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张勇 （国家电网公司华北分部，北京 100053） 摘 要：在对中国智能电网调度控制系统实时监控与预警类应用功能研究的基础上，对近年来相关应用建设和实用化成果进行提炼总结，形成电力行业标准DL/T 1709.4—2017《智能电网调度控制系统技术规范第4部分：实时监控与预警》。分别从总体原则和接口要求、电网实时监控与智能告警、电网自动控制、电网运行分析与决策、辅助监测等方面对该规范进行解读，重点对每个应用的功能要求和核心要点进行解释说明，可进一步提高调度自动化人员对该类功能的正确使用，便于相关研究、设计、开发、建设和运行维护人员对该标准的理解。 关键词：调度控制系统；实时监控与预警；功能研究；规范解读 0 引言特高压交直流电网持续投运使得各级电网的电气联系越来越紧密。智能电网调度控制系统实时监控与预警类应用为电网的实时在线监视、运行分析、操作和控制等提供了核心支撑，是电网安全稳定运行的重要技术保障[1]。 近年来国家电网公司（国网）和南方电网公司（南网）系统已在省级以上调控中心建成了智能电网调度控制系统并向市级调度机构推进部署。实时监控与预警作为四大类应用[1]中的重要实时应用，直接影响到调控业务的正常开展。目前围绕实时监控与预警类应用已形成了国网、南网各自的企业标准，彼此之间有共通之处，但功能特点各有不同，尚无行业标准对该类应用进行统筹规范。这不利于总结实时监控与预警类应用在各地运行实用化过程中取得的成果，无法在行业范围内形成合力促进优秀技术成果的继承共享和相互推广，因此亟须统一行业标准以指导业内运行、研发等单位开展工作，推进系统的标准化和规范化建设。鉴于此，2015年1月14日国家能源局下达了文件将其列入2015年行标制修订计划。 国家电网公司国家电力调度控制中心（国调中心）、中国南方电网电力调度控制中心（南网总调）、国家电网公司华北分部和其他参编单位为适应电网发展方式转变和调度业务转型，在参考相关国标、行标的基础上，本着先进性、成熟性和适用性的原则，总结了近年来该类应用研发和建设已取得并获得广泛应用的成果经验，首次编制了DL/T 1709.4—2017《智能电网调度控制系统技术规范 第4部分：实时监控与预警》。本规范共分为8章，本文依据规范的主要章节对实时监控与预警类应用的关键功能和技术要求进行解读。 1 总则1.1 范围和规范性引用文件该标准规定了智能电网调度控制系统实时监控与预警类应用的组成及各应用的功能要求，明确了其适用于各级智能电网调度控制系统实时监控与预警类软件的设计、开发、建设、运行和维护各环节工作。该规范引用了与实时监控与预警应用相关的最新国标、行标和国家文件[2-14]。 1.2 术语、定义符号和代号由于实时监控与预警类应用概念较多，为力求在内容和形式上与相关标准保持一致且突出重点，该规范在参照GB/T 33590.2—2017《智能电网调度控制系统术语》的基础上，仅对驾驶舱类应用、调度计划类应用、网络分析、在线安全稳定分析、自动发电控制、自动电压控制等关键术语进行说明。 1.3 总体原则和接口要求该规范将该类应用分为电网实时监控与智能告警、电网自动控制、电网运行分析与决策、辅助监测四类。其功能共同点是可实现电网运行的监视和故障诊断、实时跟踪运行风险并闭环优化控制、提出预控策略并分析评价运行的安全和经济性等。 根据安全防护要求，实时监控与预警应用在I区通过防火墙与II区隔离，通过单向隔离装置与III区隔离，并能向调度计划和调度管理应用输出所需的各类信息，也可向电网运行驾驶舱输出电网模型数据、故障信息等关键性能指标（key performance indicator，KPI）信息并从中获取其结果。 2 电网实时监控与智能告警2.1 电网运行稳态监控稳态监控是智能电网调度控制系统的基本功能，可处理各类模拟量和状态量，支持旁路代、对端代、状态估计代等操作以及多源数据和数据质量码处理并可对遥测遥信采样查询。稳态监控对设备和断面的状态动态拓扑着色功能直接影响运行人员对电网状态的判断，且应能灵活配置（见图1）。稳态监控还需支持断路器、隔离开关和分接头的远方控制和调节以满足电网运行中遥控的需求。  图1 稳态监控动态着色配置界面 2.2 电网运行动态监视与分析动态监视与分析是稳态监控的重要补充，具备动态和稳态量测对比、坏数据辨识、公式定义和提供计算库的能力。该模块能提供相角测量归算、机组运行状态监视，支持相角参考个性设置。此外，应提供母线平衡、断面监视、量测及相角差越限告警及屏蔽功能。 