調(diào)度中心智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型及其應(yīng)用

摘要：提升調(diào)度中心智能調(diào)度業(yè)務(wù)能力是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要一環(huán)，需要一套能指導(dǎo)其發(fā)展和評(píng)估其發(fā)展階段的模型和體系，即調(diào)度中心智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型。文中首先將調(diào)度中心的業(yè)務(wù)歸結(jié)為感知、預(yù)測(cè)、評(píng)估和決策4個(gè)方面，這4個(gè)方面構(gòu)成了調(diào)度中心的業(yè)務(wù)鏈。然后針對(duì)單個(gè)業(yè)務(wù)能力和業(yè)務(wù)鏈能力，分別提出了不同階段的劃分標(biāo)準(zhǔn)，最終形成了調(diào)度中心智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型;所提出的成熟度模型，具有高度靈活性和可移植性，可作為各地建設(shè)智能調(diào)度的重要參考。

0引言

智能電網(wǎng)(smartgrid)對(duì)提高電網(wǎng)安全、靈活、自愈、互動(dòng)、經(jīng)濟(jì)、兼容、清潔等方面的水平，推動(dòng)電力行業(yè)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及可持續(xù)發(fā)展將發(fā)揮至關(guān)重要的作用[1]，已成為未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向[2-5]。

全球性地開(kāi)展智能電網(wǎng)建設(shè)，需要一套能指導(dǎo)其發(fā)展和評(píng)估其發(fā)展階段的模型和體系。IBM聯(lián)合美國(guó)生產(chǎn)力和質(zhì)量中心(APQC)以及全球智能電網(wǎng)聯(lián)盟(GIUNC)，提出了智能電網(wǎng)成熟度模型(smartgridmaturitymodel，SGMM)[6]，從策略、管理和監(jiān)管、組織結(jié)構(gòu)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境、電網(wǎng)運(yùn)行、人員及資產(chǎn)管理、產(chǎn)業(yè)鏈的整合、用戶(hù)的體驗(yàn)與管理等9個(gè)方面出發(fā)，通過(guò)提供一組關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)來(lái)衡量智能電網(wǎng)發(fā)展。智能電網(wǎng)成熟度模型不僅可衡量電力企業(yè)在智能電網(wǎng)方面取得的進(jìn)展，明確當(dāng)前所處的階段，而且作為一種戰(zhàn)略和決策的框架，可幫助電力企業(yè)建立一個(gè)可分享的智能電網(wǎng)發(fā)展藍(lán)圖，同時(shí)提供技術(shù)、管理和組織方面的指導(dǎo)。

智能電網(wǎng)涵蓋范圍較大，包括了電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)度、維護(hù)、營(yíng)銷(xiāo)等電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)諸環(huán)節(jié)中，調(diào)度環(huán)節(jié)通過(guò)信息的獲取、傳輸、處理和反饋等，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次電力系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)視、分析和控制，保障電能流通的安全、經(jīng)濟(jì)和優(yōu)質(zhì)，在智能電網(wǎng)體系中起到“神經(jīng)中樞”的作用，是電網(wǎng)的大腦。調(diào)度環(huán)節(jié)由電網(wǎng)調(diào)度中心完成，因此提高調(diào)度中心智能調(diào)度的業(yè)務(wù)水平是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要和關(guān)鍵一環(huán)。

目前，國(guó)內(nèi)外在此領(lǐng)域已開(kāi)展了一些卓有成效的研究和實(shí)踐。在國(guó)際上，有PJM先進(jìn)控制中心[7]、高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)[8]、電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)(SPID)[9]等;在國(guó)內(nèi)，有國(guó)家電網(wǎng)的智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)[10]、華東電網(wǎng)高級(jí)調(diào)度中心項(xiàng)目群[11]、華北電網(wǎng)安全防御及全過(guò)程發(fā)電控制系統(tǒng)[12]等。

上述研究均在一定程度上反映了智能調(diào)度的思想和內(nèi)涵，但出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)不盡相同，且沒(méi)有針對(duì)智能調(diào)度的整體描述，沒(méi)有全面詳盡的智能調(diào)度建設(shè)路線圖。本文將在上述研究的基礎(chǔ)上，借鑒智能電網(wǎng)成熟度模型的思想，給出調(diào)度中心智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型，以期建立統(tǒng)一且適應(yīng)面廣的能力評(píng)估模型和建設(shè)指導(dǎo)體系，為調(diào)度中心提供可分享的智能調(diào)度戰(zhàn)略框架和發(fā)展藍(lán)圖。

