能量管理系统（EMS）在湖州电网中的应用

1 系统构成 

1.1 硬件构成 

　　湖州电网能量管理系统与以往的能量管理系统不同之处是SCADA与EMS一体化，使用时对应一个统一的物理模型，减少大量接口，图形维护中进行SCADA层，EMS层，公共层的分层。公共层的应用，使系统维护员的系统建模工作量减少。 

　　该系统使用TCP／IP协议进行网络通信。运用ODBC（Open Database Connectivity）建立到SQLServer数据服务器的连接。数采器采集的数据进入到服务器，由服务器单向发信息给WEB服务器，进入局域网。而服务器仅与工作站连网运行，保证了安全和快速。服务器实现主服务器与备用服务器互为热备份。 

1.2 软件构成 

　　湖州电网能量管理系统平台采用UNIX操作系统，用VISUALC＋＋语言编程，具有良好的开放性，其硬、软件的可扩充性也很好。该软件系统包括支撑系统和电网分析应用两大部分。支撑系统由实时数据库管理系统，图形和人机交互系统，进程管理系统，网络通信系统4部分构成。电网分析应用功能主要包括量测功能，实时状态估计，在线潮流，潮流，自动故障选择，故障分析等。 

2 系统特点 

　　TH－2100 SCADA／EMS正常运行后，数据采集系统周期性地（30s）运行。调度员仅需在SCADA层面上从下接菜单中选择EMS的相应功能，即可实现对电网的分析。 

2.1 SCADA系统 

　　提供实时库浏览及维护工具。可由SCADA设备自动生成遥测遥信库，浏览和修改网络上其他机器上的实时数据库，与商用的SQLServer进行同步，包括由实时库结构生成SQL库结构，实时库与SQL库内容的双向传递。 

2.2 量测系统 

　　EMS的分析应用功能以量测系统为基础。量测系统对遥测、遥信进行周期性映射，并进行粗过滤。减轻状态估计中检测辨识数据的负担，有功支路不平衡的误差为正负0.2MW，无功支路不平衡的误差为正负0.4Mvar。 

2.3 状态估计 

　　状态估计在后台周期性运行，刷新周期为1min。收敛为0．0001。状态估计是EMS的，所有的分析计算都以它为基础。基于SCADA系统采集的实时遥测，遥信信息，自动生成网络拓扑结构。将发电机、电容器、负荷视为单端元件，线路、变压器视为双端元件，把物理模型转换为数字模型。并采用估计原理，估算各母线的电压和相角。状态估计的合格率必须在90％以上且收敛，才能进行其他运算。估计前有预过滤功能，估计后的多不良数据辨识采用递归量测误差估计辨识法。在某次估计迭代计算后，原来判为正常量测，若其正则化残差大于坏数据上门槛，则被判为坏数据，下次估计时被剔除。原来被判为坏数据的量测，若其正则化残差小于坏数据的下门槛，则被判为正常量测。下次估计时可使用。 

　　在湖州电网EMS中，由于湖州电网较小，220kV变电所变压器分接头挡位的正确性对状态估计的收敛性及合格率有较大影响。 

2.4 在线潮流（调度员潮流） 

　　在线潮流在给定（或假设）的运行方式下进行设定操作，改变运行方式，分析本系统的潮流分布和潮流计算特性。分为外部网静态等值和在线潮流两部分，是进行在线安全分析和优化计算的基础。不仅可以分析当前，还可以在未来和历史整个时间段上进行潮流研究，并能智能地保存典型方式。当电网有解、合环或有关设备停役操作时，可预先进行模拟，观察潮流分布，确保倒闸操作对电网的可靠安全。 

　　同时，对潮流可进行灵敏度分析，选择有功类灵敏度用于解除过载，选择无功类用于解除过载或调整电压。经济类灵敏度用于降低网损，利用灵敏度分析，可进行校正对策分析，对要进行校正对策的设备，系统自动进行潮流计算，并给出调整策略。湖州电网中的灵敏度分析可供选择的受控量为线路／变压器有功功率，线路／变压器无功功率，变压器分接头。 