主站间PMU实时及历史数据的远程调阅为近年来实用化过程中的新增功能。随着特高压交直流互联电网特性的日益复杂，低频振荡监视、在线扰动识别、机组一次调频及励磁系统性能分析监视等在运行中也逐步实用化，发挥着愈来愈大的作用。 2.3 继电保护设备在线监视与分析继电保护设备在线监视与分析应能实时处理保护设备状态量、模拟量、事件/定值/软压板信息、故障录波等以及异常告警、自检、动作和通信状态等信息，从而正确显示保护设备的运行状态及动作，确保发生故障时给出故障简报并提供给综合智能告警。当前保护信息已成为综合智能告警重要的数据源之一。该模块可支持保护设备定值等信息的查询召唤，具备装置远程操作能力及必要的安全机制，具备一定的智能分析能力。 2.4 安全稳定控制装置（系统）在线监测安稳装置在线监测能提供装置运行方式监视，如压板状态、允切状态、可切负荷和机组量、直流最大可提升和回降量等运行方式信息以及通道状态、异常告警、装置动作等信息，并能提供安控装置（系统）的动作行为和异常状态的统计分析及事件告警，具备当值策略控制量不足的告警功能，支持召唤定值和策略表描述文件等。安稳装置在线监测系统是为应对电网迅速发展后安自装置数量增多、复杂性增强的局面提出的技术新举措。目前在各地的建设及实用化进展程度不一。 2.5 综合智能分析与告警综合智能分析与告警改变了故障时依靠厂站运行人员电话汇报调度的传统模式，可第一时间分析产生设备跳闸等系统异常告警，还可结合保护信息产生保护设备异常告警，可结合网络分析和在线安全稳定分析等产生电网运行预警，可结合水电或新能源检测管理系统产生气象水情预警，可结合雷电定位系统产生雷电预警信息。如图2中的云彩即为雷电告警示意，左侧为故障相关稳态、PMU、故障测距等信息，右侧为结合地理潮流图对故障点定位的可视化展示，下方为故障相关厂站图及故录简报等信息。  图2 综合智能告警推送雷电信息 综合智能告警可提供规范的告警信息格式，支持可灵活配置的告警逻辑库和关联推理，并可触发高级应用分析计算。随着近年来调控一体化的推进，该功能逐步实现了系统间告警的实时校验和推送并可根据需要实现跨系统订阅本调机构所关心的告警。告警信息推送支持信息行、变色闪烁、推图、语音等多种形式以便第一时间告知运行人员。 3 电网自动控制随着大电网特性的日趋复杂，传统的人工控制模式已不再适用，电网自动控制模块的作用凸显。 3.1 自动发电控制自动发电控制（automatic generation control，AGC）功能支持分级控制建模和多区域多目标控制，包括断面、调峰约束目标，可支持多级目标自动优化调整和单机/全厂控制方式及梯级水电厂的多厂控制方式。随着新能源的快速发展，风电、光伏AGC应支持新能源场站作为控制对象，且AGC在控制模型校验更新时不应影响实时控制。 AGC运行状态包括在线、暂停、离线，其数据采集、控制命令周期等可设。根据实际控制需求，其模式包括恒定频率控制、恒定联络线功率控制和联络线和频率偏差控制，同时支持接收遥测区域控制偏差（area control error，ACE）和 ACE滤波，如当前华北区域省级电网均采用华北网调计算下发的ACE进行实时控制。在计算区域调节功率时应考虑时钟误差和无意交换电量等校正分量，如图3所示，它将AGC最核心的计算过程和控制逻辑用直观形式进行说明，并将中间变量的计算数据进行展示。  图3 区域调节功率校正流程 随着分布式能源的快速发展，AGC应支持场站群构成的虚拟对象。在运行需要时或测试时可采用手动模式。它支持区域及机组性能指标、频率、交换功率、ACE等合格率计算并可提供机组响应测试。为保证机组运行的安全性，指令应经过严密验证及校验执行，如指令修改权限不赋予无关人员。 3.2 自动电压控制自动电压控制（automatic voltage control，AVC）支持分级分区协调和中枢/控制母线建模并可设定电压计划，可修改不同时间及方式的目标，支持优化变量和约束条件的修改校核。其无功优化是在满足安全约束前提下以网损最小为目标给出中枢母线电压和关键联络线无功设定值、优化前后网损和控制变量的对比结果以及是否满足约束条件的情况。AVC能自动划分控制分区，实现分区无功备用、母线、无功设备和主子站工况的监视。变电站可选择分散或集中控制模式。AVC支持连续或离散调节，具备开闭环模式及系统、厂站、设备级闭锁。近年来伴随电网耦合的加强，各级AVC基本实现了上下级协调以达到无功分层分区平衡，且当上下级主站失联时可自动切换至本地模式以确保稳定。 4 电网运行分析与决策该类应用已不局限于对电网的监视和控制，而是在全网数据模型的基础上进行各类静态和动态安全稳定分析，并给出相应辅助决策信息，帮助调度员对电网进行调整。 