1調(diào)度中心的業(yè)務(wù)分析

調(diào)度中心是電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)，是負(fù)責(zé)電網(wǎng)電力調(diào)度、運(yùn)行方式、水調(diào)、繼電保護(hù)、電力通信、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化管理的職能部門(mén)。隨著電網(wǎng)發(fā)展和電網(wǎng)管理水平的不斷提高，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度涉及的業(yè)務(wù)范圍不斷擴(kuò)大、業(yè)務(wù)量不斷增加，業(yè)務(wù)之間的關(guān)聯(lián)也越來(lái)越緊密。為全面梳理調(diào)度中心的業(yè)務(wù)，首先從調(diào)度中心面臨的問(wèn)題入手。為實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度指揮，調(diào)度中心需要解答以下問(wèn)題：電網(wǎng)正在發(fā)生什么，發(fā)生了什么，為什么發(fā)生，將要發(fā)生什么，以及希望發(fā)生什么?；卮鹕鲜鰡?wèn)題的過(guò)程也就是調(diào)度中心完成業(yè)務(wù)的過(guò)程。

因此，調(diào)度中心的業(yè)務(wù)可以劃分為感知、評(píng)估、預(yù)測(cè)、決策4個(gè)層面，如圖1所示。這4個(gè)層面構(gòu)成了調(diào)度中心的業(yè)務(wù)鏈：通過(guò)感知可獲取電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，了解電網(wǎng)正在發(fā)生什么;并在感知的基礎(chǔ)上對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，獲知某一時(shí)間段內(nèi)電網(wǎng)運(yùn)行的總體態(tài)勢(shì)，是否發(fā)生了安全穩(wěn)定事故，是否存在隱患和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)于各種運(yùn)行狀況，分析其出現(xiàn)的原因，為后續(xù)調(diào)度控制提供依據(jù);由于電網(wǎng)的調(diào)度控制總是針對(duì)未來(lái)的(已發(fā)生的事情不能被改變)，因此還需要在評(píng)估和分析的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)電網(wǎng)將要發(fā)生什么;最后可通過(guò)決策，生成相應(yīng)的控制指令并執(zhí)行，使得電網(wǎng)運(yùn)行回歸到滿(mǎn)意狀態(tài)，即希望發(fā)生的狀態(tài)。

圖1調(diào)度中心業(yè)務(wù)劃分

此外，還需對(duì)業(yè)務(wù)鏈的整體運(yùn)作能力進(jìn)行仔細(xì)考察。在傳統(tǒng)的調(diào)度系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)鏈中的業(yè)務(wù)流程相對(duì)固定。但在智能電網(wǎng)環(huán)境下，一方面由于風(fēng)電等新能源具有隨機(jī)性、間歇性強(qiáng)的特性，另一方面由于需要與用戶(hù)或其他調(diào)度中心進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，調(diào)度中心的業(yè)務(wù)鏈將不再是固定的，需要建設(shè)具有動(dòng)態(tài)、高度適應(yīng)性、及時(shí)響應(yīng)特性的柔性業(yè)務(wù)鏈。這也正是智能調(diào)度系統(tǒng)與傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)的最大區(qū)別之處。

國(guó)家電網(wǎng)公司研發(fā)的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，也反映出了對(duì)上述調(diào)度中心各項(xiàng)業(yè)務(wù)的支持。該系統(tǒng)具有四大類(lèi)應(yīng)用：實(shí)時(shí)監(jiān)視與預(yù)警類(lèi)應(yīng)用、調(diào)度計(jì)劃類(lèi)應(yīng)用、安全校核類(lèi)應(yīng)用和調(diào)度管理類(lèi)應(yīng)用。其中，實(shí)時(shí)監(jiān)視與預(yù)警類(lèi)應(yīng)用包含了調(diào)度中心的感知、評(píng)估和決策業(yè)務(wù)，調(diào)度計(jì)劃類(lèi)應(yīng)用包含了預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)，安全校核類(lèi)應(yīng)用包含了評(píng)估和決策業(yè)務(wù)，調(diào)度管理類(lèi)應(yīng)用則包含了感知業(yè)務(wù)以及部分敏捷反應(yīng)的功能。由此可見(jiàn)，本文所述內(nèi)容與國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的調(diào)度系統(tǒng)具有一致性，與目前調(diào)度支持系統(tǒng)各試點(diǎn)單位所做工作也并不沖突，可用于各地智能電網(wǎng)的建設(shè)。

