電網調度自動化系統應用探究

梁 暉

（國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

如今，電網自動化調度系統通過不斷發展和建設已經越來越完善和成熟，成為整個運行電網中重要且不可分割的組成部分。該系統不只是實現電網日常監控及人員調度的重要管理工具，還是電網各級調度及監控人員獲取電網運行數據、進行決策分析以及實現控制的數據管理中心，確保電網可靠、安全且穩定運行的重要保障。隨著科技和經濟的不斷發展進步，信息化電力技術及其自動化技術水平也得到不斷的提升，電網調度與電力生產和電網自動化調度系統的關系也更加緊密，對電網自動化調度系統提出了更新更高的要求。

1 調度的自動化發展

隨著現代化通信、網絡及計算機技術的不斷發展，我國電力運行系統也在不斷進步和完善，國際上EMS正迎來新的發展機遇，各種符號標準及新技術也不斷增多。電力調度的自動化系統如圖1所示。

圖1 電力調度的自動化系統

自動化調度系統表現出如下4個方面的特征。一是標準化和開放化發展是未來支撐系統及其體系結構的發展方向?，F代電力領域的核心目標是開放化，雖然國內外的各大公司對系統所謂的完全式開放還處于商業化宣傳狀態，但開放式發展終究是未來的發展趨勢[1]。二是集中式的傳統系統被開放式和現代化系統的分布結構體系代替，分布式現代系統具有結構簡單靈活以及便于發展和擴充等優勢。三是將SCADA實時數據庫同全功能型數據庫的管理應用系統有效結合，將定義、記錄以及存檔等相關的數據信息在系統數據庫中均勻存儲，同時將對實時性要求較高的信息數值存入到單獨的存儲器，該單獨的存儲器是由商用統一關系型數據庫系統的初始化生成。四是智能型自動化控制。計算機技術的應用給調度生產人員的工作提供了有力的支撐和幫助，目前只有專家型系統實現了電力運行生產的實際應用，神經元應用網絡及模擬算法等相關理論并沒有實際應用于電力生產系統中，怎樣才能將各種不同的方法相結合有效應用于系統中是未來研究和發展的方向。

2 電力自動化調度系統的功能及應用

2.1 電力自動化調度系統的功能

2.1.1 SCADA實現功能

SCADA也叫采集數據和控制監視系統，該系統可以實時在線監控設備的運行情況，另外還能夠實現采集數據、控制設備、調節參數以及測量相關信號告警等控制功能。目前，電力運行系統SCADA控制技術較為成熟且被廣泛應用，成為EMS管理能量系統中重要的一部分，其具有技術信息完整、可有效提升工作生產效率、了解和掌控系統實時運行狀態、高效快速決策以及快速判斷系統障礙原因等優勢，是電力生產調度密不可分的重要手段，在電網生產運行的安全性、可靠性以及經濟性等方面起著重要作用[2]。此外，SCADA能夠在實現功能應用安全性保障的同時實現對電網實時監控，有效預防錯誤操作或是非法性操作。

2.1.2 EMS功能應用

系統EMS的應用高級軟件是以實時性監控管理系統為基礎創建的，該系統將計算機應用技術和電力現代系統的基本理論相結合，有效應用在系統相關的控制分析功能中，提高了自動化調度系統功能，實現了運行調度管理從原來經驗型向分析型的轉變，令系統功能得到了有效發揮。該系統軟件具體功能包括拓撲網格、預測狀態、計算網損、無功電壓優化、電流短路應用、預報負荷以及AGC調度等，同時齊全的軟件接口為其他工程安裝DTS/EMS軟件應用系統提供有力支撐[3]。

2.1.3 計算機的數據信息通信

電力自動化調度系統能夠實現EMS/SCADA系統間的信息通信，完成RTU終端同自動化變電系統SCADA之間的信息采集，而且系統處理此類數據同前置機的數據信息處理一致。系統可采用路由器實現與其他關聯計算機應用系統的通信，此外EMS作為支持應用通信系統軟件的工具，能夠實現統計運行、配置參數及相關測試等功能。

2.2 軟件應用功能

2.2.1 狀態的估計

該功能可以通過對各種電力應用系統的信息測量完成對當前系統運行數據估測。主要是通過SCADA的實時采集信息判定當前電網運行的狀態和結線的方式，從而建立網絡功能模型，并進行母線電最大值及相角的元件功率估測，同時對無用的信息數據進行識別和檢查，補全不足的測點，使用這種辦法可提高全網觀測性，加強測量數據的可靠性和完整性[4]。

