面向DSP的智能电网自动调度实时监控系统设计策略

王之龙

（国网江苏省电力有限公司 南通供电公司，江苏 南通 226000）

0 引 言

调度系统是智能电网的中枢，是保证电网安全、稳定、可靠、经济的关键，也是实现电网自动化水平最高的一环。调度与监测平台是1项系统工程，它由多种功能模块组成。各模块之间相互联系、相互依存，具有各自的应用系统和各自的职能，但是其目的一致，即实时监测电网调度系统，及时发现问题。

1 智能电网调度系统概述

近年来，随着我国电网建设的迅速发展，对电网的运营和管理需求越来越大，对调度系统的要求也越来越高。电力调度可以有效实现一体化的协调控制、一体化的调整、高效的流程管理、精细化的统筹规划和信息网络的建设，从而在智能电网中形成自动化、信息化、互动化、分布式以及一体化的智能调度决策中心。智能调度系统指在电力公司实现调度计划、建立模型、测量、数据分析、决策、有效控制以及管理的全流程。智能电网的智能化调度将成为智能电网的重要特点，具有较强的适应性、前瞻性、优化性、柔性和高度敏感性[1]。

2 智能调度的优势分析

2.1 较强的可观测性

远程终端单元（Remote Terminal Unit，RTU）、配电开关监控终端（Feeder Terminal Unit，FTU）等监控设备虽在常规电网中安装，但其安装后无法实时掌握电网对面使用者的操作情况。而智能调度拥有先进的智能测量系统，也就是数据共享平台，借助二测技术可以实时掌握电力的情况，从而准确地估算出电网的运行状况。由此可以看出，智能调度系统具有很好的可测性。同时，它可以使智能电网调度中心准确地控制整个网络。

2.2 资源更加可控

在常规电网中，发电资源是控制能源的重要组成部分。近年来，由于各类可再生能源的大量涌入，使得分布式发电的应用范围越来越广，许多发电环节都会产生难以控制的问题。而在智能电网中，资源的控制范围不断扩展。

2.3 运行调控性更加灵活便利

在常规电力系统中，经济性、安全性、电能质量是电力系统的重要指标和控制指标。而智能电网调度系统以其多样化、复杂化的特点为主要的控制对象，既要满足电力系统的要求，又要做到能源消耗的最小化，以达到环境保护的目的。因此，在运行过程中，需要对电网的实际状况进行相应的调整[2]。

2.4 结构功能的开放性更高

电能通过发电、传输、分配、用电等单向流实现，这是传统电力系统的1种调节方式。在进行设计时，也只是简单地部署了已有相同工作的软件。但是，智能电力与传统的电力网络不同，它可以提供大量的分布式电源，从而实现对电网的控制。

3 智能电网调度系统监控平台体系的构架

根据智能电网的基本特点和智能云平台的实际应用，提出了基于云的智能电网调度系统的建设方案。该平台采用了云计算技术、数据服务总线等技术，将分布式数据资源、电网自动化等应用于智能电网调度云计算监测平台中。为便于系统调度的管理者监控各部分的操作，按需调整计划，并特别设置了统一的监控界面。云计算平台是以分布式数据服务总线为基础，它还包含了3个主要的功能部件，即动态负载平衡与资源分配系统、分布式数据存储系统以及集成计算引擎。这些功能部件以分布的数据服务总线组成1个虚拟层，以完成对控制信息和数据信息的交换、传输以及整合，并对底层的硬件进行统一的管理和配置，保证了不同应用软件安全稳定的调用和存取[3]。

4 智能电网调度系统关键技术的实施

4.1 调度数据集成化技术

在电力系统中，当综合了各种数据后，可进行故障诊断时，必须采用智能电网调度和事故处理的辅助决策。信息管理系统中的数据，其主要依据是IEC61970标准和可扩展标记语言（eXtensible Markup Language，XML）的自描述格式以及以松散耦合模式为基础的XML信息交换。