2智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型

智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型，用于評(píng)估調(diào)度中心業(yè)務(wù)能力，因此需要對(duì)感知、預(yù)測(cè)、評(píng)估、決策4項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行階段性的能力評(píng)估。同時(shí)，由于調(diào)度系統(tǒng)的高效率運(yùn)作不僅需要各方面的良好性能，還需要整個(gè)業(yè)務(wù)鏈的通力協(xié)作，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)鏈的敏捷反應(yīng)，因此還需在業(yè)務(wù)能力成熟度分析基礎(chǔ)上對(duì)業(yè)務(wù)鏈進(jìn)行能力成熟度分析。下文分別從“實(shí)時(shí)感知、預(yù)測(cè)未來(lái)、運(yùn)行評(píng)估、智能決策”4項(xiàng)業(yè)務(wù)和表征業(yè)務(wù)鏈的“敏捷反應(yīng)”出發(fā)，分階段對(duì)其能力評(píng)估進(jìn)行分析，從而得到智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型，如圖2所示。值得一提的是，由于智能調(diào)度的發(fā)展需要建立在基礎(chǔ)硬件設(shè)施的發(fā)展之上，如數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?，因此該模型也適用于評(píng)估和指導(dǎo)物理電網(wǎng)以及相關(guān)輔助設(shè)備的發(fā)展。

2.1實(shí)時(shí)感知

實(shí)時(shí)感知是指依托于先進(jìn)的傳感、通信、信息技術(shù)，通過(guò)量測(cè)、采集、傳送、監(jiān)視等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)表征電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而全面了解電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，是后續(xù)分析和控制的基礎(chǔ)。

實(shí)時(shí)感知包括快速、全面和準(zhǔn)確3項(xiàng)特性：快速是指感知的頻度能夠捕捉電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)分析和閉環(huán)控制的要求;全面是指感知的范圍能夠涵蓋全網(wǎng)所有的關(guān)鍵信息;準(zhǔn)確是指感知的內(nèi)容具有高可信度。按照這3個(gè)特性實(shí)現(xiàn)程度的不同，可以將實(shí)時(shí)感知?jiǎng)澐譃橐韵?個(gè)階段。

1)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集、傳送與監(jiān)視

目前各電網(wǎng)公司主要依托于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知。SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端單元(RTU)的數(shù)據(jù)采集速度較低，使得SCADA系統(tǒng)只能提供周期為3～6s的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，不能測(cè)量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，且其通信和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)也不能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)信息傳送與存儲(chǔ)的要求。此外RTU沒(méi)有引入全球定位系統(tǒng)(GPS)的衛(wèi)星同步信號(hào)，測(cè)量數(shù)據(jù)沒(méi)有時(shí)標(biāo)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)同步性差，在一定程度上影響了上層高級(jí)應(yīng)用的調(diào)控效果。

2)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、傳送與監(jiān)視

隨著智能電網(wǎng)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行特性日益復(fù)雜、運(yùn)行狀態(tài)變化頻繁，基于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)控的需求，動(dòng)態(tài)信息的測(cè)量越來(lái)越重要。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，WAMS以同步相量測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)相量測(cè)量單元(PMU)以及現(xiàn)代通信技術(shù)，對(duì)地域廣闊的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析。與傳統(tǒng)量測(cè)相比，具有全網(wǎng)同步、精度高、密度高、數(shù)據(jù)刷新快等特點(diǎn)。但由于PMU本身價(jià)格昂貴，只能在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)配置，導(dǎo)致其測(cè)量結(jié)果無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)的能觀性，此外PMU沒(méi)有數(shù)據(jù)下行通道，不能提供指令下發(fā)功能。

3)廣域數(shù)據(jù)同步、多數(shù)據(jù)源融合

目前，SCADA系統(tǒng)和WAMS數(shù)據(jù)不共享，無(wú)法最大限度地發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)兩者的相互融合成為關(guān)鍵，但融合存在采樣頻率不一致和無(wú)法利用時(shí)標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的困難。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了動(dòng)態(tài)SCADA(DSCADA)系統(tǒng)的概念，即通過(guò)集成各種數(shù)據(jù)采集渠道，建立統(tǒng)一、開(kāi)放的廣域信息平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)廣域數(shù)據(jù)同步和多數(shù)據(jù)源融合。

4)基于先進(jìn)數(shù)據(jù)過(guò)濾技術(shù)的高可信度實(shí)時(shí)感知體系

由于測(cè)量精度、通信干擾等原因，量測(cè)數(shù)據(jù)不可避免地存在誤差，甚至可能?chē)?yán)重偏離真實(shí)狀態(tài)，使得量測(cè)數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確地反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。因此，在數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)等先進(jìn)的數(shù)據(jù)過(guò)濾技術(shù)，來(lái)消除各種擾動(dòng)造成的數(shù)據(jù)偏差，辨識(shí)不良數(shù)據(jù)，從而提高量測(cè)數(shù)據(jù)的可信度，建立高可信度的實(shí)時(shí)感知體系。

