吳剛

（四川省電力公司綿陽電業(yè)局，四川 綿陽 621000）

概述

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是電力調(diào)度中心進(jìn)行電力調(diào)度的核心技術(shù)支持系統(tǒng)。為適應(yīng)電網(wǎng)以及調(diào)度自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)景發(fā)展的需要，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行和管理必須由經(jīng)驗(yàn)型調(diào)度上升至科學(xué)的分析型調(diào)度，來提高電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，大幅度減輕調(diào)度員的工作強(qiáng)度，進(jìn)一步提高調(diào)度員的調(diào)度能力和素質(zhì)，更好的為電網(wǎng)的商業(yè)化運(yùn)行和營銷服務(wù)。因此，必須研究增加能量管理系統(tǒng)（EMS）高級應(yīng)用軟件，建設(shè)新的局調(diào)度自動化系統(tǒng)。

1.設(shè)計原則

設(shè)計應(yīng)遵循電網(wǎng)現(xiàn)有調(diào)度管理體制原則，要求新SCADA/EMS系統(tǒng)結(jié)合地區(qū)實(shí)際需求配置具有針對性的高級應(yīng)用軟件，促進(jìn)電網(wǎng)調(diào)度水平由經(jīng)驗(yàn)型提升到分析型，并為向智能型調(diào)度發(fā)展奠定基礎(chǔ)，提供技術(shù)手段。

在SCADA的基礎(chǔ)上，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)情況增加相應(yīng)的高級應(yīng)用功能。具體的SCADA/EMS系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能模塊如下圖：

2.EMS高級應(yīng)用功能

2.1.網(wǎng)絡(luò)建模及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.1.1.網(wǎng)絡(luò)建模。圖模一體化的核心思想是利用圖形來生成設(shè)備模型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得圖形和數(shù)據(jù)庫模型一一對應(yīng)，降低系統(tǒng)維護(hù)難度,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化維護(hù)。圖模一體化技術(shù)的應(yīng)用，使得圖形系統(tǒng)已不僅僅是一個可視化表達(dá)的支撐系統(tǒng)，更是一個系統(tǒng)建模的工具。

網(wǎng)絡(luò)建模軟件應(yīng)滿足以下功能要求：

①可以利用系統(tǒng)提供的圖模庫一體化建模工具，方便地繪圖、建模、建庫，保證圖模庫三者的同步性和一致性。②具備邊界線路和終端變壓器自動等值功能。③元件參數(shù)應(yīng)包括能支持靜態(tài)分析的元件參數(shù)和支路動態(tài)分析的元件參數(shù)。④提供電壓模型應(yīng)能定義各等級電壓，能表示電壓的有名值和標(biāo)么值、額定值和實(shí)際值等。⑤自動建立與SCADA數(shù)據(jù)庫中量測量的映射關(guān)系，以及與其它相關(guān)數(shù)據(jù)庫的映射關(guān)系。

2.1.2.拓?fù)浞治觥＞W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫请娋W(wǎng)狀態(tài)估計的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ?，可處理任意接線方式的廠站，根據(jù)電力系統(tǒng)中開關(guān)/刀閘的開/合狀態(tài)來確定電氣連通關(guān)系，確定拓?fù)鋶u。用于狀態(tài)估計、潮流計算、安全分析、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、調(diào)度員模擬培訓(xùn)等功能。

功能要求：。①網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)分析軟件的公共模塊，既可以作為一個獨(dú)立應(yīng)用，也可以作為子進(jìn)程用于其它各應(yīng)用中，既可以用于實(shí)時態(tài)，也可以用于研究態(tài)和"規(guī)劃態(tài)"。②在實(shí)時態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢杂檬录樱ㄩ_關(guān)、刀閘變位等）。③完善的邏輯分析能力，對開關(guān)的任意狀態(tài)能形成正確的母線模型。④可以分析處理電氣島（子系統(tǒng)）情況，并確定死島、活島狀態(tài)。⑤確定網(wǎng)絡(luò)中各元件帶電、停電、接地及屬于哪一電氣島等狀態(tài)。⑥拓?fù)浣＿^程中具備齊全的拓?fù)錂z錯功能，比如設(shè)備空掛等錯誤。

