PAGEPAGE3電網(wǎng)調(diào)度自動化研究摘要電能對于當(dāng)今世界已經(jīng)是不可或缺的存在，在社會生產(chǎn)與人們的生活中都扮演者極其重要的角色。隨著生產(chǎn)力的極大解放與人們對美好生活的迫切需求，社會以及人們對電能的需求進(jìn)一步增加，因此這也給提供電能的電力系統(tǒng)帶來了非常大的壓力。在電力系統(tǒng)運行中，需要及時對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)度以及調(diào)整來保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行，在電力系統(tǒng)規(guī)模與復(fù)雜度都有很大提升的如今，傳統(tǒng)主要通過調(diào)度員經(jīng)驗來進(jìn)行調(diào)度已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實需求。伴隨著傳感器技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)度趨于自動化。本文將對電力系統(tǒng)自動化中的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)、調(diào)度、自動化論文類型：研究報告目錄213681諸論 112881.1背景 1234991.2國內(nèi)外國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 157901.3論文的主要工作內(nèi)容 2257322電力系統(tǒng)簡介 232372.1電力系統(tǒng)的發(fā)展 2307082.2電力系統(tǒng)的組成 3326092.2.1電能的產(chǎn)生 3286083電力系統(tǒng)調(diào)度概述 488663.1電力系統(tǒng)運行特點以及基本要求 4302523.2電力系統(tǒng)調(diào)度簡介 536964自動化在電力系統(tǒng)調(diào)度中的應(yīng)用 6180914.1國內(nèi)電力系統(tǒng)中存在的挑戰(zhàn) 6117304.1.1電力系統(tǒng)大規(guī)?；ヂ?lián)互通 6204864.1.2電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)挑戰(zhàn) 732994.1.3總結(jié) 8114104.2電網(wǎng)調(diào)度自動化中的新技術(shù) 8185914.2.15G通信技術(shù) 8187734.2.2機器學(xué)習(xí) 9138384.2.3虛擬技術(shù) 969175結(jié)論與展望 1117325致謝 1230786參考文獻(xiàn) 1328491附件： 14PAGEPAGE31諸論1.1背景電能作為第二次工業(yè)革命的重要代表，在現(xiàn)在社會生產(chǎn)中已經(jīng)是不可或缺的存在；也為我們的生活生產(chǎn)帶來了極大的方便，且隨著發(fā)展的加快，電力工業(yè)的重要性也愈加得到體現(xiàn)。美國東部時間2003年8月14日下午16：11開始，由于紐約一發(fā)電廠遭遇雷擊，美國東部和加拿大東部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電事故，包括美國八個州、加拿大兩個省[1]；共計損失負(fù)荷6180萬千瓦（200多座電廠機組跳閘）；5000萬居民失去電力供應(yīng)，停電時常達(dá)29小時；造成美國直接經(jīng)濟損失達(dá)300億美元、加拿大50億美元。除美國外，從2000年至今，印度、巴西、哥倫比亞、中國等多國也都發(fā)生過大規(guī)模的停電事故，造成的直接經(jīng)濟損失也非常大；因此盡可能的避免這類事故的發(fā)生就顯得尤為重要；當(dāng)一些不可避免的因素發(fā)生時，可以通過對電力系統(tǒng)進(jìn)行合理的調(diào)度，從而盡可能的減少、降低損失，甚至避免損失的產(chǎn)生。1.2國內(nèi)外國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析1882年9月世界上第一座相對較完整的電力系統(tǒng)在紐約市建成，創(chuàng)建了初步的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。伴隨著將近一個半世紀(jì)的發(fā)展，目前的電力系統(tǒng)已經(jīng)得到了有效的發(fā)展。電網(wǎng)調(diào)度也已經(jīng)由最初的人工的、單一的技術(shù)變成了現(xiàn)在自動的并且集合多種其它領(lǐng)域現(xiàn)代技術(shù)。