2.2預(yù)測(cè)未來(lái)

預(yù)測(cè)未來(lái)是指通過(guò)分析電網(wǎng)運(yùn)行內(nèi)外部環(huán)境的變化提前感知電網(wǎng)未來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，作為決策的基礎(chǔ)，其預(yù)測(cè)結(jié)果將直接影響決策的適用性。目前廣泛應(yīng)用于調(diào)度部門(mén)的預(yù)測(cè)包括負(fù)荷預(yù)測(cè)、風(fēng)電/光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)、天氣水文預(yù)測(cè)等。

預(yù)測(cè)結(jié)果是對(duì)未來(lái)不確定性的描述。按照對(duì)于不確定性描述的方法和范圍不同，可以將預(yù)測(cè)未來(lái)劃分為以下4個(gè)階段。

1)確定性或概率性的預(yù)測(cè)

傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)結(jié)果一般都是確定性的，如常規(guī)的負(fù)荷預(yù)測(cè)只給出一個(gè)確定的數(shù)值，其缺點(diǎn)是無(wú)法確定預(yù)測(cè)結(jié)果可能的波動(dòng)范圍。實(shí)際上，由于預(yù)測(cè)問(wèn)題的超前性，確定性的預(yù)測(cè)并不符合客觀需求。區(qū)間預(yù)測(cè)和概率性預(yù)測(cè)可以在一定程度上給出預(yù)測(cè)結(jié)果的變化范圍，但其實(shí)際應(yīng)用效果還有待檢驗(yàn)和完善，特別是各種預(yù)測(cè)結(jié)果的概率分布函數(shù)難以解決[13]。

2)基于情景分析的不確定性預(yù)測(cè)

為應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)預(yù)測(cè)的不足，引入情景分析的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)的不確定性預(yù)測(cè)。情景是對(duì)未來(lái)以某一概率發(fā)生的確定性態(tài)勢(shì)的描述[14]，情景分析根據(jù)當(dāng)前組織或系統(tǒng)所處的具體環(huán)境，辨識(shí)影響環(huán)境的確定性以及不確定性等因素，抽象出未來(lái)環(huán)境可能面對(duì)的多種情景，從而將具有高度不確定性的未來(lái)環(huán)境規(guī)劃為有限多個(gè)典型的情景，大大降低了不確定性。

3)考慮智能電網(wǎng)需求和外部環(huán)境不確定性的情景分析

在智能電網(wǎng)新形勢(shì)下，需求和外部環(huán)境的不確定性大大增加。以大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)為例，由于風(fēng)能的隨機(jī)性和波動(dòng)性較大，導(dǎo)致風(fēng)電輸出功率的不確定性較大，而且其功率波動(dòng)常與用電負(fù)荷的波動(dòng)趨勢(shì)相反，給傳統(tǒng)的、基于確定性負(fù)荷預(yù)測(cè)的電力系統(tǒng)調(diào)度帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。情景分析恰好適用于高度不確定性的情況，因此，將情景分析的方法推廣到考慮智能電網(wǎng)需求和外部環(huán)境的預(yù)測(cè)。

4)基于情景的統(tǒng)一預(yù)測(cè)、仿真、培訓(xùn)體系

情景是對(duì)電網(wǎng)某一運(yùn)行狀態(tài)的描述，而調(diào)度中心的仿真和培訓(xùn)系統(tǒng)都是基于歷史數(shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行的，這些數(shù)據(jù)表征的就是電網(wǎng)的某一特定運(yùn)行狀態(tài)，因此都可以抽象成情景，即可將情景分析的方法推廣到仿真和培訓(xùn)領(lǐng)域中，形成統(tǒng)一的預(yù)測(cè)、仿真、培訓(xùn)體系。

2.3運(yùn)行評(píng)估

運(yùn)行評(píng)估是調(diào)度中心調(diào)控、管理的基礎(chǔ)，通過(guò)評(píng)估發(fā)現(xiàn)隱患或者需要改進(jìn)的地方，進(jìn)行調(diào)控和管理，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的趨優(yōu)運(yùn)營(yíng)。評(píng)估不僅需要對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，即分析發(fā)生了什么，還需要對(duì)可能導(dǎo)致該狀態(tài)的原因進(jìn)行評(píng)估，即分析為什么發(fā)生。評(píng)估依托于指標(biāo)，指標(biāo)的選取和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的制定將直接影響評(píng)估的優(yōu)劣。據(jù)此，可以將運(yùn)行評(píng)估劃分為以下4個(gè)階段。

