鐘 亮
湖州市電力局 浙江 湖州 313000
摘 要：介紹了湖州電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)及其應(yīng)用，同時(shí)指出了存在的不足。
關(guān)鍵詞：電力調(diào)度 EMS 應(yīng)用
隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，停留在單一監(jiān)控功能SCADA基礎(chǔ)上的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。因此，湖州電力局與清華大學(xué)合作開發(fā)了湖州電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS）
1 系統(tǒng)構(gòu)成
1.1 硬件構(gòu)成
湖州電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)與以往的能量管理系統(tǒng)不同之處是SCADA與EMS一體化，使用時(shí)對應(yīng)一個(gè)統(tǒng)一的物理模型，減少大量接口，圖形維護(hù)中進(jìn)行SCADA層，EMS層，公共層的分層。公共層的應(yīng)用，使系統(tǒng)維護(hù)員的系統(tǒng)建模工作量減少。
該系統(tǒng)使用TCP／IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。運(yùn)用ODBC（Open Database Connectivity）建立到SQLServer數(shù)據(jù)服務(wù)器的連接。數(shù)采器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入到服務(wù)器，由服務(wù)器單向發(fā)信息給WEB服務(wù)器，進(jìn)入局域網(wǎng)。而服務(wù)器僅與工作站連網(wǎng)運(yùn)行，保證了安全和快速。服務(wù)器實(shí)現(xiàn)主服務(wù)器與備用服務(wù)器互為熱備份。
1.2 軟件構(gòu)成
湖州電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)平臺采用UNIX操作系統(tǒng)，用VISUALC＋＋語言編程，具有良好的開放性，其硬、軟件的可擴(kuò)充性也很好。該軟件系統(tǒng)包括支撐系統(tǒng)和電網(wǎng)分析應(yīng)用兩大部分。支撐系統(tǒng)由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，圖形和人機(jī)交互系統(tǒng)，進(jìn)程管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)4部分構(gòu)成。電網(wǎng)分析應(yīng)用功能主要包括量測功能，實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)，在線潮流，最優(yōu)潮流，自動故障選擇，故障分析等。
2 系統(tǒng)特點(diǎn)
TH－2100 SCADA／EMS正常運(yùn)行后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)周期性地（30s）運(yùn)行。調(diào)度員僅需在SCADA層面上從下接菜單中選擇EMS的相應(yīng)功能，即可實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的分析。系統(tǒng)如圖2所示。
2.1 SCADA系統(tǒng)
提供實(shí)時(shí)庫瀏覽及維護(hù)工具。可由SCADA設(shè)備自動生成遙測遙信庫，瀏覽和修改網(wǎng)絡(luò)上其他機(jī)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，與商用的SQLServer進(jìn)行同步，包括由實(shí)時(shí)庫結(jié)構(gòu)生成SQL庫結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)庫與SQL庫內(nèi)容的雙向傳遞。
2.2 量測系統(tǒng)
EMS的分析應(yīng)用功能以量測系統(tǒng)為基礎(chǔ)。量測系統(tǒng)對遙測、遙信進(jìn)行周期性一次映射，并進(jìn)行一次粗過濾。減輕狀態(tài)估計(jì)中檢測辨識數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)，有功支路不平衡的誤差為正負(fù)0.2MW，無功支路不平衡的誤差為正負(fù)0.4Mvar。
2.3 狀態(tài)估計(jì)