2.2.實(shí)時狀態(tài)估計。實(shí)時狀態(tài)估計基于SCADA系統(tǒng)采集的實(shí)時遙測和遙信信息，自動生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并采用最優(yōu)估計原理，并剔除錯誤的數(shù)據(jù)，補(bǔ)齊由于各種原因采集不到的數(shù)據(jù)，給出估計結(jié)果的合理性分析，以便于運(yùn)行人員分析、判斷，及時、準(zhǔn)確地掌握電網(wǎng)的運(yùn)行工況，并做出相應(yīng)的處理。

功能要求：2.2.1可進(jìn)行可觀測性分析，確定網(wǎng)絡(luò)中可觀測部分和不可觀測部分，指出系統(tǒng)最大的可觀測島，并確定把網(wǎng)絡(luò)變成可觀測所要增加的偽量測量。

2.2.2 指出量測系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，指出關(guān)鍵量測及其位置。

2.2.3 對狀態(tài)估計結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、分析，包括結(jié)果越限檢查、量測誤差分析等功能。

2.2.4 可進(jìn)行多島（可觀測的活島）估計，并輸出各島計算的綜合結(jié)果。

2.2.5 可處理偽量測，以改善求解數(shù)值的穩(wěn)定性。偽量測量可由操作員定義，可以人工地將異常量測P或Q單獨(dú)地從當(dāng)前可用量測集中移出。

2.3.調(diào)度員潮流

調(diào)度員潮流是進(jìn)行在線安全分析和優(yōu)化計算的基礎(chǔ)，可以分析當(dāng)前狀態(tài)，也可以分未來和歷史情況。潮流計算向故障分析、最優(yōu)潮流、短路電流計算、自動電壓控制、暫態(tài)穩(wěn)定分析和調(diào)度員模擬培訓(xùn)系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供假想運(yùn)行方式。

功能要求：

2.3.1 能方便靈活地進(jìn)行潮流計算地數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

2.3.2 提供方便的手段修改潮流數(shù)據(jù)。

2.3.3 進(jìn)行網(wǎng)損計算。

2.3.4 可調(diào)用母線負(fù)荷預(yù)報程序生成母線負(fù)荷預(yù)報值。

2.3.5 潮流計算收斂性診斷。

2.4.負(fù)荷預(yù)報

系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測功能，是根據(jù)歷史的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用動態(tài)自回歸模型，時間序列模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等理論預(yù)報未來的系統(tǒng)負(fù)荷，同時對溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、降雨量等氣象因素對負(fù)荷的影響情況，以及節(jié)假日、休息日的負(fù)荷變化情況加以考慮。按照歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，考慮其它因素影響，進(jìn)行中長期（一年、一月）、短期（一周、一天）、以及超短周期（每小時、或每15分鐘，用戶可定義）系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)報。

功能要求：

①預(yù)報可按全系統(tǒng)或按區(qū)域進(jìn)行。②時間框架可自定義、不是等間隔。③按地理區(qū)域預(yù)報。④按負(fù)荷類型預(yù)報。⑤節(jié)假日可以定義。⑥系統(tǒng)可將負(fù)荷預(yù)報上報省中調(diào)。

2.5.靜態(tài)安全分析

靜態(tài)安全分析也稱為預(yù)想故障分析，即根據(jù)電網(wǎng)中可能發(fā)生的故障，自動判斷電網(wǎng)是否處于安全運(yùn)行狀態(tài)，為運(yùn)行調(diào)度人員維護(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供依據(jù)，安全分析可以在實(shí)時和研究模式下運(yùn)行。

功能要求：①對線路，變壓器和發(fā)電機(jī)逐個進(jìn)行開斷掃描，分析當(dāng)前電網(wǎng)是否在N-1原則下安全運(yùn)行，對可能出現(xiàn)的故障按故障嚴(yán)重程度排序，給出可能破壞安全運(yùn)行的故障。②在故障集中可定義不同的故障類型組，如母線故障、線路故障等，分組對不同類型的故障進(jìn)行分析和排隊(duì)；③靜態(tài)安全分析可對各種運(yùn)行方式進(jìn)行，可對歷史數(shù)據(jù)斷面、當(dāng)前數(shù)據(jù)斷面和預(yù)想數(shù)據(jù)斷面進(jìn)行故障分析；④給出每個故障開斷可能引起的過負(fù)荷或電壓越界數(shù)目以及越界元件，指出薄弱環(huán)節(jié)。

