孫瀛洲 王來勤 許文革
（滄州供電公司 滄州 061001）
摘 要 本文介紹了在滄州電網(wǎng)EMS開發(fā)、研制過程中，利用現(xiàn)有的EMS應(yīng)用軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合滄州電網(wǎng)運(yùn)行和營銷的實(shí)際需要，添加了滄州電網(wǎng)的功率因數(shù)、電磁環(huán)網(wǎng)圖形以及環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算報(bào)告的設(shè)置和使用等功能。從而使滄州電網(wǎng)EMS的實(shí)際應(yīng)用更加完善。
關(guān)鍵詞 電網(wǎng) EMS 系統(tǒng) 潮流計(jì)算
1 引言
滄州電網(wǎng)處于河北南部電網(wǎng)東部，是一個(gè)發(fā)展迅速，位置重要的地區(qū)級(jí)電網(wǎng)，2000年5月已形成500／220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。因此，目前已占據(jù)河北南部電網(wǎng)總負(fù)荷七分之一的滄州電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)河北南部電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行舉足輕重。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電網(wǎng)的商業(yè)化運(yùn)行以及營銷的深入開展，電力網(wǎng)的運(yùn)行、調(diào)度和控制變得越來越復(fù)雜，電網(wǎng)需求的水準(zhǔn)也越來越高。滄州電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)已經(jīng)投入使用多年，為滄州電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行作出了重要貢獻(xiàn)。但是，停留在SCADA水平的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)只具有安全監(jiān)控的功能，調(diào)度人員雖然可以利用SCADA系統(tǒng)看到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，但是，這樣的系統(tǒng)不具備安全、經(jīng)濟(jì)分析能力，各種調(diào)度決策仍然要靠經(jīng)驗(yàn)，調(diào)度員的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，而且對(duì)調(diào)度員的要求也很高。
為了適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要，特別是無人值班變電站的出現(xiàn)和增加，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行和管理必須由經(jīng)驗(yàn)型調(diào)度上升至科學(xué)的分析型調(diào)度，來提高滄州電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，進(jìn)一步提高調(diào)度員的調(diào)度能力和素質(zhì)，大幅度減輕調(diào)度員的工作強(qiáng)度，更好為滄州電網(wǎng)的商業(yè)化運(yùn)行和營銷服務(wù)，因此在原有的SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)了能量管理系統(tǒng)（EMS）高級(jí)應(yīng)用軟件。
2 EMS系統(tǒng)介紹
由清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系研制開發(fā)的EMS系統(tǒng)是按照電網(wǎng)中各個(gè)不同的電氣設(shè)備元件的基本性能，用數(shù)學(xué)模型的辦法逐個(gè)圖元設(shè)備進(jìn)行定義、建模，并在經(jīng)過整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌颜麄�(gè)電網(wǎng)的各個(gè)電器元件模擬成為較為實(shí)際的物理模型。借助于SCADA量測數(shù)據(jù)的銜接，來完成所需要的工作任務(wù)。在地調(diào)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行和管理工作中，它可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1）電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的量測；2）對(duì)SCADA量測數(shù)據(jù)的狀態(tài)估計(jì)；3）在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的潮流計(jì)算；4）各種類型的短路計(jì)算；5）電網(wǎng)無功功率分布和無功潮流的最優(yōu)化處理；6）利用歷史數(shù)據(jù)的電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測等等。
經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)試，使這個(gè)物理模型更加貼近實(shí)際，使電網(wǎng)分析和計(jì)算在滿足計(jì)算精度的前提下更加符合工程的要求。
