电网调度运行

特高压交直流的建设与大规模新能源接入使大电网的调控越来越复杂,而数字孪生能够为电网向数字化转型、提高电网调度运行决策的准确性与实时性提供关键技术支撑。文章首先建立复杂大电网数字孪生虚拟模型,提出实现电网物理系统与数字孪生系统的实时信息交互和协同控制方法,并构建电网数字孪生软件平台。然后介绍基于数字孪生的秒级在线分析系统的架构及实施方案,将在线分析系统的响应速度由分钟级提升到秒级。最后对于数字孪生在复杂大电网调度运行的4个方面应用场景进行探讨。

新型电力系统建设背景下，海量新能源并网对现有电网调度运行模式带来巨大挑战。为解决新能源功率波动性和不确定性对电网实时功率平衡带来的失负荷风险，基于风险抑制理论提出电网弹性运行模型（risk limiting based resilient operation，RLB），并针对求解概率型约束的难题给出解决方案，提升电网运行弹性。通过推导RLB的3种中间态模型及其解析解，提出基于中间态模型迭代的RLB求解算法，并对其全局最优性给出严格证明。基于IEEE 6节点和25981节点实际区域电网算例，分析了系统灵活性、预测精度和系统弹性之间的关系，指出提升新型电力系统运行弹性的前提是足够的系统灵活性和预测精度。

电网是国民经济发展与社会稳定的重大基础保障，电网安全关系国计民生。随着广东经济持续发展，广东电网已成为全国负荷规模最大的省级电网、全球最复杂的交直流受端电网，电网安全运行面临在线分析计算效率低、低频振荡溯源难、风险感知与评估手段不足、实时调峰调频压力大等严峻挑战；广东地区台风、雷暴等自然灾害频发，给电网带来了巨大的安全运行压力；节能减排、电力市场化改革、粤港澳协同运行等对电网运行提出了更高的要求。传统调度系统面临极大的挑战，亟须突破超大负荷规模下复杂大电网调度运行关键技术。本项目属于电气工程领域，涉及电力系统、信息技术等专业。本项目突破了超大负荷规模下复杂大电网并行计算、风险感知、振荡溯源和精益调度等关键技术并完成工程应用。

电网实时运行可视化分析预警系统（以下简称系统）根据“以调度员思维模式为框架，以可视化界面为功能模块，以互动计算为系统核心”的思路，利用电网EMS实时数据、状态估计数据、PMU数据、水调自动化系统数据、保护信息及气象数据等各种信息，实现电网运行信息从静态、二维平面、孤立数据的展示方式向动态、三维立体、虚拟现实的展示方式转变，从电网充裕度、安全性、脆弱性和可控性等方面进行理论研究、算法实现及可视化表达，在可视化互动计算、低频振荡快速检测、电网运行整体态势指标可视化、水库及发电能力可视化计算、人工智能驱动的输电断面安全状态快速评估、深度学习驱动的电力系统暂态稳定预防控制决策，以及基于图数据库的人机交互等方面达到国内领先水平，具有完全自主知识产权，整体上属国内首创。系统实现了信息融合、智能告警、动态监视、海量数据阅读、超实时仿真和高性能计算、基于人工智能的电网安全稳定分析、虚拟现实，以及基于图数据库的人机交互等功能。系统设计合理，反映了电网理论计算和计算机技术的最新成果，主要技术性能指标均满足设计要求，实用化程度高，且贴近调度生产需求，为电网调度运行提供一个准确及时掌握电网实时运行态势的分析决策平台，提高了调度人员对电网运行的监控能力，实现传统电网调度模式向智能电网调度模式转换，有效提高了电网安全生产水平。

依托山西电网调度运行指挥系统（简称：“G-DOCS”），运用先进技术手段对电网运行产生的海量数据进行数据挖掘和再加工，构建起企业级数据应用服务平台。项目围绕源网荷互动、电力市场衍生服务、生产辅助决策场景开展，给予用户相对应的信息服务，达到资源优化配置、规范市场行为、提高电网安全运行水平的目的，为国网山西省电力公司的大数据企业级应用提供支持。

