电网调度自动化系统应用软件功能简介

2012-08-15

电子世界 2012年17期

一、概述

随着电力系统和计算机技术的不断发展，电网调度自动化系统也处在不断的完善和发展过程中，主要包括硬件和软件两个方面。其中，应用软件扮演着非常重要的角色，调度自动化系统采集到的各种数据必须经过应用软件的处理，才能满足调度和生产运行部门的各种要求。只有在应用软件的辅助下，调度部门才能直观、灵活的监视电网的运行情况，才能对电网的经济运行和安全运行进行评估，对可能发生的事故和异常做出正确的判断和处理；同时，根据应用软件提供的不同周期的运行数据，运行规划部门可以及时对电网规划建设做出调整，使得电网分布趋于合理。

二、调度自动化系统基本应用及简介

调度自动化系统应用软件根据功能可以分为基本应用和高级应用，基本应用软件是各种规模和档次的调度自动化系统都应具备的基本功能。通常，这些应用软件都集成在数据采集与监控（一般简称为SCADA—Supervisory Control and Data Acquisition）模块之中，其主要功能如下：

(1)数据采集和传输，以完成所谓“四遥”功能，即遥测、遥信、遥控、遥调。

(2)安全监视和报警。通过各种直观的人机界面，向调度运行人员提供全网各厂、站的各种运行工况，根据预先设置的条件，对越限和异常情况发出相应的声光报警。

(3)事故追忆。对事故（或某些预定义的事件）发生前后，电网的各种事件进行记录，例如：事故发生前后电网各支路负荷变化，开关开/合状态改变等。以便为调度员处理事故提供依据。

(4)其他辅助功能，例如：报表生成、曲线绘制以及简单的数据运算等功能等。

三、调度自动化系统高级应用及简介

以上基本应用提供的功能对于现代电网的运行来说，显然是不足够的。根据能源部发布的《全国电网调度自动化系统规划目标和要求》，明确规定：中、高档电网调度自动化系统的功能中必须包括一系列高级应用软件，其功能主要包括：网络拓扑分析、电力系统状态估计、负荷预测、在线潮流、最优潮流、静态安全分析、电压/无功分析控制、暂态稳定分析、自动发电控制、电网经济运行分析及核算、调度员培训仿真系统等。各功能模块可以分为多个层次和独立的子系统，之间相互联系、共享数据，下面对部分主要功能模块进行简单的介绍。

(一)网络拓扑分析

网络拓扑分析和下面的电力系统状态估计模块同属于高级应用功能中的基础模块，主要目的是为其他高级应用提供所需的数据，同时也是高级应用和基本应用之间的接口模块。

网络拓扑分析的主要功能是对SCADA系统提供的“遥信”数据（即刀闸、开关位置等）进行分析，从而确定全网的电气连接状态，生成由节点、支路组成的电力网络模型，作为对网络进行后续分析计算的基础。

(二)电力系统状态估计

SCADA收集的原始数据不可避免的会有种种缺陷，主要表现在具有误差和不良数据、测量不完全等方面，从而无法准确反映电网的真实状态。状态估计针对这一问题，以量测误差的统计规律为基础，采用状态估计算法，对原始数据进行处理，从而得出相对完整和可靠的估计值，使各种误差和干扰的影响达到最小。最小二乘算法是目前比较成熟和普遍采用的状态估计算法，具有速度快、收敛性好的特点。状态估计实质上是广义的潮流计算问题，与普通潮流计算类似，也往往采用PQ分解法来提高运算速度。

状态估计的计算结果主要提供给进行电网分析计算的高级应用模块，也可以用于电网安全监视。

(三)负荷预测

从本质上来说，负荷是不可预测的，但从另一方面来看，一定地区、一定种类的负荷又具有按照一定周期变化的特点，也就是说存在一定的规律性。如果能够掌握这种规律性，在一定程度上进行负荷预测也就有了依据。

负荷预测根据预测周期的长度可以分为：长期（大于5年）、中期（1-5年）、短期（数小时至数月）、而超短期则指一天内以小时或分钟为单位进行的预测。中长期负荷预测对于新机组的安装建设、电网增容和改造有着十分重要的意义；而短期和超短期预测则主要协助调度部门保证电网的安全、经济运行。

无论预测周期的长短，负荷预测都是通过分析电网负荷的历史数据来进行的。通过分析，总结出负荷变化的特点，确定存在干扰的类型和影响程度，从而建立适当的负荷预测模型。如果将负荷预测模块直接与电网调度自动化系统连机，直接从SCADA系统获得所需的历史负荷数据，则称为在线负荷预测。

(四)电力系统在线潮流与最优潮流

电力系统在线潮流的目标是，得到全网的实时（或指定时间）电力潮流情况，

通过利用状态估计和负荷预测的结论，它不但能够得到比SCADA实测数据更为准确的潮流分布，而且由于采用负荷预测的结果作为数据源，它还可以实现一定的潮流预测功能，为电网安全分析、最优潮流等分析功能提供了基础。

最优潮流是根据当前电网的在线潮流数据，用优化的方法给出系统中所有可调节元件的最优状态（例如：机组出力，变压器抽头位置，电容投切等），以达到全网的最优运行。最优目标可根据需要选择。

(五)静态安全和暂态稳定分析

静态安全和暂态稳定分析以在线潮流计算的结果为基础，分别对静态和暂态条件下的系统安全作出了分析。

对于静态安全，内容包括：

在不考虑系统稳定性的前提下，得出电网拓扑变化时，越限节点和支路的分布，以及越限个数和越限程度，从而反映出各个元件的开断对全网安全性影响的程度。开断元件的选择可以采用人工选择或者自动逐个元件选择的方式。

针对出现越限的不安全运行情况，提供消除或减少系统不安全性的调度对策，例如：改变运行方式，调整发电机出力等。

暂态稳定性分析，主要是根据用户的选择，模拟系统稳定运行的状态下发生一定的故障时，分析系统的暂态稳定性，给出该运行状态下此故障的临界切除时间和发电机的极限出力。目前，常用的暂态稳定分析主要采用逐步积分法和直接法。

(六)自动发电控制（AGC）

频率是反映电能质量的最重要的指标，稳定电网频率是电力系统运行的基本任务。对单一发电机组而言，一般都已具备了较完善的一次、二次调频能力，能够根据电网频率的变化调整出力。但从全网的角度来看，这种单一机组的调节是被动和无序的，而且很多情况下，调节的结果并不是最经济的；对于互连电网来说，网络交换功率，也往往得不到合理的控制。

自动发电控制的设计目标是：

结合机组的一次调频能力，在小范围内实现电力系统总负荷与总出力的平衡；

保证电力系统间交换功率在规定范围，并维持电力系统频率为额定值，这要求对各机组进行统一的二次调频，也就是负荷频率控制功能（LFC）。

满足电力系统经济运行的要求，为实现这一要求，AGC系统需要对系统进行三次调频，即经济负荷分配。通过全网机组的能耗微增率曲线和网损微增率，运用等微增率准则并考虑安全约束条件，实现在系统各机组之间的最优负荷分配，这一调整工作就是经济调度控制（EDC）。

在实际运行中，根据电力系统的不同情况，AGC的功能也会有所不同，例如，在独立电网中，无须考虑网间交换功率，则可将二次调频集中在实现恒定频率控制方面。