1)分散、孤立的指標(biāo)評(píng)價(jià)及離線的考核管理

目前各電網(wǎng)公司往往通過(guò)相對(duì)分散和孤立的指標(biāo)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)單一指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)對(duì)調(diào)度中心的業(yè)務(wù)能力進(jìn)行離線考核，使得評(píng)估不能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行，具有滯后性;不能全面反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，具有片面性;同時(shí)不能反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)的原因，具有表面性。

2)在線運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與隱患識(shí)別

決策依賴(lài)于對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)、全面的評(píng)估是進(jìn)行有效決策的前提。該階段在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息和離線信息的基礎(chǔ)上對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)、歷史狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，包括狀態(tài)指標(biāo)的實(shí)時(shí)計(jì)算、歷史統(tǒng)計(jì)與考核、能力指標(biāo)的計(jì)算分析，從而進(jìn)行隱患識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3)面向多級(jí)決策的綜合評(píng)估分析

該階段對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)的某個(gè)不滿(mǎn)意的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，找出不滿(mǎn)意運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)的原因。

電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)是調(diào)度中心不同時(shí)間尺度的多級(jí)調(diào)度策略共同作用的結(jié)果，調(diào)度策略的優(yōu)劣和執(zhí)行情況的好壞直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的最終狀態(tài)。此外由于需求和外部環(huán)境的不確定性，調(diào)度策略的優(yōu)劣是相對(duì)的，如果需求或外部環(huán)境發(fā)生強(qiáng)烈變化，那么提前制定的調(diào)度策略則很難滿(mǎn)足電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，進(jìn)而可能導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)不滿(mǎn)意的運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)根源在于需求或外部環(huán)境。因此，需要在對(duì)調(diào)度中心內(nèi)部的調(diào)度策略及其執(zhí)行情況評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)外部的需求和環(huán)境進(jìn)行綜合分析與評(píng)估，從而找出電網(wǎng)不滿(mǎn)意運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)的根源，為下一步調(diào)控提供依據(jù)。

4)全方位、一致性的電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)體系

從電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的需求來(lái)看，為確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，亟需建立一套全方位、一致性的電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)體系。全方位是指指標(biāo)體系涵蓋內(nèi)容廣泛，既包括運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，也包括決策評(píng)估、需求評(píng)估、外部環(huán)境評(píng)估等，同時(shí)容納時(shí)間維、空間維等多個(gè)維度的信息;一致性是指指標(biāo)體系本身具有開(kāi)放性的架構(gòu)，具有可擴(kuò)展性、可移植性，靈活地適應(yīng)不同的場(chǎng)景。通過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)體系的建立，為全面認(rèn)知電網(wǎng)的運(yùn)行態(tài)勢(shì)提供了系統(tǒng)化的平臺(tái)，從而減少了調(diào)度人員的工作量，提高了調(diào)控效率。

2.4智能決策

決策是為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行，針對(duì)所有的可控手段，動(dòng)態(tài)制定調(diào)控方案的過(guò)程。決策是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最直接和最重要的手段，也是調(diào)度中心的核心業(yè)務(wù)。按時(shí)間尺度的不同，調(diào)度中心需要做出多項(xiàng)決策，如圖3所示。圖中：AVC表示自動(dòng)電壓控制;AGC表示自動(dòng)發(fā)電控制。

智能決策應(yīng)面向所有可控手段，在不同的時(shí)間尺度上協(xié)同優(yōu)化，以滿(mǎn)足不同利益相關(guān)者的需求，實(shí)現(xiàn)電力大系統(tǒng)的趨優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。按照實(shí)現(xiàn)程度不同，將智能決策分為以下4個(gè)階段。

1)面向傳統(tǒng)的調(diào)控對(duì)象，離線計(jì)劃制定、在線輔助決策與調(diào)控

目前調(diào)度中心的各項(xiàng)決策大多面向傳統(tǒng)的調(diào)控對(duì)象，如火電機(jī)組、水電機(jī)組、斷路器、變壓器分接頭、低頻減載裝置、柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)等，往往采取離線制定、在線輔助決策和人工調(diào)控相結(jié)合的方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控。此外各個(gè)決策均以自身的調(diào)控目標(biāo)為依據(jù)，彼此之間缺乏溝通，往往導(dǎo)致調(diào)控效率低，甚至可能出現(xiàn)反復(fù)調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)振蕩的現(xiàn)象，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2)不同調(diào)控手段和時(shí)間尺度的協(xié)調(diào)優(yōu)化決策