4.1 网络分析拓扑分析是后续分析应用的基础。它根据接线和断路器刀闸状态，形成母线-支路计算模型，并提供站内拓扑和带电状态分析。它可划分活电气岛和死岛，处理各类接线并支持直流换流站的分析。 状态估计为后续应用提供合理的数据断面。它是根据参数拓扑、量测来计算母线电压幅值和相角，从而得出量测估计值。它支持交直流混合系统、稳/动态混合量测、多电气岛的计算，并支持量测误差分析和权重系数调整等。状态估计具备可观测性分析和量测预校验并能为不可观测区域生成伪量测，当量测配置不满足时能提供配置建议。当不收敛时可提供迭代信息以便运维人员分析。它支持多触发方式，具备不良数据和可疑参数辨识估计能力。当前状态估计还承担着模型及数据质量评价的重要职责，其合格率列入了各级调度的通报指标。 潮流计算可从状态估计或案例（CASE）管理获取初始数据来计算支路潮流，并支持从调度计划获取未来方式所需数据。它支持大功率缺额后的动态潮流计算，支持计算前按系数调整不平衡功率和分配用电负荷。此外应提供迭代信息，当不收敛时自动调整给出收敛解和调整信息并提供多断面潮流分析结果，支持出力和负荷、母线电压的设置，支持设备状态调整并提供滚动模拟功能以验证潮流仿真和真实操作后的差别。 灵敏度分析可给出：（1）母线电压对机组无功、机端电压、负荷无功、无功补偿装置、变压器抽头的灵敏度。（2）支路有（无）功对机组、负荷、无功补偿装置、变压器抽头的灵敏度。（3）输电断面对机组有功、负荷有功的灵敏度。灵敏度分析是缓解线路或变压器过载的重要工具，在日常调度运行中对支路功率灵敏度使用尤为频繁。 静态安全分析即 “N-1”扫描，它支持实时或研究模式下多方式启动，支持单/多重和条件故障设置和故障组生成。为确保计算结果与实际一致，需支持考虑安自装置的计算，并根据不同方式自动匹配断面限额，同时支持交直流混联系统中直流故障的分析。以华北电网为例，如图4所示为调度员最为依赖的静态安全分析应用界面，它以1 min为周期运行，左侧将N-1重载和越限设备以及与其相关的开断元件和消除设备越限的灵敏度信息展示，右侧将越限厂站和设备以不同颜色的图标等直观形式显示在地理信息（geographic information system， GIS）潮流上， 方便调度员统观全局。  图4 静态安全分析周期计算及展示 可用输电能力分析是计算某种负荷增长模式下满足约束的线路断面输送能力。它支持功率传输、支路和发电机开断分布系数的计算及对重要断面的定义。它以最大输电容量为目标来计算传输容量最大时机组的调整策略并提供出力策略表。该功能在实际使用较少。 短路电流计算支持设置各类故障和参数。序网计算模型支持根据系统元件的正、负、零序参数计算网络模型并考虑变压器绕组接线方式。该模块可计算各种短路故障后的故障电流，并对结果分类排序校核短路电流是否超标（是否超开关遮断容量）。 4.2 在线安全稳定分析在线安全稳定分析（dynamic security/stability analysis，DSA）在获取模型、故障集、断面等数据校验后生成整合潮流，计算结果含机电暂态稳定分析、小扰动稳定分析、静态稳定分析、静态电压稳定分析，并可支持机电-电磁暂态混合仿真，如图5为华北DSA计算界面，它以接收的国调15 min周期下发的QS文件为基础周期进行各类安全稳定相关分析计算和稳定裕度评估，在原有的方式报告或细则等离线分析计算结果支撑调控运行的基础上，继续提升拓展调度机构对电网安全稳定隐患的实时分析、掌控及防御能力。  图5 在线安全稳定分析计算结果 机电暂态稳定分析是分析系统受大扰动后同步发电机保持同步并过渡到稳态的能力，并给出暂态功角、电压和频率稳定分析结果。小扰动稳定分析能给出全网振荡模式，筛选出关键的主导振荡模式。静态电压稳定分析能分析系统经受一定扰动后各负荷节点维持原有电压水平的能力。稳定裕度评估应按给定策略通过各类约束确定稳定极限。 DSA可在实时、研究和趋势分析模式下进行，其中研究模式可接收上级调度下发的全网数据或本级系统状态估计结果进行分析评估。研究分析模式支持独立计算和多级联合计算。趋势分析模式为近年新增功能，它是基于实时数据，从调度计划获取预测类、联络线和检修计划等数据生成未来方式后进行安稳分析和裕度评估。目前国分省三级联合计算已在实际调度工作中常态化展开。 4.3 调度运行辅助决策预防控制辅助决策应能针对安全稳定隐患，给出满足安全要求且控制代价最小的调整方案。它可支持静态安全、短路电流、机电暂态稳定、小扰动动态稳定和静态电压稳定等辅助决策，支持出力、负荷及一次设备调整等预控措施。