電網調度自動化系統應用軟件功能簡介

一、概述

隨著電力系統和計算機技術的不斷發展，電網調度自動化系統也處在不斷的完善和發展過程中，主要包括硬件和軟件兩個方面。其中，應用軟件扮演著非常重要的角色，調度自動化系統采集到的各種數據必須經過應用軟件的處理，才能滿足調度和生產運行部門的各種要求。只有在應用軟件的輔助下，調度部門才能直觀、靈活的監視電網的運行情況，才能對電網的經濟運行和安全運行進行評估，對可能發生的事故和異常做出正確的判斷和處理；同時，根據應用軟件提供的不同周期的運行數據，運行規劃部門可以及時對電網規劃建設做出調整，使得電網分布趨于合理。

二、調度自動化系統基本應用及簡介

調度自動化系統應用軟件根據功能可以分為基本應用和高級應用，基本應用軟件是各種規模和檔次的調度自動化系統都應具備的基本功能。通常，這些應用軟件都集成在數據采集與監控（一般簡稱為SCADA—Supervisory Control and Data Acquisition）模塊之中，其主要功能如下：

(1)數據采集和傳輸，以完成所謂“四遙”功能，即遙測、遙信、遙控、遙調。

(2)安全監視和報警。通過各種直觀的人機界面，向調度運行人員提供全網各廠、站的各種運行工況，根據預先設置的條件，對越限和異常情況發出相應的聲光報警。

(3)事故追憶。對事故（或某些預定義的事件）發生前后，電網的各種事件進行記錄，例如：事故發生前后電網各支路負荷變化，開關開/合狀態改變等。以便為調度員處理事故提供依據。

(4)其他輔助功能，例如：報表生成、曲線繪制以及簡單的數據運算等功能等。

三、調度自動化系統高級應用及簡介

以上基本應用提供的功能對于現代電網的運行來說，顯然是不足夠的。根據能源部發布的《全國電網調度自動化系統規劃目標和要求》，明確規定：中、高檔電網調度自動化系統的功能中必須包括一系列高級應用軟件，其功能主要包括：網絡拓撲分析、電力系統狀態估計、負荷預測、在線潮流、最優潮流、靜態安全分析、電壓/無功分析控制、暫態穩定分析、自動發電控制、電網經濟運行分析及核算、調度員培訓仿真系統等。各功能模塊可以分為多個層次和獨立的子系統，之間相互聯系、共享數據，下面對部分主要功能模塊進行簡單的介紹。

(一)網絡拓撲分析

網絡拓撲分析和下面的電力系統狀態估計模塊同屬于高級應用功能中的基礎模塊，主要目的是為其他高級應用提供所需的數據，同時也是高級應用和基本應用之間的接口模塊。

網絡拓撲分析的主要功能是對SCADA系統提供的“遙信”數據（即刀閘、開關位置等）進行分析，從而確定全網的電氣連接狀態，生成由節點、支路組成的電力網絡模型，作為對網絡進行后續分析計算的基礎。

(二)電力系統狀態估計

SCADA收集的原始數據不可避免的會有種種缺陷，主要表現在具有誤差和不良數據、測量不完全等方面，從而無法準確反映電網的真實狀態。狀態估計針對這一問題，以量測誤差的統計規律為基礎，采用狀態估計算法，對原始數據進行處理，從而得出相對完整和可靠的估計值，使各種誤差和干擾的影響達到最小。最小二乘算法是目前比較成熟和普遍采用的狀態估計算法，具有速度快、收斂性好的特點。狀態估計實質上是廣義的潮流計算問題，與普通潮流計算類似，也往往采用PQ分解法來提高運算速度。

狀態估計的計算結果主要提供給進行電網分析計算的高級應用模塊，也可以用于電網安全監視。

(三)負荷預測

從本質上來說，負荷是不可預測的，但從另一方面來看，一定地區、一定種類的負荷又具有按照一定周期變化的特點，也就是說存在一定的規律性。如果能夠掌握這種規律性，在一定程度上進行負荷預測也就有了依據。