随着电网快速发展，特高压大电网运行、大容量远距离送电、分布式电源接入及优质服务等对电网调度运行的连续性、可靠性提出了更高要求。电网安全风险预警预控、清洁能源消纳压力、电力市场化改革等，调度机构不断推进自身的规范化、流程化、精益化管理，实现传统调度业务的在线化、智能化转型。针对以上实际，国家电网公司开展了备用调度（简称备调）体系建设，提高了电网调度抵御各类事故和社会突发事件的能力，保证了电网调度的其不间断运行。 2008 年以来，国家电网公司所属各级调控机构按照总部统一部署，开展了备用调度的建设工作。到 2017 年底，公司总部及 6 个分部、除蒙东外的 26 家省公司和 310 家地市公司完成了备调建设。备用调度在数据层面实现了实时数据采集处理的备用，在技术系统层面实现了电网运行监控功能（SCADA）的备用，在业务功能层面实现了调度运行业务的备用，初步建成了覆盖国、分、省、地（县）各级调度机构的备用调度体系，为公司电网应急状态下连续不间断开展调控业务提供有力的保障，公司电网调控机构的应急防灾能力得到较大程度的提升。

配电网拓扑是对配电网设备、线路以及连接关系的完整描述，是实现配电网智能化应用的重要基础。本报告主要介绍面向配电物联网的中-低压配电网拓扑标准化建模、基于时间同步的低压配电网拓扑主动识别技术以及基于云边端协同的中低压配电网拓扑模型一体化技术、“站-线-变-户”拓扑识别与异动辨识等方面的研究成果，为配电网调度运行、检修、供电服务提升提供关键支撑，实现配电网主动抢修、故障自愈等智能化应用。

针对电网中可再生能源发电占比与弹性资源不断增加的趋势，提出一种计及源荷双侧弹性资源的日前调度鲁棒优化方法，以应对可再生能源发电不确定性给电网调度运行带来的挑战。首先，根据可削减负荷和可平移负荷的响应特性，分析了补偿价格对前者的最大可削减容量以及后者的可接受平移时段的影响关系，建立了负荷侧弹性资源模型；其次，考虑风电出力不确定性，并基于火电机组深度调峰及负荷侧弹性资源模型，建立了柔性负荷补偿价格−调用量联合优化的日前调度鲁棒优化模型；最后，通过算例分析验证了所提模型与方法的有效性，结果表明，考虑源荷双侧弹性资源可调度潜力的调度方法能有效提升电网运行鲁棒性与经济性。

近年来，华东电网运行情况面临新形势,为了适应复杂大电网的运行要求，电网调度员作为电网运行的指挥官和保卫者，亟需建立多方位、全带宽通用核心能力的客观评估机制。进行核心能力的定量评估一方面需要对电网调度员工作全过程、全行为进行数字抓取，另一方面需要建立恰当的能力评估模型。而电网调度员行为数据具有数据量大、无效数据多、难以对象化的特点，给提取行为数据和能力评估模型构建带来了巨大的挑战。华东电力调控分中心首次在电网调控领域，引入数字孪生技术，打造“数字孪生调度员”系统，使人因风险关键指标显性化，从而对电网调度员行为个性“画像”。基于该系统，形成电网调度员有效人机交互行为大数据样本，再利用回溯方法提取出电网调度员日常工作的六大风险行为形成因子。之后提出一种基于图谱分析的复合能力提取方法，创造性建立了电网调度典型能力需求“六力模型”，直观反应电网调度员能力薄弱环节。针对现有电网调度员风险行为形成因子，动态调整电网调度员培训方案，实施模式不断完善，业务效率不断攀升，人员素质不断加强。数字化衡量电网调度员承载力、实现完整的安全闭环管理 项目效益具体体现在支撑大电网运行、电网风险防控、提高人力资源效益方面，安全保障，提升效率，利用“数据流”打造“数字孪生调度员”系统，支撑电网调度员对电网各种运行状态的掌控，保障消纳风光可再生能源，助推区域能源体系转型升级。以人为本，扎根一线，基于能力图谱直接实现电网调度员态势感知。实现以技术手段创新，形成完善的以“日常防人因风险、实时在线安全分析、事后运行风险评估”的风险防控管理体系。引领变革，调度转型，打造能源互联网企业调度员能力建设的新模式。在保障培训质量的前提下，加快调电网度员岗位晋升培训，培育持久动能。 本项目以电网调度运行为背景，通过数字孪生技术和图谱分析的复合能力提取方法所得出的结论对优化电网调度工作流程和提升电网管控能力都有较强的指导作用。该项目提高了事故指挥中与各现场单位和现场人员及时进行联络沟通并下达指挥指令、及时调度和处置各种突发事件和活动的能力，所提出的分析方法可操作性强且具有一定的互通性，不但可以推广到其他电力生产运行部门，还可以推广至铁路、机场运输等调度、指挥领域。在保障安全的前提下，完成各项经济运营指标，提高经营效益。

