EMS在电网调度自动化系统中的应用

吴刚

（四川省电力公司绵阳电业局，四川 绵阳 621000）

概述

电网调度自动化系统是电力调度中心进行电力调度的核心技术支持系统。为适应电网以及调度自动化系统远景发展的需要，电网调度运行和管理必须由经验型调度上升至科学的分析型调度，来提高电网的安全、稳定和经济运行水平，大幅度减轻调度员的工作强度，进一步提高调度员的调度能力和素质，更好的为电网的商业化运行和营销服务。因此，必须研究增加能量管理系统（EMS）高级应用软件，建设新的局调度自动化系统。

1.设计原则

设计应遵循电网现有调度管理体制原则，要求新SCADA/EMS系统结合地区实际需求配置具有针对性的高级应用软件，促进电网调度水平由经验型提升到分析型，并为向智能型调度发展奠定基础，提供技术手段。

在SCADA的基础上，电网调度自动化系统根据实际电网情况增加相应的高级应用功能。具体的SCADA/EMS系统应用软件功能模块如下图：

2.EMS高级应用功能

2.1.网络建模及网络拓扑

2.1.1.网络建模。图模一体化的核心思想是利用图形来生成设备模型和拓扑结构，使得图形和数据库模型一一对应，降低系统维护难度,实现数据的可视化维护。图模一体化技术的应用，使得图形系统已不仅仅是一个可视化表达的支撑系统，更是一个系统建模的工具。

网络建模软件应满足以下功能要求：

①可以利用系统提供的图模库一体化建模工具，方便地绘图、建模、建库，保证图模库三者的同步性和一致性。②具备边界线路和终端变压器自动等值功能。③元件参数应包括能支持静态分析的元件参数和支路动态分析的元件参数。④提供电压模型应能定义各等级电压，能表示电压的有名值和标么值、额定值和实际值等。⑤自动建立与SCADA数据库中量测量的映射关系，以及与其它相关数据库的映射关系。

2.1.2.拓扑分析。网络拓扑是电网状态估计的基础。网络拓扑分析功能，可处理任意接线方式的厂站，根据电力系统中开关/刀闸的开/合状态来确定电气连通关系，确定拓扑岛。用于状态估计、潮流计算、安全分析、经济调度、调度员模拟培训等功能。

功能要求：。①网络拓扑是网络分析软件的公共模块，既可以作为一个独立应用，也可以作为子进程用于其它各应用中，既可以用于实时态，也可以用于研究态和"规划态"。②在实时态时，网络拓扑可以用事件启动（开关、刀闸变位等）。③完善的逻辑分析能力，对开关的任意状态能形成正确的母线模型。④可以分析处理电气岛（子系统）情况，并确定死岛、活岛状态。⑤确定网络中各元件带电、停电、接地及属于哪一电气岛等状态。⑥拓扑建模过程中具备齐全的拓扑检错功能，比如设备空挂等错误。

2.2.实时状态估计。实时状态估计基于SCADA系统采集的实时遥测和遥信信息，自动生成网络拓扑结构，并采用最优估计原理，并剔除错误的数据，补齐由于各种原因采集不到的数据，给出估计结果的合理性分析，以便于运行人员分析、判断，及时、准确地掌握电网的运行工况，并做出相应的处理。

功能要求：2.2.1可进行可观测性分析，确定网络中可观测部分和不可观测部分，指出系统最大的可观测岛，并确定把网络变成可观测所要增加的伪量测量。

2.2.2 指出量测系统薄弱环节，指出关键量测及其位置。

2.2.3 对状态估计结果进行统计、分析，包括结果越限检查、量测误差分析等功能。

2.2.4 可进行多岛（可观测的活岛）估计，并输出各岛计算的综合结果。

2.2.5 可处理伪量测，以改善求解数值的稳定性。伪量测量可由操作员定义，可以人工地将异常量测P或Q单独地从当前可用量测集中移出。

2.3.调度员潮流

调度员潮流是进行在线安全分析和优化计算的基础，可以分析当前状态，也可以分未来和历史情况。潮流计算向故障分析、最优潮流、短路电流计算、自动电压控制、暂态稳定分析和调度员模拟培训系统等应用软件提供假想运行方式。

