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智能调度系统网络分析软件的设计
YU YiJun,WANG Yi,GAO ZongHe,FENG ShuHai,LI Feng.
摘 要：智能电网是未来电力系统的理想解决方案。智能调度系统作为智能电网的神经中枢，代表着智能化的特点。网络分析部分是实现智能调度的基础。在传统调度系统中，网络分析软件（NAS）是以模块的功能及其所显示的信息进行划分的，得出的结论是相对独立的。运营商不能从综合实体中获得计算机信息，有实用价值的信息不能共享到其他先进的应用，使得NAS的基础功能减弱。本文介绍了NAS基于智能调度系统的功能设计和建设。软件的布置以服务为导向，以功能组件来满足网络分析的要求，达到功能齐全、灵活、方便的目的。同时，采用统一平台的智能调度系统，增加了与其他先进应用的信息交换和数据共享。本文还探讨了NAS在智能调度系统方面的其他要求和发展。
关键词：智能电网，智能调度系统，网络分析软件，实时序列计算，研究模型系列计算。
1 引言
在世界范围内随着经济持续地增长，对电力资源的需求不断增加，现代电力系统面临着来自三个领域的挑战和压力：电力系统运行安全可靠性的要求，环保问题和电力市场改革。欧美发达国家提出了智能电网概念和结构，部分国家已经做了详细的研究和预测，一些国家已经将其投入电力系统中使用。为了应对气候变化和经济增长，他们基于能源安全和清洁能源的发展来构建智能电网。中国国家电网公司（SGCC）根据电力系统的发展状况和电力资源需求的矛盾，计划构建强大的智能电网，并组织了相关的研究和实验工作。中国智能电网必须建设以高压透射为骨干，协调各级电力系统的发展，实现真正强大和智能的电力系统。
智能电网是解决未来电力系统的理想方案。它的内容是非常丰富的，包括技术、传输、分配、消耗和控制的各个方面。作为智能电网的神经中枢，以保证电力系统的安全、经济和品质，调度系统通过信息采集、通讯、加工和反馈实现对电力系统的管理和控制。调度和控制系统是智能电网结构中的关键元素，也是实现智能化的必须，它还显示了智能电网最智能化的特征。
NAS管理电力系统的实时状态和分析运行安全。它主要包括状态估计（SE）、调度员潮流（DPF）、静态安全分析（SSA）、网络灵敏度计算（NSC）、在线外部网络等值（OENE）、可用传输容量（IITC）等等。在智能调度和控制系统中，以设计与实现高级应用软件的功能为核心。NAS作为其他高级应用软件的基础，识别和校正测量数据，并提供完整和准确的实时运行数据。NAS不仅能在线计算和分析运行状态，还能模拟电网运行数据。它为其他高级应用程序模块提供功能的支持，比如每日发电计划的安全检查工具。本文首先论证了NAS模块在能量管理系统（EMS）中的实现。根据智能调度系统的要求，本文设计了新一代的NAS，能满足各种各样应用的需求。同时，本文提出了一些关于调度和控制系统新的应用前景。新一代的NAS可以更好地发挥其联结的作用，通过本文的重新设计可以使其更广泛地应用在智能调度系统，使智能调度系统在智能电网在一定意义上实现。
2 传统的NAS
NAS是调度与控制系统中不可缺少的一部分，实现了对电力系统运行状态数据的采集和监控，进行分析和计算。图1显示了NAS的基本功能。从图中可以看出，NAS获得由管理模块提供的网络模型，再加上由实时数据管理或者历史数据管理模块提供的工作模式数据，为电力系统计算形成完整的模型和模式数据。模型数据除了能满足NAS应用模块的分析需求，而且还提供了其他高级应用，比如安全预警（SEW）、自动电压控制（AVC）、电压稳定监测与控制（VSMC）、调度训练模拟器（DTS）、调度安全检查（SSC）。
图1 传统NAS的主要功能