目前電網(wǎng)調(diào)度已經(jīng)逐步實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、可視化，也已經(jīng)將4G技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)調(diào)度中用來解決遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。伴隨著技術(shù)的發(fā)展，5G技術(shù)也會逐步走入電網(wǎng)調(diào)度中。2020年7月11日，中國電信宣布，由國家電網(wǎng)青島供電公司、中國電信青島分公司以及華為開發(fā)的青島5G智能電網(wǎng)項目一期工程正式交付投產(chǎn)。其標(biāo)志著5G通信技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度中的成功應(yīng)用。5G技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)電網(wǎng)診斷數(shù)據(jù)以及執(zhí)行數(shù)據(jù)的快速傳輸，從而快速進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度以及對故障的快速定位、隔離以及恢復(fù)。5G技術(shù)的應(yīng)運解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)問題。隨著數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理能力的提高，電網(wǎng)調(diào)度智能化的水平的提高也是未來的發(fā)展趨勢，這樣可以極大的減輕人們的工作強度，提高電能供應(yīng)品質(zhì)。1.3論文的主要工作內(nèi)容電能作為第二次工業(yè)革命的代表產(chǎn)物，不論是在人們的日常生活方面還是在社會生產(chǎn)方面都帶來了翻天覆地的變化。隨著時間的推移，電能已然成為世界發(fā)展進(jìn)程中的支柱。因此在供電系統(tǒng)中，保證電能質(zhì)量有著非常重要的意義。電力系統(tǒng)是從產(chǎn)生電能到使用電能的一套網(wǎng)絡(luò)，其主要包括發(fā)電廠、送變電線路、供配電所以及最終使用電能的負(fù)載。伴隨著技術(shù)的發(fā)展，各個環(huán)節(jié)都有各種不同的實現(xiàn)方式，并且每種實現(xiàn)方式之間都會有各自的優(yōu)缺點。例如發(fā)電環(huán)節(jié)可以采用火力發(fā)電、水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電以及核能發(fā)電，電力傳輸也有交流傳輸以及直流傳輸，負(fù)載更是多重多樣。因此電力系統(tǒng)的復(fù)雜性已經(jīng)大大提高。由于技術(shù)的限制初始的電力系統(tǒng)是一個開環(huán)系統(tǒng)，但在保證電能質(zhì)量的前提下，隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜度的增加，開環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求。因此需要采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)需要相互關(guān)聯(lián)，每一個環(huán)節(jié)都需要根據(jù)其它環(huán)節(jié)的狀態(tài)來做出調(diào)整，也就是電網(wǎng)調(diào)度。進(jìn)入二十一世紀(jì)，集成電路技術(shù)與數(shù)字信號處理技術(shù)有了飛速的發(fā)展，這也使得電網(wǎng)調(diào)度由原來的人工話逐漸轉(zhuǎn)向為自動化，隨著電網(wǎng)調(diào)度自動化水平的提高，可以進(jìn)一步解放人們的生產(chǎn)力，提高電能質(zhì)量以及實現(xiàn)更加優(yōu)化的調(diào)度方案。本文將對電網(wǎng)調(diào)度自動化的主要方法進(jìn)行研究。2電力系統(tǒng)簡介2.1電力系統(tǒng)的發(fā)展早期人們對于電能的認(rèn)識始于雷電，1752年，本杰明.富蘭克林做了一個不可重復(fù)的實驗，證明了雷電與摩擦起電本質(zhì)相同；1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁作用；1831年，法拉第用十年時間發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，制作了第一臺發(fā)電機；愛迪生發(fā)明了電燈泡，推動了電力的發(fā)展；1882年，愛迪生在紐約建立第一座直流配電系統(tǒng)[2]（由一臺蒸汽機拖動直流發(fā)電機經(jīng)過110V地下電纜供給半徑約1.5KM面積內(nèi)的59盞白熾燈燈）；在1885年Stanley發(fā)明了變壓器后，特斯拉提出了交流輸電系統(tǒng)，并且在1890年率先發(fā)明了交流發(fā)電機。