黃浩軍

摘 ? 要：旨在提高孤島電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，對其電網(wǎng)能效和電能質量實現(xiàn)實時在線監(jiān)測分析與控制具有重要意義。本文首先介紹了ETAP軟件簡介，闡述了關于電力系統(tǒng)仿真分析幾個常用功能模塊，如：潮流分析、優(yōu)化潮流分析、短路分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析、可靠性評價分析;然后分析了ETAP實時在線功能的系統(tǒng)架構、實現(xiàn)方法，最后給出了基于ETAP實時在線功能的孤島電網(wǎng)在線仿真分析操作流程。

關鍵詞：ETAP實時系統(tǒng) ?OPC服務器 ?在線仿真 ?孤島電網(wǎng)

中圖分類號：TP31 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0060-02

孤島電網(wǎng)是指由多組小型發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合構建形成的局域性電網(wǎng)，其發(fā)電系統(tǒng)及負荷構成一個可自主運行的孤島電力系統(tǒng)，且處于與其余電力系統(tǒng)在電氣上分離的一種電網(wǎng)運行狀態(tài)。孤島電網(wǎng)受負荷運行的影響較為明顯，由于其各種調頻手段限制以及無功補償控制手段不足，靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性都較差。尤其是海上油田孤島電網(wǎng)，考慮未來油田生產(chǎn)能力的增強和新油田平臺的建設，海上孤網(wǎng)系統(tǒng)的容量和范圍將逐漸擴展，而安全穩(wěn)定性和運行效率亦需不斷提升，為了提高孤島電網(wǎng)的安全穩(wěn)定可靠性，有必要對電網(wǎng)能效與電能質量進行實時在線監(jiān)測與仿真分析，發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律，找到其變化原因，并能及時通過遠程控制及管理。

1 ?電力系統(tǒng)仿真分析功能模塊概述

ETAP軟件（Electrical Transient Analysis Program）是由美國OTI公司（Operation Technology Inc）研發(fā)的綜合型電力及電氣計算分析和電能管理智能軟件，主要應用于電力系統(tǒng)規(guī)劃設計、運行分析、模擬優(yōu)化、監(jiān)測控制和自動化等場景，能夠為企業(yè)提供智能電力監(jiān)測、能量管理、系統(tǒng)優(yōu)化、自動化和實時預測等全面的分析平臺和解決方案[1]。

ETAP的電力系統(tǒng)基本功能包括潮流分析、短路分析、電動機起動分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析、繼電保護配合、諧波分析、接地網(wǎng)系統(tǒng)等，計算分析結束后ETAP不但能夠在圖中直觀地顯示一些基本數(shù)據(jù)，還能形成多份不同類型的詳細數(shù)據(jù)報告。ETAP除了基本的運行分析功能之外，還包含其他實用性功能，特別是ETAP實時系統(tǒng)的發(fā)布，滿足了在線監(jiān)控、仿真、控制和自動化的增長需求，在大型工礦企業(yè)、電力生產(chǎn)及調度部門得到廣泛性的應用，為政府和企業(yè)推進智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)的發(fā)展。

ETAP軟件的仿真分析模塊功能齊全、種類繁多[2]。針對海上孤島電網(wǎng)系統(tǒng)，可完成潮流分析、短路分析、弧閃分析、諧波分析、繼電保護設備配合分析、電機起動分析、發(fā)電機起動分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析、優(yōu)化潮流分析、不平衡潮流分析等仿真分析[2]。

2 ?孤島電網(wǎng)實時在線分析

2.1 ETAP實時在線功能

ETAP的實時在線功能是通過電力系統(tǒng)監(jiān)控和仿真軟件（Power System Monitoring and Simulation，PSMS）來實現(xiàn)的[3]。PSMS是ETAP電力系統(tǒng)分析軟件的一個實時在線的擴展，具有高級監(jiān)控、實時仿真、在線控制、事件回放、系統(tǒng)趨勢、預警和報警、能量管理分析等高級功能。PSMS可與計算機工作站、歷史數(shù)據(jù)庫、智能測量儀表、PLC以及其他SCADA系統(tǒng)的任意組合進行接口連接，主要實現(xiàn)以下功能。

