電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的應(yīng)用分析

楊　振　李　江　李　明　蔡月漫　唐　玲

（國網(wǎng)新疆昌吉供電公司，新疆 昌吉 831100）

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的應(yīng)用分析

楊振李江李明蔡月漫唐玲

（國網(wǎng)新疆昌吉供電公司，新疆 昌吉 831100）

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)可以直觀的反映電網(wǎng)的實際運行情況，有效的幫助工作人員監(jiān)控變電站的實際負(fù)荷情況，并對電網(wǎng)的故障情況及時掌控，從而對電網(wǎng)的調(diào)控做出相應(yīng)的應(yīng)對措施，對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行合理分配和調(diào)控，確保電網(wǎng)的可靠經(jīng)濟(jì)運行。加強(qiáng)對電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的研究有重要的實際應(yīng)用價值。本文主要結(jié)合電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實際運行狀況，對電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測和潮流計算進(jìn)行了研究和分析，對實際應(yīng)用有一定的參考意義。

電網(wǎng)調(diào)度自動化；負(fù)荷預(yù)測；潮流計算

調(diào)度自動化系統(tǒng)經(jīng)過多年的應(yīng)用研究已經(jīng)日趨成熟，如今調(diào)度自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為電網(wǎng)運行管理中不可缺少的重要組成。它已經(jīng)成為工作人員對電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度的重要手段，也是對系統(tǒng)信息進(jìn)行分析和決策的重要工具。隨著電力生產(chǎn)對電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)依賴程度的不斷增加，電力系統(tǒng)對電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的要求也在不斷提高。電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的主要功能有調(diào)度管理功能、SCADA數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能、EMS功能、數(shù)據(jù)通訊功能以及WEB功能等。電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展主要朝著開放化和標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分布式、數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一化、主站功能的一體化以及控制的智能化。本文主要對電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測和潮流計算的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。

1　電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測

1.1電網(wǎng)單日負(fù)荷預(yù)測

電網(wǎng)的單日負(fù)荷預(yù)測是對電網(wǎng)未來一天的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，其過程非常復(fù)雜，常用的預(yù)測方法有如下幾種：

1）模型法。該方法比較常用，其主要優(yōu)點在于運算簡便、計算過程只需較少的數(shù)據(jù)即可；但是該方法的計算精度較低。

2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。該方法可以擬合歷史負(fù)荷曲線，并且可以對非線性系統(tǒng)進(jìn)行有效分析。其主要優(yōu)點在于計算精度較高；但是預(yù)測所需的歷史數(shù)據(jù)量較大，計算過程所需的運算量較大［1］。

3）綜合法。該方法是整合多種算法，對負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。該方法綜合了所用算法的優(yōu)點，運算精度往往較高。

1.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分析

某電網(wǎng)在實際應(yīng)用中采用的經(jīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷預(yù)測法運用多層次感知的算法模型。該算法相互連接數(shù)個神經(jīng)元，將輸入和輸出組成可以對復(fù)雜非線性模型進(jìn)行處理的分析系統(tǒng)。該方法可以對歷史復(fù)雜非線性的輸映射關(guān)系的特點進(jìn)行輸入輸出記憶，從而根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測［2］。具有隱層的前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最常用的預(yù)測法，其主要有輸入層、數(shù)個隱層以及輸出層構(gòu)成。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單隱層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單隱層結(jié)構(gòu)示意圖

1.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測中的應(yīng)用

在實際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，線性外推法在氣象條件沒有突然變化的情況下的運算精度還是很高的。當(dāng)氣象變化較大時，雖然負(fù)荷曲線的趨勢走向比較吻合，但預(yù)測精度已經(jīng)變得比較大。這時如果采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對誤差進(jìn)行修正就可以得到比較理想的負(fù)荷曲線。因此運用線性外推和人工神經(jīng)元算法相結(jié)合的方式是對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測的有效手段。