4.2 智能调度控制技术

当电力系统的运行安全性不能得到保证时，必须对其敏感性进行分析，以保证电网的正常运转。一旦出现意外，就需提前提醒，如果要调整机组端面上的过载问题，则应适当降低负载。

4.3 事故诊断与处理技术

事故的诊断和处理技术包括多个复杂的故障诊断技术、差错信息的冗余、对多目标事故进行修复。而多重故障诊断的关键是故障区，它利用组群技术将电网动作信息、保护动作信息和故障诊断信息结合起来，对以上的信息进行了组合。

4.4 电网故障的实时诊断分析

与网络拓扑相结合，可以实现对电力设备异常变化、潮流、电压突变等信息的监测，并根据系统的实时获取信息、保护动作信息、潮流扰动信息，利用网络信息识别技术对人工操作、错误信息扰动等信息进行筛选，将虚假信息剔除，从而实现对电网的故障诊断，进而提高整体调度的安全性[4]。

4.5 科学的电网事故处理辅助决策

在电网调度中，充分利用智能监测和防误技术，可以加强对电网调度的有效控制，减少各类突发事件的发生，并根据电网调度的实际需要，通过优化电网调度的辅助功能，保证故障诊断的准确性，有效处理过潮流、过电压因素，优化智能化电网调度管理系统的服务功能。

4.6 完善电网调度中在线事故处理机制

通过可靠的智能监测和防误技术，可以为电力调度人员提供大量的软件资源，帮助调度人员在最短的时间内对各种类型的故障进行最大限度的判断，并在提高电力网络的潮流控制能力的同时，对网络的在线事故进行有效处理。

5 电网监控系统性能分析

5.1 回溯机制

在网络中，节点的安全回滚是1个非常重要的机制，可以帮助调度控制器发现系统的安全漏洞。在此基础上，利用系统节点的安全级别计算公式，对500 kV、220 kV网络进行了分析。从跟踪的结果可以看出，1个具体的实体节点是经过500 kV或者220 kV的网络。其中，在500 kV网络中，存在危险的实体结点可以采用数字安全等级的方法进行识别。在220 kV电网中，需要判断220 kV网络中很多节点的安全性，不仅是因为220 kV区域网的安全问题，还是因为500 kV节点的电力供应不足，这一跟踪机制应该能够帮助调度员改进系统的安全漏洞，保证系统的安全和稳定运行[5]。

5.2 电网智能监控系统硬件架构设计

该系统包括采样电路、微处理器、主控制模块、功率测量芯片、显示模块以及通信模块等。该系统充分发挥了电网运行时电流和电压信号的转换功能，采用电能测量芯片对电流和电压进行检测，并采用取样电路将所检测到的数据保存到监测图像中。在此基础上，采用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）或通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）通信模块，将采集到的电压、电流等数据进行远距离传输。当网络发生故障时，报警装置会被设定在系统程式中。GPS/GPRS通信模块完成定位、远程信息传输、短消息传递等一系列功能。

5.3 系统的软件结构配置

以RT21为平台，实现了对网络设备状态的实时监测。本系统具有访问管理、环境监控等多种功能，还可以对网络设备进行实时监控，与D5000智能调度系统联接。应用软件模块层的组成包括视频监控、访问控制管理、环境监控、火灾报警以及链路控制等。各模块间无干扰，可独立完成逻辑检验及资料处理。在平台模组层次上，提供了图形、权限、安全、报告、界面管理以及历史和实时的资料库。它为应用程序开发提供了1个一致、安全、易于操作的接口，能够适应不同的工作需求，而且可以通过脚本语言配置逻辑。在线监测系统会对辅助系统进行分析诊断，并与辅助系统配合，积极监测网络设备。同时，该系统将地理地图与电力设备的主线路图有机结合起来，使得该系统更加直观、易于管理，可以适应电网的生产和操作需求。

