电网调度自动化系统分析与应用研究

安徽龙源风力发电有限企业 陶龙娟

变电站从传统变电站发展到综合自动化变电站，再到数字变电站和智能变电站，从无人变电站发展到了远方调控变电站、智能变电站，实现了全智能化水平。国网企业在智能电网中，以特高压为主，具备自动化、交互化、信息化等特点的综合、协调、信息化的综合型智能电力网络，作为智能电网中调度控制一体化的主要组成部分，其智能化程度直接关系到坚强电网的实现。

电网调度中心是供电企业和调度机构的重要组成部分，调度系统的工作内容包括主配网调控、调度控制以及调度所管辖的电网结构和突发事故的处置。随着电力行业的迅速发展，电力行业的信息化程度和电力行业的整合，对调度自动化的需求也在与日俱增，随着计算机的工作效率的提高，随着网络技术的发展，推动着整个自动控制的进程，而各种密码技术和防火墙的应用，更是让整个调度自动化的体系更加的安全[1]。

1 调度自动化系统的发展概况

目前，调度自动化技术在国内应用较为广泛且更为稳定，全部采用UNIX和国际通用技术规范。该系统分为以下几种：第一种是利用分布式技术开发的CAE，通过对用户/软件体系和双组网技术的应用，将各个功能部件分散到各个部分，以减少网络中的数据阻塞。第二种是SPIDER，ABB自主开发，可供客户按需要提供系统的需求，SPIDER采用双重遥信的功能，提高“四遥”数据的可靠性和精确度，SPIDER有完善的系统维修保障。第三种是VALMET，VALMET可以用于多种硬件接口，包括实时数据、历史数据、应用程序等。第四种是由西门子技术企业自主研发的SPECTRUM，采用了基于SUN/IBM服务器接口的软件接口，采用了软件总线的概念，实现了不同服务器、不同数据流程的信息交换，采用分布式的软件构成和面向对象的技术，在地市级以上电网、大型工业客户中得到较大范围推广和应用。我国自动控制体系在20世纪五十年代以来得到了飞速发展，在各个领域都有了长足的发展，尤其是在技术原理和应用上，作为电网调度、调控、事故处理、应急演练等重要的技术支持体系其作用日益突出，应用范围也日益扩大。

2 自动化系统在供电企业应用情况

2.1 AVC功能实际应用

基于现场无功均衡原理，AVC系统对电网的无功电压进行了全面的计算和分析，以确保电力网和电力设备的安全性。将最优的无功电压控制指令，经由已有SCADA的控制信道，发送至专用于变电所的电容切换或有负荷切换。该体系密切联系生产的具体情况，把电力和电力设施的安全问题放在第一位，并充分重视了设备的使用时间间隔、允许的动作次数、事故闭锁等。在保证设备和网络安全的基础上，使网络损耗降到最低，并使电压在适当的范围内。

2.1.1 关键环节能满足安全控制要求

一是解决了电容器在投入和切除过程中和变压器升压、降压过程中的振荡。二是使电容和有载分节的开关在一定时限之内按照允许操作的数量来实现。三是对电容开关的断路进行自动判别，对故障电容进行锁死，并对其进行声光警报。四是设置了在额定负荷辅助下进行的变压器非限调状态。五是在锁死的情况下，系统会对SCADA的资料进行自动判定，并对有关的装置进行锁止。六是对变电所内部的同步操作的变电所进行的同步调整。

2.1.2 基本功能核实

自动电压控制（AVC）系统能够满足以下基本功能。

一是动态分区。OPEN3000根据厂站中的各电气设备的运行情况和一次接线图，通过厂站的独立个体进行分别控制。

二是灵敏度计算。OPEN3000可以依据电网结构和设备的参数，并分析控制前后的系统电压变化值，核算出控制范围内对电压干预的敏感程度。

三是网损估算。由于网损为系统高级应用系统的一个独立部分。

四是数据辨识。AVC系统紧密依靠状态估计的计算结果，结合SCADA形成的原始拓扑关系，对SCADA数据进行辨识，即发现可疑及错误量测时，自动闭锁控制系统。

五是设备控制次数限制。系统对无功功率的调控设置了相关的限制条件。

六是控制闭锁。在以下情况下，将对应的装置进行锁定：所述控制装置提供一种保护性工作讯号；系统指示发出的装置在一定的时间段里没有反应；重复对相同的装置进行多次的控制；调整装置的数量超出了指定的数量；在调速期间，主变速一次调整为2挡或更多；在平行运转时，变压器的齿轮与预先设定的齿轮相适应有很大偏差；当人工操纵装置时；在所辖区域的变电所通信失效；在控制区域中，没有电力超过了设定值；总线电压在控制区超出了设定值；在SCADA或不能通过的情况下，对整个站点进行封闭。

