電網調度自動化系統分析與應用研究

安徽龍源風力發電有限企業 陶龍娟

變電站從傳統變電站發展到綜合自動化變電站，再到數字變電站和智能變電站，從無人變電站發展到了遠方調控變電站、智能變電站，實現了全智能化水平。國網企業在智能電網中，以特高壓為主，具備自動化、交互化、信息化等特點的綜合、協調、信息化的綜合型智能電力網絡，作為智能電網中調度控制一體化的主要組成部分，其智能化程度直接關系到堅強電網的實現。

電網調度中心是供電企業和調度機構的重要組成部分，調度系統的工作內容包括主配網調控、調度控制以及調度所管轄的電網結構和突發事故的處置。隨著電力行業的迅速發展，電力行業的信息化程度和電力行業的整合，對調度自動化的需求也在與日俱增，隨著計算機的工作效率的提高，隨著網絡技術的發展，推動著整個自動控制的進程，而各種密碼技術和防火墻的應用，更是讓整個調度自動化的體系更加的安全[1]。

1 調度自動化系統的發展概況

目前，調度自動化技術在國內應用較為廣泛且更為穩定，全部采用UNIX和國際通用技術規范。該系統分為以下幾種：第一種是利用分布式技術開發的CAE，通過對用戶/軟件體系和雙組網技術的應用，將各個功能部件分散到各個部分，以減少網絡中的數據阻塞。第二種是SPIDER，ABB自主開發，可供客戶按需要提供系統的需求，SPIDER采用雙重遙信的功能，提高“四遙”數據的可靠性和精確度，SPIDER有完善的系統維修保障。第三種是VALMET，VALMET可以用于多種硬件接口，包括實時數據、歷史數據、應用程序等。第四種是由西門子技術企業自主研發的SPECTRUM，采用了基于SUN/IBM服務器接口的軟件接口，采用了軟件總線的概念，實現了不同服務器、不同數據流程的信息交換，采用分布式的軟件構成和面向對象的技術，在地市級以上電網、大型工業客戶中得到較大范圍推廣和應用。我國自動控制體系在20世紀五十年代以來得到了飛速發展，在各個領域都有了長足的發展，尤其是在技術原理和應用上，作為電網調度、調控、事故處理、應急演練等重要的技術支持體系其作用日益突出，應用范圍也日益擴大。

2 自動化系統在供電企業應用情況

2.1 AVC功能實際應用

基于現場無功均衡原理，AVC系統對電網的無功電壓進行了全面的計算和分析，以確保電力網和電力設備的安全性。將最優的無功電壓控制指令，經由已有SCADA的控制信道，發送至專用于變電所的電容切換或有負荷切換。該體系密切聯系生產的具體情況，把電力和電力設施的安全問題放在第一位，并充分重視了設備的使用時間間隔、允許的動作次數、事故閉鎖等。在保證設備和網絡安全的基礎上，使網絡損耗降到最低，并使電壓在適當的范圍內。

2.1.1 關鍵環節能滿足安全控制要求

一是解決了電容器在投入和切除過程中和變壓器升壓、降壓過程中的振蕩。二是使電容和有載分節的開關在一定時限之內按照允許操作的數量來實現。三是對電容開關的斷路進行自動判別，對故障電容進行鎖死，并對其進行聲光警報。四是設置了在額定負荷輔助下進行的變壓器非限調狀態。五是在鎖死的情況下，系統會對SCADA的資料進行自動判定，并對有關的裝置進行鎖止。六是對變電所內部的同步操作的變電所進行的同步調整。

2.1.2 基本功能核實

自動電壓控制（AVC）系統能夠滿足以下基本功能。

一是動態分區。OPEN3000根據廠站中的各電氣設備的運行情況和一次接線圖，通過廠站的獨立個體進行分別控制。

二是靈敏度計算。OPEN3000可以依據電網結構和設備的參數，并分析控制前后的系統電壓變化值，核算出控制范圍內對電壓干預的敏感程度。

三是網損估算。由于網損為系統高級應用系統的一個獨立部分。

四是數據辨識。AVC系統緊密依靠狀態估計的計算結果，結合SCADA形成的原始拓撲關系，對SCADA數據進行辨識，即發現可疑及錯誤量測時，自動閉鎖控制系統。

五是設備控制次數限制。系統對無功功率的調控設置了相關的限制條件。

六是控制閉鎖。在以下情況下，將對應的裝置進行鎖定：所述控制裝置提供一種保護性工作訊號；系統指示發出的裝置在一定的時間段里沒有反應；重復對相同的裝置進行多次的控制；調整裝置的數量超出了指定的數量；在調速期間，主變速一次調整為2擋或更多；在平行運轉時，變壓器的齒輪與預先設定的齒輪相適應有很大偏差；當人工操縱裝置時；在所轄區域的變電所通信失效；在控制區域中，沒有電力超過了設定值；總線電壓在控制區超出了設定值；在SCADA或不能通過的情況下，對整個站點進行封閉。