決策的時(shí)間尺度與調(diào)控手段的時(shí)間尺度一致，同一時(shí)間尺度上的決策，其調(diào)控手段將同時(shí)作用在電網(wǎng)上，共同影響電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，因此在同一時(shí)間尺度上的決策應(yīng)該進(jìn)行協(xié)同，即協(xié)同所有的可控資源進(jìn)行優(yōu)化決策，以達(dá)到控制成本的最小化和控制效果的最大化。

不同時(shí)間尺度上的決策層層遞進(jìn)，形成決策鏈，下級(jí)決策在上級(jí)決策的基礎(chǔ)上進(jìn)行，上級(jí)決策在制定的過(guò)程中要充分考慮下級(jí)決策的可操作空間，因此不同時(shí)間尺度的決策同樣需要協(xié)同。

3)面向需求和外部環(huán)境不確定性的優(yōu)化決策

在智能電網(wǎng)的新形勢(shì)下，調(diào)度中心的決策歸結(jié)為如何在不確定性情形下科學(xué)、合理地安排電能的生產(chǎn)、輸送和使用。因此，智能決策需要更廣泛地處理需求和外部環(huán)境的不確定性。例如：需要充分考慮新能源發(fā)電功率的大規(guī)模接入，將新能源發(fā)電技術(shù)納入到電網(wǎng)長(zhǎng)中短期能源優(yōu)化調(diào)度中，包括風(fēng)電功率預(yù)測(cè)精度校核、含風(fēng)電的發(fā)電計(jì)劃制定、含風(fēng)電的實(shí)時(shí)運(yùn)行控制技術(shù)等;考慮如何應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等可能導(dǎo)致大停電的安全隱患，應(yīng)建設(shè)集動(dòng)態(tài)安全評(píng)估、預(yù)防控制、緊急控制于一體的電網(wǎng)災(zāi)變防控系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨等惡劣自然災(zāi)害的影響，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行護(hù)航。

4)互動(dòng)決策，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行與管理

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)相關(guān)方的角色也發(fā)生了變化：傳統(tǒng)的用戶(hù)不再只是電能的消費(fèi)者，而是在特定情況下可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿奶峁┱?電網(wǎng)不再只是被動(dòng)地滿(mǎn)足用戶(hù)的電力需求，而是可以通過(guò)需求側(cè)管理的方式主動(dòng)地調(diào)控用電需求;隨著儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)電廠也不再只是輸出電能，而是可以吸收一部分電能，起到削峰填谷的作用。綜上，包括電網(wǎng)在內(nèi)的電力系統(tǒng)相關(guān)方打破了原有的依賴(lài)關(guān)系，具有了主動(dòng)和被動(dòng)的雙重角色。

在此基礎(chǔ)上，調(diào)度中心決策所面對(duì)的可調(diào)控對(duì)象涵蓋的內(nèi)容大幅增加，包括了參與需求側(cè)響應(yīng)管理的用戶(hù)、風(fēng)電場(chǎng)、各類(lèi)儲(chǔ)能設(shè)施等。因此，需要對(duì)決策的內(nèi)容進(jìn)行同樣的擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)決策(即互為主動(dòng))，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行與管理。

2.5敏捷反應(yīng)

敏捷反應(yīng)的關(guān)鍵在于建立一套具有動(dòng)態(tài)、高度適應(yīng)性和及時(shí)響應(yīng)特性的柔性業(yè)務(wù)鏈，其可以分為以下4個(gè)階段。

1)傳統(tǒng)的基于職能部門(mén)劃分、人工協(xié)作的業(yè)務(wù)機(jī)制

在現(xiàn)有調(diào)度管理架構(gòu)中，采用基于職能管理的組織架構(gòu)，即按照職能部門(mén)進(jìn)行業(yè)務(wù)劃分(見(jiàn)圖4)。其中，運(yùn)行方式部門(mén)負(fù)責(zé)在長(zhǎng)時(shí)間尺度上整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行能力的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，即確定電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的可行域;計(jì)劃部門(mén)負(fù)責(zé)在短時(shí)間尺度上電網(wǎng)能量流的配置，即電網(wǎng)典型運(yùn)行點(diǎn);調(diào)度部門(mén)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)狀態(tài)下對(duì)計(jì)劃部門(mén)制定的電網(wǎng)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，以適應(yīng)系統(tǒng)外部干擾的變化;繼電保護(hù)部門(mén)負(fù)責(zé)電網(wǎng)非正常運(yùn)行狀態(tài)下的緊急處理;而自動(dòng)化部門(mén)、通信部門(mén)和綜合部門(mén)則負(fù)責(zé)處理電網(wǎng)二次系統(tǒng)的管理。