七是与省调AVC协调。（1）省级电网仅控制220kV的变电所，而由地方调处承担接到省级电网调度的业务。（2）由地调部门对各省市下达的指示进行审核，如果不通过，则由系统报警并进行锁定。（3）在规定的时间里，如果没有收到来自省企业的命令，则会在收到命令后进行锁定。（4）由地调员负责对现有的控制能力进行汇总，并将其发送至OPEN3000。（5）省企业能够对地调系统进行实时调控。

八是记录及统计。AVC对控制的详细内容进行了汇总和存储，并为使用者在必要的时候可以进行查询。

2.2 调度员培训仿真子系统

DTS系统是通过计算机的强大功能，根据系统的实时数据和历史数据库，建立相应的电力网络结构，为调度员提供必要的电力网络环境，以便控制人员根据控制系统的故障处理流程，进行相应的操作，从而保证了系统的正常运转。其主要目标是实训电网结构的控制者处理各种突发事件的能力，并通过故障处理对电网结构中的薄弱环节进行分析与解决，既可调控电网结构的运行状况，又可调控电网结构的运行状况。

2.2.1 DTS满足要求

一是正确性。系统应能够确保内容的正确性。

二是真实性。该系统和企业的调控厅的系统不同之处在于，真正的控制系统是用来监视正在运转的电力网络，而屏幕上显示的则是真实的网络运行情况。同时，该程序在实际工作中常处于空闲工作模式，只有在以下几种中断状况发生时，单片机才被唤醒开始工作。电源电压掉电；脉冲信号到来；有卡插入；显示按钮按下。

2.2.2 DTS系统组成

一是SCADA/EMS仿真系统。该套系统和系统中SCADA系统一致，界面上所看到的数据都是从实时系统中调阅过来的。

二是电网仿真子系统该系统。主要是模拟电网结构：其主要作用是建立调控实训方案，对演练过程进行储存与调控。教员在系统中设定系统运行模式、电源及潮流状况、电网故障的部位及结点，通过系统运行的不断变化，在设定的时间及相关设备上显示故障信息（例如短路跳闸、带负荷拉闸等），并给出负荷损耗、故障模式变化、保护信息等相关信息。在此情形下，教练可以与操作者合作，扮演相应的角色，帮助操作者进行相应的实训。

2.3 PAS应用软件

安全是电网调控工作的首要目标，为了确保电网的安全和稳定，从调控角度讲，则要对电网进行实时的分析和预测，从而在电网运行中发现故障，从而发展和运用电网结构的静态安全性评估软件。

2.3.1 PAS网络建模

一是明确建模范围。电网结构的主要特点是：以各种发电厂为出发点，将电力经由输电线路输送至不同的电压水平的变电站，由该变电站将电压转换为不同的电平，最后输送至客户。省、市、县等各级电力网络是由整个电网结构的一部分组成的，因此在进行建模时首先要明确分类。

二是节点入库。在PAS的资料库中，每一种装置的接口都有一个数字，如果两种装置的接口都是一样的，那么其就是连接的节点，而接口的号码则是会被系统自动产生的。

三是连接关系验证。验证各个接口是否正确，系统会给出警告和错误两种错误。警报类别包含端口虚设，即此端口未连接；故障类别是原不属于同一等级的同一变电站的装置联接。

2.3.2 状态估计

一是计算模式。有以下两种状态估算方法：一是在线操作；二是离线操作。第一种是在系统里进行即时运算，第二种是根据上一次的数据进行运算。

二是程序控制。PAS的服务器会根据设定的周期，通过设定的运算程式，从即时资料系统中读取讯息与资料，而主机伺服端则会依此指令进行处理。同时，在系统中还设有一个可以随时启动的按键，只要轻轻一按，就会发出相应指令，然后通过系统对当前的数据进行分析。当运算完成后，如果得到的数据结果准确无误，系统就会自动关闭。

三是计算结果显示。其有两种形式：图形和列表。通过对各装置进行的状态估算，如导线首端功率、变压器各侧功率、母线电压等，可以通过接线图表进行分析。此外，还可以通过清单的方式，对各种潮汐、超限、重载信息、预处理信息、可疑数据等进行远程监测。

