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一种企业电网调度知识决策分析系统

阅读:376发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种企业电网调度知识决策分析系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种企业 电网 调度知识决策分析系统,建立在企业电 力 调度集控系统之上,充分利用原来系统的软 硬件 资源,采用人工系统、计算实验、平行执行的平行控制和管理方法,构建了包括实际电网调度系统、人工电网调度系统、计算实验层、管理与控制、平行执行层的电网调度知识决策系统;按照“源-网-荷-控”4个环节建立人工电网调度系统,以电力高级应用完成对人工系统的计算和实验;在管理与控制中以综合运行 驾驶舱 技术为核心,综合平行执行层的多时间协同优化,驱动整个系统的运行,为调度人员提供有效的知识决策信息,提高电网调度效率。,下面是一种企业电网调度知识决策分析系统专利的具体信息内容。

1.一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,包括:实际电网调度系统,人工电网调度系统,计算实验层,管理与控制层和平行执行层;
所述实际电网调度系统用于电网采集与监控、电网优化调度、电能量计量及调度管理;
所述人工电网调度系统按照电源,电网,负荷和控制4个维度进行建立,对电网设备进行重新组织和分类;
所述计算实验层用于进行数据与模型准备,生成电网计算分析场景,进行实验评估分析和反馈校正;
所述管理与控制层配置综合运行驾驶舱,用于完成流程化控制任务实现电网运行目标;以及用于进行多元信息汇集,场景识别,指标计算与统计分类,以及进行负荷端用电特性分析;
所述平行执行层用于对自动发电控制子系统,自动电压控制子系统,电需量控制子系统和负荷管理控制子系统进行统一协调控制,进行知识决策分析并将结果提供给调度人员。
2.根据权利要求1所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述实际电网调度系统由上至下分别为:硬件平台层,操作系统层,统一应用支撑平台和智能电力调度系统;
所述统一应用支撑平台用于进行网络通信,数据库管理,图形服务,计算服务,历史服务,人机界面和系统管理;
所述智能电力调度系统用于进行电网现场数据的集中采集,电网设备建模和网络拓扑,电网分析,电网监控,综合智能调度,保护故障信息管理,系统优化与控制,电能量计量信息管理,调度管理和稳定控制信息管理。
3.根据权利要求1所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述人工电网调度系统中,
所述电网包括自备电厂,燃气蒸汽联合发电机组,干熄焦余热发电装置,高炉气余压透平发电装置和分布式新能源
所述电网包含不同电压等级的供配电网络;
所述负荷包括球团、烧结、焦化、鼓、高炉、转炉、制冷轧热轧、电炉、生活和办公;
所述控制包括需量控制,功率因数考核,有功平衡控制和电压无功控制。
4.根据权利要求1所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述计算实验层具体用于,
获取电网模型,实时运行数据,历史断面数据,负荷预测数据,发电计划,检修计划和生产计划;
基于状态估计和调度员潮流计算,生成特定计算分析场景的研究断面;
根据计算任务,利用状态估计将实时运行数据和电网模型融合起来,通过在基态潮流计算,对电网进行全面感知,给出电网运行态势的辅助决策信息;
根据计划性信息,利用稳定限额越限分析和静态安全分析,对电网的扰动因素进行稳定性判断,并利用灵敏度分析,找出电源或负荷的调整方向,对计划进行修改完善。
5.根据权利要求1所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述管理与控制层具体用于,
将专家规则融入到综合运行驾驶舱中,按照确定的操控流程,通过任务导向的方式完成流程化控制任务;
根据事件触发或者人工启动,一系列顺序触发的控制任务形成了达到电网运行目标的流程。
6.根据权利要求5所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述综合运行驾驶舱通过运行操作引擎完成流程化控制任务;
所述运行操作引擎的实现需要数据层的专家规则库、管理数据库和实时数据库提供支撑,逻辑层的工作流转引擎、网络校验服务和评估分析服务提供信息传递和校核,表示层的维护定制、操作流程控制和操作票管理。
