PAS高級軟件在鹽城電網(wǎng)的應(yīng)用

程建東，胡桂榮

(鹽城供電公司，江蘇鹽城224005)

鹽城電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著鹽城市七縣三區(qū)的供電任務(wù)，隨著電力系統(tǒng)發(fā)展和電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營,電力網(wǎng)的調(diào)度和控制變得越來越復(fù)雜，電網(wǎng)需求的水準(zhǔn)也越來越高，鹽城電網(wǎng)的自動化水平已顯現(xiàn)出不能適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要。為此,引進(jìn)OPEN3000系統(tǒng)對鹽城電網(wǎng)自動化系統(tǒng)進(jìn)行升級。鹽城電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的PAS高級應(yīng)用軟件是結(jié)合調(diào)度自動化系統(tǒng)升級改造工作實(shí)施的，主要有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流、電壓/無功優(yōu)化等功能[1]。鹽城電網(wǎng)的PAS系統(tǒng)在調(diào)試和應(yīng)用階段也遇到許多實(shí)際問題，隨著PAS系統(tǒng)不斷改進(jìn)升級，實(shí)用化程度不斷提高，PAS系統(tǒng)很好地幫助了調(diào)度員了解和掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),并提供分析決策依據(jù),保證了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

1 軟件結(jié)構(gòu)及與人機(jī)界面系統(tǒng)的信息交換

軟件結(jié)構(gòu)與人機(jī)界面系統(tǒng)的信息交換如圖1所示。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）前置采集的數(shù)據(jù)是信息的起始端，經(jīng)主處理機(jī)處理后，數(shù)據(jù)被SCADA使用，同時作為PAS應(yīng)用的數(shù)據(jù)來源。PAS軟件的各模塊的實(shí)時數(shù)據(jù)均取自SCADA實(shí)時數(shù)據(jù)庫，其中狀態(tài)估計(jì)模塊計(jì)算得出的估計(jì)數(shù)據(jù)回送到SCADA實(shí)時庫中，這部分?jǐn)?shù)據(jù)可以被SCADA人機(jī)監(jiān)控界面利用。PAS數(shù)據(jù)中心作為PAS電網(wǎng)靜態(tài)描述數(shù)據(jù)SQL庫的輔助，可以為網(wǎng)上需要使用電網(wǎng)描述數(shù)據(jù)的模塊提供歸類好的內(nèi)存結(jié)構(gòu)式電網(wǎng)描述數(shù)據(jù)，在有多個模塊運(yùn)行的情況下，數(shù)據(jù)中心的存在可以加速模塊的啟動并且方便管理。

調(diào)度員潮流計(jì)算作為服務(wù)器模塊可以直接響應(yīng)仿真界面的數(shù)據(jù)請求，并可接受客戶端發(fā)出的命令，從而形成一個全面的單一客戶對多服務(wù)器結(jié)構(gòu)的仿真研究環(huán)境。調(diào)度員潮流計(jì)算數(shù)據(jù)來源是SCADA實(shí)時數(shù)據(jù)庫和PAS數(shù)據(jù)中心[2]。

圖1 SCADA及PAS系統(tǒng)信息流向

2 軟件功能

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫荘AS應(yīng)用功能中的最基本功能，利用幾何拓?fù)鋵W(xué)，根據(jù)電網(wǎng)描述數(shù)據(jù)庫和SCADA系統(tǒng)的遙信信息（如開關(guān)狀態(tài)的開斷變化）實(shí)時反映整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)線情況，正確地劃分網(wǎng)絡(luò)計(jì)算用結(jié)點(diǎn)數(shù)、網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)數(shù)及解列情況，并根據(jù)注入量的信息判斷整個網(wǎng)絡(luò)的可觀測性，將網(wǎng)絡(luò)的物理模型轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型用于PAS計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇闋顟B(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流等模塊提供網(wǎng)絡(luò)分析功能。無論電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜與否，在進(jìn)行地區(qū)電網(wǎng)高級應(yīng)用軟件功能設(shè)計(jì)時，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠K是必不可少的。

2.2 狀態(tài)估計(jì)

狀態(tài)估計(jì)的理論基礎(chǔ)是最小二乘法，主要對SCADA系統(tǒng)提供的遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，減少RTU采集時的誤差和通道傳輸時的誤碼，并剔除錯誤的數(shù)據(jù)，補(bǔ)齊由于各種原因采集不到的數(shù)據(jù)，提供一個電力系統(tǒng)的事實(shí)潮流解，為下一步進(jìn)行安全分析、經(jīng)濟(jì)調(diào)度和調(diào)度員培訓(xùn)提供一個相容的熟數(shù)據(jù)庫。狀態(tài)估計(jì)的量測有：支路量測、節(jié)點(diǎn)量測、母線電壓幅值。 狀態(tài)量有：母線電壓的相角和幅值。 另外，狀態(tài)估計(jì)還提供許多輔助功能，如根據(jù)狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果跟蹤記錄遙測異常出現(xiàn)的時間和被檢測出的次數(shù)，還能檢測電壓越限、支路過載情況。