到1995年世界上交流輸電的最高電壓已經(jīng)達(dá)到1150KV（蘇聯(lián)），輸送距離1900KM，設(shè)計最大單機容量1130MW上世紀(jì)50年代，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，基于整流、逆變的遠(yuǎn)距離、大容量直流輸電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用[3]；1954年，瑞典在其內(nèi)陸與哥德蘭島之間建造的10-20MW直流輸電系統(tǒng)；現(xiàn)在全球輸電距離最長的高壓直流輸電系統(tǒng)，是位于我國境內(nèi)的向家壩水電站至上海之間的6400MW輸電系統(tǒng)，全長2071公里[2]。愛迪生致力于高壓直流技術(shù)，在1885年特斯拉提出交流輸電系統(tǒng)未被愛迪生采用而去了Westwood電氣公司后，直流供電與交流輸供電一直處于相互競爭的狀態(tài)。直流與交流輸電各具優(yōu)缺點；交流輸電可以通過變壓器升壓解決直流輸電中存在的電壓低、不能變壓、無法傳輸更遠(yuǎn)距離等問題，但其也具有諸多缺點，例如：由于交流電其電壓是以一定頻率變化的，故其穩(wěn)定性問題；當(dāng)通過變壓器升壓之后所面臨的絕緣問題以及所面臨的電網(wǎng)大停電威脅；直流電則具有以下優(yōu)點：適用于大系統(tǒng)互聯(lián)，所連接系統(tǒng)的電流無需同步運行，不存在穩(wěn)定性問題；直流線路造價低；能量損耗小；控制快速簡便[4]。在整個的直流供電系統(tǒng)中，在送點端需要將三相交流電先進(jìn)行整流為直流電；然后再在受電端將整流后的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?。目前存在的主要問題為換流站造價高、換流產(chǎn)生諧波進(jìn)而惡化電能質(zhì)量干擾通信以及電流沒有過零點，熄弧困難，HVDC斷路器研制困難等。但隨著相關(guān)人員在所涉及領(lǐng)域的不斷耕耘，我們有理由相信相關(guān)技術(shù)會得到進(jìn)一步的發(fā)展，從而將交流與直流各自技術(shù)中的優(yōu)點相結(jié)合，從而更好的服務(wù)于社會的生產(chǎn)發(fā)展。2.2電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)主要包括四部分，主要有電能的產(chǎn)生、電能的傳輸、電能的配送以及電能的使用，對應(yīng)為發(fā)電機、輸電線路、配電線路以及用電設(shè)備。在發(fā)電機與輸電線路之間包含升壓變壓器，輸電線路與配電線路之間包含降壓變壓器，如下圖所示。按照分法規(guī)則的不同還可以將電力系統(tǒng)分為一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)，一次系統(tǒng)指的是傳輸系統(tǒng)，二次系統(tǒng)指的是繼電保護(hù)裝置、通信設(shè)備與調(diào)度自動化等輔助設(shè)備。電力系統(tǒng)中主要包含的設(shè)備有變壓器、斷路器、電抗器、電力電容器、隔離開關(guān)、繼電器以及避雷器等。2.2.1電能的產(chǎn)生由初中知識可知，摩擦可以產(chǎn)生電能。這是將動能轉(zhuǎn)化為電能。大規(guī)模的電能也是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，但由于規(guī)模較大，一般采用同步發(fā)電機。目前采用較多的幾種發(fā)電方式分別為：火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電以及太陽能光伏發(fā)電。在中國采用最多的還是火力發(fā)電，占全國總發(fā)電量的70％多。火力發(fā)電是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能然后再轉(zhuǎn)化為機械能最后轉(zhuǎn)化為電能。其具有選址較為靈活、建設(shè)周期較短，投資較少、出力與發(fā)電量比較穩(wěn)定等優(yōu)點，但也同時具有不宜經(jīng)常啟停（如50MW機組從冷態(tài)啟動到帶滿負(fù)荷需要6H）、負(fù)荷調(diào)節(jié)速度慢（國產(chǎn)300MW機組，改變負(fù)荷率僅為1-2％）以及運行費用高等缺點[5]。水力發(fā)電在我國也占有比較大的比重，其具有啟停機快速、運行成本低，基本無污染等優(yōu)點。但其建設(shè)周期比較長，建設(shè)成本也較大、而且其出力和發(fā)電量隨天然徑流量的情況而變化，有時還可能由于水頭太低，使水輪發(fā)電機達(dá)不到其額定出力。