EMS系統(tǒng)與PSASP在線數(shù)據(jù)接口開發(fā)和應(yīng)用

孫 蓉，邱 健

（1.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.中國電力科學(xué)研究院，北京100085）

江蘇電網(wǎng)根據(jù)職能的劃分，由網(wǎng)、省、市、縣公司的調(diào)度部門分別管轄不同層級的電網(wǎng)運行，因此電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)分散地存儲在各級調(diào)度中心的EMS系統(tǒng)中，而這些資源只能在調(diào)度中心使用，無法供其他部門共享。另一方面，雖然EMS系統(tǒng)中完整地記錄了電網(wǎng)的運行狀態(tài)，但在實際分析計算時仍然采用離線數(shù)據(jù)，大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入均靠人工維護，大大降低了工作效率和計算的可信度。文中提出利用標(biāo)準電網(wǎng)模型和計算機技術(shù)將調(diào)度實時在線數(shù)據(jù)接入到離線計算軟件的方法，并實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)接口的開發(fā)和跨平臺的電網(wǎng)運行狀態(tài)的圖示化動態(tài)顯示，使研究人員能時刻掌握電網(wǎng)運行狀態(tài)，并利用基于在線數(shù)據(jù)接口的仿真軟件開展基于電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的狀態(tài)分析、故障診斷等工作。

1 在線數(shù)據(jù)接口的設(shè)計

1.1 總體框架

按照E語言數(shù)據(jù)格式[1]，以一定的設(shè)備命名規(guī)則，從EMS系統(tǒng)中導(dǎo)出所需的在線數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)，通過對映射表的設(shè)置和維護，在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)相互補充驗證，數(shù)據(jù)接口按照5 min頻度實時自動接收EMS在線數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)離線和在線電網(wǎng)數(shù)據(jù)的整合，形成一套結(jié)構(gòu)完整、準確反映當(dāng)前電網(wǎng)運行工況的計算數(shù)據(jù)，并能用于電網(wǎng)的潮流、短路、暫態(tài)穩(wěn)定計算，另外利用圖模一體化技術(shù)，實現(xiàn)對電網(wǎng)的動態(tài)監(jiān)視。在線數(shù)據(jù)接口的總體框架如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)的整合方案

圖1 江蘇在線數(shù)據(jù)接口示意圖

根據(jù)在線、離線數(shù)據(jù)的特點[2]和江蘇的實際情況，設(shè)計在線數(shù)據(jù)接口的開發(fā)方案。由于江蘇EMS系統(tǒng)中設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)不完整，只能滿足在線潮流計算的要求，而短路、穩(wěn)定計算所需的零序參數(shù)、發(fā)電機參數(shù)、變壓器接地方式等數(shù)據(jù)并沒有同步維護，準確率和完整性很難保證，因此在線數(shù)據(jù)接口的開發(fā)方案采用以離線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)整合[3]，即以華東的離線計算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用江蘇EMS在線數(shù)據(jù)刷新離線數(shù)據(jù)中的江蘇電網(wǎng)數(shù)據(jù)。

（1）以在線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，保留在線數(shù)據(jù)原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備名稱，用離線設(shè)備模型和動態(tài)參數(shù)進行補充和修正。

（2）建立在線/離線元件設(shè)備映射表，通過映射表實現(xiàn)在線/離線數(shù)據(jù)的共用。2套模型中的電氣元件名稱都是相對穩(wěn)定的，潮流整合程序通過分析廠站、元件連接關(guān)系及元件名稱自動生成大部分的映射表內(nèi)容。少量等值、簡化的元件需要人工映射來完成，還有部分不對應(yīng)的部分需要對模型本身進行修正。在建立映射表的過程中，通過對比2套模型之間的差異，相互進行校正。離線/在線模型通過映射表共享數(shù)據(jù)的示意如圖2所示。