負荷預測根據預測周期的長度可以分為：長期（大于5年）、中期（1-5年）、短期（數小時至數月）、而超短期則指一天內以小時或分鐘為單位進行的預測。中長期負荷預測對于新機組的安裝建設、電網增容和改造有著十分重要的意義；而短期和超短期預測則主要協助調度部門保證電網的安全、經濟運行。

無論預測周期的長短，負荷預測都是通過分析電網負荷的歷史數據來進行的。通過分析，總結出負荷變化的特點，確定存在干擾的類型和影響程度，從而建立適當的負荷預測模型。如果將負荷預測模塊直接與電網調度自動化系統連機，直接從SCADA系統獲得所需的歷史負荷數據，則稱為在線負荷預測。

(四)電力系統在線潮流與最優潮流

電力系統在線潮流的目標是，得到全網的實時（或指定時間）電力潮流情況，

通過利用狀態估計和負荷預測的結論，它不但能夠得到比SCADA實測數據更為準確的潮流分布，而且由于采用負荷預測的結果作為數據源，它還可以實現一定的潮流預測功能，為電網安全分析、最優潮流等分析功能提供了基礎。

最優潮流是根據當前電網的在線潮流數據，用優化的方法給出系統中所有可調節元件的最優狀態（例如：機組出力，變壓器抽頭位置，電容投切等），以達到全網的最優運行。最優目標可根據需要選擇。

(五)靜態安全和暫態穩定分析

靜態安全和暫態穩定分析以在線潮流計算的結果為基礎，分別對靜態和暫態條件下的系統安全作出了分析。

對于靜態安全，內容包括：

在不考慮系統穩定性的前提下，得出電網拓撲變化時，越限節點和支路的分布，以及越限個數和越限程度，從而反映出各個元件的開斷對全網安全性影響的程度。開斷元件的選擇可以采用人工選擇或者自動逐個元件選擇的方式。

針對出現越限的不安全運行情況，提供消除或減少系統不安全性的調度對策，例如：改變運行方式，調整發電機出力等。

暫態穩定性分析，主要是根據用戶的選擇，模擬系統穩定運行的狀態下發生一定的故障時，分析系統的暫態穩定性，給出該運行狀態下此故障的臨界切除時間和發電機的極限出力。目前，常用的暫態穩定分析主要采用逐步積分法和直接法。

(六)自動發電控制（AGC）

頻率是反映電能質量的最重要的指標，穩定電網頻率是電力系統運行的基本任務。對單一發電機組而言，一般都已具備了較完善的一次、二次調頻能力，能夠根據電網頻率的變化調整出力。但從全網的角度來看，這種單一機組的調節是被動和無序的，而且很多情況下，調節的結果并不是最經濟的；對于互連電網來說，網絡交換功率，也往往得不到合理的控制。

自動發電控制的設計目標是：

結合機組的一次調頻能力，在小范圍內實現電力系統總負荷與總出力的平衡；

保證電力系統間交換功率在規定范圍，并維持電力系統頻率為額定值，這要求對各機組進行統一的二次調頻，也就是負荷頻率控制功能（LFC）。

滿足電力系統經濟運行的要求，為實現這一要求，AGC系統需要對系統進行三次調頻，即經濟負荷分配。通過全網機組的能耗微增率曲線和網損微增率，運用等微增率準則并考慮安全約束條件，實現在系統各機組之間的最優負荷分配，這一調整工作就是經濟調度控制（EDC）。

在實際運行中，根據電力系統的不同情況，AGC的功能也會有所不同，例如，在獨立電網中，無須考慮網間交換功率，則可將二次調頻集中在實現恒定頻率控制方面。

(七)調度員培訓仿真系統（DTS）

用以提供一個仿真的電網運行環境，幫助調度員熟悉電網的各種特性，學習調度自動化系統軟件和硬件的操作技能，積累處理各種電網事故的經驗。

四、結束語

通過廣泛的使用各種應用軟件和高級應用軟件，可以極大的提高調度自動化系統的效能和自動化水平，真正實現對電網運行的全面控制，保證了電力系統的安全運行和經濟運行，同時也為電網和機組的遠景發展提供了依據。

[1]王世禎.電網調度運行技術[M].沈陽:東北大學出版社,1997.

[2]何仰贊,溫增銀,汪馥英,周慧勤.電力系統分析[M].華中理工大學出版社,1993.