福建地处东南沿海，2000 至 2017 年平均每年有 2.1 个台风登陆福建，平均造成直接经济损失 38 亿元；同时，大数据技术的日渐成熟和“三集五大”体系建设的逐步深化，也对公司配电网的基础数据管理、专业协同方式及业务流程优化提出了更高的要求。近年来，福建公司积极推进电网改造，常态化开展灾损实时监测，但传统的分散业务系统、手动数据统计和分析管控技术无法从全局视角把握配电网灾损时空分布，从而制约了大面积应急抢修指挥等工作的有效开展。 为服务社会防灾减灾工作，福建公司通过信息化手段深度整合公司专业管理资源，着力深化配电网运行管控及灾损评估管理模式建设。一是以提升专业协作效率、提高供电质量为导向，建立重要事件预定义机制、数据质量保障机制、信息同源共享机制、专业协同运作机制，理顺跨专业协作流程，完成职能对接，实现业务管理扁平化和跨部门流程信息的有效沟通，建立更加集约、敏捷、柔性的配电网管理工作格局。二是通过搭建高效协同的配电网运行及灾损大数据分析平台，集中整合营配调数据资源，消除信息孤岛、打通业务链接，实现全省配电网重要事件期间的实时统计、堵点挖掘、隐患预警和辅助决策，解决运营管控实际难题，为公司一体化协同奠定数据基础。三是针对关键问题与技术瓶颈，开展管理成果深化研究与应用，细化配电网调度运行综合评价指标，构建考核整改方案策略库，建立管理层级上纵向到底、职能上横向到边的考核激励及闭环管控机制。四是促进专业技术人才由业务型到复合型人才转变，逐步优化人才队伍和梯队建设。 成果实施以来，通过构建“一个平台”（配电网运行及灾损大数据分析平台）、打造“一个模式”（配电网监测管理与协同运作模式）、形成“一个闭环”（“场景定义→数据采集→堵点挖掘→信息共享→协同运作→事件跟踪→应用评价→经验推广”全过程闭环机制），形成了一整套集专业协同、机制创新、信息建设、人才培养为一体的先进管理理念、管理体制、工作流程和方法，为福建配电网运行管控模式带来深刻变革。2017-2018 年，福建公司应用本成果顺利应对金砖厦门会晤、第十届海峡论坛、台风“纳沙”、“海棠”、“玛莉亚”等 10 余次重大自然灾害及保电事件，得到上级和社会各界的高度评价与广泛赞誉，荣获“福建省金砖厦门会晤筹备和服务保障工作先进集体”荣誉称号。2018 年“玛莉亚”台风期间，全省累计停电 136 万户，电网损失电量 1.37 亿千瓦时，仅为历史同级别台风的 1/3。