狀態(tài)估計(jì)在后臺周期性運(yùn)行，刷新周期為1min。收斂精度為0．0001。狀態(tài)估計(jì)是EMS的核心，所有的分析計(jì)算都以它為基礎(chǔ)。基于SCADA系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)遙測，遙信信息，自動生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。將發(fā)電機(jī)、電容器、負(fù)荷視為單端元件，線路、變壓器視為雙端元件，把物理模型轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型。并采用最優(yōu)估計(jì)原理，估算各母線的電壓和相角。狀態(tài)估計(jì)的合格率必須在90％以上且收斂，才能進(jìn)行其他運(yùn)算。估計(jì)前有預(yù)過濾功能，估計(jì)后的多不良數(shù)據(jù)辨識采用遞歸量測誤差估計(jì)辨識法。在某次估計(jì)迭代計(jì)算后，原來判為正常量測，若其正則化殘差大于壞數(shù)據(jù)上門檻，則被判為壞數(shù)據(jù)，下次估計(jì)時(shí)被剔除。原來被判為壞數(shù)據(jù)的量測，若其正則化殘差小于壞數(shù)據(jù)的下門檻，則被判為正常量測。下次估計(jì)時(shí)可使用。
在湖州電網(wǎng)EMS中，由于湖州電網(wǎng)較小，220kV變電所變壓器分接頭擋位的正確性對狀態(tài)估計(jì)的收斂性及合格率有較大影響。
2.4 在線潮流（調(diào)度員潮流）
在線潮流在給定（或假設(shè)）的運(yùn)行方式下進(jìn)行設(shè)定操作，改變運(yùn)行方式，分析本系統(tǒng)的潮流分布和潮流計(jì)算特性。分為外部網(wǎng)靜態(tài)等值和在線潮流兩部分，是進(jìn)行在線安全分析和優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)。不僅可以分析當(dāng)前，還可以在未來和歷史整個(gè)時(shí)間段上進(jìn)行潮流研究，并能智能地保存典型方式。當(dāng)電網(wǎng)有解、合環(huán)或有關(guān)設(shè)備停役操作時(shí)，可預(yù)先進(jìn)行模擬，觀察潮流分布，確保倒閘操作對電網(wǎng)的可靠安全。
同時(shí)，對潮流可進(jìn)行靈敏度分析，選擇有功類靈敏度用于解除過載，選擇無功類用于解除過載或
調(diào)整電壓。經(jīng)濟(jì)類靈敏度用于降低網(wǎng)損，利用靈敏度分析，可進(jìn)行校正對策分析，對要進(jìn)行校正對策的設(shè)備，系統(tǒng)自動進(jìn)行潮流計(jì)算，并給出調(diào)整策略。湖州電網(wǎng)中的靈敏度分析可供選擇的受控量為線路／變壓器有功功率，線路／變壓器無功功率，變壓器分接頭。
2.5 最優(yōu)潮流
最優(yōu)潮流的計(jì)算目的是優(yōu)化電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件，它通過調(diào)節(jié)控制變量使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最小，同時(shí)滿足系統(tǒng)對控制變量、狀態(tài)變量及變量函數(shù)的運(yùn)行限制。其目標(biāo)函數(shù)一般可分為下述形式之一：總的系統(tǒng)發(fā)電成本；總的系統(tǒng)損耗；發(fā)電成本與系統(tǒng)損耗；控制變量偏移的加權(quán)和。其約束有：潮流等式約束；發(fā)電無功、有功限制；電壓限制；線路潮流限制；有載調(diào)壓變壓器分接頭限制；可調(diào)電容器限制；交換功率限制；地區(qū)旋轉(zhuǎn)備用限制。其控制變量有：發(fā)電機(jī)有功、無功輸出；發(fā)電機(jī)電壓；有載調(diào)壓變壓器分接頭；無功電源。該系統(tǒng)能在2～5個(gè)快速分解潮流計(jì)算時(shí)間內(nèi)計(jì)算出最優(yōu)潮流。使系統(tǒng)電壓維持在合理水平，同時(shí)使系統(tǒng)輸電損耗盡可能小，避免無功的不合理傳輸。在最優(yōu)潮流計(jì)算中，我們通過對不同參數(shù)的控制，可以實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化，費(fèi)用最小，開斷優(yōu)化，變比優(yōu)化等目標(biāo)。其中，對于呈輻射狀的地區(qū)電網(wǎng)來說，調(diào)節(jié)無功一般是依靠變壓器分接頭調(diào)整和電容器的投切。
2.6 自動故障選擇
在一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中，哪些元件開斷對系統(tǒng)中支路的過載和母線過電壓的影響較大，對調(diào)度員來說，并不直觀。而自動故障選擇，即N－1校核，根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀況給出事故嚴(yán)重程度的排序，可以找出電網(wǎng)薄弱點(diǎn)。
2.7 故障分析
故障分析可計(jì)算故障后系統(tǒng)各元件上的各相和各序電流和電壓，可以校核開關(guān)遮斷容量和繼電保護(hù)定值。故障計(jì)算適應(yīng)各種故障類型，考慮線路零序互感的影響。其中故障排序有兩項(xiàng)指標(biāo)：
（1）單元件指標(biāo)。衡量單條支路載荷危險(xiǎn)性指標(biāo)是支路中實(shí)際有功大小P與其上限Pmax之比，比值越大，過載危險(xiǎn)性越大。衡量某母線電壓危險(xiǎn)性程度的指標(biāo)是該母線實(shí)際電壓偏離電壓中心越遠(yuǎn)，危險(xiǎn)性越大。
