上海交通大学学报

上海交通大学学报, 2021, 55(S2): 31-36 doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.005

结构化智能稳定限额电子化管理技术及应用

吴鑫1, 孙惠2, 王瑾,2

1.国家电网有限公司华东分部,上海 200120

2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司),南京 211106

Electronic Management Technology and Application of Structured Intelligent Stability Limit

WU Xin1, SUN Hui2, WANG Jin,2

1. East Branch of State Grid Corporation of China, Shanghai 200120, China

2. Nari Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute), Nanjing 211106, China

通讯作者: 王 瑾,男,高级工程师,电话(Tel.):13851803195; E-mail:wangjin@sgepri.sgcc.com.cn.

责任编辑: 石易文

收稿日期: 2021-10-21  

Received: 2021-10-21  

作者简介 About authors

吴鑫(1986-),女,江苏省泰州市人,高级工程师,从事电力系统及其自动化研究工作.

摘要

提出一种基于结构化规则策略库的智能稳定限额管理技术,设计了一套基于结构化和规则库的断面规则自动识别和限额自适应调整方法,并以此为基础构建了具有华东特色的断面动态监视与电网规则库,并在D5000系统嵌入.通过统一展示手段,以直观简洁的形式提供可靠的结构化流程管理、稳定限额自动识别、稳定限额自适应调整、越限断面可视化监视分析功能,为调度提供了强有力的技术支撑.

关键词： 智能稳定限额; 结构化; 规则策略库; 自动识别

Abstract

This paper proposes an intelligent stability quota management technology based on structured rule strategy library, designs a set of automatic identification of section rules and adaptive adjustment methods of quota based on structured rule library, and constructs a section dynamic monitoring and power grid rule library with East China characteristics. Embedded in the D5000 system, it provides reliable structured process management, automatic identification of stability limit, adaptive adjustment of stability limit, and visual monitoring and analysis of out of limit section in an intuitive and concise form through unified display means, which provides a strong technical support for dispatching.

Keywords： intelligent stability limit; structuration; rule policy library; automatic recognition

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本文引用格式

吴鑫, 孙惠, 王瑾. 结构化智能稳定限额电子化管理技术及应用[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(S2): 31-36 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.005

WU Xin, SUN Hui, WANG Jin. Electronic Management Technology and Application of Structured Intelligent Stability Limit[J]. Journal of shanghai Jiaotong University, 2021, 55(S2): 31-36 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.005

随着电网规模的扩大,特高压交直流日益紧密,当由于受到经济、环境因素的制约区域间的联网和远距离大容量的输电系统的不断出现[1],部分电网运行更加接近极限状态,同时电网结构日趋复杂,电网的拓扑结构及运行方式复杂多变,稍有不慎就可能造成电力系统失稳导致大范围、长时间停电更严重可能造成电力系统整体崩溃.

断面稳定限额是电网安全可靠运行的重要边界条件.电力系统在不同的运行方式下, 断面限额会发生相对应的变化.华东电网区域馈入直流容量巨大,故障条件下对电网参与调节资源的需求逐年提升,储能、电动汽车、光伏和风电等各类新能源的集中接入,已成为电网高尖峰负荷的主因,电网峰谷差进一步扩大,导致华东地区如江苏过江断面、安徽淮宿断面等重要断面限额的随运行方式的剧烈变化,对发电计划、安全校核、综合智能告警等其他应用的实用性和准确性产生了严重的影响[2,3,4].

稳定限额规则指电网重要断面或设备在满足不同的运行方式及约束条件时,其潮流允许的最大极限值,是监控系统对断面或设备判断是否重载或越限的依据.限额中包括一个或多个设备,对这些设备集通过规范的运行方式或检修方式来监控与其相关的设备集的运行状态、功率传输极限等.一方面由于稳定限额的变化多端,尤其是电网春检、秋检时段造成的设备停役或临时运行方式过多使得通过人工或半人工的方式对稳定限额进行维护工作量越来越大,无法进行24 h的不间断维护,对运行人员造成极大的压力.另一方面,限额运行方式不只是局限于电网的拓扑运行方式还增加了很多外部因素如设备温度、季节、时段、安控系统状态等,使得稳定限额条件多判断准确面临巨大的考验.