風(fēng)力發(fā)電主要在我國風(fēng)力資源比較發(fā)達(dá)的西北部，受風(fēng)季影響較嚴(yán)重，且投資也是火力發(fā)電與水里發(fā)電里邊最大的；其主要缺點還有不穩(wěn)定（兩倍的穩(wěn)定調(diào)峰電源）、可發(fā)電時間段以及電網(wǎng)輸送能力不足。核能發(fā)電可以連續(xù)的以額定功率運行，在電力系統(tǒng)中總是分擔(dān)基荷，核燃料以少勝多（25-30噸的低濃鈾可相當(dāng)于250萬噸的原煤），因此污染也相對較??；但核能發(fā)電需要承擔(dān)的風(fēng)險也較大，雖說目前的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但還是會有核泄漏的危險。一旦發(fā)生核泄漏，那么所造成的損失將是巨大且不可挽回的。太陽能發(fā)電受季節(jié)影響較為嚴(yán)重，且由于目前技術(shù)局限，其對太陽能量的利用率還是相對比較低，目前市面上再售的太陽能電池板的利用率大概在20％，實驗室里可以達(dá)到27％左右。太陽能電池板也有其壽命，一般在25年，隨著時間的增長，其對太陽能的轉(zhuǎn)換率會越來越低，折合下來其投資也是相當(dāng)?shù)陌嘿F。目前國內(nèi)的許多大型太陽能發(fā)電場都屬于虧損狀態(tài)。除過上述的幾種電能產(chǎn)生方式之外，還有潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、浪涌發(fā)電以及抽水蓄能發(fā)電，由于其在所占比例較小，在這里就不一一說明。3電力系統(tǒng)調(diào)度概述電力系統(tǒng)包含環(huán)節(jié)眾多，是一個非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。因此為了其能夠在安全、穩(wěn)定的前提下綠色經(jīng)濟的運行，就必須在運行時進(jìn)行不斷的調(diào)整調(diào)度。3.1電力系統(tǒng)運行特點以及基本要求由于電能的特殊性質(zhì)，首先電能不能大量存儲：發(fā)電、輸電、變電、配電以及用電必須同時進(jìn)行，因此電力系統(tǒng)是世界上最大的動態(tài)系統(tǒng)[6]，負(fù)荷的變化是復(fù)雜的、隨機的也是難以控制的；其次電力系統(tǒng)的過度過程非常的迅速，是以電磁波的形進(jìn)行式傳播；最后電力系統(tǒng)與國名經(jīng)濟各部門密切相關(guān)，在第一章中所列舉的美國及加南大2003年8月14日大停電的例子就充分說明了這一點在電力系統(tǒng)中首先要滿足的是可靠持續(xù)的供電，但總會有突發(fā)情況發(fā)生，為了滿足不同用電單位或設(shè)備對電能質(zhì)量的要求，一般將用電負(fù)荷分為三個級別，分別為：一級負(fù)荷、二級負(fù)荷與三級負(fù)荷。其對于電能質(zhì)量的要求依次為從高到低。電能質(zhì)量的主要指標(biāo)為：電壓偏差、頻率偏差、諧波畸變率、三相不平衡度以及電壓波動與閃變[7]。評價指標(biāo)包含了電壓、頻率、波形以及三相電整體的質(zhì)量。電能的質(zhì)量是電力系統(tǒng)運行的首要目標(biāo)，在滿足電能可靠穩(wěn)定的前提下，盡可能的降低成本做到經(jīng)濟調(diào)度。這樣有助于減少環(huán)境污染，加快構(gòu)建環(huán)境友好型社會，還可以減少電力部門開支，實現(xiàn)利益的最大化。電力系統(tǒng)的調(diào)度的任務(wù)則主要是結(jié)合電力系統(tǒng)的特點，在發(fā)電、輸電、配電以及用電各個環(huán)節(jié)發(fā)生變化時，及時的根據(jù)電力系統(tǒng)的變化做出實時的調(diào)整，從而使得電力系統(tǒng)滿足其基本要求，即可靠穩(wěn)定以及經(jīng)濟的要求，在下一小節(jié)對電力系統(tǒng)調(diào)度做簡單介紹。3.2電力系統(tǒng)調(diào)度簡介電力系統(tǒng)調(diào)度在整個系統(tǒng)中屬于領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)籌地位，使電力系統(tǒng)在滿足安全穩(wěn)定供電的前提下滿足經(jīng)濟運行，在發(fā)生故障時通過一系列操作使電力系統(tǒng)回復(fù)正常運行狀態(tài)。主要有以下四方面的工作：第一是預(yù)測用電負(fù)荷；主要根據(jù)歷史數(shù)據(jù)以及天氣數(shù)據(jù)預(yù)報（例如溫度升高則會伴隨著風(fēng)扇、空調(diào)等用電器的大量使用，造成負(fù)荷增長）來分析未來大概兩天到三天的用電負(fù)荷，結(jié)合各區(qū)域用電習(xí)慣（例如居民區(qū)早晚用電負(fù)荷比較大等）指定相應(yīng)負(fù)荷曲線。第二是指定發(fā)電任務(wù)、運行方式以及運行計劃；由于電能不能大量存儲，發(fā)電、輸電、變電、配電以及用電必須同時進(jìn)行。