2.6.電壓無功優(yōu)化

無功電壓優(yōu)化是通過對無功潮流的分布進(jìn)行調(diào)整來改善電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)絡(luò)的有功損耗，要求既要維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，又要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。需要在所有元件運(yùn)行不超標(biāo)的情況下，調(diào)整發(fā)電機(jī)母線電壓、有載調(diào)壓變壓器抽頭、同步調(diào)相機(jī)、投切電容器、電抗器組等，使電網(wǎng)運(yùn)行達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性。使得系統(tǒng)電壓維持在合理的水平，同時避免無功的不合理傳送。

功能要求：

①對無功進(jìn)行優(yōu)化：對于基態(tài)潮流不存在電壓和無功越限的系統(tǒng)，使無功潮流引起的系統(tǒng)網(wǎng)損最小，同時滿足系統(tǒng)的安全約束條件。②消除電壓或無功越限（校正控制）：對于基態(tài)潮流存在電壓和無功越限的系統(tǒng)，優(yōu)化調(diào)整無功設(shè)備，消除越限。當(dāng)無法完全消除越限時，最大可能地降低越限內(nèi)程度。同時使其他約束條件滿足安全的要求。③可以方便、靈活地修改運(yùn)行條件，形成新的運(yùn)行方式。④可周期運(yùn)行（周期可設(shè)定），也可人工啟動。

2.7.外網(wǎng)等值

每個電力系統(tǒng)都是一個互聯(lián)系統(tǒng)的組成部分，根據(jù)實(shí)際要求，可把整個系統(tǒng)分為研究系統(tǒng)和外部系統(tǒng)，對外部系統(tǒng)，可以用一個近似的簡化模型來表示。外部網(wǎng)絡(luò)等值結(jié)果用于狀態(tài)估計，潮流計算，故障分析等功能。

地調(diào)系統(tǒng)必須按要求與中調(diào)EMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于IEC61970 CIM/CIS標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)網(wǎng)，并按照《外網(wǎng)等值地調(diào)側(cè)接入規(guī)范》的接入省中調(diào)下發(fā)的等值模型，形成地調(diào)側(cè)EMS完整的網(wǎng)絡(luò)模型，供網(wǎng)絡(luò)分析軟件模塊使用。

具體要求如下：①考慮外部網(wǎng)絡(luò)對電網(wǎng)操作和各種計算的影響，提高計算精度，為其他應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一的外網(wǎng)模型。②接收的外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)能夠在EMS系統(tǒng)中方便查看：可以根據(jù)中調(diào)下發(fā)的緩沖網(wǎng)和等值網(wǎng)模型和拓?fù)洌詣由删彌_網(wǎng)和等值網(wǎng)的圖形（類似于廠站主接線圖），在圖上可直觀地顯示緩沖網(wǎng)中廠站的遙信和遙測，顯示等值網(wǎng)中等值支路的參數(shù)以及等值發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的值；③對全網(wǎng)模型的初始潮流計算保證邊界母線電壓、聯(lián)絡(luò)線功率與實(shí)時測量值一致。④在內(nèi)網(wǎng)出力和負(fù)荷發(fā)生變化時，考慮外網(wǎng)的發(fā)電和負(fù)荷對內(nèi)網(wǎng)擾動的影響，以保證潮流計算的精度；

結(jié)束語

新的地方電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)EMS需兼顧實(shí)用性、可擴(kuò)展性、先進(jìn)性、安全性、開放性。高級應(yīng)用軟件的投入運(yùn)行，應(yīng)能夠逐步提高調(diào)度、方式及遠(yuǎn)動人員對電網(wǎng)的分析掌握能力，并根據(jù)分析的結(jié)果對電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行及時精確的調(diào)整，以保證電網(wǎng)在任意時刻均運(yùn)行于最優(yōu)狀態(tài)下，提高電壓質(zhì)量合格率，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時也必將為綿陽地調(diào)進(jìn)一步走向電力市場，推行經(jīng)濟(jì)調(diào)度做出貢獻(xiàn)。

[1]周全仁編著，現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)及基礎(chǔ)應(yīng)用軟件.湖南電力調(diào)度中心.湖南省計算機(jī)用戶協(xié)會，2001。

[2]張艷峰,張若鋒.電力調(diào)度自動化SCADA／EMS系統(tǒng)工程實(shí)踐《高電壓技術(shù)》,2004年