四是量测控制。如果在进行运算时发生了测量误差，则可以采用遮盖的方法来防止误差的产生对运算的干扰。如果一个单一的差错发生，则可以对这个单一的差错进行遮盖；如果整个变电所出现错误，那么整个变电所的远程调控都要被完全覆盖。在PAS中，屏蔽的测量不参与PAS的运算。

2.3.3 调度员潮流

调度员趋势是最基础的一种先进的电网分析程序。该方法可以用于分析目前电网的各种运行状况，也可以用于校验调度方案的安全与合理。同时，也可以对其历史运作模式的改变做出相应的判断。在其他先进的网络分析中，调度器的功率控制也是最基础的，其主要功能是保持一个收敛性能较好地潮流，这是其他先进的网络分析程序的基础。

该软件将调度员的应用经验和强大的系统性能相结合，为用户的应用提供了多种应用的功能，如实时、预测、历史等多种类型的资料源、可随时更改、可更改的工作模式、较好的收敛及辅助分析、直观的检查、调控、调整等，为用户在实时的条件下，获得最佳的实训和仿真实验体验。该方法应用了可靠的牛顿法则，使其具有良好的收敛性与运算速度一致性。

调度员潮流软件的主要功能如下：通过简单的方法获得实时和历史数据，可以作为一种初步的潮流计算方法。采用多种灵活的方法，对预测的潮流进行了仿真。分析了各种重载监测、限值检查、网损分析等潮流计算结果。具有较好的实用功能，如数据的错误统计、保存、查询等。支持多个使用者的特性，让使用者在不受干扰的情况下，同时进行运算。通过与其他设备的连接，为其他设备提供潮流模式，并能对各节点进行负荷预测和调度，并对所需功率进行预测。

2.3.4 负荷预测

电网结构的负荷预测是电力建设和调度的基础，是电网结构的控制、运行和规划的基础。对电网进行精确的负荷预测，可以提高电网的安全运行，提高电网的经济效益。按周期划分，系统负荷可分为超短期、短期和中长期负荷预测。在应急管理和应急处置中，超短期负荷预测一般需要10～60min，以调度人员为目标，在火电分配、水火电协调、机组经济组合以及电力交易规划等方面，短期负荷预测一般都要在1～7天内完成，并适用于制定调度方案的工程师。

负荷预测软件会按照预定的时间，从SCADA上实时获取负荷数据，并对其进行查询、分析和评估。在周期运行期间，每隔5min就会自动进行一次超短期负荷预测，对未来60min进行预测，而短期负荷预测则会在规定的时段内进行第二天的日负荷预测；同时，操作人员也可以在任何时候启动。在超短期负荷预测中，用户可以设定无刷新时段，确保预测能按实际需求滚动，并通过AGC接入，实现闭环控制。在预测过程中，考虑了节假日、气象、特殊事件等因素，运用了多种预测方法，对负荷特征进行了丰富的分析与修正。预测结果随时进行误差分析，所有预测结果、误差结果均以图表和表格的形式显示，具有良好的用户界面。

一是负荷预测的数据来源。EMS中有三种类型的数据，即过去（历史）、现在（实时）和将来（规划），其中负荷预测是未来数据的主要来源。电网结构的负荷预测对于电网结构的控制、运行和规划都具有十分重要的意义，因此电网结构的负荷预测不仅可以提高系统的运行安全，而且可以提高系统的运行经济性。电网结构分析软件主要考虑了电网结构的电压和频率特性，而电网结构的负荷预测主要考虑了电网结构的空间和时间特征。

二是负荷预测的科学算法。在负荷预测中，利用相似日、时间序列、人工神经元网络类、人工神经元网络类、人工智能类等多种方法进行预测，在预测过程中，将工作日、休息日、节假日区分开来，并充分考虑了天气的影响，建立了一个逐时的天气模型。节点负荷预测与网络参数校正是建立在树形结构的基础上的，其可以被多个应用程序所共用，并在将来或预期中用于数据的编制。

3 结论

近年来，我国社会经济发展迅速，带动了区域的发展。同时，我国的社会发展水平也在不断提高，对能源的需求也在不断提高。这对于电力企业在保证电网结构安全、平稳运营方面将会有更多的需求，从而促使电力企业运用更多的技术来提高电网结构的管理能力。目前，OPEN3000系统现已正式投入使用，在电力网络的布局下，如何充分地利用OPEN3000的电力网络资源，使其充分发挥其优越性具有较大挑战。