所以必須根據(jù)用電負(fù)荷，在滿足安全穩(wěn)定供電的前提下按照經(jīng)濟調(diào)度原則，各種形式的發(fā)電（例如水力發(fā)電、火力發(fā)電、太陽能發(fā)風(fēng)能發(fā)電以及核能發(fā)電等）得到有效的利用，安排各發(fā)電單位發(fā)電任務(wù)量。指定調(diào)頻電廠和調(diào)頻容量，并安合理排發(fā)電機組以及線路的啟停和備用，批準(zhǔn)系統(tǒng)內(nèi)各階段設(shè)備的檢修工作，并且進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的潮流和穩(wěn)定計算等工作[8]。第三進(jìn)行安全監(jiān)控和安全分析；通過監(jiān)視系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)中各個節(jié)點以及設(shè)備運行數(shù)據(jù)的獲取計算從而評估系統(tǒng)狀態(tài)，得出系統(tǒng)健康狀態(tài)信息。通過狀態(tài)估計和實時潮流計算等技術(shù)進(jìn)行事故預(yù)想以及對事故的處理措施，起達(dá)到未雨綢繆的目的。第四則是發(fā)生事故或有發(fā)生事故的征兆時指揮操作，進(jìn)行事故處理；對于電力系統(tǒng)，發(fā)電、變電、輸電、配電及用電中的任何一個環(huán)節(jié)隨時都有可能發(fā)生故障。例如當(dāng)饋電線路過載時，應(yīng)根據(jù)線路過載程度，及時實施負(fù)荷轉(zhuǎn)移，若無法轉(zhuǎn)移，應(yīng)首先于該線路的雙電源用戶協(xié)商轉(zhuǎn)移負(fù)荷：若仍然過載，則應(yīng)及時通知負(fù)控制中心，對該線路部分用戶進(jìn)行限電。當(dāng)電纜或架空線路出現(xiàn)過負(fù)荷時，如無法轉(zhuǎn)移負(fù)荷時則應(yīng)迅速通知雙電源用戶、負(fù)載控制中心限下設(shè)備的超載量，直到最后的拉閘限電，從而使設(shè)備在額定的載流量內(nèi)運行[9]。在滿足穩(wěn)定的前提下，為了滿足電網(wǎng)經(jīng)濟運行的要求，還應(yīng)合理安排變壓器經(jīng)濟運行方式降低電網(wǎng)損耗；合理安排線路運行方式降低電網(wǎng)損耗；消峰填谷降低網(wǎng)損（主要可以采用蓄水式發(fā)電），目前我國分5級調(diào)度，分別為國家調(diào)度、大區(qū)調(diào)度、省級調(diào)度、地級調(diào)度以及縣級調(diào)度。且其遵循的原則為：統(tǒng)一調(diào)度，分級管理[10]。五級里的大區(qū)調(diào)度從北到南依次分為東北電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、新疆電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、西藏電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、華中電網(wǎng)以及南方電網(wǎng)。4自動化在電力系統(tǒng)調(diào)度中的應(yīng)用隨著技術(shù)以的發(fā)展，自動化在生活中的許多方面都得到應(yīng)用，電力系統(tǒng)也不例外。電力系統(tǒng)的自動化可以極大的實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度效率，緩解傳統(tǒng)調(diào)度員的工作量。伴隨著電力系統(tǒng)中多重挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)的自動化與智能化還必須進(jìn)行加強。4.1國內(nèi)電力系統(tǒng)中存在的挑戰(zhàn)我國電力系統(tǒng)主要經(jīng)歷了四個時代。由最初的孤立發(fā)電時代即每一個供電系統(tǒng)都是單獨的，不存在聯(lián)系的；到小電網(wǎng)時代，小規(guī)模的進(jìn)行供電系統(tǒng)的互聯(lián)互通；再到大電網(wǎng)時代，基本實現(xiàn)所有電網(wǎng)互聯(lián)互通，最后就是現(xiàn)在的數(shù)字電力時代。4.1.1電力系統(tǒng)大規(guī)?；ヂ?lián)互通供電系統(tǒng)的大規(guī)?；ヂ?lián)互通有諸多優(yōu)點：第一可以互通有無、互為備用；當(dāng)局部發(fā)生故障或者用電負(fù)荷超過設(shè)計要求，可以對其他電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緊急聯(lián)合調(diào)度，從而避免大規(guī)模停電以及故障的發(fā)生。