電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能簡(jiǎn)介

一、概述

隨著電力系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)也處在不斷的完善和發(fā)展過(guò)程中，主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面。其中，應(yīng)用軟件扮演著非常重要的角色，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集到的各種數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)應(yīng)用軟件的處理，才能滿足調(diào)度和生產(chǎn)運(yùn)行部門(mén)的各種要求。只有在應(yīng)用軟件的輔助下，調(diào)度部門(mén)才能直觀、靈活的監(jiān)視電網(wǎng)的運(yùn)行情況，才能對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全運(yùn)行進(jìn)行評(píng)估，對(duì)可能發(fā)生的事故和異常做出正確的判斷和處理；同時(shí)，根據(jù)應(yīng)用軟件提供的不同周期的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行規(guī)劃部門(mén)可以及時(shí)對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)做出調(diào)整，使得電網(wǎng)分布趨于合理。

二、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)基本應(yīng)用及簡(jiǎn)介

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用軟件根據(jù)功能可以分為基本應(yīng)用和高級(jí)應(yīng)用，基本應(yīng)用軟件是各種規(guī)模和檔次的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)都應(yīng)具備的基本功能。通常，這些應(yīng)用軟件都集成在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（一般簡(jiǎn)稱(chēng)為SCADA—Supervisory Control and Data Acquisition）模塊之中，其主要功能如下：

(1)數(shù)據(jù)采集和傳輸，以完成所謂“四遙”功能，即遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)。

(2)安全監(jiān)視和報(bào)警。通過(guò)各種直觀的人機(jī)界面，向調(diào)度運(yùn)行人員提供全網(wǎng)各廠、站的各種運(yùn)行工況，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的條件，對(duì)越限和異常情況發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警。

(3)事故追憶。對(duì)事故（或某些預(yù)定義的事件）發(fā)生前后，電網(wǎng)的各種事件進(jìn)行記錄，例如：事故發(fā)生前后電網(wǎng)各支路負(fù)荷變化，開(kāi)關(guān)開(kāi)/合狀態(tài)改變等。以便為調(diào)度員處理事故提供依據(jù)。

(4)其他輔助功能，例如：報(bào)表生成、曲線繪制以及簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能等。

三、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用及簡(jiǎn)介

以上基本應(yīng)用提供的功能對(duì)于現(xiàn)代電網(wǎng)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，顯然是不足夠的。根據(jù)能源部發(fā)布的《全國(guó)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃目標(biāo)和要求》，明確規(guī)定：中、高檔電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能中必須包括一系列高級(jí)應(yīng)用軟件，其功能主要包括：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥㈦娏ο到y(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、在線潮流、最優(yōu)潮流、靜態(tài)安全分析、電壓/無(wú)功分析控制、暫態(tài)穩(wěn)定分析、自動(dòng)發(fā)電控制、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析及核算、調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)等。各功能模塊可以分為多個(gè)層次和獨(dú)立的子系統(tǒng)，之間相互聯(lián)系、共享數(shù)據(jù)，下面對(duì)部分主要功能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

(一)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?/h3>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊拖旅娴碾娏ο到y(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模塊同屬于高級(jí)應(yīng)用功能中的基礎(chǔ)模塊，主要目的是為其他高級(jí)應(yīng)用提供所需的數(shù)據(jù)，同時(shí)也是高級(jí)應(yīng)用和基本應(yīng)用之間的接口模塊。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅闹饕δ苁菍?duì)SCADA系統(tǒng)提供的“遙信”數(shù)據(jù)（即刀閘、開(kāi)關(guān)位置等）進(jìn)行分析，從而確定全網(wǎng)的電氣連接狀態(tài)，生成由節(jié)點(diǎn)、支路組成的電力網(wǎng)絡(luò)模型，作為對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行后續(xù)分析計(jì)算的基礎(chǔ)。

(二)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)

SCADA收集的原始數(shù)據(jù)不可避免的會(huì)有種種缺陷，主要表現(xiàn)在具有誤差和不良數(shù)據(jù)、測(cè)量不完全等方面，從而無(wú)法準(zhǔn)確反映電網(wǎng)的真實(shí)狀態(tài)。狀態(tài)估計(jì)針對(duì)這一問(wèn)題，以量測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律為基礎(chǔ)，采用狀態(tài)估計(jì)算法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得出相對(duì)完整和可靠的估計(jì)值，使各種誤差和干擾的影響達(dá)到最小。最小二乘算法是目前比較成熟和普遍采用的狀態(tài)估計(jì)算法，具有速度快、收斂性好的特點(diǎn)。狀態(tài)估計(jì)實(shí)質(zhì)上是廣義的潮流計(jì)算問(wèn)題，與普通潮流計(jì)算類(lèi)似，也往往采用PQ分解法來(lái)提高運(yùn)算速度。

狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算結(jié)果主要提供給進(jìn)行電網(wǎng)分析計(jì)算的高級(jí)應(yīng)用模塊，也可以用于電網(wǎng)安全監(jiān)視。

(三)負(fù)荷預(yù)測(cè)

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，負(fù)荷是不可預(yù)測(cè)的，但從另一方面來(lái)看，一定地區(qū)、一定種類(lèi)的負(fù)荷又具有按照一定周期變化的特點(diǎn)，也就是說(shuō)存在一定的規(guī)律性。如果能夠掌握這種規(guī)律性，在一定程度上進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)也就有了依據(jù)。

負(fù)荷預(yù)測(cè)根據(jù)預(yù)測(cè)周期的長(zhǎng)度可以分為：長(zhǎng)期（大于5年）、中期（1-5年）、短期（數(shù)小時(shí)至數(shù)月）、而超短期則指一天內(nèi)以小時(shí)或分鐘為單位進(jìn)行的預(yù)測(cè)。中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)于新機(jī)組的安裝建設(shè)、電網(wǎng)增容和改造有著十分重要的意義；而短期和超短期預(yù)測(cè)則主要協(xié)助調(diào)度部門(mén)保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