（2）系統(tǒng)指標(biāo)�？紤]某個(gè)開斷對整個(gè)系統(tǒng)的影響的嚴(yán)重性程度只能是一個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。
3 EMS的應(yīng)用
目前，該套EMS系統(tǒng)除了最優(yōu)潮流功能尚未完善外，其余功能均已投入應(yīng)用。運(yùn)行一直安全可靠，其運(yùn)算結(jié)果符合湖州電網(wǎng)的實(shí)際情況。為湖州電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行提供了有力的技術(shù)保證。
（1）對調(diào)度員傳統(tǒng)的思維方式起到很大改觀作用，對離線計(jì)算出的潮流可以有一個(gè)真實(shí)再現(xiàn)。
（2）對電氣檢修方式進(jìn)行再校核。
（3）尋找出電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性的制定出方案和建議，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
（4）在調(diào)度員進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)，能得到直觀的數(shù)據(jù)，便于比較。例如：1）對于一主一備供電的變電所，可通過線路損耗的計(jì)算決定主供線路。2）在低負(fù)荷時(shí)，兩主變的變電所經(jīng)濟(jì)負(fù)荷點(diǎn)的估算。
（5）對湖州電網(wǎng)110 kV變電所主接線改造實(shí)施方案，驗(yàn)證110 kV主接線改造為外橋開關(guān)接線的經(jīng)濟(jì)性。
（6）通過故障分析中的短路電流計(jì)算，比較試送電方案。故障分析有利于調(diào)度員在發(fā)生事故后，通過短路電流的比較，得出較好的試送電方案。
4 EMS存在的不足
按照《電網(wǎng)調(diào)度自動化與信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中《能量管理系統(tǒng)（EMS）應(yīng)用軟件及其實(shí)施基礎(chǔ)條件》一文中指出，較為完善的EMS有發(fā)電控制類，發(fā)電計(jì)劃類，網(wǎng)絡(luò)分析類，調(diào)度員培訓(xùn)模擬組成。湖州地區(qū)級電網(wǎng)EMS中側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)分析類。在當(dāng)前運(yùn)行中，有些功能還不夠完善，在軟件功能和系統(tǒng)維護(hù)上還需進(jìn)一步改進(jìn)。
�。�1）系統(tǒng)的無功優(yōu)化更適用于大電網(wǎng)，而對于只有調(diào)節(jié)變壓器分接頭和電容器兩種手段的地區(qū)電網(wǎng)并不十分適用。而且，對于無功的調(diào)節(jié)，電容器只有投、切兩種對比方式，無法計(jì)算出具體的無功補(bǔ)償數(shù)。
�。�2）該系統(tǒng)缺乏電壓穩(wěn)定性分析計(jì)算，即給定故障（線路、變壓器、發(fā)電機(jī)故障）方式下的中樞變電站、相關(guān)區(qū)域網(wǎng)和全網(wǎng)各變電站的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)、功率極限和臨界電壓。在具體運(yùn)用中，目前只能通過穩(wěn)態(tài)潮流的數(shù)值進(jìn)行分析。
（3）該系統(tǒng)缺乏暫態(tài)安全分析，即在當(dāng)前、歷史的或預(yù)想方式下針對給定預(yù)想事故集中的故障和繼電保護(hù)動作情況判斷系統(tǒng)是否會失去暫態(tài)穩(wěn)定，給出會造成系統(tǒng)失穩(wěn)的故障元件極限切除時(shí)間和系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，并篩選出嚴(yán)重故障。該功能的缺乏，使我們只能運(yùn)用穩(wěn)態(tài)潮流的數(shù)值進(jìn)行理論推算。
�。�4）盡管EMS界面由原先的位圖改為矢量化，對畫面局部可以進(jìn)行放大縮小操作，但由于需要進(jìn)行模擬圖板更改接線或設(shè)備掛牌等基本操作。缺少工具欄的設(shè)置和快捷方法。
�。�5）EMS提供了強(qiáng)大的報(bào)表分析功能，但不能直接，快速存取對象數(shù)據(jù)。在某一個(gè)變電所畫面中，經(jīng)過計(jì)算后，直接點(diǎn)擊某一元件時(shí)，需要知道關(guān)于它的一些數(shù)據(jù)時(shí)，需要在報(bào)表分析中尋找。
�。�6）EMS系統(tǒng)在SCADA功能上還不能做到與原來的SCADA一致，有時(shí)會出現(xiàn)遙信、遙測不準(zhǔn)確。因此，目前還不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方遙控操作。同時(shí)，目前還無法查詢歷史數(shù)據(jù)及曲線，給調(diào)度員掌握潮流變化帶來不便。