功能要求：

2.3.1 能方便灵活地进行潮流计算地数据准备。

2.3.2 提供方便的手段修改潮流数据。

2.3.3 进行网损计算。

2.3.4 可调用母线负荷预报程序生成母线负荷预报值。

2.3.5 潮流计算收敛性诊断。

2.4.负荷预报

系统负荷预测功能，是根据历史的运行数据，利用动态自回归模型，时间序列模型和人工神经网络模型等理论预报未来的系统负荷，同时对温度、湿度、气压、风速、降雨量等气象因素对负荷的影响情况，以及节假日、休息日的负荷变化情况加以考虑。按照历史负荷数据，考虑其它因素影响，进行中长期（一年、一月）、短期（一周、一天）、以及超短周期（每小时、或每15分钟，用户可定义）系统负荷预报。

功能要求：

①预报可按全系统或按区域进行。②时间框架可自定义、不是等间隔。③按地理区域预报。④按负荷类型预报。⑤节假日可以定义。⑥系统可将负荷预报上报省中调。

2.5.静态安全分析

静态安全分析也称为预想故障分析，即根据电网中可能发生的故障，自动判断电网是否处于安全运行状态，为运行调度人员维护电力系统安全可靠运行提供依据，安全分析可以在实时和研究模式下运行。

功能要求：①对线路，变压器和发电机逐个进行开断扫描，分析当前电网是否在N-1原则下安全运行，对可能出现的故障按故障严重程度排序，给出可能破坏安全运行的故障。②在故障集中可定义不同的故障类型组，如母线故障、线路故障等，分组对不同类型的故障进行分析和排队；③静态安全分析可对各种运行方式进行，可对历史数据断面、当前数据断面和预想数据断面进行故障分析；④给出每个故障开断可能引起的过负荷或电压越界数目以及越界元件，指出薄弱环节。

2.6.电压无功优化

无功电压优化是通过对无功潮流的分布进行调整来改善电压质量和减少网络的有功损耗，要求既要维持系统频率稳定，又要实现经济运行。需要在所有元件运行不超标的情况下，调整发电机母线电压、有载调压变压器抽头、同步调相机、投切电容器、电抗器组等，使电网运行达到安全性和经济性。使得系统电压维持在合理的水平，同时避免无功的不合理传送。

功能要求：

①对无功进行优化：对于基态潮流不存在电压和无功越限的系统，使无功潮流引起的系统网损最小，同时满足系统的安全约束条件。②消除电压或无功越限（校正控制）：对于基态潮流存在电压和无功越限的系统，优化调整无功设备，消除越限。当无法完全消除越限时，最大可能地降低越限内程度。同时使其他约束条件满足安全的要求。③可以方便、灵活地修改运行条件，形成新的运行方式。④可周期运行（周期可设定），也可人工启动。

2.7.外网等值

每个电力系统都是一个互联系统的组成部分，根据实际要求，可把整个系统分为研究系统和外部系统，对外部系统，可以用一个近似的简化模型来表示。外部网络等值结果用于状态估计，潮流计算，故障分析等功能。

地调系统必须按要求与中调EMS系统实现基于IEC61970 CIM/CIS标准的联网，并按照《外网等值地调侧接入规范》的接入省中调下发的等值模型，形成地调侧EMS完整的网络模型，供网络分析软件模块使用。

具体要求如下：①考虑外部网络对电网操作和各种计算的影响，提高计算精度，为其他应用软件提供统一的外网模型。②接收的外网等值数据能够在EMS系统中方便查看：可以根据中调下发的缓冲网和等值网模型和拓扑，自动生成缓冲网和等值网的图形（类似于厂站主接线图），在图上可直观地显示缓冲网中厂站的遥信和遥测，显示等值网中等值支路的参数以及等值发电机和负荷的值；③对全网模型的初始潮流计算保证边界母线电压、联络线功率与实时测量值一致。④在内网出力和负荷发生变化时，考虑外网的发电和负荷对内网扰动的影响，以保证潮流计算的精度；

结束语

新的地方电网调度自动化系统EMS需兼顾实用性、可扩展性、先进性、安全性、开放性。高级应用软件的投入运行，应能够逐步提高调度、方式及远动人员对电网的分析掌握能力，并根据分析的结果对电网的运行方式进行及时精确的调整，以保证电网在任意时刻均运行于最优状态下，提高电压质量合格率，确保电网的安全、稳定、经济运行，同时也必将为绵阳地调进一步走向电力市场，推行经济调度做出贡献。

[1]周全仁编著，现代电网调度自动化系统及基础应用软件.湖南电力调度中心.湖南省计算机用户协会，2001。

[2]张艳峰,张若锋.电力调度自动化SCADA／EMS系统工程实践《高电压技术》,2004年