在職能部門(mén)內(nèi)部，易于形成自動(dòng)化的業(yè)務(wù)流程，職能部門(mén)之間往往需要花費(fèi)大量的人力、物力進(jìn)行業(yè)務(wù)對(duì)接和切換，依靠人工協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，這將在一定程度上導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)效率低下和反應(yīng)遲緩。

2)業(yè)務(wù)均質(zhì)化、集成化

業(yè)務(wù)依托于應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)完成，而現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)往往針對(duì)單個(gè)業(yè)務(wù)，無(wú)法面向整個(gè)的業(yè)務(wù)鏈，且各個(gè)系統(tǒng)之間難以緊密集成，使得“環(huán)環(huán)相扣”的業(yè)務(wù)被分散的系統(tǒng)分隔開(kāi)來(lái)，存在大量的應(yīng)用孤島。因此，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)鏈的敏捷反應(yīng)，首先必須解決應(yīng)用孤島的問(wèn)題，即基于統(tǒng)一的構(gòu)建思想實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的集成。

自律分散系統(tǒng)(autonomousdecentralizedsystem，ADS)[15]是近年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的系統(tǒng)概念。它突破了原來(lái)傳統(tǒng)集中式/分布式的C/S模型，建立了全新的系統(tǒng)模型。

采用自律分散的思想作為系統(tǒng)的集成方案，需要對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的均質(zhì)化，基于統(tǒng)一的集成規(guī)范將子系統(tǒng)中的應(yīng)用組件集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)相互之間以及與其他應(yīng)用系統(tǒng)之間的交互。

3)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柔性流程鏈

傳統(tǒng)系統(tǒng)需要事先確定應(yīng)用軟件的工作順序(控制流程)，即在某個(gè)應(yīng)用開(kāi)始工作后，確定應(yīng)該驅(qū)動(dòng)哪個(gè)應(yīng)用軟件或在什么時(shí)刻驅(qū)動(dòng)等。將這種按照時(shí)間關(guān)系不斷推進(jìn)的處理稱(chēng)為同步處理，該處理方式導(dǎo)致流程效率大為降低，達(dá)不到敏捷反應(yīng)的要求。

采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，數(shù)據(jù)到齊后自行開(kāi)始處理，無(wú)需其他子系統(tǒng)的指令，一方面各應(yīng)用軟件的處理完全是異步進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用組件的即時(shí)啟動(dòng)，另一方面應(yīng)用軟件之間沒(méi)有直接的驅(qū)動(dòng)關(guān)系，通過(guò)數(shù)據(jù)保持了松散的結(jié)合，流程鏈完全按照實(shí)時(shí)運(yùn)行中數(shù)據(jù)產(chǎn)生的順序動(dòng)態(tài)制定，從而實(shí)現(xiàn)了流程的動(dòng)態(tài)調(diào)整，成為柔性流程鏈。

4)基于整合化邏輯的容錯(cuò)性和在線測(cè)試

無(wú)論系統(tǒng)的可靠性有多高，故障還是可能發(fā)生，因此需要提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性，以保證局部故障不波及系統(tǒng)其他部分。對(duì)功能模塊中重要的、有容錯(cuò)性要求的模塊，根據(jù)其要求的不同程度進(jìn)行多重化管理。各應(yīng)用系統(tǒng)加裝基于整合化邏輯的表決器功能，在多重化功能模塊發(fā)出的多個(gè)同類(lèi)型數(shù)據(jù)中選擇正確的數(shù)據(jù)、廢棄錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，從而阻止該功能模塊故障的影響。

即使系統(tǒng)具有容錯(cuò)性，在發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)仍大都需要對(duì)故障部分進(jìn)行維修。傳統(tǒng)系統(tǒng)難以進(jìn)行在線維護(hù)和測(cè)試，因?yàn)樵诰€模式和測(cè)試模式的功能模塊不能共存。借鑒自律分散的思想，各應(yīng)用之間并不共享數(shù)據(jù)，且在每個(gè)應(yīng)用中加裝測(cè)試管理模塊，通過(guò)在信息控制字段內(nèi)的測(cè)試特性空間設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試模式的標(biāo)識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)在線測(cè)試的功能。