也可以更好地提高電能質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。第二其可以合理利用能源，例如在夏季可以充分利用水力資源，與太陽能資源，在冬季，水利資源相對比較匱乏，此時可以更多的使用西北的風(fēng)力資源，這樣實現(xiàn)各個區(qū)域之間可發(fā)電資源的互補從而最大可能地使用可再生能源如太陽能、風(fēng)能、水力、地?zé)崮芤约俺毕艿鹊劝l(fā)電來減少煤炭的使用，減少對環(huán)境的破壞和能源的合理利用。第三可以節(jié)約投資；更大范圍內(nèi)的水、火、風(fēng)聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度可以使多種多樣可再生能源利用，可在一定程度上減少煤炭的使用，從而降低電力系統(tǒng)的發(fā)電成本，其次電網(wǎng)系統(tǒng)的大規(guī)?；ヂ?lián)互通也可以充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)的使用率，起到節(jié)約投資的目的。但供電系統(tǒng)的大規(guī)模互聯(lián)互通也帶來了許多困難與挑戰(zhàn)：電力系統(tǒng)大規(guī)模的互聯(lián)互通使得電網(wǎng)運行機理與之前相比變得極為復(fù)雜；發(fā)電階段，多種發(fā)電方式并存，每種發(fā)電方式又有其各自的特點，例如水力發(fā)電在冬季其發(fā)電量會有大幅度的降低，太陽能發(fā)電基本只能在白天發(fā)電，晚上整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)會處于停止發(fā)電狀態(tài)。輸電階段，各地區(qū)輸電網(wǎng)的輸電方式以及輸電網(wǎng)的電壓等級也存在很大的差別。在用電階段，每個地區(qū)都有各自的特點，如有的地方多為居民用電，而有的地區(qū)為工業(yè)用電，各種感性負(fù)載與容性負(fù)載錯落交織，使得用電端更為復(fù)雜。因此電力系統(tǒng)的大規(guī)?；ヂ?lián)互通使得電網(wǎng)運行機理極大的復(fù)雜化。電網(wǎng)的正常運行方式，以及檢修計劃等安排難度加大。由于電力系統(tǒng)互聯(lián)互通之后其電網(wǎng)規(guī)模大幅度增加，且在上邊也介紹了其運行機理也會變得十分復(fù)雜，因此在進(jìn)行電網(wǎng)正常運行方式，檢修計劃等安排時需要總覽統(tǒng)籌的因素與方面也會變得非常的繁復(fù)，從而使得難度加大。電網(wǎng)的控制難度變大；由于電網(wǎng)的運行機理變得復(fù)雜，電網(wǎng)的正常運行方式以及檢修計劃等安排難度的加大從而使得電網(wǎng)的運行控制難度增大。電網(wǎng)事故影響范圍大；對于之前的獨立電網(wǎng)，若發(fā)生故障，其至多影響此系統(tǒng)，但當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)?；ヂ?lián)互通后，局部故障則可能從一個局部網(wǎng)絡(luò)傳遞到另外的網(wǎng)絡(luò)從而造成大面積故障。4.1.2電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)挑戰(zhàn)隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)除過互聯(lián)互通帶來的挑戰(zhàn)，其在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)還有諸多變化與挑戰(zhàn)。發(fā)電環(huán)節(jié)，雖然還是火力發(fā)電為主，但其他發(fā)電方式的大規(guī)模增加，例如水力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，太陽能發(fā)電[11]。這些方式的發(fā)電受環(huán)境因素影響較大，因此在統(tǒng)計發(fā)電量，進(jìn)行發(fā)電任務(wù)分配時需要盡量準(zhǔn)確的考慮天氣及其他因素的影響。，從而使電力系統(tǒng)調(diào)度復(fù)雜度提升。在電能傳輸中，電壓越高則在傳輸過程中損耗在線路上的電能越小，因此在進(jìn)行長距離傳輸時需要經(jīng)過升壓變壓器來提高電壓，因此采用交流輸電網(wǎng)絡(luò)，但交流輸電也存在問題，交流電有其固定的頻率以及振幅，故在大電網(wǎng)連接時必須使其頻率于振幅相同，不然則會產(chǎn)生穩(wěn)定性問題威脅整個電網(wǎng)的安全。受制于逆變技術(shù)，所以之前的高壓電網(wǎng)大都采用交流電網(wǎng)，但隨著逆變技術(shù)的發(fā)展，越來越多的直流輸電網(wǎng)絡(luò)建成，這使得目前電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)存在直流輸電與交流輸電兩種方式，使得輸電環(huán)節(jié)變得復(fù)雜。