2.5 潮流 

　　潮流的计算目的是优化电力系统的稳态运行条件，它通过调节控制变量使目标函数值达到，同时满足系统对控制变量、状态变量及变量函数的运行限制。其目标函数一般可分为下述形式之一：总的系统发电成本；总的系统损耗；发电成本与系统损耗；控制变量偏移的加权和。其约束有：潮流等式约束；发电无功、有功限制；电压限制；线路潮流限制；有载调压变压器分接头限制；可调电容器限制；交换功率限制；地区旋转备用限制。其控制变量有：发电机有功、无功输出；发电机电压；有载调压变压器分接头；无功电源。该系统能在2～5个快速分解潮流计算时间内计算出潮流。使系统电压维持在合理水平，同时使系统输电损耗尽可能小，避免无功的不合理传输。在潮流计算中，我们通过对不同参数的控制，可以实现无功优化，费用，开断优化，变比优化等目标。其中，对于呈辐射状的地区电网来说，调节无功一般是依靠变压器分接头调整和电容器的投切。 

2.6 自动故障选择 

　　在一个复杂系统中，哪些元件开断对系统中支路的过载和母线过电压的影响较大，对调度员来说，并不直观。而自动故障选择，即N－1校核，根据当前运行状况给出事故严重程度的排序，可以找出电网薄弱点。 

2.7 故障分析 

　　故障分析可计算故障后系统各元件上的各相和各序电流和电压，可以校核开关遮断容量和继电保护定值。故障计算适应各种故障类型，考虑线路零序互感的影响。其中故障排序有两项指标： 

　　（1）单元件指标。衡量单条支路载荷危险性指标是支路中实际有功大小P与其上限Pmax之比，比值越大，过载危险性越大。衡量某母线电压危险性程度的指标是该母线实际电压偏离电压中心越远，危险性越大。 

　　（2）系统指标。考虑某个开断对整个系统的影响的严重性程度只能是一个统计指标。 

3 EMS的应用 

　　目前，该套EMS系统除了潮流功能尚未完善外，其余功能均已投入应用。运行一直安全可靠，其运算结果符合湖州电网的实际情况。为湖州电网的经济安全运行提供了有力的技术保证。 

　　（1）对调度员传统的思维方式起到很大改观作用，对离线计算出的潮流可以有一个真实再现。

　　（2）对电气检修方式进行再校核。 

　　（3）寻找出电网的薄弱环节，有针对性的制定出方案和建议，有利于电网的稳定运行。 

　　（4）在调度员进行经济调度时，能得到直观的数据，便于比较。例如：1）对于一主一备供电的变电所，可通过线路损耗的计算决定主供线路。2）在低负荷时，两主变的变电所经济负荷点的估算。 　 

　　（5）对湖州电网110 kV变电所主接线改造实施方案，验证110 kV主接线改造为外桥开关接线的经济性。 

　　（6）通过故障分析中的短路电流计算，比较试送电方案。故障分析有利于调度员在发生事故后，通过短路电流的比较，得出较好的试送电方案。 

4 EMS存在的不足 

　　按照《电网调度自动化与信息化技术标准》中《能量管理系统（EMS）应用软件及其实施基础条件》一文中指出，较为完善的EMS有发电控制类，发电计划类，网络分析类，调度员培训模拟组成。湖州地区级电网EMS中侧重于网络分析类。在当前运行中，有些功能还不够完善，在软件功能和系统维护上还需进一步改进。 

　　（1）系统的无功优化更适用于大电网，而对于只有调节变压器分接头和电容器两种手段的地区电网并不十分适用。而且，对于无功的调节，电容器只有投、切两种对比方式，无法计算出具体的无功补偿数。 

　　（2）该系统缺乏电压稳定性分析计算，即给定故障（线路、变压器、发电机故障）方式下的中枢变电站、相关区域网和全网各变电站的电压稳定性指标、功率极限和临界电压。在具体运用中，目前只能通过稳态潮流的数值进行分析。 　　 

　　（3）该系统缺乏暂态安全分析，即在当前、历史的或预想方式下针对给定预想事故集中的故障和继电保护动作情况判断系统是否会失去暂态稳定，给出会造成系统失稳的故障元件极限切除时间和系统稳定裕度，并筛选出严重故障。该功能的缺乏，使我们只能运用稳态潮流的数值进行理论推算。 

　　（4）尽管EMS界面由原先的位图改为矢量化，对画面局部可以进行放大缩小操作，但由于需要进行模拟图板更改接线或设备挂牌等基本操作。缺少工具栏的设置和快捷方法。 

　　（5）EMS提供了强大的报表分析功能，但不能直接，快速存取对象数据。在某一个变电所画面中，经过计算后，直接点击某一元件时，需要知道关于它的一些数据时，需要在报表分析中寻找。 

　　（6）EMS系统在SCADA功能上还不能做到与原来的SCADA一致，有时会出现遥信、遥测不准确。因此，目前还不能实现远方遥控操作。同时，目前还无法查询历史数据及曲线，给调度员掌握潮流变化带来不便。