辅助决策综合分析在汇总综合处理各类信息后给出统一的决策信息，且保证各类措施间的协调。对于无法给出统一措施时需分别给出每类稳定约束的调整措施。 4.4 继电保护定值在线校核及预警定值在线校核利用数据对当前或研究方式下变电站和断面内元件进行轮断，生成 “N-k”故障集。它支持多种启动方式对主保护定值（电压电流启动定值等）、后备保护（距离保护/失灵保护等）的校核预警，可分析定值在临时检修或接线变化时的适应性。计算分析支持潮流影响的故障电流计算，支持简单及跨线故障并可设置过渡电阻和故障点。它能处理小阻抗支路等特殊结构、多重零序全线互感、任何元件的方式变更和多种变压器中性点接地等。该模块应支持故障再现分析，支持保护和安自装置的逻辑建模来模拟动作情况及元件相互作用，可模拟保护典型动作逻辑并展示以体现动作的时序性。该应用也是近年来随着继电保护专业发展提出的新要求而产生的，它推动定值分析校核计算由传统的离线模式走向实时在线模式。 4.5 调度员培训模拟调度员培训模拟（dispatcher training simulator，DTS）可提供一次设备、保护和安自装置及调度自动化数据采集环节的仿真模型。DTS应支持各工况下系统稳态过程模拟、单/多重故障的仿真、多工况下继电保护、安自装置动作仿真和电网操作及故障下潮流和频率仿真。教员台可支持教案设置并多途径获取初始方式，支持综合令模拟并提供故障设置、培训监视控制与评估功能，支持DTS启停、快照，支持电网运行状态、仿真事件的监视及培训信息的记录并对学员量化评估。 控制中心仿真应提供与实际一致的软硬件环境。联合反事故演习可实现基于Web交互和基于多级DTS互联的联合反事故演习功能。变电站集中监控仿真应提供变电站一、二次设备机理模型和对操作、系统故障的仿真功能，为学员提供逼真的变电站集中监控培训环境。随着国分一体化的深入，当前在国调中心的统一组织下，调控专业在实际培训中已开展了国分省三级协同联合反事故演习培训工作[15]。 5 辅助监测火电机组监测可对机组脱硫、脱硝、除尘参数及数据进行校验并展示。输变电设备在线监测可对线路、杆塔等输电信息和油溶解气体等变电信息监视分析。气象监测分析使用多源气象要素信息可对未来气温、雨量、卫星云图等进行全面展示预报。 雷电监测以画面或短信方式显示雷电活动情况并提出预/告警。水电监测应满足水电运行监测、水务综合计算、水电厂运行趋势分析的需要。新能源监测分析含运行监测和趋势分析，前者提供气象监测图、风机和光伏逆变器状态等，后者应能显示场站预测功率及发电计划并提供弃风弃光等信息。 电能质量监视包括对频率和电压指标的统计。调度控制系统监视对核心应用的重要数据和进程、服务器工况、网络通道工况、机房物理环境及辅助设备运行工况等异常情况进行监视报警及查询。辅助监测与前三类应用共同构成有机整体，丰富完善调度控制系统的实时监控与预警信息。 6 结语本文结合国网、南网及调度控制系统厂家近年来有关实时监控与预警类应用研发、建设取得的实用化成果，对国家能源局颁布的电力行业标准DL/T 1709.4—2017《智能电网调度控制系统技术规范第4部分：实时监控与预警》进行功能解读，对规定中总体原则和接口要求、电网实时监控与智能告警、电网自动控制、电网运行分析与决策等主要章节的关键技术和主要功能特点进行解释说明，便于从事智能电网调度控制系统的研究、设计、开发、建设和运行维护人员更好地理解本规定，推动本规范在行业内的广泛应用。 参考文献: [1]辛耀中，石俊杰，周京阳，等．智能电网调度控制系统现状与技术展望[J]．电力系统自动化，2015，39（1）：2-8．XIN Yaozhong,SHI Junjie,ZHOU Jingyang,et al．Technology development trends of smart grid dispatching and control systems[J]．Automation of Electric Power Systems,2015,39(1)： 2-8． [2]电网通用模型描述规范：GB/T 30149—2013[S]．北京：中国标准出版社，2013. [3]电网运行准则：GB/T 31464—2015[S]．北京：中国标准出版社，2015. [4]电力系统通用告警格式：GB/T 31992—2015[S]．北京：中国标准出版社，2015. [5]智能电网调度控制系统总体框架：GB/T 33607—2017[S]．北京：中国标准出版社，2017. [6]智能电网调度控制系统术语：GB/T 33590.2—2017[S]．