7.根据权利要求1所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述多元信息汇集是指将实际电网调度系统中的电网监控数据、电度数据、保护信息、视频监控和电网设备模型进行统一的管理;
所述场景识别是指根据电源,电网,负荷和控制不同环节,根据不同用户需求和事件驱动来选择电网数据和模型进行研究;
所述指标计算与统计分类是指纵向按照发电、输电、配电和用电,横向按照安全指标、优质指标、经济指标和环保指标4个维度进行指标计算和统计分类;
所述负荷端用电特性分析是指将整个企业的负荷,按照不同的类别进行划分,并对负荷特性指标进行分析,分析指标包括:日最大负荷,日最大负荷发生时间,日最小负荷,日最小负荷发生时间,日平均负荷,日负荷率,日最小负荷率,日峰谷差,日峰谷差率,日负荷温度相关度,夏日空调典型曲线,冬日供热典型曲线,月最大负荷,月最大负荷时间,月最小负荷,月最小负荷时间,月平均负荷,月负荷率,月不均衡系数,年平均月负荷率,季度最大负荷,季度最大负荷时间,季度最小负荷,季度最小负荷时间,季度平均负荷,年度最大负荷,年度最大负荷时间,年度最小负荷,年度最小负荷时间,年度平均负荷,年峰谷差,年平均峰谷差,年平均峰谷差率,年负荷率,最大负荷利用小时数,季不均衡系数,日负荷曲线,典型负荷曲线,月负荷曲线和年负荷曲线。
8.根据权利要求1所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述平行执行层具体用于采用多时间尺度协同优化进行统一协调控制,由超前优化调度、实时优化调度和协调优化控制构成;
所述超前优化调度为,建立包含电度电费、需量电费、功率因数调整电费、发电成本和对外售电的优化目标函数;以降低需量电费,调整月考核功率因数,降低企业的供电成本为目标进行优化调度;
所述实时优化调度为,生成系统负荷总加、发电计划、中枢母线电压的设定值,为协调优化控制中的负荷控制、自动发电控制、自动电压控制提供控制指令;
所述协调优化控制为,根据控制命令调节模拟发电机组电弧炉,以调节后功率值,进行潮流计算,统计电压和潮流的变化,并采用有功灵敏度计算变化功率对外购电联络线路、需量监测点、中枢电压的影响;通过实时监测电压变化来制定AVC的协调控制策略,同时考虑监视关口的有功功率变化,如果满足电压和关口有功约束条件,则直接输出控制命令,否则进行交替计算,直至满足收敛条件。
9.根据权利要求8所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,所述优化目标函数为:
其中,J为用电成本,Pkwh_p、Pkwh_f、Pkwh_v分别对应月电度电费的峰、平、谷电度量;fp、ff、fv为峰、平、谷电价,fextra为根据企业用电量来收取的附加费用;Ppdc为月最大需量值,fpdc为需量收费单价;Pfactor为月考核测点的功率因数,ffactor为功率因数补偿系数; 为月发电量,fg为每度电的发电成本;Psell为企业剩余上网售出的电量,fs为售电单价;wkwh、wpdc、wfactor、wg、ws分别为电度电费、基本电费、功率因数调整电费、发电成本、售电受益在目标函数中的加权系数。
10.根据权利要求8所述的一种企业电网调度知识决策分析系统,其特征在于,
利用超短期负荷预测对短期负荷预测的结果进行实时修正,并结合各类负荷的趋势分析,进行优化,生成最佳的负荷总加设定值;
根据机组当前的运行状态和负荷变化趋势,结合电网电压和频率的稳定性进行实时校核,将满足要求的计划定值,作为发电计划设定值;
中枢母线电压的设定值根据无功优化的结果,在一定范围内调整得到。

说明书全文

一种企业电网调度知识决策分析系统

技术领域

[0001] 本发明属于电网调度智能控制技术领域,特别涉及一种企业电网调度知识决策分析系统。

背景技术

[0002] 随着电市场改革的不断推进,以及智能电网背景下电力二次一体化、需求响应等相关研究的进展,大工业用户结合自身生产特点及电网侧的调控要求,积极挖掘自身潜力,利用现有的电网优化调度技术,提升企业内部电网的可控能力和灵活性。根据企业电力智能调度的要求,基于电力二次一体化数据平台,实现了多种电力调度数据和信息的融合,并开发了满足电力集中采集、实时监控、调度优化的应用分析软件,实现了二次系统的专业融合和全网信息的综合共享,为实现智能调度打了基础;通过电力需量控制系统的研究和应用,积极参与电力需求侧响应,结合两部制电价的收费细则,开发了电力需量优化调度、电力需量决策分析和现场实时控制的应用软件,提高钢铁企业电网的优化调度和实时控制平,降本增效;从实时控制的度出发,建立供电网络模型,采用了厂级控制的方法对企业电网的控制问题进行分析,构建了综合优化协调控制系统,在超前优化调度环节实现了对电网潮流变化趋势的分析,在协调优化控制环节,很好地解决了自动发电控制、电力需量控制和自动电压控制之间的关系,实现了协调优化控制;着眼于企业电网的稳态协同控制,对电网脱离大电网后的孤立运行,进行了详细分析,并通过控制系统之间的协同运行,强化稳态控制的作用,避免出现大的负荷冲击;结合知识自动化的数据驱动理念,通过驾驶舱技术构建了运行KPI引擎、决策分析引擎、运行操作引擎三大驱动引擎,将数据、计算、优化、流程有机结合起来,实现“前端监控”与“后端优化”的实时互动。