（3）在線數(shù)據(jù)采用EMS系統(tǒng)狀態(tài)估計后數(shù)據(jù)，包含母線電壓相角、交流線、變壓器、發(fā)電機、電容器、負荷的有功和無功、主變抽頭、設(shè)備參數(shù)等數(shù)據(jù)；離線數(shù)據(jù)采用最新的華東電網(wǎng)運行方式計算完整的數(shù)據(jù)。

圖2 離線/在線映射處理

（4）由于在線運行數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)很難嚴格為同一時間斷面，邊界潮流很難一致，因此將在線運行數(shù)據(jù)刷新到離線數(shù)據(jù)上以后，需要對離線數(shù)據(jù)中省外的發(fā)電和負荷進行適當(dāng)調(diào)整，使整合后數(shù)據(jù)的省際聯(lián)絡(luò)線潮流與在線數(shù)據(jù)一致。

1.3 離線斷面的調(diào)整

目前電力系統(tǒng)建模、計算和結(jié)果瀏覽的過程已經(jīng)從文本模式發(fā)展到了圖形界面模式，基于組態(tài)思想的圖模一體化技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提高了圖形系統(tǒng)維護和使用效率?；贓語言/組件接口規(guī)范，設(shè)計并實現(xiàn)一種跨平臺的電網(wǎng)圖示化瀏覽器，動態(tài)地讀取電網(wǎng)數(shù)據(jù)，并以多種視圖方式顯示電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，將圖形數(shù)據(jù)關(guān)系由強耦合變?yōu)閱蜗蛲茖?dǎo)，可方便地從電網(wǎng)數(shù)據(jù)中自動形成整體或局部的廠站接線圖、電網(wǎng)示意圖等。由于圖元形狀、大小、顏色、位置、連接關(guān)系等圖形屬性均為預(yù)先配置或者動態(tài)智能生成，從而將圖形系統(tǒng)的維護量幾乎降為零，提高了電網(wǎng)建模、計算和分析的靈活性。

1.4 通信方案

為了保證EMS系統(tǒng)的安全和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定，調(diào)度EMS服務(wù)器將狀態(tài)估計后的實時數(shù)據(jù)保存為E語言格式的數(shù)據(jù)文件，通過橫向正向隔離裝置從調(diào)度I區(qū)發(fā)到III區(qū)服務(wù)器，本地LINUX服務(wù)器通過綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)，采用FTP的方式每5 min自動從III區(qū)服務(wù)器接受數(shù)據(jù)，并同時完成在線數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)的整合，整合結(jié)果同樣以FTP的方式傳輸至圖模顯示服務(wù)器，實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)界面的實時動態(tài)監(jiān)視、各項指標(biāo)顯示、歷史數(shù)據(jù)管理等功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件配置

江蘇電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)接口及分布式計算平臺的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。在線數(shù)據(jù)接口服務(wù)器專用于實時接收EMS系統(tǒng)發(fā)出的E語言格式數(shù)據(jù)，并進行在線與離線數(shù)據(jù)的整合，管理節(jié)點用于江蘇電網(wǎng)實時運行潮流的圖?；故?，實現(xiàn)圖形瀏覽、歷史數(shù)據(jù)保存、統(tǒng)計分析等功能。

2.2 軟件配置

圖3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在線數(shù)據(jù)接口程序采用標(biāo)準C++語言編寫，MySQL數(shù)據(jù)庫，圖形界面基于跨平臺的專業(yè)程序庫QT，在線數(shù)據(jù)接口服務(wù)器采用Linux REDHAT AS 4.0 64位操作系統(tǒng)，管理節(jié)點采用Windows系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)接口的功能