直流輸電系統(tǒng)中，在供電端需要將交流電整流為直流電，在用電端需要將直流電逆變成交流電，因此其變電環(huán)節(jié)也變得復(fù)雜。用電環(huán)節(jié)，隨著社會的不斷進(jìn)步以及生產(chǎn)力的極大解放。首先用電負(fù)荷有非常大的增長，其次用電器種類的也越來越多種多樣，這使得用電的規(guī)模與復(fù)雜程度都有相當(dāng)大的提升。各級電網(wǎng)規(guī)模成倍增加、大批直流輸電線路的投入運行以及特高壓電網(wǎng)的建成與投運；自然災(zāi)害趨于頻發(fā)；提高現(xiàn)有電網(wǎng)輸送能力的迫切需求[12]；國家節(jié)能發(fā)電調(diào)度的加快實施以及電網(wǎng)應(yīng)急機制和備用控制中心建設(shè)的迫切需要。4.1.3總結(jié)基于以上幾點，國內(nèi)電力系統(tǒng)在規(guī)模與復(fù)雜度方面都有非常大的增加。在電力系統(tǒng)大規(guī)模互聯(lián)互通的大趨勢以及多重困難與挑戰(zhàn)并存的情況下，電力系統(tǒng)調(diào)度自動化就顯得尤為重要！電力系統(tǒng)具有廣域分布、參數(shù)海量、模型復(fù)雜的特點；提高大系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平是目前我國電力系統(tǒng)棉鈴的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性和迫切性問題；互聯(lián)的大電力系統(tǒng)，調(diào)度中心對整個系統(tǒng)的認(rèn)識必須是及時、全面、準(zhǔn)確和完整的[13]。電力系統(tǒng)調(diào)度中不斷面臨的困難與挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)人們憑借經(jīng)驗對電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度顯然已經(jīng)行不通。伴隨著傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)度自動化應(yīng)用而生。目前對電力系統(tǒng)自動化尚無明確概念，從自動控制角度來看，其負(fù)荷自動控制的經(jīng)典過程。首先需要通過各種傳感器對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時且精準(zhǔn)的采集，對采集到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理得出結(jié)果，然后通過對結(jié)果的判定，由系統(tǒng)決定或者輔助人們決定該采取什么樣的措施，然后通過遠(yuǎn)程操作實現(xiàn)相應(yīng)操作。在這一系列過程中需要大量的技術(shù)來進(jìn)行支撐，下一節(jié)將對一些技術(shù)做簡述。4.2電網(wǎng)調(diào)度自動化中的新技術(shù)目前國內(nèi)電力系統(tǒng)調(diào)度在自動化方面已經(jīng)取得許多成果，但在電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大以及各個環(huán)節(jié)逐漸復(fù)雜的情況下還需要不斷的應(yīng)用新的技術(shù)，進(jìn)一步增強自動化程度，下邊介紹一些在電力系統(tǒng)調(diào)度自動化中所應(yīng)用的技術(shù)。4.2.15G通信技術(shù)首先需要通過傳感器采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸方面5G（第五代移動通信技術(shù)）擁有許多優(yōu)點，例如傳輸速率快，延時低等。電力系統(tǒng)中由于需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，且對穩(wěn)定性要求極高，因此首選通信光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但電網(wǎng)分布廣泛，許多節(jié)點處于高山、湖泊、高原等無人地區(qū)，光纜無法到達(dá)，或者可以到達(dá)但造價太大。基于此，5G通信則成了最好的選擇，5G所擁有的這些優(yōu)點也正好可以滿足電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?；高速的傳輸速率可以滿足數(shù)據(jù)量大，低延時可以滿足對數(shù)據(jù)實時性的要求2020年7月11日，中國電信宣布，由國家電網(wǎng)青島供電公司、中國電信青島分公司以及華為開發(fā)的青島5G智能電網(wǎng)項目一期工程正式交付投產(chǎn)。