以上研究和应用均关注企业电网的调度运行,取得了一定的应用效果。但是,电网调度是一个整体,电源、电网、负荷三者间具有高度的耦合性,如何有效利用源源互动、源网协调、网荷互动和源荷互动的内在动力,建立有效的“源-网-荷”柔性互动机制,提高电网运行的灵活性和可靠性,是应对未来电网能源结构变革的重要手段。
[0003] 钢铁企业的电网调度需要融入新的理念和控制方法进行系统性的设计和应用功能研究,在实际生产过程中对相关策略和控制方法的验证,充分利用现场的电网实时监控、优化调度和培训仿真等技术手段。平行系统是指由某一个自然的现实系统和对应的一个或多个虚拟或理想的人工系统所组成的共同系统。从复杂系统的实际需求出发,将人工智能方法与控制理论相结合,提出了由人工系统(Artificial Systems)、计算实验(Computational Experiments)、平行执行(Parallel Execution)为主要过程的方法和理论体系(ACP),为复杂系统的建模、分析、控制和管理提供了理论体系,并在交通、电力、石化等复杂系统的研究中得到了初步应用。
[0004] 平行系统理论可为企业电网调度的运行和控制提供一个新的研究方向,通过建立人工电力系统,对先进的控制策略和方法进行实验评估,建立有效的反馈机制,探索一条建立智能化、知识型调度决策系统的新路径。将平行系统的方法、理念、主要过程和实现方法,与钢铁企业电网在协调优化、需求响应、运行管理等方面的需求相结合,构建企业电网调度的平行系统,为建立电网调度知识决策的体系架构打下基础,进而借助平行控制中的计算实验过程对调度系统的“源-网-荷-储”资源进行管控,并通过有效的手段对电网运行状态进行评估和分析,最后通过平行执行实施控制、管理与运营。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种企业电网调度知识决策分析系统,结合企业本身的供电特点,并根据其供电调度运行和管理要求,根据实际的电网调度系统,建立人工电网调度系统,并充分利用平行控制与管理方法中的计算实验、平行执行、管理与控制三大要素,为建立知识型调度决策系统打下基础。
[0006] 为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
[0007] 一种企业电网调度知识决策分析系统,包括:实际电网调度系统,人工电网调度系统,计算实验层,管理与控制层和平行执行层;
[0008] 所述实际电网调度系统用于电网采集与监控、电网优化调度、电能量计量及调度管理;
[0009] 所述人工电网调度系统按照电源,电网,负荷和控制4个维度进行建立,对电网设备进行重新组织和分类;
[0010] 所述计算实验层用于进行数据与模型准备,生成电网计算分析场景,进行实验评估分析和反馈校正;
[0011] 所述管理与控制层配置综合运行驾驶舱,用于完成流程化控制任务实现电网运行目标;以及用于进行多元信息汇集,场景识别,指标计算与统计分类,以及进行负荷端用电特性分析;
[0012] 所述平行执行层用于对自动发电控制子系统,自动电压控制子系统,电力需量控制子系统和负荷管理控制子系统进行统一协调控制,进行知识决策分析并将结果提供给调度人员。
[0013] 进一步的,所述实际电网调度系统由上至下分别为:硬件平台层,操作系统层,统一应用支撑平台和智能电力调度系统;
[0014] 所述统一应用支撑平台用于进行网络通信,数据库管理,图形服务,计算服务,历史服务,人机界面和系统管理;
[0015] 所述智能电力调度系统用于进行电网现场数据的集中采集,电网设备建模和网络拓扑,电网分析,电网监控,综合智能调度,保护故障信息管理,系统优化与控制,电能量计量信息管理,调度管理和稳定控制信息管理。
[0016] 进一步的,所述人工电网调度系统中,
[0017] 所述电网包括自备电厂,燃气蒸汽联合发电机组,干熄焦余热发电装置,高炉气余压透平发电装置和分布式新能源;
[0018] 所述电网包含不同电压等级的供配电网络;
[0019] 所述负荷包括球团、烧结、焦化、鼓、高炉、转炉、制冷轧热轧、电炉、生活和办公;
[0020] 所述控制包括需量控制,功率因数考核,有功平衡控制和电压无功控制。
[0021] 进一步的,所述计算实验层具体用于,