1）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法輸入數(shù)據(jù)的處理方法

氣象因素是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法需要進(jìn)行輸入的數(shù)據(jù)，因此需要事先對其進(jìn)行處理。要盡量提高負(fù)荷預(yù)測的精度就要盡量全面考慮影響負(fù)荷的各種因素。由于天氣狀況很難用數(shù)據(jù)進(jìn)行表述，因此我們借助氣象局的幫助，對天氣狀況的詳細(xì)情況進(jìn)行了了解。通過對氣象局所提供數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)對負(fù)荷變動影響的大小，得出49種天氣狀況，并對各種因素進(jìn)行了量化，見表1。

由于以上主要是對氣象因素的輸入量進(jìn)行分析，為了提高預(yù)測精度，我們還需對線性外推的誤差進(jìn)行修正，為盡量降低天氣因素對預(yù)測誤差的影響，我們需要從預(yù)測地區(qū)的負(fù)荷特點和氣象特性著手，進(jìn)行分析。這時我們可以對地區(qū)內(nèi)電力負(fù)荷較大的區(qū)域進(jìn)行分析，將該區(qū)域的氣象條件當(dāng)做樣本，對整個地區(qū)情況進(jìn)行近似分析，這種方法簡單實用，但是分析數(shù)據(jù)僅適合本地區(qū)使用。

表1　天氣因素的量化數(shù)據(jù)表

2）數(shù)據(jù)樣本的選擇

可以通過對歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)和影響負(fù)荷變化的因素歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析對樣本進(jìn)行組織訓(xùn)練，通過學(xué)習(xí)和記憶，系統(tǒng)得到分析經(jīng)驗，從而具有了負(fù)荷預(yù)測能力。

3）輸出結(jié)果的分析

運用線性外推法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對某地區(qū)的負(fù)荷情況進(jìn)行綜合分析，首先用線性外推法得出基本的負(fù)荷趨勢走向，然后在通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對氣象因素進(jìn)行考慮，從而對預(yù)測誤差進(jìn)行糾正，通過兩者預(yù)測結(jié)果的疊加從而得到該區(qū)域最終的負(fù)荷預(yù)測曲線，預(yù)測曲線與實際負(fù)荷的對比圖如圖2所示，可見兩條曲線的契合度還是比較高的。

圖2　負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷實際曲線圖

2　電網(wǎng)的潮流計算

2.1潮流計算運算方法的選擇

電網(wǎng)潮流的計算通常選用牛頓-拉夫遜的法的改進(jìn)型，即首先初始迭代運用P-Q分解法進(jìn)行，而潮流的最終求解采用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行。該方法適用于R/X比值太大造成收斂效果不好的情況，經(jīng)常用于低壓配電網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)化簡的等值網(wǎng)絡(luò)以及有串補(bǔ)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)潮流的計算。此外該方法還可以對Vθ節(jié)點進(jìn)行處理，即BPA程序中BJ、BK以及BL三種節(jié)點類型，在計算中這三種節(jié)點的職能見表2。

表2　Vθ節(jié)點計算中的職能表

可以看出，這三種Vθ節(jié)點在運算時首先看作系統(tǒng)的平衡節(jié)點處理，在應(yīng)用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行運算時在看作PQ、PV節(jié)點進(jìn)行處理，這樣就是計算的靈活性和結(jié)果的收斂性能都提高了。

2.2電網(wǎng)潮流計算的程序設(shè)計

圖3為計算電網(wǎng)潮流的程序輸入、輸出模型。

圖3 潮流計算程序輸入、輸出程序模型

圖3中輸入部分主要的功能主要為定義工程作業(yè)名稱、對程序功能進(jìn)行運算以及輸入輸出文件的選取等。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)主要包括支路和節(jié)點數(shù)據(jù)，其調(diào)用主要通過程序控制語句進(jìn)行。原庫文件是潮流作業(yè)得出的結(jié)果文件，其潮流解和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是完整的。對原庫文件進(jìn)行計算分析時被看作輸入部分?jǐn)?shù)據(jù)。輸出部分的潮流解和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是完整的，該部分文件在其他潮流計算中可作為輸入文件［3］。