其標(biāo)志著5G通信技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度中的成功應(yīng)用。5G技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)電網(wǎng)診斷數(shù)據(jù)以及執(zhí)行數(shù)據(jù)的快速傳輸，從而快速進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度以及對故障的快速定位、隔離以及恢復(fù)。5G技術(shù)的應(yīng)運解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)問題。隨著數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理能力的提高，電網(wǎng)調(diào)度智能化的水平的提高也是未來的發(fā)展趨勢，這樣可以極大的減輕人們的工作強度，提高電能供應(yīng)品質(zhì)。4.2.2機器學(xué)習(xí)機器學(xué)習(xí)是一門多領(lǐng)域交叉學(xué)科涉及概率論、統(tǒng)計學(xué)、逼近輪、凸分析、算法復(fù)雜度理論等多門學(xué)科[14]。其也是人工智能的核心，是使計算機具有人工智能的基本途徑[15]。這里提到的機器學(xué)習(xí)主要指模糊算法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。模糊算法的提出是為了將人類的知識引入到人工智能系統(tǒng)中去提高智能水平。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則是使系統(tǒng)可以像人一樣具有學(xué)習(xí)功能。這兩項技術(shù)的加持可以使系統(tǒng)對以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在面對新的數(shù)據(jù)后處理得出與人類表達(dá)方式接近的結(jié)果，而且與人類相比其穩(wěn)定性有非常大的優(yōu)勢，其不會受情緒干擾，不會因為疲倦而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。在電力系統(tǒng)調(diào)度中，首先在數(shù)據(jù)采集方面，例如現(xiàn)在的無人機巡線，無人機可以自動的對指定范圍的線路進(jìn)行安全巡視，判定有故障，例如線路上纏繞塑料袋等情況，無人機可以自己識別并通過自身攜帶的噴火槍等設(shè)備進(jìn)行自主處理，這樣大大減少了之前人工進(jìn)行的工作量。還可以利用機器學(xué)習(xí)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體處理評估出電網(wǎng)的整體健康狀態(tài)，使人們對電網(wǎng)有直觀的了解。還可以利用其進(jìn)行風(fēng)險以及故障評估，輔助人們對故障的判斷。機器學(xué)習(xí)在自動化中的應(yīng)用非常廣泛，涉及人工智能的系統(tǒng)基本都有機器學(xué)習(xí)的參與，因此其在電力系統(tǒng)調(diào)度自動化與智能化中扮演者非常重要的角色。4.2.3虛擬技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)，云服務(wù)這些詞匯逐漸由陌生變得熟悉，如今其在電網(wǎng)中也發(fā)揮著巨大的作用。為了保證系統(tǒng)運行的安全，許多系統(tǒng)都采用雙機備用機制，即一個計算機在正常工作，為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定配一臺備用機，這樣滿足了安全穩(wěn)定的需求，但也造成了硬件的浪費，提高了系統(tǒng)的投入成本。也使得系統(tǒng)的維護(hù)成本增加。采用虛擬云計算就可以避免此類問題的發(fā)生[16]，每個節(jié)點不在配置真實的計算機，計算能力則有主服務(wù)器來進(jìn)行提供，主服務(wù)器通過對每個結(jié)點任務(wù)的判定來給每個節(jié)點分配資源，或者每個節(jié)點自己進(jìn)行資源調(diào)用的申請。這樣即滿足了安全穩(wěn)定的問題，也使得硬件分配更加合理，從而節(jié)省人力/物力/財力。電網(wǎng)在運行時會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中蘊含著大量的信息，目前系統(tǒng)對這些信息的提取是不夠的，因此可以利用云存儲對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，然后隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸提取數(shù)據(jù)中的有用信息，使得系統(tǒng)更加的智能，運行