[0022] 获取电网模型,实时运行数据,历史断面数据,负荷预测数据,发电计划,检修计划和生产计划;
[0023] 基于状态估计和调度员潮流计算,生成特定计算分析场景的研究断面;
[0024] 根据计算任务,利用状态估计将实时运行数据和电网模型融合起来,通过在基态潮流计算,对电网进行全面感知,给出电网运行态势的辅助决策信息;
[0025] 根据计划性信息,利用稳定限额越限分析和静态安全分析,对电网的扰动因素进行稳定性判断,并利用灵敏度分析,找出电源或负荷的调整方向,对计划进行修改完善。
[0026] 进一步的,所述管理与控制层具体用于,
[0027] 将专家规则融入到综合运行驾驶舱中,按照确定的操控流程,通过任务导向的方式完成流程化控制任务;
[0028] 根据事件触发或者人工启动,一系列顺序触发的控制任务形成了达到电网运行目标的流程。
[0029] 进一步的,所述综合运行驾驶舱通过运行操作引擎完成流程化控制任务;
[0030] 所述运行操作引擎的实现需要数据层的专家规则库、管理数据库和实时数据库提供支撑,逻辑层的工作流转引擎、网络校验服务和评估分析服务提供信息传递和校核,表示层的维护定制、操作流程控制和操作票管理。
[0031] 进一步的,所述多元信息汇集是指将实际电网调度系统中的电网监控数据、电度数据、保护信息、视频监控和电网设备模型进行统一的管理;
[0032] 所述场景识别是指根据电源,电网,负荷和控制不同环节,根据不同用户需求和事件驱动来选择电网数据和模型进行研究;
[0033] 所述指标计算与统计分类是指纵向按照发电、输电、配电和用电,横向按照安全指标、优质指标、经济指标和环保指标4个维度进行指标计算和统计分类;
[0034] 所述负荷端用电特性分析是指将整个企业的负荷,按照不同的类别进行划分,并对负荷特性指标进行分析,分析指标包括:日最大负荷,日最大负荷发生时间,日最小负荷,日最小负荷发生时间,日平均负荷,日负荷率,日最小负荷率,日峰谷差,日峰谷差率,日负荷温度相关度,夏日空调典型曲线,冬日供热典型曲线,月最大负荷,月最大负荷时间,月最小负荷,月最小负荷时间,月平均负荷,月负荷率,月不均衡系数,年平均月负荷率,季度最大负荷,季度最大负荷时间,季度最小负荷,季度最小负荷时间,季度平均负荷,年度最大负荷,年度最大负荷时间,年度最小负荷,年度最小负荷时间,年度平均负荷,年峰谷差,年平均峰谷差,年平均峰谷差率,年负荷率,最大负荷利用小时数,季不均衡系数,日负荷曲线,典型负荷曲线,月负荷曲线和年负荷曲线。
[0035] 进一步的,所述平行执行层具体用于采用多时间尺度协同优化进行统一协调控制,由超前优化调度、实时优化调度和协调优化控制构成;
[0036] 所述超前优化调度为,建立包含电度电费、需量电费、功率因数调整电费、发电成本和对外售电的优化目标函数;以降低需量电费,调整月考核功率因数,降低企业的供电成本为目标进行优化调度;
[0037] 所述实时优化调度为,生成系统负荷总加、发电计划、中枢母线电压的设定值,为协调优化控制中的负荷控制、自动发电控制、自动电压控制提供控制指令;
[0038] 所述协调优化控制为,根据控制命令调节模拟发电机组电弧炉,以调节后功率值,进行潮流计算,统计电压和潮流的变化,并采用有功灵敏度计算变化功率对外购电联络线路、需量监测点、中枢电压的影响;通过实时监测电压变化来制定AVC的协调控制策略,同时考虑监视关口的有功功率变化,如果满足电压和关口有功约束条件,则直接输出控制命令,否则进行交替计算,直至满足收敛条件。
[0039] 进一步的,所述优化目标函数为:
[0040] J=(Pkwh_pfp+Pkwh_fff+Pkwh_vfv+(Pkwh_p+Pkwh_f+Pkwh_v)fextra)wkwh[0041] +Ppdcfpdcwpdc+(0.9-Pfactor)ffactorwfactor+Pkwhgfgwg-Psellfsws
[0042] 其中,J为用电成本,Pkwh_p、Pkwh_f、Pkwh_v分别对应月电度电费的峰、平、谷电度量;fp、ff、fv为峰、平、谷电价,fextra为根据企业用电量来收取的附加费用;Ppdc为月最大需量值,fpdc为需量收费单价;Pfactor为月考核测点的功率因数,ffactor为功率因数补偿系数; 为月发电量,fg为每度电的发电成本;Psell为企业剩余上网售出的电量,fs为售电单价;wkwh、wpdc、wfactor、wg、ws分别为电度电费、基本电费、功率因数调整电费、发电成本、售电受益在目标函数中的加权系数。
[0043] 进一步的,
[0044] 利用超短期负荷预测对短期负荷预测的结果进行实时修正,并结合各类负荷的趋势分析,进行优化,生成最佳的负荷总加设定值;