3智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型的應(yīng)用

以上幾個(gè)方面都是調(diào)度中心必須完成的業(yè)務(wù)以及由這些業(yè)務(wù)構(gòu)成的業(yè)務(wù)鏈，而要建成功能完備的智能調(diào)試中心，需要這5個(gè)方面都發(fā)展完善，即發(fā)展到最高階段。在發(fā)展過(guò)程中，如何判斷各個(gè)方面是否完善、距離發(fā)展完善還有多大差距，或者判斷整個(gè)智能調(diào)度中心是否成熟、距離發(fā)展成熟還有多大差距，則需要用到此智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型。因此，本文提出的智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型，可以用于評(píng)價(jià)智能調(diào)度業(yè)務(wù)鏈中4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的發(fā)展程度以及整個(gè)業(yè)務(wù)鏈的柔性，進(jìn)而評(píng)價(jià)整個(gè)調(diào)度中心的發(fā)展水平。

在評(píng)估的基礎(chǔ)上，此模型還可用于指明智能調(diào)度的發(fā)展路線圖。電網(wǎng)公司人員可根據(jù)自身發(fā)展情況以及外部環(huán)境，按照此模型中的標(biāo)準(zhǔn)，制定各方面的整體目標(biāo)以及詳細(xì)發(fā)展計(jì)劃。

目前，該模型已應(yīng)用于海南電網(wǎng)智能調(diào)度建設(shè)項(xiàng)目中。首先，用成熟度模型對(duì)海南電網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)估：目前，海南電網(wǎng)主網(wǎng)架廠站均配置了同步PMU，在此基礎(chǔ)上搭建了WAMS，率先步入了“實(shí)時(shí)感知”的第2階段。而在其他方面，目前仍采用傳統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)(EMS)、負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)以及傳統(tǒng)的工作劃分方案，因此均處于第1階段。

然后，在評(píng)估基礎(chǔ)上，結(jié)合海南電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)，制定海南電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)。在實(shí)時(shí)感知方面，由于海南電網(wǎng)公司已具備了全PMU量測(cè)這一有利條件，且數(shù)據(jù)采集服務(wù)是其他所有功能的基礎(chǔ)，因此將其發(fā)展目標(biāo)定為最高的第4階段。在預(yù)測(cè)未來(lái)方面，由于智能電網(wǎng)將接入大量風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源，具有很強(qiáng)的不確定性，并且海南電網(wǎng)時(shí)常遭受臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣的影響，因此必須將其發(fā)展到第3階段。在運(yùn)行評(píng)估方面，鑒于之前已經(jīng)開(kāi)展了一部分電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)體系的研究工作[16]，因此也計(jì)劃將其發(fā)展到最高階段。在智能決策方面，由于開(kāi)展用戶(hù)側(cè)管理需要大量硬件上的支持，在短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但在不確定性情景分析的基礎(chǔ)上，面向不確定性的優(yōu)化決策完全可以實(shí)現(xiàn)，因此將其目標(biāo)定為第3階段。在敏捷反應(yīng)方面，由于這是可持續(xù)性的EMS(SEMS)與傳統(tǒng)EMS的最大區(qū)別所在，因此需要對(duì)其著重進(jìn)行發(fā)展，再考慮到第4階段的硬件成本較低，軟件實(shí)現(xiàn)已有成功范例[15]，因此完全可以將目標(biāo)定到第4階段。

綜合這5個(gè)方面的發(fā)展現(xiàn)狀與目標(biāo)，分析出當(dāng)前調(diào)度中心缺少的功能，即得到海南電網(wǎng)智能調(diào)度中心發(fā)展路線圖。按照此路線圖，海南電網(wǎng)計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)建立DSCADA系統(tǒng)、先進(jìn)狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)、電網(wǎng)運(yùn)行綜合指標(biāo)體系、頻率電壓協(xié)同控制系統(tǒng)、電網(wǎng)災(zāi)變防治系統(tǒng)等一系列相關(guān)的系統(tǒng)，并用自律分散的思想改造調(diào)度中心的業(yè)務(wù)鏈，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)的智能化。

4結(jié)語(yǔ)

建設(shè)智能調(diào)度系統(tǒng)意義重大，是解決未來(lái)日益復(fù)雜的電網(wǎng)調(diào)度與控制問(wèn)題的最有力的手段。智能調(diào)度系統(tǒng)的研究與建設(shè)任務(wù)艱巨而具有挑戰(zhàn)性，是一個(gè)系統(tǒng)的工程，絕不可能一蹴而就，而智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型不但是對(duì)這一過(guò)程的剖析和細(xì)化，更將各個(gè)方面的發(fā)展聯(lián)系了起來(lái)，將較為分散的研究系統(tǒng)化，對(duì)智能調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展具有科學(xué)評(píng)估與指明方向的雙重意義。

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