七是與省調AVC協調。（1）省級電網僅控制220kV的變電所，而由地方調處承擔接到省級電網調度的業務。（2）由地調部門對各省市下達的指示進行審核，如果不通過，則由系統報警并進行鎖定。（3）在規定的時間里，如果沒有收到來自省企業的命令，則會在收到命令后進行鎖定。（4）由地調員負責對現有的控制能力進行匯總，并將其發送至OPEN3000。（5）省企業能夠對地調系統進行實時調控。

八是記錄及統計。AVC對控制的詳細內容進行了匯總和存儲，并為使用者在必要的時候可以進行查詢。

2.2 調度員培訓仿真子系統

DTS系統是通過計算機的強大功能，根據系統的實時數據和歷史數據庫，建立相應的電力網絡結構，為調度員提供必要的電力網絡環境，以便控制人員根據控制系統的故障處理流程，進行相應的操作，從而保證了系統的正常運轉。其主要目標是實訓電網結構的控制者處理各種突發事件的能力，并通過故障處理對電網結構中的薄弱環節進行分析與解決，既可調控電網結構的運行狀況，又可調控電網結構的運行狀況。

2.2.1 DTS滿足要求

一是正確性。系統應能夠確保內容的正確性。

二是真實性。該系統和企業的調控廳的系統不同之處在于，真正的控制系統是用來監視正在運轉的電力網絡，而屏幕上顯示的則是真實的網絡運行情況。同時，該程序在實際工作中常處于空閑工作模式，只有在以下幾種中斷狀況發生時，單片機才被喚醒開始工作。電源電壓掉電；脈沖信號到來；有卡插入；顯示按鈕按下。

2.2.2 DTS系統組成

一是SCADA/EMS仿真系統。該套系統和系統中SCADA系統一致，界面上所看到的數據都是從實時系統中調閱過來的。

二是電網仿真子系統該系統。主要是模擬電網結構：其主要作用是建立調控實訓方案，對演練過程進行儲存與調控。教員在系統中設定系統運行模式、電源及潮流狀況、電網故障的部位及結點，通過系統運行的不斷變化，在設定的時間及相關設備上顯示故障信息（例如短路跳閘、帶負荷拉閘等），并給出負荷損耗、故障模式變化、保護信息等相關信息。在此情形下，教練可以與操作者合作，扮演相應的角色，幫助操作者進行相應的實訓。

2.3 PAS應用軟件

安全是電網調控工作的首要目標，為了確保電網的安全和穩定，從調控角度講，則要對電網進行實時的分析和預測，從而在電網運行中發現故障，從而發展和運用電網結構的靜態安全性評估軟件。

2.3.1 PAS網絡建模

一是明確建模范圍。電網結構的主要特點是：以各種發電廠為出發點，將電力經由輸電線路輸送至不同的電壓水平的變電站，由該變電站將電壓轉換為不同的電平，最后輸送至客戶。省、市、縣等各級電力網絡是由整個電網結構的一部分組成的，因此在進行建模時首先要明確分類。

二是節點入庫。在PAS的資料庫中，每一種裝置的接口都有一個數字，如果兩種裝置的接口都是一樣的，那么其就是連接的節點，而接口的號碼則是會被系統自動產生的。

三是連接關系驗證。驗證各個接口是否正確，系統會給出警告和錯誤兩種錯誤。警報類別包含端口虛設，即此端口未連接；故障類別是原不屬于同一等級的同一變電站的裝置聯接。

2.3.2 狀態估計

一是計算模式。有以下兩種狀態估算方法：一是在線操作；二是離線操作。第一種是在系統里進行即時運算，第二種是根據上一次的數據進行運算。

二是程序控制。PAS的服務器會根據設定的周期，通過設定的運算程式，從即時資料系統中讀取訊息與資料，而主機伺服端則會依此指令進行處理。同時，在系統中還設有一個可以隨時啟動的按鍵，只要輕輕一按，就會發出相應指令，然后通過系統對當前的數據進行分析。當運算完成后，如果得到的數據結果準確無誤，系統就會自動關閉。

三是計算結果顯示。其有兩種形式：圖形和列表。通過對各裝置進行的狀態估算，如導線首端功率、變壓器各側功率、母線電壓等，可以通過接線圖表進行分析。此外，還可以通過清單的方式，對各種潮汐、超限、重載信息、預處理信息、可疑數據等進行遠程監測。