[0045] 根据机组当前的运行状态和负荷变化趋势,结合电网电压和频率的稳定性进行实时校核,将满足要求的计划定值,作为发电计划设定值;
[0046] 中枢母线电压的设定值根据无功优化的结果,在一定范围内调整得到。
[0047] 本发明根据钢铁企业的生产需求和电网调度运行要求,充分利用原来系统的软硬件资源,采用人工系统、计算实验、平行执行的平行控制和管理方法,构建了包括实际电网调度系统、人工电网调度系统、计算实验层、管理与控制、平行执行层的电网调度知识决策系统;按照“源-网-荷-控”4个环节建立人工电网调度系统,以电力高级应用完成对人工系统的计算和实验;在管理与控制中以综合运行驾驶舱技术为核心,综合平行执行层的多时间协同优化,驱动整个系统的运行。附图说明
[0048] 图1为平行系统的组成与执行过程示意图;
[0049] 图2为本发明提供的电网调度知识决策分析系统架构图;
[0050] 图3为本发明中运行操作引擎的实现过程;
[0051] 图4为智能指挥平台与本发明的电网调度知识决策分析系统之间的命令执行流程图

具体实施方式

[0052] 下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0053] 图1是平行系统的组成和执行过程。平行系统是指由某一个自然的现实系统和对应的一个或多个虚拟或理想的人工系统所组成的共同系统。从复杂系统的实际需求出发,将人工智能方法与控制理论相结合,提出了由人工系统(Artificial Systems)、计算实验(Computational Experiments)、平行执行(Parallel Execution)为主要过程的方法和理论体系(ACP),为复杂系统的建模、分析、控制和管理提供了理论体系。
[0054] 平行系统理论为企业电网调度的运行和控制提供一个新的研究方向,通过建立人工电力系统,对先进的控制策略和方法进行实验评估,建立有效的反馈机制,探索一条建立智能化、知识型调度决策系统的新路径。将平行系统的方法、理念、主要过程和实现方法,与钢铁企业电网在协调优化、需求响应、运行管理等方面的需求相结合,构建企业电网调度的平行系统,为建立电网调度知识决策的体系架构打下基础,进而借助平行控制中的计算实验过程对调度系统的“源-网-荷-储”资源进行管控,并通过有效的手段对电网运行状态进行评估和分析,最后通过平行执行实施控制、管理与运营。
[0055] 在ACP方法中定义了使用平行系统解决实际系统问题的具体步骤:首先需要建立与实际系统“等价”的人工系统;其次,在人工系统中利用计算实验对所研究复杂问题进行分析与评估;第三步,通过实际系统与人工系统的相互作用,完成对实际系统的管理与控制,并对相关行为和决策的进行实验与评估,以及对有关人员和系统进行学习和培训,完成对各自未来的状况的“借鉴”和“预估”,相应地调节各自的管理和控制方式,达到实施有效解决方案以及学习和培训的目的。平行系统的主要由人工系统、计算实验和平行执行3部分组成。主要过程如下:
[0056] (1)学习与培训。人工系统主要是被用来作为一个学习和培训管理及控制复杂系统的中心,通过将实际与人工系统的适当连接组合,可以使管理和控制实际复杂系统的有关人员迅速地掌握复杂系统的各种状况以及应对扰动的响应办法,在条件允许的情况下,以与实际的管理与控制方法来运行人工系统,以期获得更佳的真实效果。
[0057] (2)实验和评估。人工系统主要被用来进行计算实验,分析了解各种不同的复杂系统的行为和反应,并对不同的解决方案的效果进行评估,作为选择和支持管理与控制决策的依据。
[0058] (3)管理与控制。人工系统试图尽可能地模拟实际系统,对其行为进行预估,从而为寻找对实际系统有效的解决方案,并为当前方案的改进提高提供依据;通过建立实际系统与人工系统评估反馈机制,对人工系统的评估方式或参数进行修正,并对试验与分析的规则和参数进行优化。
[0059] 平行系统的干扰源既可以来源于实际系统的外界扰动,也可以来自于假想故障和实验,最终的作用结果都会通过反馈机制传送到控制与管理器,进行进一步的管理与控制、实验与分析、学习与训练,直到获得满意的执行结果。
[0060] 图2是根据平行控制与管理方法构建的电网调度知识决策系统架构图,钢铁企业电网调度平行系统的构建,结合了企业本身的供电和生产特点,并根据其供电调度运行和管理要求,根据实际的电网调度系统,建立人工电网调度系统,并充分利用ACP方法中的计算实验、平行执行、管理与控制三大要素,为建立知识型调度决策系统打下基础。基于ACP方法的电网调度知识决策系统包括5个主要部分,分别为实际电网调度系统、人工电网调度系统、计算实验层、管理与控制层和平行执行层。