一些先进的应用不仅使用电网模型和模式的数据，还从NAS直接调用基本功能进行分析，如AVC模块使用的最优潮流（OPF）作为优化工具，DTS模块调用潮流技术模拟。然而传统的NAS难以直接应用到其他先进的应用程序上，在使用时它们必须重新开发，这一切都增加了开发的工作量。
图2中显示了传统的NAS功能模块和数据的逻辑关系。从图中可以看出，NAS不仅包括实时状态的模块，如网络拓扑和SE，而且还有安全分析模块如DPF、SSA、NSC等，在安全分析模型中有合适的研究模型，它们都分别运行。NAS通过实时数据管理系统的网络拓扑分析数据获得必要的网络模型和模式数据，进而形成可用于电力系统的计算和分析的模型数据。SE模块通过利用模型数据和实时测量数据形成了比较完整、准确的实时模式数据。NAS的其他模块分析电网运行的安全性和稳定性都建立在SE模块表单数据的基础上。
图2 传统NAS的功能模块和本地数据的关系
正如图2所示，传统的NAS还为功能模块提供研究模块。使用该研究模块可以方便地根据电流条件模拟电力系统运行方式的变化以及分析电力系统运行的安全性。NAS的功能模块为满足多个用户可以无干扰地同时模拟，必须配备许多研究模块给调度系统的操作员，每个研究模型都配置在不同的工作站上。然而，传统的NAS研究模型是根据功能模块所设计的，计算结果是独立的，用户无法仅仅通过全球视角掌握电力系统的运行安全。
3 NAS智能调度
智能调度系统的建设是智能电网发展的必然趋势。因此，智能调度系统必须有效地整合和综合利用当前运行信息的环境管理体系，只有从先进的应用程序，使用各种方法，如静态，动态或瞬态方法，才能实现真正的智能调度、运行和管理系统。当然，它必须满足当前电网的运行要求，如电力系统安全、综合分析与智能报警、应急后的安全分析和电力系统恢复、应急状态的协调控制等。NAS必须满足智能调度系统功能上的需求。 因此，必须突破传统的NAS的设计模式。如图3所示，NAS的功能设计有两个可考虑的线程。从横向上，它必须以服务为导向，以企业为基本准则 ，从纵向上，它必须考虑提高计算速度和计算能力作为最终目标。
图3 传统NAS功能模块和本地数据的关系
NAS的服务和功能的设计必须以满足服务型业务的需求为主。然而，服务的概念是在服务器NAS布局，其他先进的应用程序按需调用功能，提取相关的信息和结果，这一切只是为了让所有的应用程序都在统一的平台上布局。功能的概念是，NAS的功能可以由满足各种需要的要求组成。随着现代电力系统的发展和计算机技术的提高，调度系统对NAS在线计算的应用要求越来越高，这需要NAS寻找不仅可以突破速度而且能提高计算能力的方法。
NAS作为智能电网要求的智能调度系统设计，如图4所示。为便于相互交换信息智能调度系统的所有应用都是在一个统一的平台上进行布局，这样更方便且能加强与其他应用程序的通信。从图4中可知，应用程序通信不再是以点对点的形式，而是使用统一的平台服务总线。网络模型只是模型管理模块，保证在调度系统内的模型统一，降低维护成本，提高参数和模型的可靠性。NAS从网络模型管理获得电网模型，从SCADA和智能报警管理获得运行模式数据，最终形成一个完整的计算模型和数据的电网。其他的高级应用如AVC、DSA、VSMC、和DTS，都是通过基于统一平台的服务总线和NAS交流。一个统一的平台实现了一套模型和模式数据，大大减少了系统的维护，提高了效率。基于这样的建设，调度系统变得更加开放，当然能更方便地开发功能模块。一个新的高级应用模块，只要是安装在统一的平台上，它会很容易实现和NAS进行信息的交互。
图4 NAS基本功能
