基于實時數據的孤島電網在線仿真分析的實現方法

黃浩軍

摘 ? 要：旨在提高孤島電網的安全穩定性，對其電網能效和電能質量實現實時在線監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仿真分析幾個常用功能模塊，如：潮流分析、優化潮流分析、短路分析、暫態穩定分析、可靠性評價分析;然后分析了ETAP實時在線功能的系統架構、實現方法，最后給出了基于ETAP實時在線功能的孤島電網在線仿真分析操作流程。

關鍵詞：ETAP實時系統 ?OPC服務器 ?在線仿真 ?孤島電網

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

孤島電網是指由多組小型發電系統聯合構建形成的局域性電網，其發電系統及負荷構成一個可自主運行的孤島電力系統，且處于與其余電力系統在電氣上分離的一種電網運行狀態。孤島電網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，靜態穩定性和動態穩定性都較差。尤其是海上油田孤島電網，考慮未來油田生產能力的增強和新油田平臺的建設，海上孤網系統的容量和范圍將逐漸擴展，而安全穩定性和運行效率亦需不斷提升，為了提高孤島電網的安全穩定可靠性，有必要對電網能效與電能質量進行實時在線監測與仿真分析，發現其變化規律，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規劃設計、運行分析、模擬優化、監測控制和自動化等場景，能夠為企業提供智能電力監測、能量管理、系統優化、自動化和實時預測等全面的分析平臺和解決方案[1]。

ETAP的電力系統基本功能包括潮流分析、短路分析、電動機起動分析、暫態穩定分析、繼電保護配合、諧波分析、接地網系統等，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據，還能形成多份不同類型的詳細數據報告。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實時系統的發布，滿足了在線監控、仿真、控制和自動化的增長需求，在大型工礦企業、電力生產及調度部門得到廣泛性的應用，為政府和企業推進智能電網、微電網的發展。

ETAP軟件的仿真分析模塊功能齊全、種類繁多[2]。針對海上孤島電網系統，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、發電機起動分析、暫態穩定分析、優化潮流分析、不平衡潮流分析等仿真分析[2]。

2 ?孤島電網實時在線分析

2.1 ETAP實時在線功能

ETAP的實時在線功能是通過電力系統監控和仿真軟件（Power System Monitoring and Simulation，PSMS）來實現的[3]。PSMS是ETAP電力系統分析軟件的一個實時在線的擴展，具有高級監控、實時仿真、在線控制、事件回放、系統趨勢、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、歷史數據庫、智能測量儀表、PLC以及其他SCADA系統的任意組合進行接口連接，主要實現以下功能。

（1）在線監測。

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

（2）在線分析。

可以瞬時讀取系統實時數據，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、暫態穩定計算、優化潮流、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單線圖上。

（3）在線控制。

PSMS對系統中的電能使用及分配實施監控和追蹤，并且根據電網中的各種電氣量變化和波動、網絡拓撲和控制邏輯確定適當的對策，在此條件下，ETAP實時系統可確定潛在問題的根源并且推薦糾正措施以避免系統故障。

2.2 孤島電網在線仿真分析的系統架構及實現方法

在線仿真分析系統可以通過OPC服務器與現場采集設備或SCADA系統連接，以按需提供所需的數據。OPC是為了連接數據源（OPC服務器）和數據的使用者（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通信。

孤島電網在線仿真分析功能，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據，并將實時數據分發到所有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 孤島電網在線分析流程

基于ETAP軟件實現孤島電網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中構建電力系統電氣模型，該模型能夠執行潮流計算，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，確認模型及各參數設置無誤;

第6步：提交程序;

第7步：實現ETAP實時在線，系統會自動完成電力網絡狀態估計，并根據狀態估計結果可根據實時數據進行相關計算分析。圖3為實現了實時在線功能后電力系統的電氣一次圖。

3 ?結語

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

參考文獻

[1] 朱慧.ETAP仿真軟件在“電力系統分析”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.電力系統仿真軟件ETAP的特性與功能簡介[J].供用電，2005，22（5）：23-26.