[0061] 以实际电网调度系统的系统架构和特征为基础,按照“源-网-荷-控”4个环节建立人工电网调度系统,以电力高级应用来完成对人工系统的计算和实验;在管理与控制层中以综合运行驾驶舱技术为核心,结合平行执行层的多时间尺度协同优化,驱动整个系统的运行,为调度人员提供有效的知识决策信息,提高电网调度效率。
[0062] (1)实际电网调度系统:钢铁企业电网调度系统采用电力二次一体化平台,系统由上至下分别为:硬件平台层、操作系统层、统一应用支撑平台和智能电力调度系统。统一应用支撑平台具备网络通信、数据库管理、图形服务、计算服务、历史服务、人机界面、系统管理等功能;智能电力调度系统包括电网现场数据(电网监控数据、电度数据、保护信息和视频监控)的集中采集、电网设备建模和网络拓扑、电网分析、电网监控、综合智能调度、保护故障信息管理、系统优化与控制、电能量计量信息管理、调度管理和稳定控制信息管理等功能。
[0063] (2)人工电网调度系统:建立人工电网调度系统,要结合钢铁企业的生产流程,选定合理的构建方法,以满足运行操作和智能化调度的需求。电网中的一二次设备(发电机、线路、母线、开关变压器、负荷)、人员操控方式、自动控制系统、电网的上下级管理等都是人工构件。人工电网调度系统按照电源、电网、负荷、控制(“源-网-荷-控”)4个维度进行建立,对电网的设备进行了重新的组织和分类。电源包括自备电厂、燃气蒸汽联合发电机组(CCPP)、干熄焦余热发电装置(CDQ)、高炉煤气余压透平发电装置(TRT)、以及分布式新能源(风力发电、光伏发电电池储能);电网包含了不同电压等级的供配电网络,高压和低压的控制要求也很大区别;负荷按照工序用电来划分包括球团、烧结、焦化、鼓风、高炉、转炉、制氧、冷轧、热轧、电炉、生活和办公等;控制部分主要关注在关口需量控制、功率因数考核、有功平衡控制和电压无功控制。
[0064] 实际电网调度系统与人工电网调度系统之间通过管理与控制层进行信息交互,主要体现在:
[0065] 1)人工电网调度系统根据“源-网-荷-控”的具体实现目标,建立电网调度的KPI指标体系,并通过不断的计算和统计分析,优化指标体系的考核标准;
[0066] 2)实际电网调度系统为人工电网调度系统提供数据、模型和技术分析手段,通过管理与控制层将负荷端用能特性分析结果发送给人工电网调度系统,为工序负荷分析提供数据基础。
[0067] (3)计算实验层:计算实验层充分利用电力高级应用中调度员潮流、灵敏度计算、短路电流计算、静态安全分析等成熟的应用功能,为电网的调度操作、事故处理,提供智能化的有效的分析手段,达到实验评估的目的。具体的实现过程包括数据与模型准备、生成电网计算分析场景、实验评估分析和反馈校正4个环节。
[0068] a)数据与模型准备:电网模型、实时运行数据是构建电网运行的基础,同时还需要历史断面数据、负荷预测数据、发电计划、检修计划和生产计划。
[0069] b)电网计算分析场景生成:在获取到各种数据后,利用状态估计和调度员潮流计算,生成特定计算场景的研究断面,以此作为实验评估分析的基础。
[0070] c)实验评估分析:根据计算任务,利用状态估计将数据和模型融合起来,通过在基态潮流计算,对电网进行全面感知,给出电网运行态势的辅助决策信息。
[0071] d)反馈校正:输入计划性信息(发电计划、检修计划),利用稳定限额越限分析和静态安全分析,对电网的扰动因素进行稳定性判断,并利用灵敏度分析,找出电源或负荷的调整方向,以此对计划进行修改完善。
[0072] 计算实验层将通过调度员潮流计算、灵敏度计算、短路电流计算、静态安全分析对电网运行的安全稳定裕度进行评估,并结合计划性信息进行抗扰动实验,找出优化的裕度和方向,并将平行执行层的优化目标和约束的计算分析结果发送给平行执行层。
[0073] (4)管理与控制层:管理与控制层是平行系统的中枢,它是连接实际电网调度系统和人工电网调度系统的桥梁。以综合运行驾驶舱为核心,通过多元信息汇集、场景识别、指标计算与统计分类,实现负荷端用电特性分析。
[0074] 多元信息汇集是指将实际电网调度系统中的电网监控数据、电度数据、保护信息、视频监控、电网设备模型进行统一的管理。
[0075] 场景识别是根据“源-网-荷-控”不同环节,不同用户需求和事件驱动来选择合适的数据集合和模型作为研究的支撑。
[0076] 指标计算与统计纵向按照发电、输电、配电、用电4个环节,横向按照安全指标、优质指标、经济指标和环保指标4个维度进行指标计算和统计分类,具体如下表1所示。
[0077] 表1指标计算
[0078]
[0079] 负荷端用电特性分析是指将整个企业的负荷,按照不同的类别进行划分,并对其负荷特性指标进行分析,分析指标如下表2所示。
[0080] 表2负荷端用电特性分析指标
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087] 同时,将专家规则融入到综合运行驾驶舱中,遵循电网控制运行经验,按照确定的操控流程,如正常计划执行类、异常处置类等操控任务,通过任务导向的方式完成流程化控制任务。
