EMS在電網調度自動化系統中的應用

吳剛

（四川省電力公司綿陽電業局，四川 綿陽 621000）

概述

電網調度自動化系統是電力調度中心進行電力調度的核心技術支持系統。為適應電網以及調度自動化系統遠景發展的需要，電網調度運行和管理必須由經驗型調度上升至科學的分析型調度，來提高電網的安全、穩定和經濟運行水平，大幅度減輕調度員的工作強度，進一步提高調度員的調度能力和素質，更好的為電網的商業化運行和營銷服務。因此，必須研究增加能量管理系統（EMS）高級應用軟件，建設新的局調度自動化系統。

1.設計原則

設計應遵循電網現有調度管理體制原則，要求新SCADA/EMS系統結合地區實際需求配置具有針對性的高級應用軟件，促進電網調度水平由經驗型提升到分析型，并為向智能型調度發展奠定基礎，提供技術手段。

在SCADA的基礎上，電網調度自動化系統根據實際電網情況增加相應的高級應用功能。具體的SCADA/EMS系統應用軟件功能模塊如下圖：

2.EMS高級應用功能

2.1.網絡建模及網絡拓撲

2.1.1.網絡建模。圖模一體化的核心思想是利用圖形來生成設備模型和拓撲結構，使得圖形和數據庫模型一一對應，降低系統維護難度,實現數據的可視化維護。圖模一體化技術的應用，使得圖形系統已不僅僅是一個可視化表達的支撐系統，更是一個系統建模的工具。

網絡建模軟件應滿足以下功能要求：

①可以利用系統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元件參數應包括能支持靜態分析的元件參數和支路動態分析的元件參數。④提供電壓模型應能定義各等級電壓，能表示電壓的有名值和標么值、額定值和實際值等。⑤自動建立與SCADA數據庫中量測量的映射關系，以及與其它相關數據庫的映射關系。

2.1.2.拓撲分析。網絡拓撲是電網狀態估計的基礎。網絡拓撲分析功能，可處理任意接線方式的廠站，根據電力系統中開關/刀閘的開/合狀態來確定電氣連通關系，確定拓撲島。用于狀態估計、潮流計算、安全分析、經濟調度、調度員模擬培訓等功能。

功能要求：。①網絡拓撲是網絡分析軟件的公共模塊，既可以作為一個獨立應用，也可以作為子進程用于其它各應用中，既可以用于實時態，也可以用于研究態和"規劃態"。②在實時態時，網絡拓撲可以用事件啟動（開關、刀閘變位等）。③完善的邏輯分析能力，對開關的任意狀態能形成正確的母線模型。④可以分析處理電氣島（子系統）情況，并確定死島、活島狀態。⑤確定網絡中各元件帶電、停電、接地及屬于哪一電氣島等狀態。⑥拓撲建模過程中具備齊全的拓撲檢錯功能，比如設備空掛等錯誤。

2.2.實時狀態估計。實時狀態估計基于SCADA系統采集的實時遙測和遙信信息，自動生成網絡拓撲結構，并采用最優估計原理，并剔除錯誤的數據，補齊由于各種原因采集不到的數據，給出估計結果的合理性分析，以便于運行人員分析、判斷，及時、準確地掌握電網的運行工況，并做出相應的處理。

功能要求：2.2.1可進行可觀測性分析，確定網絡中可觀測部分和不可觀測部分，指出系統最大的可觀測島，并確定把網絡變成可觀測所要增加的偽量測量。

2.2.2 指出量測系統薄弱環節，指出關鍵量測及其位置。

2.2.3 對狀態估計結果進行統計、分析，包括結果越限檢查、量測誤差分析等功能。

2.2.4 可進行多島（可觀測的活島）估計，并輸出各島計算的綜合結果。

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

2.3.調度員潮流

調度員潮流是進行在線安全分析和優化計算的基礎，可以分析當前狀態，也可以分未來和歷史情況。潮流計算向故障分析、最優潮流、短路電流計算、自動電壓控制、暫態穩定分析和調度員模擬培訓系統等應用軟件提供假想運行方式。