2.3靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限的運算

電壓穩(wěn)定極限運算時連續(xù)潮流的基本功能之一，該運算結(jié)果代表了確保電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的最大負(fù)荷值。其計算過程為，在系統(tǒng)正常運行的負(fù)荷基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)負(fù)荷逐漸加大，直到系統(tǒng)電壓跌落的臨界狀態(tài)，此時的穩(wěn)定極限則為電壓穩(wěn)定極限［4］。其運算流程如圖4所示。

除對電壓穩(wěn)定極限進(jìn)行運算外，連續(xù)潮流還可以對電壓穩(wěn)定裕度進(jìn)行運算，得出PV曲線，甚至對分叉點的具體位置和特性進(jìn)行判斷。

圖4　電壓穩(wěn)定極限的計算流程

2.4潮流計算實例的結(jié)果分析

運用潮流計算的程序?qū)δ畴娋W(wǎng)的計算結(jié)果見表3。

表3　某電網(wǎng)潮流計算結(jié)果

由結(jié)果可得出系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的功率輸出情況。異步電機(jī)在負(fù)荷率達(dá)到70%以上時，功率因數(shù)最高，在0.85～0.95之間，而電機(jī)在負(fù)荷較低的情況下，功率因數(shù)較低，僅在0.2～0.3之間。系統(tǒng)功率因數(shù)

在0.9以上時為正常，當(dāng)功率因數(shù)較低時則需通過無功補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3　結(jié)論

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代化電網(wǎng)不可缺少的組成部分，針對電網(wǎng)監(jiān)控的應(yīng)用要求設(shè)計的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是進(jìn)行電網(wǎng)電能的科學(xué)分配、電網(wǎng)運行狀態(tài)的有效監(jiān)控的強(qiáng)力手段。在調(diào)度自動化系統(tǒng)中，應(yīng)用線性外推法對負(fù)荷曲線的基本趨勢進(jìn)行預(yù)測，并通過神經(jīng)元算法對天氣因素造成的誤差進(jìn)行糾正，可以得到比較準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測值。利用改進(jìn)型的牛頓-拉夫遜法對電網(wǎng)潮流進(jìn)行計算，在實際應(yīng)用中也具有很高的實際應(yīng)用價值。在現(xiàn)有的電鍍自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的預(yù)測精度，以及對新能源風(fēng)電、水電等模塊單元的計算是系統(tǒng)研究的重要方向。

［1］ 王明俊. 我國電網(wǎng)調(diào)度自動化的發(fā)展——從SCADA到EMS［J］. 電網(wǎng)技術(shù)， 2004（4）： 43-46.

［2］ 李小四. 淺談電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)展［J］. 河南電力， 2012（1）： 13-15.

［3］ 肖坤勇. 潼南供電公司完成調(diào)度自動化改造［N］. 中國電力報， 2006-01-05.

［4］ 房亮. 35kV無人變電站中調(diào)度自動化系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］. 保定： 華北電力大學(xué)， 2011.

Application Analysis of Power Grid Dispatching Automation System

Yang Zhen Li Jiang Li Ming Cai Yueman Tang Ling
（Sate Grid Changji Electric Power Supply Company， Changji， Xinjiang 831100）

The actual operation of the power grid dispatching automation system can directly reflect the power grid， the effective help staff to monitor the transformer substation the actual load situation， and the fault on the grid control in a timely manner， and the regulation on the grid to make corresponding measures， rational allocation and regulation of the load on the grid， power grid to ensure the reliable and economical operation. It has important practical application value to strengthen the research of power network automation system. In this paper， combined with the actual operation of the power grid automation system， the load forecasting and power flow calculation are studied and analyzed，which has a certain reference value for the practical application.

power grid dispatching automation； load forecasting； power flow calculation

楊 振（1974-），男，研究生，工程師，主要從事變電二次安裝調(diào)試、運維管理以及電網(wǎng)調(diào)度管理工作。