電力系統電網調度自動化研究

曹國紅（國網達州供電公司，四川　達州　635000）

電力系統電網調度自動化研究

曹國紅
（國網達州供電公司，四川達州635000）

電網調度自動化是指利用網絡技術、通信技術、電子技術等各種高新技術，以實現電力系統中電網的安全運行以及事故狀態下的監測、控制與保護的自動化和智能化。近年來，隨著我國智能電網的建設，電網調度自動化技術在電力系統中得到了廣泛的普及與應用，對保證電力系統的安全、可靠與經濟運行都發揮出了重要的作用。本文結合工作實際，從實施電網調度自動化的意義出發，并著重就電網調度自動化在電力系統中的應用與發展進行了研究與探索。

電力系統；電網調度；自動化；研究

電網是電力系統中聯系發電與用電設施的總稱，并主要由輸電線路、配電線路、變電站、配電所等多個部分所組成。隨著近年來我國電力系統的迅速發展，電網的規模正逐漸擴大，其電壓等級也不斷提高?；谶@樣龐大的電力網絡，必須采用調度自動化技術，以實現對電網運行狀態的實時監控與經濟調度，實現對電網運行故障的及時分析與處理，進而保障整個電力系統的經濟、安全運行。

一、實施電網調度自動化的意義

（一）提高供電質量

電網調度自動化能利用各種終端系統，實現對電網運行過程中電壓、頻率、負荷、潮流等數據變化的實時監控，并通過對電網中各類設備運行的動態調整，從而使無功功率趨向于平衡，并保證主設備的位置狀況及各種指標能符合標準規定，從而有效提升供電質量與供電安全。

（二）提高供電可靠性

由于導致電網故障和異常情況發生的因素非常復雜，且發生過程非常迅速，如果不能及時預測、判斷和處理各類電網故障，不僅可能危害到人身及設備的安全，甚至會引發電網的大面積崩潰瓦解，造成大面積停電事故，給國民經濟帶來巨大的損失。

通過電網調度自動化技術的應用，一方面能對復雜的電力網絡及設備進行實時的狀態監控，當故障發生后能及時對故障原因、故障發生地點進行判斷及分析，從而使運行人員能及時的處理故障；另一方面，調度自動化技術還能通過饋線自動化的故障隔離，以及故障區域的供電恢復，以極大的減少停電時間和停電范圍，這都有效保證了供電的可靠性。

（三）提高了供電的經濟性

在對電網進行安全監控的基礎上，通過電網調度自動化技術，還能進行電網的拓撲分析、狀態估計、潮流計算以及負荷預測等多種功能，以實現電網運行的經濟調度，從而達到降低供電損耗，節省能源，多發電和多供電的目的，有效提高供電的經濟性。

二、電網調度自動化的功能及應用

（一）電網調度自動化的分層控制應用

隨著近年來我國電力網絡的逐步擴大，在全國范圍內已形成了東北電網、華北電網、西北電網、華中電網、華東電網以及南方電網這六個跨省市的大型區域電網。而基于這樣龐大的電力網絡，為保障大型電力網絡之間的能量交換，必須實現自動化的分級控制與管理。目前，我國電網的自動化分層控制主要分為5級，分別為國家電網調度自動化系統、大區電網調度自動化系統、省級電網調度自動化系統、地市級電網調度自動化系統、縣級電網調度自動化系統，如圖1所示。

如圖1所示，我國電網通過實施分層自動化管理，各層次之間的調度自動化系統通過數據信息的分層采集、逐級上傳，以保證整個電力網絡的經濟、安全和可靠運行。以國家電網調度自動化系統和大區電網調度自動化系統為例，其主要功能和特點有：

1國家電網調度自動化系統。在該級系統中通過通信技術與網絡技術，與大區電網調度系統之間相連接，以協調和控制大區電網的潮流分布與運行方式，并且實時監控與管理全國電網的運行狀況。其功能主要包括：

一是收集和整理大區域電網和相關省網的數據信息，實時監控全國電網和大區重點電網的運行工況，并進行數據統計分析和相關報表生成；二是進行全國電網的潮流分析、短路電流分析、穩定電流分析以及電網的經濟分析等，并通過數據通信技術和計算機技術，以校核數據傳輸的正確性，并對所收集信息進行處理，提出全國電網長期安全經濟運行的對策。

2大區電網調度自動化系統。在該級系統中根據統一調度和分級管理的原則，對東北電網、華北電網、西北電網等各大區電網的安全運行、用電計劃負責，以提高供電的質量和安全、經濟運行的水平。其功能主要包括：

一是進行各大區電網的數據采集、經濟調度、實時監控與安全分析等多項功能；二是進行大區電網的負荷預測、經濟調度分配以及自動發電控制等功能，并進行省級電網和地市級電網的供電量和受點量的計劃編制與分析；三是進行大區電網的潮流分析、短路電流分析、穩定電流分析以及電網的經濟分析等，并對數據進行上傳或下傳。

