电网调度自动化系统应用探究

2021-01-23梁晖

通信电源技术 2020年19期

梁晖

（国电南瑞南京控制系统有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

如今，电网自动化调度系统通过不断发展和建设已经越来越完善和成熟，成为整个运行电网中重要且不可分割的组成部分。该系统不只是实现电网日常监控及人员调度的重要管理工具，还是电网各级调度及监控人员获取电网运行数据、进行决策分析以及实现控制的数据管理中心，确保电网可靠、安全且稳定运行的重要保障。随着科技和经济的不断发展进步，信息化电力技术及其自动化技术水平也得到不断的提升，电网调度与电力生产和电网自动化调度系统的关系也更加紧密，对电网自动化调度系统提出了更新更高的要求。

1 调度的自动化发展

随着现代化通信、网络及计算机技术的不断发展，我国电力运行系统也在不断进步和完善，国际上EMS正迎来新的发展机遇，各种符号标准及新技术也不断增多。电力调度的自动化系统如图1所示。

图1 电力调度的自动化系统

自动化调度系统表现出如下4个方面的特征。一是标准化和开放化发展是未来支撑系统及其体系结构的发展方向。现代电力领域的核心目标是开放化，虽然国内外的各大公司对系统所谓的完全式开放还处于商业化宣传状态，但开放式发展终究是未来的发展趋势[1]。二是集中式的传统系统被开放式和现代化系统的分布结构体系代替，分布式现代系统具有结构简单灵活以及便于发展和扩充等优势。三是将SCADA实时数据库同全功能型数据库的管理应用系统有效结合，将定义、记录以及存档等相关的数据信息在系统数据库中均匀存储，同时将对实时性要求较高的信息数值存入到单独的存储器，该单独的存储器是由商用统一关系型数据库系统的初始化生成。四是智能型自动化控制。计算机技术的应用给调度生产人员的工作提供了有力的支撑和帮助，目前只有专家型系统实现了电力运行生产的实际应用，神经元应用网络及模拟算法等相关理论并没有实际应用于电力生产系统中，怎样才能将各种不同的方法相结合有效应用于系统中是未来研究和发展的方向。

2 电力自动化调度系统的功能及应用

2.1 电力自动化调度系统的功能

2.1.1 SCADA实现功能

SCADA也叫采集数据和控制监视系统，该系统可以实时在线监控设备的运行情况，另外还能够实现采集数据、控制设备、调节参数以及测量相关信号告警等控制功能。目前，电力运行系统SCADA控制技术较为成熟且被广泛应用，成为EMS管理能量系统中重要的一部分，其具有技术信息完整、可有效提升工作生产效率、了解和掌控系统实时运行状态、高效快速决策以及快速判断系统障碍原因等优势，是电力生产调度密不可分的重要手段，在电网生产运行的安全性、可靠性以及经济性等方面起着重要作用[2]。此外，SCADA能够在实现功能应用安全性保障的同时实现对电网实时监控，有效预防错误操作或是非法性操作。

2.1.2 EMS功能应用

系统EMS的应用高级软件是以实时性监控管理系统为基础创建的，该系统将计算机应用技术和电力现代系统的基本理论相结合，有效应用在系统相关的控制分析功能中，提高了自动化调度系统功能，实现了运行调度管理从原来经验型向分析型的转变，令系统功能得到了有效发挥。该系统软件具体功能包括拓扑网格、预测状态、计算网损、无功电压优化、电流短路应用、预报负荷以及AGC调度等，同时齐全的软件接口为其他工程安装DTS/EMS软件应用系统提供有力支撑[3]。

2.1.3 计算机的数据信息通信

电力自动化调度系统能够实现EMS/SCADA系统间的信息通信，完成RTU终端同自动化变电系统SCADA之间的信息采集，而且系统处理此类数据同前置机的数据信息处理一致。系统可采用路由器实现与其他关联计算机应用系统的通信，此外EMS作为支持应用通信系统软件的工具，能够实现统计运行、配置参数及相关测试等功能。

2.2 软件应用功能

2.2.1 状态的估计

该功能可以通过对各种电力应用系统的信息测量完成对当前系统运行数据估测。主要是通过SCADA的实时采集信息判定当前电网运行的状态和结线的方式，从而建立网络功能模型，并进行母线电最大值及相角的元件功率估测，同时对无用的信息数据进行识别和检查，补全不足的测点，使用这种办法可提高全网观测性，加强测量数据的可靠性和完整性[4]。