本文的目的是提供一种基于结构化规则库的电网智能化限额管理技术,可以实现以下目标:①将限额规则从机器代码里分离出来,通过结构化设计实现限额规则的修改和集成,通过规则语言实现限额的描述扩展了稳定限额规则的适应性和可扩展性;②结构化规则预演,有利于系统对稳定限额信息的统一格式化和维护,便于信息的共享;③限额智能识别可以化繁为简,实现限额信息当前方式下和未来方式下的统一化管理.

1 电力系统稳定规则管理现状

以华东调控中心制定的限额规则为例,主要分为4种规则类型.

(1) 年度规则:在正常年度运行方式下规定的断面限额值,其有效时间一般为全年.

(2) 运方临时:在电网实际运行中年度规则无法满足实际情况,临时补充,替代相应的年度规则.

(3) 检修临时:相关断面在检修方式下规定的限额值,需与检修单进行关联,其生效时间与检修工作时间一致.

(4) 电话通知:由调度员在处理电网异常或事故时临时设置的断面限额值,一般为短时间启用.

首先,电网稳定规则在未结构化的时候,稳定规则的相关工作完全由人工录入完成,并根据经验和实际情况计算出对应于不同设备集合的稳定规程,每年针对年度规则会有一本多达300多页的书,囊括了年度方式、检修方式等各类上千条的规则数据,规则不仅详细定义设备集合的功率极限、电压幅值等,而且还罗列出在不同条件下对应设备集合的运行状态和适用条件.除了对操作人员提出了很高的要求,还要满足适用于长期有效、临时有效等范围.

其次,随着稳定限额的规则复杂度越来越高,稳定规则结构化所面临的最大问题就在于稳定规则本身的复杂性,如表1所示.在智能逻辑推理结果上实现电网运行方式匹配的基础理论及算法方面的研究较少,虽然有一些涉及到运行方式编排活动且具有一定的辅助决策功能的应用软件,但其专业针对性不强,智能化的逻辑推理水平低,实用效果较为不理想,对于调度员面对庞杂的监盘信息,需要提炼出最精细化的限额预判信息.表1是华东2020年检修方式中的一条稳定规则,表示在熟石5655或熟牌5656任一线停的情况下,如何去控制熟牌5656或熟石5655单线的限额,首先要满足监控要求,即如果熟石5655线停时,石玉5277线在石牌站内入串运行,如果熟石5655线停,石玉5277线在石牌站内入串运行的子设备规则,如监控不满足则限额不用判定,然后根据分档条件:①若东全5681、东福5682双线潮流小于 2000 MW,控限额为 1400 MW;② 若东全5681、东福5682双线潮流小于 2500 MW,控限额为120 MW;③ 都不满足以上分档条件,控限额为900 MW.

表1   华东稳定规则示例

Tab.1  Example of East China stability rules

编号控制设备送端运行方式稳定限额/MW分档条件监控要求及说明
JX-298熟牌5656或熟石5655单线双向熟石5655或熟牌5656任一线停1400若东全5681、东福5682双线潮流小于2000 MW(1) 若熟石5655线停,石玉5277线在石牌站内入串运行
(2) 若熟牌5656线停,熟石5277线在石牌站内入串运行
1200若东全5681、东福5682双线潮流小于2500 MW
900

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2 设计思路

本文设计了一套基于结构化和规则库的断面规则自动识别和限额自适应调整方法,并以此为基础构建了具有华东特色的断面动态监视与电网规则策略库,并在D5000系统嵌入,通过统一展示手段以直观简洁的形式提供可靠的结构化流程管理、稳定限额自动识别、稳定限额自适应调整、越限断面可视化监视分析功能.利用结构化定义的运行方式和断面,以及不同运行方式下的限值,实时根据电网设备的遥信遥测值、设备工况以及其他外部因素如温度、安控状态、季节等,完成对当前电网运行方式及相关限额解析.当电网运行方式发生变化时,准确地动态生成新断面、动态更新限值,动态发现越限时立即产生告警,实现了稳定限额全流程的实时监视和系统告警.