四是量測控制。如果在進行運算時發生了測量誤差，則可以采用遮蓋的方法來防止誤差的產生對運算的干擾。如果一個單一的差錯發生，則可以對這個單一的差錯進行遮蓋；如果整個變電所出現錯誤，那么整個變電所的遠程調控都要被完全覆蓋。在PAS中，屏蔽的測量不參與PAS的運算。

2.3.3 調度員潮流

調度員趨勢是最基礎的一種先進的電網分析程序。該方法可以用于分析目前電網的各種運行狀況，也可以用于校驗調度方案的安全與合理。同時，也可以對其歷史運作模式的改變做出相應的判斷。在其他先進的網絡分析中，調度器的功率控制也是最基礎的，其主要功能是保持一個收斂性能較好地潮流，這是其他先進的網絡分析程序的基礎。

該軟件將調度員的應用經驗和強大的系統性能相結合，為用戶的應用提供了多種應用的功能，如實時、預測、歷史等多種類型的資料源、可隨時更改、可更改的工作模式、較好的收斂及輔助分析、直觀的檢查、調控、調整等，為用戶在實時的條件下，獲得最佳的實訓和仿真實驗體驗。該方法應用了可靠的牛頓法則，使其具有良好的收斂性與運算速度一致性。

調度員潮流軟件的主要功能如下：通過簡單的方法獲得實時和歷史數據，可以作為一種初步的潮流計算方法。采用多種靈活的方法，對預測的潮流進行了仿真。分析了各種重載監測、限值檢查、網損分析等潮流計算結果。具有較好的實用功能，如數據的錯誤統計、保存、查詢等。支持多個使用者的特性，讓使用者在不受干擾的情況下，同時進行運算。通過與其他設備的連接，為其他設備提供潮流模式，并能對各節點進行負荷預測和調度，并對所需功率進行預測。

2.3.4 負荷預測

電網結構的負荷預測是電力建設和調度的基礎，是電網結構的控制、運行和規劃的基礎。對電網進行精確的負荷預測，可以提高電網的安全運行，提高電網的經濟效益。按周期劃分，系統負荷可分為超短期、短期和中長期負荷預測。在應急管理和應急處置中，超短期負荷預測一般需要10～60min，以調度人員為目標，在火電分配、水火電協調、機組經濟組合以及電力交易規劃等方面，短期負荷預測一般都要在1～7天內完成，并適用于制定調度方案的工程師。

負荷預測軟件會按照預定的時間，從SCADA上實時獲取負荷數據，并對其進行查詢、分析和評估。在周期運行期間，每隔5min就會自動進行一次超短期負荷預測，對未來60min進行預測，而短期負荷預測則會在規定的時段內進行第二天的日負荷預測；同時，操作人員也可以在任何時候啟動。在超短期負荷預測中，用戶可以設定無刷新時段，確保預測能按實際需求滾動，并通過AGC接入，實現閉環控制。在預測過程中，考慮了節假日、氣象、特殊事件等因素，運用了多種預測方法，對負荷特征進行了豐富的分析與修正。預測結果隨時進行誤差分析，所有預測結果、誤差結果均以圖表和表格的形式顯示，具有良好的用戶界面。

一是負荷預測的數據來源。EMS中有三種類型的數據，即過去（歷史）、現在（實時）和將來（規劃），其中負荷預測是未來數據的主要來源。電網結構的負荷預測對于電網結構的控制、運行和規劃都具有十分重要的意義，因此電網結構的負荷預測不僅可以提高系統的運行安全，而且可以提高系統的運行經濟性。電網結構分析軟件主要考慮了電網結構的電壓和頻率特性，而電網結構的負荷預測主要考慮了電網結構的空間和時間特征。

二是負荷預測的科學算法。在負荷預測中，利用相似日、時間序列、人工神經元網絡類、人工神經元網絡類、人工智能類等多種方法進行預測，在預測過程中，將工作日、休息日、節假日區分開來，并充分考慮了天氣的影響，建立了一個逐時的天氣模型。節點負荷預測與網絡參數校正是建立在樹形結構的基礎上的，其可以被多個應用程序所共用，并在將來或預期中用于數據的編制。

3 結論

近年來，我國社會經濟發展迅速，帶動了區域的發展。同時，我國的社會發展水平也在不斷提高，對能源的需求也在不斷提高。這對于電力企業在保證電網結構安全、平穩運營方面將會有更多的需求，從而促使電力企業運用更多的技術來提高電網結構的管理能力。目前，OPEN3000系統現已正式投入使用，在電力網絡的布局下，如何充分地利用OPEN3000的電力網絡資源，使其充分發揮其優越性具有較大挑戰。