北京：中国标准出版社，2017. [7]电力系统通用服务协议：GB/T 33602—2017[S]．北京：中国标准出版社，2017. [8]电力系统简单服务接口规范：GB/T 33604—2017[S]．北京：中国标准出版社，2017. [9]电网设备通用模型数据命名规范：GB/T 33601—2017[S]．北京：中国标准出版社，2017. [10]电力系统消息邮件传输规范：GB/T 33605—2017[S]．北京：中国标准出版社，2017. [11]电网运行模型数据交换规范：DL/T 1380—2014[S]．北京：中国电力出版社，2014. [12]电力系统数据库通用访问接口规范：DL/T 1456—2015[S]．北京：中国电力出版社，2015. [13]电力系统图形描述规范：DL/T 1230—2013[S]．北京：中国电力出版社，2013. [14]国家发展与改革委员会．电力监控系统安全防护规定（第14号令）[Z]．2014. [15]魏文辉，葛睿，夏继红，等．国家电网分布式协同仿真联合反事故演习平台[J]．中国电力，2017，50（6）：75-81.WEI Wenhui,GE Rui,XIA Jihong,et al．Joint anti-accident exercises platform based on distributed collaborative simulation of state grid[J].Electric Power,2017,50(6):75-81. Interpretation of Technical Specification for Realtime Supervisory Controlamp;Early Warning of Smart Grid Operation and Control System ZHANG Yong Abstract:Power industry standard DL/T 1709.4—2017 “Technical specifications of smart grid operation and control system-part IV:Realtime supervisory controlamp;early warning”is formed after summarizing construction and practical results based on function study into realtime supervisory controlamp;early warning application.The main contents,namely real-time supervisory control and smart alarm,automatic control,operation analysis and decision,and auxiliary monitor are interpreted and discussed.Functional requirements and key technical points are explained in detail.The interpretation improves specification understanding for relevant personnel to implement standard functions correctly and easily. This work is supported by National Energy Administration(No.20140681). Keywords:dispatching and control system;realtime supervisory controlamp;early warning;function study;specification interpretation 中图分类号：TM76 文献标志码：A DOI：10.11930/j.issn.1004-9649.201703062 收稿日期：2017-03-12 基金项目：国家能源局项目（能源20140681） 作者简介：张勇（1979—），男，安徽萧县人，硕士，高级工程师，从事调度自动化技术研究及运行管理工作。
（责任编辑 李博） |
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