功能要求：

2.3.1 能方便靈活地進行潮流計算地數據準備。

2.3.2 提供方便的手段修改潮流數據。

2.3.3 進行網損計算。

2.3.4 可調用母線負荷預報程序生成母線負荷預報值。

2.3.5 潮流計算收斂性診斷。

2.4.負荷預報

系統負荷預測功能，是根據歷史的運行數據，利用動態自回歸模型，時間序列模型和人工神經網絡模型等理論預報未來的系統負荷，同時對溫度、濕度、氣壓、風速、降雨量等氣象因素對負荷的影響情況，以及節假日、休息日的負荷變化情況加以考慮。按照歷史負荷數據，考慮其它因素影響，進行中長期（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）系統負荷預報。

功能要求：

①預報可按全系統或按區域進行。②時間框架可自定義、不是等間隔。③按地理區域預報。④按負荷類型預報。⑤節假日可以定義。⑥系統可將負荷預報上報省中調。

2.5.靜態安全分析

靜態安全分析也稱為預想故障分析，即根據電網中可能發生的故障，自動判斷電網是否處于安全運行狀態，為運行調度人員維護電力系統安全可靠運行提供依據，安全分析可以在實時和研究模式下運行。

功能要求：①對線路，變壓器和發電機逐個進行開斷掃描，分析當前電網是否在N-1原則下安全運行，對可能出現的故障按故障嚴重程度排序，給出可能破壞安全運行的故障。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行分析和排隊；③靜態安全分析可對各種運行方式進行，可對歷史數據斷面、當前數據斷面和預想數據斷面進行故障分析；④給出每個故障開斷可能引起的過負荷或電壓越界數目以及越界元件，指出薄弱環節。

2.6.電壓無功優化

無功電壓優化是通過對無功潮流的分布進行調整來改善電壓質量和減少網絡的有功損耗，要求既要維持系統頻率穩定，又要實現經濟運行。需要在所有元件運行不超標的情況下，調整發電機母線電壓、有載調壓變壓器抽頭、同步調相機、投切電容器、電抗器組等，使電網運行達到安全性和經濟性。使得系統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對無功進行優化：對于基態潮流不存在電壓和無功越限的系統，使無功潮流引起的系統網損最小，同時滿足系統的安全約束條件。②消除電壓或無功越限（校正控制）：對于基態潮流存在電壓和無功越限的系統，優化調整無功設備，消除越限。當無法完全消除越限時，最大可能地降低越限內程度。同時使其他約束條件滿足安全的要求。③可以方便、靈活地修改運行條件，形成新的運行方式。④可周期運行（周期可設定），也可人工啟動。

2.7.外網等值

每個電力系統都是一個互聯系統的組成部分，根據實際要求，可把整個系統分為研究系統和外部系統，對外部系統，可以用一個近似的簡化模型來表示。外部網絡等值結果用于狀態估計，潮流計算，故障分析等功能。

地調系統必須按要求與中調EMS系統實現基于IEC61970 CIM/CIS標準的聯網，并按照《外網等值地調側接入規范》的接入省中調下發的等值模型，形成地調側EMS完整的網絡模型，供網絡分析軟件模塊使用。

具體要求如下：①考慮外部網絡對電網操作和各種計算的影響，提高計算精度，為其他應用軟件提供統一的外網模型。②接收的外網等值數據能夠在EMS系統中方便查看：可以根據中調下發的緩沖網和等值網模型和拓撲，自動生成緩沖網和等值網的圖形（類似于廠站主接線圖），在圖上可直觀地顯示緩沖網中廠站的遙信和遙測，顯示等值網中等值支路的參數以及等值發電機和負荷的值；③對全網模型的初始潮流計算保證邊界母線電壓、聯絡線功率與實時測量值一致。④在內網出力和負荷發生變化時，考慮外網的發電和負荷對內網擾動的影響，以保證潮流計算的精度；

結束語

新的地方電網調度自動化系統EMS需兼顧實用性、可擴展性、先進性、安全性、開放性。高級應用軟件的投入運行，應能夠逐步提高調度、方式及遠動人員對電網的分析掌握能力，并根據分析的結果對電網的運行方式進行及時精確的調整，以保證電網在任意時刻均運行于最優狀態下，提高電壓質量合格率，確保電網的安全、穩定、經濟運行，同時也必將為綿陽地調進一步走向電力市場，推行經濟調度做出貢獻。

[1]周全仁編著，現代電網調度自動化系統及基礎應用軟件.湖南電力調度中心.湖南省計算機用戶協會，2001。

[2]張艷峰,張若鋒.電力調度自動化SCADA／EMS系統工程實踐《高電壓技術》,2004年