[0088] 根据事件触发或者人工启动,一系列顺序触发的任务形成了达到电网运行目标的流程。
[0089] 具体任务根据调度员对其下级值班调度员或调度管辖厂站值班员发布的有关运行和操作指令;调度员根据操作内容定义的操作任务、要求、操作对象的起始到终结过程中的所有操作步骤、操作顺序、操作设备以及对相应设备状态的确认。
[0090] 根据触发流程执行的控制事件,提供画面引导用户逐步实现任务;日常工作任务以及决策分析引擎生成的各种异常处理操作任务,提供操作界面,并发送操作命令,监测任务过程和相关KPI,形成任务完成结论并生成相关事件记录。
[0091] (5)平行执行层:在平行执行层采用了多时间尺度协同优化的方法,充分考虑经济性指标,解决自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、电力需量控制(PDC)和负荷管理控制(LMC)不同控制子系统之间缺乏联系和信息交互,控制目标不统一,容易发生过度控制或反复调节的问题,在不同时间维度上进行统一协调,实现钢铁企业电网的有功与无功的协调控制。平行执行层的超前优化调度根据生产作业计划、工序检修计划、特殊工序趋势分析结果,结合钢铁企业各种工序的用电特点,采用多种预测算法生成用电总加预测曲线和各个分厂或工序的关口负荷预测结果;实时优化调度生成系统负荷总加、发电计划、中枢母线电压的设定值,为协调优化控制中的负荷控制、自动发电控制、自动电压控制提供可靠的控制指令。多时间尺度协同优化主要由超前优化调度、实时优化调度和协调优化控制构成。
[0092] a)超前优化调度:电网态势感知过程分为态势要素数据归集、实时态势识别和未来态势预测3个阶段,旨在更好地对电网进行决策分析,为电网的精确闭环控制提供依据。建立包含电度电费、需量电费、功率因数调整电费、发电成本和对外售电的优化目标函数,[0093] J=(Pkwh_pfp+Pkwh_fff+Pkwh_vfv+(Pkwh_p+Pkwh_f+Pkwh_v)fextra)wkwh[0094] +Ppdcfpdcwpdc+(0.9-Pfactor)ffactorwfactor+Pkwhgfgwg-Psellfsws
[0095] 其中:Pkwh_p、Pkwh_f、Pkwh_v分别对应月电度电费的峰、平、谷电度量;fp、ff、fv为峰、平、谷电价,fextra为根据企业用电量来收取的附加费用;Ppdc为月最大需量值,fpdc为需量收费单价;Pfactor为月考核测点的功率因数,ffactor为功率因数补偿系数; 为月发电量,fg为每度电的发电成本;Psell为企业剩余上网售出的电量,fs为售电单价;wkwh、wpdc、wfactor、wg、ws分别为电度电费、基本电费、功率因数调整电费、发电成本、售电受益在目标函数中的加权系数。
[0096] 电度电费一方面与月用电总量有关系,另一方面由于分时电价的存在,调整不同时段的用电量也可以降低用电成本,因此需要通过峰平谷经济性评估模来修正发电计划,减少峰时段的购电量;对于钢铁企业自备电厂的机组一般都为煤气掺烧机组,因此降低发电成本最直接的手段就是合理利用煤气资源,减少煤气放散损失,提高煤气的掺烧比例。因此,协调优化控制的目标为降低需量电费,合理调整月考核功率因数,降低企业的供电成本。
[0097] b)实时优化调度:生成系统负荷总加、发电计划、中枢母线电压的设定值,为协调优化控制中的负荷控制、自动发电控制、自动电压控制提供可靠的控制指令;利用超短期负荷预测对短期负荷预测的结果进行实时修正,并结合各类负荷的趋势分析,对其进行优化,生成最佳的负荷总加设定值;发电计划的设定值,需要根据机组当前的运行状态和负荷变化趋势,并结合电网电压和频率的稳定性进行实时校核,将满足要求的计划定值,发送给下一级的控制系统;中枢母线电压的设定值,根据无功优化的结果,在一定范围内做小幅度的调整。
[0098] c)协调优化控制:模拟发电机组和电弧炉已经根据控制命令调节完成,以调节后功率值,进行潮流计算,统计电压和潮流的变化,并采用有功灵敏度计算变化功率对外购电联络线路、需量监测点、中枢电压的影响;通过实时监测电压变化来制定AVC的协调控制策略,同时考虑监视关口的有功功率变化,如果满足电压和关口有功约束条件,则直接输出控制命令,否则进行交替计算,直至满足收敛条件。
[0099] 图3给出了运行操作引擎的实现过程,运行操作引擎是综合运行驾驶舱的引擎之一,其遵循电网控制运行经验,按照确定的操控流程,如正常计划执行类、异常处置类等操控任务,通过任务导向的方式完成流程化控制任务;根据事件触发或者人工启动,一系列顺序触发的任务形成了达到电网运行目标的流程。根据触发流程执行的控制事件,提供画面逐步引导用户逐步实现任务;日常工作任务以及决策分析引擎生成的各种异常处理操作任务,提供操作界面,并发送操作命令,监测任务过程和相关KPI,形成任务完成结论并生成相关事件记录。