無(wú)論預(yù)測(cè)周期的長(zhǎng)短，負(fù)荷預(yù)測(cè)都是通過(guò)分析電網(wǎng)負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行的。通過(guò)分析，總結(jié)出負(fù)荷變化的特點(diǎn)，確定存在干擾的類(lèi)型和影響程度，從而建立適當(dāng)?shù)呢?fù)荷預(yù)測(cè)模型。如果將負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊直接與電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)連機(jī)，直接從SCADA系統(tǒng)獲得所需的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，則稱(chēng)為在線負(fù)荷預(yù)測(cè)。

(四)電力系統(tǒng)在線潮流與最優(yōu)潮流

電力系統(tǒng)在線潮流的目標(biāo)是，得到全網(wǎng)的實(shí)時(shí)（或指定時(shí)間）電力潮流情況，

通過(guò)利用狀態(tài)估計(jì)和負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)論，它不但能夠得到比SCADA實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確的潮流分布，而且由于采用負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果作為數(shù)據(jù)源，它還可以實(shí)現(xiàn)一定的潮流預(yù)測(cè)功能，為電網(wǎng)安全分析、最優(yōu)潮流等分析功能提供了基礎(chǔ)。

最優(yōu)潮流是根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)的在線潮流數(shù)據(jù)，用優(yōu)化的方法給出系統(tǒng)中所有可調(diào)節(jié)元件的最優(yōu)狀態(tài)（例如：機(jī)組出力，變壓器抽頭位置，電容投切等），以達(dá)到全網(wǎng)的最優(yōu)運(yùn)行。最優(yōu)目標(biāo)可根據(jù)需要選擇。

(五)靜態(tài)安全和暫態(tài)穩(wěn)定分析

靜態(tài)安全和暫態(tài)穩(wěn)定分析以在線潮流計(jì)算的結(jié)果為基礎(chǔ)，分別對(duì)靜態(tài)和暫態(tài)條件下的系統(tǒng)安全作出了分析。

對(duì)于靜態(tài)安全，內(nèi)容包括：

在不考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，得出電網(wǎng)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，越限節(jié)點(diǎn)和支路的分布，以及越限個(gè)數(shù)和越限程度，從而反映出各個(gè)元件的開(kāi)斷對(duì)全網(wǎng)安全性影響的程度。開(kāi)斷元件的選擇可以采用人工選擇或者自動(dòng)逐個(gè)元件選擇的方式。

針對(duì)出現(xiàn)越限的不安全運(yùn)行情況，提供消除或減少系統(tǒng)不安全性的調(diào)度對(duì)策，例如：改變運(yùn)行方式，調(diào)整發(fā)電機(jī)出力等。

暫態(tài)穩(wěn)定性分析，主要是根據(jù)用戶(hù)的選擇，模擬系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下發(fā)生一定的故障時(shí)，分析系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，給出該運(yùn)行狀態(tài)下此故障的臨界切除時(shí)間和發(fā)電機(jī)的極限出力。目前，常用的暫態(tài)穩(wěn)定分析主要采用逐步積分法和直接法。

(六)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）

頻率是反映電能質(zhì)量的最重要的指標(biāo)，穩(wěn)定電網(wǎng)頻率是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本任務(wù)。對(duì)單一發(fā)電機(jī)組而言，一般都已具備了較完善的一次、二次調(diào)頻能力，能夠根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化調(diào)整出力。但從全網(wǎng)的角度來(lái)看，這種單一機(jī)組的調(diào)節(jié)是被動(dòng)和無(wú)序的，而且很多情況下，調(diào)節(jié)的結(jié)果并不是最經(jīng)濟(jì)的；對(duì)于互連電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)交換功率，也往往得不到合理的控制。

自動(dòng)發(fā)電控制的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：

結(jié)合機(jī)組的一次調(diào)頻能力，在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)總負(fù)荷與總出力的平衡；

保證電力系統(tǒng)間交換功率在規(guī)定范圍，并維持電力系統(tǒng)頻率為額定值，這要求對(duì)各機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一的二次調(diào)頻，也就是負(fù)荷頻率控制功能（LFC）。

滿足電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，為實(shí)現(xiàn)這一要求，AGC系統(tǒng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行三次調(diào)頻，即經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配。通過(guò)全網(wǎng)機(jī)組的能耗微增率曲線和網(wǎng)損微增率，運(yùn)用等微增率準(zhǔn)則并考慮安全約束條件，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)各機(jī)組之間的最優(yōu)負(fù)荷分配，這一調(diào)整工作就是經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC）。

在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)電力系統(tǒng)的不同情況，AGC的功能也會(huì)有所不同，例如，在獨(dú)立電網(wǎng)中，無(wú)須考慮網(wǎng)間交換功率，則可將二次調(diào)頻集中在實(shí)現(xiàn)恒定頻率控制方面。

(七)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（DTS）

用以提供一個(gè)仿真的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，幫助調(diào)度員熟悉電網(wǎng)的各種特性，學(xué)習(xí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)軟件和硬件的操作技能，積累處理各種電網(wǎng)事故的經(jīng)驗(yàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)廣泛的使用各種應(yīng)用軟件和高級(jí)應(yīng)用軟件，可以極大的提高調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的效能和自動(dòng)化水平，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的全面控制，保證了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時(shí)也為電網(wǎng)和機(jī)組的遠(yuǎn)景發(fā)展提供了依據(jù)。

[1]王世禎.電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行技術(shù)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,1997.

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