為了盡快有效地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，現(xiàn)將在滄州電網(wǎng)EMS開發(fā)研制過程中，利用EMS現(xiàn)有的技術(shù)條件所進(jìn)行的實(shí)用性開發(fā)和應(yīng)用的一些實(shí)例做一介紹，使這一有效的科技工具能夠在電網(wǎng)應(yīng)用中盡快地推廣，服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐。
3 滄州電網(wǎng)EMS系統(tǒng)在運(yùn)行中的具體應(yīng)用
3．1 功率因數(shù)的增設(shè)
電網(wǎng)的發(fā)展，隨著安全性及可靠性的提高，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已經(jīng)逐步提到議事日程上來。為了減少無功功率的傳輸，降低線損，同時(shí)又要保證各級(jí)電壓等級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，調(diào)度管理及調(diào)度運(yùn)行人員監(jiān)視、調(diào)整和控制各級(jí)電壓等級(jí)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況是必須的。因此，利用EMS的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算功能，開發(fā)增設(shè)各級(jí)電壓等級(jí)電網(wǎng)中變壓器和各條線路的功率因數(shù)是十分必須的。
利用原先電流的位置，選擇功率因數(shù)的按鍵，可隨時(shí)直觀地觀測到所需要檢查電氣設(shè)備的功率因數(shù)。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了便利。
3．2 在線環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算
電網(wǎng)運(yùn)行工作中，電網(wǎng)調(diào)度員擔(dān)負(fù)著電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行的指揮權(quán)，在整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益中有著非常重要的地位。其主要工作就是監(jiān)視電網(wǎng)的運(yùn)行；根據(jù)編制好的計(jì)劃進(jìn)行倒閘操作；及時(shí)處理電網(wǎng)中的事故及異常。
在倒閘操作時(shí)對(duì)于一般的倒閘操作無憂慮，其較為擔(dān)心的是電網(wǎng)合環(huán)切換負(fù)荷時(shí)的潮流變化。尤其是在35 kV及以下的網(wǎng)絡(luò)中的電磁合環(huán)，由于其繼電保護(hù)大多為無方向元件的電流型保護(hù)元件，惟恐稍有不慎造成開關(guān)跳閘，帶來不應(yīng)有的損失（歷史上曾多次發(fā)生此類問題）及不良的社會(huì)影響。所以，電網(wǎng)調(diào)度員對(duì)EMS最為關(guān)心的是模擬操作的實(shí)用性和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
EMS在線潮流計(jì)算中，可以在選取實(shí)時(shí)的SCADA數(shù)據(jù)后，狀態(tài)估計(jì)收斂后將其切換至研究態(tài)，在潮流計(jì)算的功能下模擬合環(huán)網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)的切合和電壓的調(diào)整，使之成為解、合環(huán)網(wǎng)狀態(tài)的在線潮流計(jì)算，并確認(rèn)為最佳操作步驟所形成的最佳合、解環(huán)狀態(tài)。超前一步觀測到解、合環(huán)網(wǎng)內(nèi)各電氣元件潮流的變化，調(diào)度員對(duì)于下一步的操作可以作到心中有數(shù)。
為了使之更便利和直觀，在不影響EMS正常運(yùn)行情況下，將本網(wǎng)內(nèi)凡是可構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的，特別是
可構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)的電氣元件，盡可能簡便但又要全面地作出圖形（各圖形元件只定義，不參與建模）。要求：1）參與成環(huán)網(wǎng)絡(luò)的變電站的主接線；2）參與成環(huán)網(wǎng)絡(luò)變化量的電氣設(shè)備元件；3）參與成環(huán)網(wǎng)絡(luò)中可模擬操作的電氣設(shè)備元件。
同時(shí)要標(biāo)注的電氣量和信息量為實(shí)際操作前、時(shí)、后成環(huán)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各電氣元件的電壓（包括電氣角度）、電流、有功和無功的數(shù)據(jù)顯示（SCADA數(shù)據(jù)）；運(yùn)行時(shí)，選取與需要合環(huán)網(wǎng)絡(luò)操作相應(yīng)的畫面；進(jìn)入量測狀態(tài)；選取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入狀態(tài)估計(jì)；狀態(tài)估計(jì)收斂后，選定該數(shù)據(jù)進(jìn)入研究狀態(tài)的潮流計(jì)算；觀察對(duì)比需合環(huán)兩端電壓的數(shù)值和角度；差值（在一定范圍）較大時(shí)，在該畫面上可直接模擬變壓器分頭的調(diào)整或電容器的投切；在兩端電壓差值較小時(shí)，進(jìn)行合環(huán)開關(guān)的模擬操作；操作后觀測畫面內(nèi)各有關(guān)電氣元件的電壓、有功、無功、電流的變化。根據(jù)畫面標(biāo)定（SCADA計(jì)算的結(jié)果）數(shù)據(jù)來檢定各電氣元件有無越限。同樣開環(huán)模擬操作也是如此（請見電網(wǎng)接線圖（因此圖為CAD制圖，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息未標(biāo)注））。
