鐘 亮
湖州市電力局 浙江 湖州 313000
摘 要：介紹了湖州電網能量管理系統構成特點及其應用，同時指出了存在的不足。
關鍵詞：電力調度 EMS 應用
隨著電網的不斷發展，停留在單一監控功能SCADA基礎上的電網調度系統，已遠遠不能滿足電網安全經濟運行的要求。因此，湖州電力局與清華大學合作開發了湖州電網能量管理系統（EMS）
1 系統構成
1.1 硬件構成
湖州電網能量管理系統與以往的能量管理系統不同之處是SCADA與EMS一體化，使用時對應一個統一的物理模型，減少大量接口，圖形維護中進行SCADA層，EMS層，公共層的分層。公共層的應用，使系統維護員的系統建模工作量減少。
該系統使用TCP／IP協議進行網絡通信。運用ODBC（Open Database Connectivity）建立到SQLServer數據服務器的連接。數采器采集的數據進入到服務器，由服務器單向發信息給WEB服務器，進入局域網。而服務器僅與工作站連網運行，保證了安全和快速。服務器實現主服務器與備用服務器互為熱備份。
1.2 軟件構成
湖州電網能量管理系統平臺采用UNIX操作系統，用VISUALC＋＋語言編程，具有良好的開放性，其硬、軟件的可擴充性也很好。該軟件系統包括支撐系統和電網分析應用兩大部分。支撐系統由實時數據庫管理系統，圖形和人機交互系統，進程管理系統，網絡通信系統4部分構成。電網分析應用功能主要包括量測功能，實時狀態估計，在線潮流，最優潮流，自動故障選擇，故障分析等。
2 系統特點
TH－2100 SCADA／EMS正常運行后，數據采集系統周期性地（30s）運行。調度員僅需在SCADA層面上從下接菜單中選擇EMS的相應功能，即可實現對電網的分析。系統如圖2所示。
2.1 SCADA系統
提供實時庫瀏覽及維護工具。可由SCADA設備自動生成遙測遙信庫，瀏覽和修改網絡上其他機器上的實時數據庫，與商用的SQLServer進行同步，包括由實時庫結構生成SQL庫結構，實時庫與SQL庫內容的雙向傳遞。
2.2 量測系統
EMS的分析應用功能以量測系統為基礎。量測系統對遙測、遙信進行周期性一次映射，并進行一次粗過濾。減輕狀態估計中檢測辨識數據的負擔，有功支路不平衡的誤差為正負0.2MW，無功支路不平衡的誤差為正負0.4Mvar。
2.3 狀態估計
狀態估計在后臺周期性運行，刷新周期為1min。收斂精度為0．0001。狀態估計是EMS的核心，所有的分析計算都以它為基礎。基于SCADA系統采集的實時遙測，遙信信息，自動生成網絡拓撲結構。將發電機、電容器、負荷視為單端元件，線路、變壓器視為雙端元件，把物理模型轉換為數字模型。并采用最優估計原理，估算各母線的電壓和相角。狀態估計的合格率必須在90％以上且收斂，才能進行其他運算。估計前有預過濾功能，估計后的多不良數據辨識采用遞歸量測誤差估計辨識法。在某次估計迭代計算后，原來判為正常量測，若其正則化殘差大于壞數據上門檻，則被判為壞數據，下次估計時被剔除。原來被判為壞數據的量測，若其正則化殘差小于壞數據的下門檻，則被判為正常量測。下次估計時可使用。
在湖州電網EMS中，由于湖州電網較小，220kV變電所變壓器分接頭擋位的正確性對狀態估計的收斂性及合格率有較大影響。
2.4 在線潮流（調度員潮流）
在線潮流在給定（或假設）的運行方式下進行設定操作，改變運行方式，分析本系統的潮流分布和潮流計算特性。分為外部網靜態等值和在線潮流兩部分，是進行在線安全分析和優化計算的基礎。不僅可以分析當前，還可以在未來和歷史整個時間段上進行潮流研究，并能智能地保存典型方式。當電網有解、合環或有關設備停役操作時，可預先進行模擬，觀察潮流分布，確保倒閘操作對電網的可靠安全。
同時，對潮流可進行靈敏度分析，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
調整電壓。經濟類靈敏度用于降低網損，利用靈敏度分析，可進行校正對策分析，對要進行校正對策的設備，系統自動進行潮流計算，并給出調整策略。湖州電網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 最優潮流