[0100] 运行操作引擎的实现需要数据层的专家规则库、管理数据库和实时数据库提供支撑,逻辑层的工作流转引擎、网络校验服务和评估分析服务提供信息传递和校核,表示层的维护定制、操作流程控制和操作票管理功能,与调度员进行实时交互,为调度员提供方便的操控场景。
[0101] 在数据层专家规则库包含操作规则和防误规则库,管理数据库包含工作流数据,表单数据,权限数据和操作票记录,实时数据库包含电网拓扑库和实时数据。
[0102] 在逻辑层设计了工作流转引擎模块、网络校验服务和评估分析服务,为表示层的具体操作提供安全保证。
[0103] 在表示层提供维护定制、操作流程控制和操作票管理功能,方便维护人员通过专用工具进行专家规划、工作流、表单样本和权限的定制和配置,并实现操作流程控制、操作票管理等功能;调度人员在实时监控系统中通过图形系统进行操作和控制,运行操作引擎会自动对重要操作进行校核。
[0104] 智能指挥平台与电网调度知识决策系统之间的命令交互通过自动指挥机器人实现,参见图4包括:
[0105] (1)信息和命令交互:智能指挥平台与电网调度知识决策系统进行命令交互,由总值监护确定是否下发命令。
[0106] (2)网络校验服务:经过网络校验服务、状态评估分析校验,与电网监控系统实时进行互动,数据准确、实时性强、响应速度快。
[0107] (3)程序化控制:将程序化控制与下令(网络发令)的深度融合,能够适应具备运方操作条件的设备,还能适应不具备远方操作条件的设备的程序化下令,对调度员来说,都是无需人工干预,将调度从机械的操作中释放出来。
[0108] (4)安全校核:在操作规则库和防误规则库中,对不具备远方操作条件的设备增加了状态、五防、潮流安全校核,大大提高操控的安全性。
[0109] 综上,本发明提供一种企业电网调度知识决策系统,其建立在企业电力调度集控系统之上,充分利用原来系统的软硬件资源,采用人工系统、计算实验、平行执行的平行控制和管理方法,构建了包括实际电网调度系统、人工电网调度系统、计算实验层、管理与控制、平行执行层的电网调度知识决策系统;按照“源-网-荷-控”4个环节建立人工电网调度系统,以电力高级应用完成对人工系统的计算和实验;在管理与控制中以综合运行驾驶舱技术为核心,综合平行执行层的多时间协同优化,驱动整个系统的运行,为调度人员提供有效的知识决策信息,提高电网调度效率。
[0110] 本发明涉及的名词定义如下:
[0111] 平行控制与管理:从复杂系统的实际需求出发,将人工智能方法与控制理论相结合,提出了由人工系统(Artificial Systems)、计算实验(Computational Experiments)、平行执行(Parallel Execution)为主要过程的方法和理论体系(ACP),为复杂系统的建模、分析、控制和管理提供了理论体系。
[0112] 状态估计:状态估计是调度自动化系统高级应用的一个基础功能模块,可根据SCADA实时遥信遥测数据进行分析计算,得到一个相对准确并且完整的运行方式,它能够计算出所有发电机出力、母线电压和所有负荷大小。同时对SCADA遥信遥测进行校验,提出可能不正常的遥测点,并将计算结果及量测质量标志返送给SCADA。状态估计的计算结果可以被其他应用软件作为实时方式使用,对电网做进一步的分析。
[0113] 短期负荷预测:分为日前系统负荷预测和日内系统负荷预测,日前系统负荷预测是指对次日至未来多日每时段系统负荷的预测,预测内容为被预测日的96点(00:15-24:00,每15分钟一个点)系统负荷。日内系统负荷预测是指对未来1小时至未来多时段系统负荷的预测(每15分钟一个点)。
[0114] 静态安全分析:主要研究预先设定的电力元件如:线路、变压器、发电机、负荷、母线和开关等故障及它们的组合故障情况下对电网安全运行产生的影响。比如对于线路N-1分析是假设某条线路发生故障,该线路开断后,利用因子表修正或者全潮流计算方式进行计算,判断该线路开断后系统是否会发生解列、是否会造成设备越限、断面越限,是否会丢失发电机、负荷以及丢失数目等。静态安全分析模块主要用于判断系统对故障所承受的风险度,提供预想故障下的过负荷支路、电压异常节点和无功越限的发电机及越限程度,为运行人员维护电力系统安全可靠运行提供充分有力的依据。
[0115] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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