（1）在線監(jiān)測。

在監(jiān)測模式下，PSMS根據(jù)預設的刷新率定期從采集設備中獲取電氣數(shù)據(jù)，并將實時測量數(shù)據(jù)及狀態(tài)估計數(shù)據(jù)顯示在單線圖上，同時可以對電壓、電流、功率越限進行預、報警。

（2）在線分析。

可以瞬時讀取系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，進行拓撲分析以及各種模擬仿真計算（如潮流計算、短路計算、暫態(tài)穩(wěn)定計算、優(yōu)化潮流、負荷預報、可靠性分析、繼電保護設備配合分析等），并將操作結果直接顯示在系統(tǒng)單線圖上。

（3）在線控制。

PSMS對系統(tǒng)中的電能使用及分配實施監(jiān)控和追蹤，并且根據(jù)電網(wǎng)中的各種電氣量變化和波動、網(wǎng)絡拓撲和控制邏輯確定適當?shù)膶Σ?，在此條件下，ETAP實時系統(tǒng)可確定潛在問題的根源并且推薦糾正措施以避免系統(tǒng)故障。

2.2 孤島電網(wǎng)在線仿真分析的系統(tǒng)架構及實現(xiàn)方法

在線仿真分析系統(tǒng)可以通過OPC服務器與現(xiàn)場采集設備或SCADA系統(tǒng)連接，以按需提供所需的數(shù)據(jù)。OPC是為了連接數(shù)據(jù)源（OPC服務器）和數(shù)據(jù)的使用者（ETAP實時服務器）之間的軟件接口標準。OPC配置包括客戶端和服務器，請求程序或應用程序稱為OPC客戶端，單個OPC客戶端應用程序可以與多個OPC服務器應用程序通信。ETAP實時服務器是OPC客戶端，可以同時與多個系統(tǒng)通信。

孤島電網(wǎng)在線仿真分析功能，主要過程包括：實時分析服務器通過OPC服務器從SCADA或測量儀表獲取實時數(shù)據(jù)，并將實時數(shù)據(jù)分發(fā)到所有ETAP控制臺，它的基本架構如圖2所示，標準配置下需要ETAP實時服務器、控制臺以及OPC服務器。

此外，ETAP實時服務器中需配置以下項目：

（1）ETAP實時服務器軟件;

（2）ETAP實時OPC客戶端;

（3）ETAP實時控制臺應用程序權限。

2.3 孤島電網(wǎng)在線分析流程

基于ETAP軟件實現(xiàn)孤島電網(wǎng)在線仿真基本流程如圖2所示。

第1步：使用所有離線元素（負載，電源，變壓器，電纜等）在ETAP中構建電力系統(tǒng)電氣模型，該模型能夠執(zhí)行潮流計算，短路計算等;

第2步：添加ETAP實時組件，如：多功能表、電壓表、電流表、電流互感器、電壓互感器、標簽鏈接;

第3步：將ETAP模型導入ETAP SCADA集成器;

第4步：將導入到ETAP SCADA 集成器中的ETAP組件部分鏈接到設備模型，更新設備模型特定屬性;

第5步：申請最后修改，確認模型及各參數(shù)設置無誤;

第6步：提交程序;

第7步：實現(xiàn)ETAP實時在線，系統(tǒng)會自動完成電力網(wǎng)絡狀態(tài)估計，并根據(jù)狀態(tài)估計結果可根據(jù)實時數(shù)據(jù)進行相關計算分析。圖3為實現(xiàn)了實時在線功能后電力系統(tǒng)的電氣一次圖。

3 ?結語

ETAP實時系統(tǒng)是一套全面的技術解決方案綜合性分析軟件工具，通過對海上電網(wǎng)在線分析，可實現(xiàn)基于運行、操作和故障的海上電網(wǎng)在線仿真分析，豐富了提高海上電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行的輔助決策手段，同時可以為電力系統(tǒng)提供最優(yōu)化方案以提高電網(wǎng)安全可靠性。

參考文獻

[1] 朱慧.ETAP仿真軟件在“電力系統(tǒng)分析”教學中的應用[J].中國電力教育，2014（9）：64-65，80.

[2] 馮煜珵，陳陳.電力系統(tǒng)分析軟件ETAP～的特點與功能簡介[J].上海電力，2004（5）：417-420.

[3] 馮煜珵，王雷，陳陳.電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP的特性與功能簡介[J].供用電，2005，22（5）：23-26.