2.2.2 電力系統調度員潮流

調度員潮流是電力規劃和運行中常使用的軟件工具，其能夠利用顯示屏畫面完成運行方式的選擇、調整、保存以及計算等功能，系統操作界面簡潔方便，運行操作可通過屏幕上的虛擬開關控制改變電網連接。在設定潮流計算時間與方式后能夠自動獲得有關數據，實現多機間和各區域間有功功率的調整，利用多機組調整無功功率、負荷以及發電機進行緩沖來穩定母線電壓值，此外還能用變壓器及電容器的抽頭調整母線的電壓[5]。

2.2.3 短路計算電流

在短路時對電流進行計算主要是用來修正因電路等問題出現的過電流，大多出現在兩相或是三相短路電路中，通過計算能夠防止因電流過高損壞供電或是形成電機負荷過強等問題。

3 負荷預測在實際自動化調度中的操作

首先進入系統的登錄應用模塊，負荷預測分析管理軟件是B/S的Web應用系統，所有系統的操作均可通過瀏覽器完成。其次在完成數字確認簽名后，轉入到管理數據模塊主操作的界面。主界面是由上部分和下部分兩個模塊構成，其中上部分為Banner條，所有模塊相同，選擇模塊的名稱即可進到與其相應的模塊中，下部分是管理數據模塊工作區[6]。再次系統以供電區為數據分類依據，在對數據查詢之前選擇供電區、分類數據節點、范圍以及時間等參數，選好后點擊查詢，相關數據即會以數據表的形式顯示在顯示區內。最后在系統工具欄里設置兩個數據修改按鍵，當需要進行保存或是添加時點擊相應按鍵即可。在需要對數據進行修改時，只需選中要修改的單元格或是點擊鍵盤進行輸入。需要注意的是，單元格單擊輸入與單元格雙擊輸入是兩種不同的操作，選中單擊輸入時，新內容將替換舊內容，而雙擊是選擇輸入方式。

4 潮流的相關計算

4.1 電力網絡幾種相關潮流的算法

4.1.1 高斯-塞德爾迭代法

該方法是以雅可比迭代法為基礎加以改進，在選定初值以后對所有變量進行估計值計算，每步迭代的過程均由之前所求估計值計算得出，并以此為基礎接著代入下一變量求解估計值。將一次迭代的過程結束后所獲得的變量估值重帶入計算公式中進行計算，反復利用迭代，不斷求得新估值，直至結果滿意為止。

4.1.2 牛頓-拉夫遜估算法

牛頓-拉夫遜估算法屬于競爭力較強而且實用的電力潮流算法。在高斯消去法與稀疏矩陣技巧得到普遍應用后，該方法才表現出真正價值，已成為如今非線性方程的一種最普遍、最有效的求解方法。它主要的優勢是利用數學非線性方程求解，其過程為利用非線性方程反復求解的過程。一般經過4～5次迭代計算就能獲得比較精確的結果，而且針對節點矩陣高斯法系統，牛頓法具有很好的收斂性能。

4.1.3 解耦的快速算法

解耦的快速算法是指牛頓-拉夫遜法的極坐標形式，又被叫做分解法。該方法將節點的功率用向量電壓極坐標的方程式表示，掌握關鍵矛盾，將有功的功率誤差當成修正電向量角度的基本依據，將無功的功率誤差當成修正電壓幅值的基本依據，將有功的功率與無功的功率進行分開式迭代，由此緊密結合了電力網絡系統固有特點，不論在內存的占有量方面，還是在計算速度上都有所提高[7]。

4.2 電力網絡潮流計算應用功能

電力網絡潮流計算應用功能主要包括以下5點。一是AGC發電機控制，AGC發電自動控制功能是指該功能同原有區域的控制聯絡功能組合使用，控制自動區域的功率交換為已給定值。二是分析靈敏度，該功能分為兩種分析計算，具體包括靈敏度線路分析和靈敏度節點分析。三是網絡阻抗快速調整模擬，選用可控方式對網絡阻抗進行快速調整，以此實現對線路功率的控制，有利于系統的串聯式補償及系統的靈活設計。四是系統的合并，在進行一個電力聯合新系統設計時，通常要將局部系統組成統一的一個系統開展研究，該程序可滿足此項需求。五是系統故障分析，不管是進行系統的設計還是編制運行的計劃都需要逐個斷開系統內的每個元件，檢查其他元件具體的過載負荷情況。

5 結 論

本文通過分析和研究電網功能特點及相關要求，根據這些特點及要求對自動化調度系統進行設計和建設，同時詳細闡述了負荷的相關預測功能，深入分析潮流的計算方法及其所具備的特征，有著較高的實用性，對該系統的研發和創建具有重要作用。