通過在線數(shù)據(jù)接口，可以實現(xiàn)基于在線數(shù)據(jù)的全面計算分析。在線數(shù)據(jù)接口具備以下功能：

（1）接受E語言格式的EMS在線數(shù)據(jù)；

（2）自動生成在線/離線數(shù)據(jù)的映射表；

（3）在線網(wǎng)絡(luò)拓撲分析，以提高數(shù)據(jù)的可靠性；

（4）根據(jù)時間或其他原則自動實現(xiàn)對多套特定離線數(shù)據(jù)進行整合，降低邊界處的聯(lián)絡(luò)線功率差額，讓合并后的數(shù)據(jù)盡可能反映系統(tǒng)實際運行情況；

（5）支持對多套在線數(shù)據(jù)的整合，能整合110 kV電網(wǎng)的EMS信息；

（6）實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)視和告警，并具備分區(qū)分市發(fā)電負荷統(tǒng)計等功能；

（7）能以文件和數(shù)據(jù)庫方式保存任一歷史斷面的整合數(shù)據(jù)；

（8）能夠與實時數(shù)字仿真裝置對接，開展基于實際電網(wǎng)的物理裝置測試。

3 數(shù)據(jù)校驗

為了驗證數(shù)據(jù)接口程序開發(fā)的準確性，保證EMS在線數(shù)據(jù)與在線/離線數(shù)據(jù)整合后的計算結(jié)果一致，需要對整合前后潮流數(shù)據(jù)進行校驗。采用江蘇2009年11月8日22:00的EMS數(shù)據(jù)斷面，比對電網(wǎng)實際潮流與數(shù)據(jù)整合后的計算結(jié)果，部分母線比對結(jié)果如表1所示 (單位為標(biāo)幺值，基準容量為100 MW，基準電壓為 525 kV/230 kV/35 kV)，結(jié)果顯示整合前后潮流結(jié)果基本一致，滿足精度要求。

4 在線數(shù)據(jù)接口的應(yīng)用

在線數(shù)據(jù)接口程序經(jīng)過一段時間的實際運行，目前運行狀態(tài)良好，實現(xiàn)了設(shè)計功能，并在電網(wǎng)迎峰度夏、故障分析中發(fā)揮了作用，由于仿真軟件與實時數(shù)字仿真裝置為同一數(shù)據(jù)平臺上，今后基于實時數(shù)字仿真裝置可開展以下研究工作。

表1 母線潮流計算比較結(jié)果

（1）基于電網(wǎng)在線運行數(shù)據(jù)的實時仿真分析和試驗研究，提高研究內(nèi)容與實際電網(wǎng)背景的契合度，為電網(wǎng)實際運行提供技術(shù)支撐。

（2）結(jié)合數(shù)字仿真裝置的機電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合的大規(guī)模電網(wǎng)實時仿真計算功能，開展實際運行電網(wǎng)的故障再現(xiàn)、原因分析及措施研究。

（3）開展基于在線數(shù)據(jù)的安全分析、電網(wǎng)穩(wěn)定裕度評估、電網(wǎng)綜合防御系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略及校核分析。

5 結(jié)束語

江蘇電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)接口遵循E語言格式規(guī)范，根據(jù)離線/在線2套數(shù)據(jù)的特點，充分利用現(xiàn)有的EMS調(diào)度自動化系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)資源，將狀態(tài)估計后的實時電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)引入到電力系統(tǒng)綜合程序PSASP基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，在很大程度上解決了傳統(tǒng)離線計算中數(shù)據(jù)源的問題，結(jié)合PSASP原有的強大離線計算分析功能，不但使江蘇電網(wǎng)計算分析更加符合電網(wǎng)運行實際，同時也減輕了相關(guān)工作人員的數(shù)據(jù)錄入和維護的工作強度，在線潮流瀏覽采用圖形的可視化技術(shù)，清晰、易用，便于用戶查詢當(dāng)前潮流狀態(tài)和下載歷史斷面進行研究，對運行人員掌握江蘇電網(wǎng)的當(dāng)前和歷史狀況，以及為電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、可靠、經(jīng)濟運行提供了科學(xué)、快速的輔助分析計算手段。

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