最優潮流的計算目的是優化電力系統的穩態運行條件，它通過調節控制變量使目標函數值達到最小，同時滿足系統對控制變量、狀態變量及變量函數的運行限制。其目標函數一般可分為下述形式之一：總的系統發電成本；總的系統損耗；發電成本與系統損耗；控制變量偏移的加權和。其約束有：潮流等式約束；發電無功、有功限制；電壓限制；線路潮流限制；有載調壓變壓器分接頭限制；可調電容器限制；交換功率限制；地區旋轉備用限制。其控制變量有：發電機有功、無功輸出；發電機電壓；有載調壓變壓器分接頭；無功電源。該系統能在2～5個快速分解潮流計算時間內計算出最優潮流。使系統電壓維持在合理水平，同時使系統輸電損耗盡可能小，避免無功的不合理傳輸。在最優潮流計算中，我們通過對不同參數的控制，可以實現無功優化，費用最小，開斷優化，變比優化等目標。其中，對于呈輻射狀的地區電網來說，調節無功一般是依靠變壓器分接頭調整和電容器的投切。
2.6 自動故障選擇
在一個復雜系統中，哪些元件開斷對系統中支路的過載和母線過電壓的影響較大，對調度員來說，并不直觀。而自動故障選擇，即N－1校核，根據當前運行狀況給出事故嚴重程度的排序，可以找出電網薄弱點。
2.7 故障分析
故障分析可計算故障后系統各元件上的各相和各序電流和電壓，可以校核開關遮斷容量和繼電保護定值。故障計算適應各種故障類型，考慮線路零序互感的影響。其中故障排序有兩項指標：
（1）單元件指標。衡量單條支路載荷危險性指標是支路中實際有功大小P與其上限Pmax之比，比值越大，過載危險性越大。衡量某母線電壓危險性程度的指標是該母線實際電壓偏離電壓中心越遠，危險性越大。
（2）系統指標。考慮某個開斷對整個系統的影響的嚴重性程度只能是一個統計指標。
3 EMS的應用
目前，該套EMS系統除了最優潮流功能尚未完善外，其余功能均已投入應用。運行一直安全可靠，其運算結果符合湖州電網的實際情況。為湖州電網的經濟安全運行提供了有力的技術保證。
（1）對調度員傳統的思維方式起到很大改觀作用，對離線計算出的潮流可以有一個真實再現。
（2）對電氣檢修方式進行再校核。
（3）尋找出電網的薄弱環節，有針對性的制定出方案和建議，有利于電網的穩定運行。
（4）在調度員進行經濟調度時，能得到直觀的數據，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算決定主供線路。2）在低負荷時，兩主變的變電所經濟負荷點的估算。
（5）對湖州電網110 kV變電所主接線改造實施方案，驗證110 kV主接線改造為外橋開關接線的經濟性。
（6）通過故障分析中的短路電流計算，比較試送電方案。故障分析有利于調度員在發生事故后，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《電網調度自動化與信息化技術標準》中《能量管理系統（EMS）應用軟件及其實施基礎條件》一文中指出，較為完善的EMS有發電控制類，發電計劃類，網絡分析類，調度員培訓模擬組成。湖州地區級電網EMS中側重于網絡分析類。在當前運行中，有些功能還不夠完善，在軟件功能和系統維護上還需進一步改進。
（1）系統的無功優化更適用于大電網，而對于只有調節變壓器分接頭和電容器兩種手段的地區電網并不十分適用。而且，對于無功的調節，電容器只有投、切兩種對比方式，無法計算出具體的無功補償數。
（2）該系統缺乏電壓穩定性分析計算，即給定故障（線路、變壓器、發電機故障）方式下的中樞變電站、相關區域網和全網各變電站的電壓穩定性指標、功率極限和臨界電壓。在具體運用中，目前只能通過穩態潮流的數值進行分析。
（3）該系統缺乏暫態安全分析，即在當前、歷史的或預想方式下針對給定預想事故集中的故障和繼電保護動作情況判斷系統是否會失去暫態穩定，給出會造成系統失穩的故障元件極限切除時間和系統穩定裕度，并篩選出嚴重故障。該功能的缺乏，使我們只能運用穩態潮流的數值進行理論推算。
（4）盡管EMS界面由原先的位圖改為矢量化，對畫面局部可以進行放大縮小操作，但由于需要進行模擬圖板更改接線或設備掛牌等基本操作。缺少工具欄的設置和快捷方法。
（5）EMS提供了強大的報表分析功能，但不能直接，快速存取對象數據。在某一個變電所畫面中，經過計算后，直接點擊某一元件時，需要知道關于它的一些數據時，需要在報表分析中尋找。
（6）EMS系統在SCADA功能上還不能做到與原來的SCADA一致，有時會出現遙信、遙測不準確。因此，目前還不能實現遠方遙控操作。同時，目前還無法查詢歷史數據及曲線，給調度員掌握潮流變化帶來不便。