3．3 潮流計(jì)算報(bào)告的設(shè)定
EMS系統(tǒng)中，目前可以實(shí)現(xiàn)的輸出形式有兩種。一是將計(jì)算結(jié)果以文件形式打印或保存；二是將某一斷面數(shù)據(jù)以圖形形式打印或保存。這兩種形式雖具不少優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際應(yīng)用（尤其是調(diào)度員應(yīng)用）感覺不便。
在實(shí)際工作中，為了慎重，我們的模擬操作與實(shí)際操作總希望有個(gè)比較和對(duì)照，一是檢驗(yàn)EMS計(jì)算的正確性；二是為運(yùn)行人員增加信心，因此在模擬過程中希望留有確實(shí)的依據(jù)。為此在開發(fā)中對(duì)應(yīng)每一個(gè)環(huán)網(wǎng)畫面，按合環(huán)前、合環(huán)時(shí)和解環(huán)后建立三個(gè)文字文件（可以實(shí)現(xiàn)在環(huán)網(wǎng)圖形中設(shè)置三個(gè)觸發(fā)器的按鈕）。按畫面中的各電氣元件的標(biāo)定相關(guān)的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)形成三種狀態(tài)EMS潮流計(jì)算報(bào)告，以便于對(duì)照、保存和審查。計(jì)算報(bào)告中的內(nèi)容可隨心設(shè)置，一般將所關(guān)心的有關(guān)電氣量標(biāo)定就可以了（三張計(jì)算報(bào)告書（相關(guān)數(shù)據(jù)隨實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)注）表1為合環(huán)前；表2為合環(huán)時(shí)；表3為解環(huán)后）。
3．4 潮流計(jì)算報(bào)告的自動(dòng)生成
經(jīng)過EMS系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)驗(yàn)證SCADA系統(tǒng)信息量相對(duì)正確率的條件基礎(chǔ)上，確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)計(jì)算的精確度是準(zhǔn)確可信的。為了進(jìn)一步簡化操作程序，調(diào)度員在值班期間使用時(shí)就不必按照上面的要求逐步來完成的多項(xiàng)操作。這就要求按照逐步操作的目的設(shè)置相應(yīng)的程序，來達(dá)到目的（請見下面框圖）。
當(dāng)調(diào)度員要求計(jì)算某電磁合環(huán)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算報(bào)告并確認(rèn)后，系統(tǒng)能夠直接進(jìn)入選取需計(jì)算合環(huán)的網(wǎng)絡(luò)；出現(xiàn)對(duì)話框，確定在該網(wǎng)絡(luò)中要完成合解環(huán)的開關(guān)，確定后直接打印（或顯示）計(jì)算報(bào)告。從而使得電網(wǎng)調(diào)度員應(yīng)用EMS時(shí)，更加簡捷、便利。提高了EMS的實(shí)用效果。
4 系統(tǒng)開發(fā)與成果應(yīng)用
EMS是目前國內(nèi)市場上最新的電網(wǎng)分析系統(tǒng)應(yīng)用軟件，如何更有效更直觀地應(yīng)用在電網(wǎng)運(yùn)行和管理工作中是每一位從事電網(wǎng)工作人員的共同心愿。就目前電網(wǎng)運(yùn)行和管理體制的地調(diào)級(jí)電網(wǎng)和縣（市）調(diào)級(jí)電網(wǎng)來講，市場相當(dāng)廣泛。如何進(jìn)一步將電網(wǎng)的其它學(xué)科的理論擴(kuò)展進(jìn)EMS中來應(yīng)是計(jì)算機(jī)專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)研究人員下一步的課題；而如何更好地利用目前的EMS，結(jié)合本電網(wǎng)的實(shí)際，方便于生產(chǎn)，使其創(chuàng)造更大的價(jià)值則是電網(wǎng)運(yùn)行和管理人員的任務(wù)。
在研制、開發(fā)滄州電網(wǎng)EMS和具體應(yīng)用過程中的，特別注意其在生產(chǎn)實(shí)踐中的效果。尤其是潮流計(jì)算報(bào)告的設(shè)置，克服了計(jì)算結(jié)果無選擇輸出的弊端。同時(shí)計(jì)算結(jié)果中確定了日期和時(shí)間，也就相當(dāng)于記錄了歷史的斷面數(shù)據(jù)。通過一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)用，充分體現(xiàn)出系統(tǒng)開發(fā)目的的實(shí)際作用，增加了調(diào)度運(yùn)行人員模擬操作的興趣；避免了誤操作和誤調(diào)度的可能性；既消除了運(yùn)行人員對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)有可能帶來開關(guān)跳閘的憂慮又為電網(wǎng)運(yùn)行和管理工作中減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了時(shí)間。從而給電網(wǎng)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
5 參考文獻(xiàn)
1 龔強(qiáng)．Alpha小型機(jī)在滄洲電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998（5）
2 龔強(qiáng)．利用SCADA系統(tǒng)遙測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算線損、變損．華北電力技術(shù).