2.2.2 电力系统调度员潮流

调度员潮流是电力规划和运行中常使用的软件工具，其能够利用显示屏画面完成运行方式的选择、调整、保存以及计算等功能，系统操作界面简洁方便，运行操作可通过屏幕上的虚拟开关控制改变电网连接。在设定潮流计算时间与方式后能够自动获得有关数据，实现多机间和各区域间有功功率的调整，利用多机组调整无功功率、负荷以及发电机进行缓冲来稳定母线电压值，此外还能用变压器及电容器的抽头调整母线的电压[5]。

2.2.3 短路计算电流

在短路时对电流进行计算主要是用来修正因电路等问题出现的过电流，大多出现在两相或是三相短路电路中，通过计算能够防止因电流过高损坏供电或是形成电机负荷过强等问题。

3 负荷预测在实际自动化调度中的操作

首先进入系统的登录应用模块，负荷预测分析管理软件是B/S的Web应用系统，所有系统的操作均可通过浏览器完成。其次在完成数字确认签名后，转入到管理数据模块主操作的界面。主界面是由上部分和下部分两个模块构成，其中上部分为Banner条，所有模块相同，选择模块的名称即可进到与其相应的模块中，下部分是管理数据模块工作区[6]。再次系统以供电区为数据分类依据，在对数据查询之前选择供电区、分类数据节点、范围以及时间等参数，选好后点击查询，相关数据即会以数据表的形式显示在显示区内。最后在系统工具栏里设置两个数据修改按键，当需要进行保存或是添加时点击相应按键即可。在需要对数据进行修改时，只需选中要修改的单元格或是点击键盘进行输入。需要注意的是，单元格单击输入与单元格双击输入是两种不同的操作，选中单击输入时，新内容将替换旧内容，而双击是选择输入方式。

4 潮流的相关计算

4.1 电力网络几种相关潮流的算法

4.1.1 高斯-塞德尔迭代法

该方法是以雅可比迭代法为基础加以改进，在选定初值以后对所有变量进行估计值计算，每步迭代的过程均由之前所求估计值计算得出，并以此为基础接着代入下一变量求解估计值。将一次迭代的过程结束后所获得的变量估值重带入计算公式中进行计算，反复利用迭代，不断求得新估值，直至结果满意为止。

4.1.2 牛顿-拉夫逊估算法

牛顿-拉夫逊估算法属于竞争力较强而且实用的电力潮流算法。在高斯消去法与稀疏矩阵技巧得到普遍应用后，该方法才表现出真正价值，已成为如今非线性方程的一种最普遍、最有效的求解方法。它主要的优势是利用数学非线性方程求解，其过程为利用非线性方程反复求解的过程。一般经过4～5次迭代计算就能获得比较精确的结果，而且针对节点矩阵高斯法系统，牛顿法具有很好的收敛性能。

4.1.3 解耦的快速算法

解耦的快速算法是指牛顿-拉夫逊法的极坐标形式，又被叫做分解法。该方法将节点的功率用向量电压极坐标的方程式表示，掌握关键矛盾，将有功的功率误差当成修正电向量角度的基本依据，将无功的功率误差当成修正电压幅值的基本依据，将有功的功率与无功的功率进行分开式迭代，由此紧密结合了电力网络系统固有特点，不论在内存的占有量方面，还是在计算速度上都有所提高[7]。

4.2 电力网络潮流计算应用功能

电力网络潮流计算应用功能主要包括以下5点。一是AGC发电机控制，AGC发电自动控制功能是指该功能同原有区域的控制联络功能组合使用，控制自动区域的功率交换为已给定值。二是分析灵敏度，该功能分为两种分析计算，具体包括灵敏度线路分析和灵敏度节点分析。三是网络阻抗快速调整模拟，选用可控方式对网络阻抗进行快速调整，以此实现对线路功率的控制，有利于系统的串联式补偿及系统的灵活设计。四是系统的合并，在进行一个电力联合新系统设计时，通常要将局部系统组成统一的一个系统开展研究，该程序可满足此项需求。五是系统故障分析，不管是进行系统的设计还是编制运行的计划都需要逐个断开系统内的每个元件，检查其他元件具体的过载负荷情况。