采用层次化的电子化解析方法形成计算机识别的限额条件表达式,然后将经过标准化分解的稳控规则进行断面配置.配置每个断面的基本信息包括名称、线路组成.启停状态和每种运行方式下的条件及其相应的稳定限额等信息将配置好的断面存储在D5000系统内的规则库中.设立多段报警额度值,按不同重载的程度、优先级程度对断面进行排序.不同的重载程度用不同的系统颜色展现在实时态监控运行中,将数据采集与监视控制系统(Supervisory ControI And Data AcquiSition Syste)及安稳装置实时采集监控数据.随后,采用自然语言识别的方法识别专家数据库中的电网稳定规则循环遍历断面集、规则集和条件集, 当某一断面某一规则的所有条件同时满足时,即判定该断面规则被识别,并推送限额报警,提示调控人员调整断面限额.

3 关键技术及实现

3.1 稳定限额规则的结构化设计及流程

对稳定断面控制规则进行分析,在此基础上设计统一的稳定限额模型,对稳定限额规则进行结构化描述,如图1所示,其中:N为个数.该模型描述的断面限额数据可被三区限额管理系统、一区D5000系统断面限额监视、二区安全校核系统识别并共享.

图1

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图1   稳定限额规则结构化设计

Fig.1   Structural design of stability limit rules


构成稳定限额规则描述的核心数据包含控制设备以及监控要求及说明.设备模型数据来源于D5000设备模型,保证了全网设备模型的唯一及设备名称与参数的准确性,保证稳定限额管理应用对其他系统提供统一的稳定限额模型数据.实现稳定限额电子化及流程化管理,将稳定限额规则结构化的流程变为专业规范流程管理系统,如图2所示.

图2

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图2   稳定限额结构化流程管理

Fig.2   Stable limit structured process management


强化流程闭环管控,整个流程化管控系统能够采集各节点稳定限额启用信息与传输日志并记录入库,对各节点以及传输异常的步骤进行标识统计,并能直接快速定位异常,快速处理,提升稳定限额管理流程的安全性和可靠性,如图3所示,其中:EMS为能量管理系统.

图3

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图3   稳定限额闭环监视

Fig.3   Closed loop monitoring of stability limit


3.2 断面动态监视与电网规则策略库构建

系统部署在电力调度系统I区,采用浏览器/服务器(B/S)架构设计.服务器应用主备机的程序向系统中每一个客户端提供各种实时信息,服务端采用统一逻辑和规则策略进行计算处理[5,6],将断面、线路、稳定限额告警等最终结构发送至客户端展示.软件拓扑图如图4所示.

图4

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图4   电网规则策略库软件拓扑图

Fig.4   Topology diagram of power grid rule strategy library software


3.3 稳定限额规则库构建

采用分级分层的电子化手段定义所有稳定限额,将所有断面及运行方式、监控要求及说明解析成标准化规则.稳定规则分级分层结构清晰,可读性、可操作性强,主要包括断面层、规则层、监控层.其中,规则集是断面集的子集,监控集又是规则集的子集.经过标准化分解的稳定规则被存储在规则数据库中.配置规则时需将稳定规则的条件分解成与或树的条件形式,最终形成机器可理解的电子化模块.重构稳定规则时只需分别在断面集选择断面,在其不同运行方式对应的规则集选择并录入相应的信息,在监控集选择相应的监控条件,即可完成一个断面的配置.

稳定限额规则库构建流程包括:

(1) 向用户提供可视化界面进行断面的组成与参数定义.

(2) 根据明确的稳定限额控制规则制定规则.

(3) 建立监控条件,根据稳定控制规则的内容进行条件的格式化录入.

(4) 设备表统一查询,并提供联想关联.

实际系统中的规则库界面如图5所示.

图5

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图5   规则库可视化界面

Fig.5   Rule base visualization interface


3.4 稳定规则智能自动识别

传统的稳定限额识别是基于电网实时信息,实时地扫描电网所有断面的规则和条件,经过实时计算分析,锁定稳定规则并将匹配的运行规则提供给调度员参考,比如通过规则策略库中的监控条件库实现方式条件、负荷条件、可切容量、机组信息等电网运行方式的实时识别[7].

华东限额规则识别有别于以上传统方式,由于限额系统中年度规则、运方规则、调度员规则等在使用过程中发现有规则重复、名称重复等情况,按照常规的逻辑判定会出现多条限额同时满足条件的情况,如何增加限额的智能自动识别就是限额管理的重要工作,下面进行关键步骤的详细描述[8,9,10].