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（二）電網調度自動化的具體功能應用

根據各級電網的具體情況，可以采取不同功能、不同檔次及不同規格的電網調度自動化系統。目前，最為基本的是監視控制與數據采集系統（SCADA），其功能主要包括了數據采集、信息顯示、遠方控制、遠程監控、數據計算等；而另外一些系統則是在SCADA的功能基礎上，在額外添加了部分功能，例如自動發電控制（AGC）、經濟調度（EDC）等等。

目前，電網調度自動化中功能最為完善的一種系統被稱為能量管理系統（EMS），它能夠將SCADA系統、AGC系統、EDC系統的功能融為一體，以實現電網的網絡分析、數據采集、數據監控以及自動發電控制等多種分散的功能進行有機的結合，并進行統一化的管理，為我國電力系統電網調度自動化水平的提升與發展創造出了有力的條件。EMS調度自動化系統的主要應用功能，集中在以下幾個方面：

1網絡拓撲分析

網絡拓撲分析也被稱為網絡接線分析，它是根據電網一次接線圖以及開關閉合狀態，來確定電網節點與支路之間的連通關系。利用網絡接線分析，不僅能給出系統中各子系統的拓撲結構，而且還能對網絡元件進行跟蹤著色，用直觀、形象的方式來表現出各網絡元件的運行狀態以及網絡各節點間的連通性。由于網絡拓撲分析是其它應用功能的基礎，要求其分析軟件必須反應快速，運行安全可靠。

2狀態估計

利用SCADA系統進行全電網實施數據收集和匯總時，其數據匯總得到的SCADA數據庫往往存在以下缺陷：一是部分設備的運行參數無法測量，導致所收集數據的不全面；二是數據采集和轉換環節容易存在誤差，導致數據不精確；三是因濾波或干擾編碼等，造成所收集數據錯誤；四是因各種誤差的存在，導致數據計算分析的不準確。

正是由于SCADA實時數據庫所存在以上缺點，近年來廣泛采用了EMS系統的狀態估計功能，以提高數據收集的質量與可靠性。狀態估計作為一種計算程序，它不僅能夠根據最佳估計準則以及網絡方程，并通過網絡拓撲分析結構，對所收集進行計算，從而得出與系統真實狀態最接近的數值；而且還能對錯誤數據進行有效的辨識與檢測，以及時刪除或改正錯誤數據，從而提高了所收集數據的準確度與可靠性。

3潮流計算

潮流計算是保證電網穩態運行的重要計算功能，它能根據整個電網的運行條件、網絡拓撲分析結果以及相關設備的運行參數，對各母線電壓、各電力元件功率以及整個電網功率損耗等運行狀態數據進行求解。電力系統運行調度人員，則可以根據潮流計算結果，對當前電網供電方案、運行方式進行對比分析，從而制定出最合理、經濟的電網運行方案。

4負荷預測

EMS系統主要負責對電網過去、現在及未來三類數據信息的收集與分析，其中未來數據信息就主要來源于電網的負荷預測。負荷預測主要可分為系統負荷預測以及母線負荷預測這兩類，它作為EMS系統的主要功能模塊，對于整個電網的經濟運行以及安全控制都是非常重要的。近年來，我國各省、市、地區的電力管理部門都非常重視電網的負荷預測，并通過不斷提高負荷預測的精度，以提高電網運行的安全性與經濟性。

三、對電網調度自動化技術的發展展望

我國電力系統電網調度自動化技術的研究與應用工作，最初起始于20世紀70年代。經過多年以來的發展與應用，相關技術的應用已逐步實現了實用化與商業化。目前，我國已有38個省市的電網調度中心建立了較為完善的SCADA系統或者EMS系統。

自2009年開始，國家電網公司提出了建設智能電網的發展戰略，要求電網應當以堅強網架為基礎，以電網調度自動化系統為技術支撐平臺，以實現電網的信息化、自動化與互動化特征，這也進一步推動了我國電網調度自動化技術的發展與應用?？梢灶A見電網調度自動化技術在未來的發展趨勢是：

一是能更加適應堅強智能電網的發展需要，并不斷開發出與之相適應的分析功能與決策功能，能夠更好的輔助調度人員實時監控與智能控制；二是電網調度自動化技術在未來將更加標準化、開放化，以不斷適應新技術的發展需要，并能更好的滿足各級電網調度中心的信息數據交互和融合的需要。

結語

本文從實施電網調度自動化的意義出發，并著重就電網調度自動化在電力系統中的應用與發展進行了研究與探索。隨著電力系統電網調度自動化技術的應用與發展，它不僅已成為了各省、市地區電網調度工作的重要技術工具與分析手段，而且明顯提升了電網的調度運行水平，對保障整個電力系統的經濟、安全運行都起到了非常重要的作用。

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