤；

分别确定变电站中的电源侧、负荷侧的开关、刀闸及其关联的遥信、遥测量的步骤；

分别确定电源侧与各负荷侧的接线方式的步骤。

8.如权利要求6所述的基于方式识别技术的电网智能调度方法，其特征是，所述备自投方案库的建立步骤包括：

搜索符合备自投操作条件的T结点，进入备自投操作方案库的步骤；

分别确定T结点的电源侧、负荷侧变电站、开关、刀闸及其关联遥信、遥测量的步骤。

9.如权利要求5所述的基于方式识别技术的电网智能调度方法，其特征是，所述实时操作模块的运行步骤如下：

系统启动后判断是否进行序列操作，是，则运行序列操作流程，否，则再判断是否启动备自投操作，是，则运行备自投操作流程，否，则结束本次查询。

10.如权利要求5所述的基于方式识别技术的电网智能调度方法，其特征是，所述“备自投”的运行步骤如下：

当系统接收到线路站1中T接线的线路失压信号时，启动程序，

（1）首先，查看相关保护信号是否动作，是，退出程序的运行，否，则运行下一步；

（2）考查电网原始状态的运行方式是否符合，是，进入下一步运行，否，则退出程序；

（3）考查故障后电网的运行状态，比较是否满足必要条件，否，则退出运行，是，则查看是否满足运行方式1和运行方式2的条件，若都不满足则退出运行，若满足条件2，应置“站内备用启动”标志；

（4）根据开关1是否闭合，是，则应首先将其断开，闭合开关1’，启动操作序列2，否，则启动操作序列1；

（5）考查操作完成后电网的运行状态，若线路PT失电信号已复归，说明操作已正确完成。

Images