3.4.1 智能化精简 断面监视程序实时读取断面定义表和断面条件关系表中的记录,并将生成结果保存到断面监视表.根据长期运行制定的断面启用规则为:

(1) 对于断面定义表中存在相同名称的断面,先判优先级,优先级高的断面优先启用.优先级由高到低依次为临时规则、调度员规则、长期规则.

(2) 对于优先级相同的断面,再判断面类型,“正常”的断面类型优先启用.

(3) 对于优先级、类型均相同的断面,再判断运行方式,运行方式满足的断面优先启用.

(4) 优先级、类型、方式均满足的条件下,再判断限额大小,限额大的断面优先启用.

断面文件中一般会包含方式信息、条件信息、监控信息等,程序优先判断方式公式是否满足,如果方式公式满足则再判断条件公式是否满足,如果均满足才会对断面进行监视判断.如果方式公式、条件公式为空,则默认表示满足.对于公式串中的设备投退判断,一般是取设备表的状态域进行判断,状态中只要包含“热备用、冷备用、退出运行、充电”4种状态中的任一状态,则表示设备退出,反之表示设备运行.根据D5000系统的多选菜单表示方式,将其转换为十进制状态值表示,在公式串中表示设备退出状态时,需要与“50331808”进行比较,如:XX双线停,对应公式串为“@1&50331808 && @2&50331808”,其中,@1为XX线路一的状态,@2为XX线路二的状态.反之,如果要表示XX线路运行,则需对结果进行取反,如“!@150331808”.

3.4.2 精细化展示 智能化精简在对待断面名称一致、断面优先级明确的情况下可以有效地识别出大部分限额[11,12,13],但是在运行过程中仍然发现了如下两种场景情况,如何进一步精细化展示,也是此次限额改造的重点.

场景一

(1) 对于检修限额(包含正常方式与母线方式)限额,需运行方式、条件满足;方式公式串(A|B),断面公式串(A+B+C+D)有交集场景总结如下:① 交集全停,即A、B均停;则该断面暂停;② 交集部分一条设备停,即A或B停,断面公式串不处在交集部分的一个以上停(C或D停),则该断面暂停.

(2) 对于方式公式串(A|B),断面公式串(C+D)无交集场景总结如下:如果A、B任何一个停;且C、D任何一个停,则该断面暂停.

(3) 方式公式串一条以上停,即A、B停,则该断面暂停.

例如:检修限额编号为JX-232在天惠5621线或天泉5622线停时,控制天泉5622线或天惠5621线单线(天目湖侧)<1800 MW,如果天惠5621线或天泉5622线都已停运,这条限额就没有判定的意义,断面可以暂定判定,因为被控设备已经停役.

场景二

(1) 对于检修限额编号JX和临时限额编号LS,需运行方式、条件满足;如果JX和LS的断面公式的有效设备相同(JX限额中去除已停运的设备),则JX限额需停掉.

例如:限额JX-350当三汊湾1号主变停,控三汊湾单主变<600 MW;限额JX-351当三汊湾1号主变停,控三汊湾单主变+秋藤6号主变<900 MW;此时,临时方式检修限额LS-2020-77也是当三汊湾1号主变停,控制三汊湾2号主变<700 MW.

(2) 控制:三汊湾2号主变+秋藤6号主变<1170 MW;按照规则需要暂停JX-350、JX-351的判定,只显示LS-2020-77的断面越限情况.

4 结语

本文提出了多维制约关系下的电网稳定规定的电子解析方法,通过规则的方式将稳定规定中的断面限额运行规则电子化成机器可识别的条件,形成标准化、唯一的稳定控制措施.同时,构建了电网稳定限额规则策略库,为规范化的稳控规定构建奠定基础[14].研究了基于D5000系统实时信息的稳定限额自动识别动态识别技术, 实现电网稳定规定的智能化识别与显示.该研究成果已实践于华东电力调控分中心调度的实际运行中,大大减轻了自动化运维压力和强度,为调度监盘提供了可靠的技术手段.

在未来电网快速发展的情况下,电网的变化越来越快,越来越复杂.稳定规则的复杂程度也大幅度上升,完全靠人脑来计算稳定规则也变得越来越艰巨.随着调控云的发展,电力系统结构化语言也要打破电网壁垒,向着可移植性、可通用性的方向更快的发展,融合IT新技术,更好地服务于“双高”电网一体化运行目标.

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