NAS为满足智能化调度要求的功能和结构的重新设计，如图5所示。在智能调度系统，NAS功能模块不再作为独立的模块，而是通过加入实时序列（RTS）模块和研究序列（SS）模块去管理它们。与传统的NAS相比较，它看起来像只添加了RTS模块和SS模块，但仅仅只是新模块就能使重新设计的NAS更像一个整体，功能更密切相关。实时序列模块负责对序列模块中定义的功能模块进行监控，控制模块按照执行策略计算，警报异常情况。序列实现了NAS的过程管理功能，使功能模块计算更协调、更容易定位异常情况。
RTS模块就是通过服务总线功能模块通信实现NAS的在线计算控制功能。有合适的开关，以控制实时序列模块是否在管理定义模块。管理逻辑和数据的即时战略关系控制等功能模块，如图5所示，箭头线表示控制方向。RTS运行就像设置周期，当到了一个周期，它首先发送一个开始报文给SE。电网从RTS接受起始命令后，SE为它计算并形成完整的模拟数据，然后返回完整的信息。RTS根据接受成功信息后的设置，发送启动命令给其他模块。可以看出，RTS使NAS在线分析变得更加方便，也使得各个模块能彼此分享计算信息。当然，它可以得到比较多科学的结论，对电力系统的安全运行起到了更为重要的作用。
图5 NAS基本功能和本地数据的关系
研究序列模块是针对电力系统运行的需要进行离线计算和分析专门设计的。研究序列模块集成了NAS的功能模块，使用了一套模型和模式的数据。因此，它是根据不同的要求操作不同的功能。例如，它可以通过DPF操作模拟模式修改，然后调用函数，如SSA、NSC、ATC和OENE去分析电网安全，在方式改变时全面了解电网运行方式变化时的安全性。除了从动态估计接受实时数据作为基础数据，SS模块从调度模块或历史数据管理的历史数据来管理未来的数据，在很大程度上扩大了NAS的应用范围。该模块还允许配置多个应用程序，并安排在不同的工作站上，这样可以保证多个用户可以同步使用而互不影响。
在过去，NAS根据运算法则划分为不同的功能模块，每个模块从设计到开发都是独立的。然而，在实践中功能模块之间有很多的内部链接，许多先进的应用程序需要调用NAS的多个模块共同解决问题。因此，在设计和开发NAS时，除了从面向对象的业务，它必须实现从面向服务的业务流程。只有这样，NAS才能够满足其他应用的要求，能具有公共服务功能的智能调度系统。以下列举一些已经称为NAS功能的应用。
- SCADA应用程序调用NAS网络拓扑分析建立网络拓扑结构，可轻松实现自动拓扑着色，终端自动替代、平衡测量设备的统计，这大大减少了系统的维护。
- 调度操作票系统调用网络拓扑分析来预防检查断路器的操作引起的错误，隔离开关和接地开关。每次操作后它还利用DPF和SSA能流检查电网安全。如果有任何安全风险，则需要调整操作顺序以保证电力系统的安全。
- 自动发电控制（AGC）结合安全约束调度（SCD）构成闭环控制系统，实现设备的校正和预防控制。AGC根据调节发电机输出的方向敏感性信息实施预防控制，如果在电力系统的重型设备，可有效避免增加重型设备负荷。它还实现了根据SCD模块的策略校正控制，如果有设备严重违反约束。
- AVC模块与NSC结合，最优能流（OPF）和VSMC模块构成闭环控制系统，实现无功电压网络的最优控制。
- 派发调度模块直接调用DPF和SSA检查多期计划，多段线路潮流的计划和检修计划，确保调度数据是合理的。
由于智能调度系统的NAS是以服务和功能设计的，它可以很容易地满足这些功能的需求。即使一个新的先进的应用需要加入系统，它只需要与NAS设置在一个统一的平台并调用相关模块实现功能本身。
4 NAS的需求预测
随着越来越多的电网被高电压传输线和直流输电线路连接起来，现代电网不仅电压水平变高了，而且从规模上也变得很大，为满足实时计算的要求，这给计算的速度带来了巨大的挑战。在智能调度系统，调度计划被给予更高的关注，但当调用NAS的功能时，多时间段安排的安全检查期待更快的计算速
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