5.4 控制指令解析和传输测试

首先，在Web的监视系统中，管理员选定要切断电源的负荷1，按下“确认”键，后台的程序会按照主控界面的指示进行一帧的控制。其次，通过套接点的输入输出（Input/Output，I/O）数据流向数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）传输控制帧。最后，通过控制系统的硬件平台，完成对负荷的控制，以确保电力系统的安全和稳定。通过顺槽监测中心，可以远程控制运煤机、破碎机和皮带的信号，并实现无人控制。通过顺槽监测中心的数据收集、整理和汇总，能够随时观察到设备的启动和停止，并对设备的故障进行分析，了解设备的工作状况。在设备出现故障时，可通过查阅故障信息清单找出故障，快速、准确、稳定地解决问题，缩短处理时间。

5.5 监控视频采集卡设计

在电力市场中，监测数据的获取是1个非常关键的环节。在网络、设备切换点、设备热点附近设置照相机，通过遥控指挥中心传输监测命令。在网络运行过程中，视频监视可以捕捉到网络运行中的特殊异常和位置，同时可以捕捉到网络的异常情况。若网路监视影像信号为电子信号，则须将其转换成数位信号。利用城市信息模型（City Information Modeling，CIM），电脑有4个监控显示卡，每1个显示卡能从4个不同的方向采集网路监控资料，因此可以扩展网络监控系统的监控范围。在此基础上，利用CIM模型对智能电网监测系统设计硬件结构，并对其采集电路进行了设计。另外，针对监控视频采集卡的工作模式，对其进行了硬件设计。

6 智能调度的优势分析

6.1 较强的可观测性

RTU、FTU等监测装置基于传统电网设立，其设置并不能使相关人员及时了解处于电力系统另一端用户的实施运行信息。智能调度则不同，它已经具备了高级智能量测系统及数据共享平台，在这些系统和平台的支撑下以及二测技术的帮助下，能够及时了解用户的用电信息，并以此为基础实现了对全网需求侧状态的精确估计。

6.2 资源更加可控

发电资源是传统电力系统中的主要可控资源。近年来，随着各种可再生能源的大规模接入，在分布式发电的广泛应用环境下，很多发电环节出现了不可控的问题。在智能电网中，可控的资源范围得到扩大，不再局限于发电资源，其中包含储能装置、负荷、电力电子技术基础上的可控输电设备等资源。

6.3 运行调控性更加灵活便利

经济性、安全性、电能的质量是对传统电网调度衡量的主要目标和控制目标。但是，智能电网调度系统则不同，它将多样化、复杂化特征作为控制的主要目标，电网在保证电力系统供电需求的同时，必须实现能耗的最低排放，保证环保的效果。因此，电网在运行中必须根据实际情况做出调整。

7 电力系统自动化中DSP技术的具体应用

电力系统自动化中，数字信号处理（Digital Signal Process，DSP）技术的具体应用主要包括以下几点。

（1）采集与测量。在将电力系统与计算机有效结合后，可以将能量管理系统（Energy Management System，EMS）、SCADA、配电管理系统（Distribution Mangernent System，DMS）等融合在一起。SCADA可以实时分析频谱，并对其进行快速、精确的测量。同时，这种方法是电气量测定的先决条件，并逐步建立起相应的体系。

（2）质量监控。电能具有相应的品质评定标准，能够根据其偏差是否在标准值范围内来判定频率和电压；在测量波形时，可以根据失真率是否超出规定的范围来判定。如果没有达到相关的要求，则会根据不同的条件，通过报警来控制设备的工作。同时，电网在大负荷投入、故障时，会有一段时间的电压下陷，针对这种现象，有关部门要根据电压下降的情况对故障进行补偿和修理。

（3）继电保护。大规模应用微型计算机继电器，可大大提高电网的安全性和稳定性，促进电网的长期发展。

8 结 论

将智能电网技术引入到电力市场监测系统中，将有助于电力市场的迅速发展，并能迅速发现电力市场中的问题。同时，由于其具有较高的安全性和可靠性，因此将为我国电力工业的可持续发展提供有力的支撑。