2.3 外網(wǎng)等值

外網(wǎng)等值主要是對調(diào)度范圍外的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理簡化，考慮外部網(wǎng)絡(luò)對電網(wǎng)操作和各項(xiàng)計(jì)算的影響，提高計(jì)算精度，為其他應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一的外網(wǎng)模型。外部網(wǎng)絡(luò)包括所有的主要電源、主要母線、聯(lián)絡(luò)線、聯(lián)絡(luò)變壓器；利用內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果進(jìn)行邊界母線的計(jì)算，在線校正外網(wǎng)的發(fā)電和母線電壓，生成全網(wǎng)模型；外網(wǎng)拓?fù)錉顟B(tài)以及發(fā)電處理負(fù)荷可根據(jù)當(dāng)前情況修正，所有修正工作都可以在一次接線圖上進(jìn)行；外網(wǎng)數(shù)據(jù)提供最大、最小和一般運(yùn)行方式3種選擇。

2.4 調(diào)度員潮流計(jì)算

調(diào)度員潮流計(jì)算是在當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷水平下，分析計(jì)算當(dāng)調(diào)度員改變電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)時（如進(jìn)行預(yù)定的操作、改變當(dāng)前的運(yùn)行方式等）系統(tǒng)潮流分布的情況，并對重新分布的潮流進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷。調(diào)度員潮流計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)以下功能：可以模擬各種開關(guān)、刀閘的變位操作，并且各種模擬操作和可以多重組合；可模擬機(jī)組出力、負(fù)荷功率和變電器分接頭位置的調(diào)節(jié)；可以模擬發(fā)電機(jī)的啟停和負(fù)荷、變壓器的分接頭；可模擬電容器等無功補(bǔ)償裝置的投退，并統(tǒng)計(jì)操作對電網(wǎng)網(wǎng)損的影響；可以模擬系統(tǒng)的解列、并網(wǎng)、合環(huán)、解環(huán)；可以修改元件參數(shù)求解潮流；研究設(shè)備參數(shù)對潮流分布的影響。

2.5 電壓/無功優(yōu)化

電壓控制系統(tǒng)通過調(diào)整各電容器、電抗器的投切和變壓器分接頭的位置，在滿足全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓的前提下，使得全網(wǎng)網(wǎng)損達(dá)到最小。 該模塊可以降低系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)損，使系統(tǒng)運(yùn)行于最優(yōu)狀態(tài)，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

2.6 靜態(tài)安全分析

靜態(tài)安全分析是對給定的運(yùn)行方式進(jìn)行事故預(yù)想，進(jìn)行自動故障選擇、安全評定和校正控制。可以處理單一開斷事故和多個開斷元件形成的復(fù)雜事故?？梢匀我膺x擇故障點(diǎn)或?qū)θW(wǎng)進(jìn)行掃描，事故的嚴(yán)重程度可以自動排列，對事故引起的線路越限，可給出校正對策，以消除越限。

2.7 短路電流計(jì)算

短路是電網(wǎng)中最常見的一種故障，了解短路時電網(wǎng)的狀態(tài)，對于電力系統(tǒng)運(yùn)行乃至設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇和繼電保護(hù)整定等都十分重要。短路電流計(jì)算通過在線掃描系統(tǒng)中各母線短路和故障引起的短路電流，設(shè)定通常發(fā)生在母線或線路上任何處的單相、二相、二相對地、三相短路以及斷線等故障，計(jì)算故障電流分布和各母線電壓。

3 應(yīng)用中的主要問題及改進(jìn)建議

PAS系統(tǒng)在鹽城電網(wǎng)的應(yīng)用大大提高了鹽城電網(wǎng)的自動化水平，但在實(shí)際應(yīng)用中也碰到了一些問題，這些問題解決后將進(jìn)一步提高鹽城電網(wǎng)的自動化水平。

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粔驕?zhǔn)確

鹽城電網(wǎng)PAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粔驕?zhǔn)確的原因主要是：

（1） 繪圖軟件對部分元件定義不當(dāng)。應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，繪圖軟件中對避雷器沒有適當(dāng)?shù)亩x。而在實(shí)際中，部分避雷器直接與線路或母線相連接，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆?jì)算時，錯將這些部分處理成直接接地。 在調(diào)試中曾發(fā)現(xiàn)城南變101、102開關(guān)10 kV側(cè)分別有一組避雷器直接接地，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆?jì)算后，發(fā)現(xiàn)10 kV母線及負(fù)荷均不帶電。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟粔驕?zhǔn)確直接影響了狀態(tài)估計(jì)和調(diào)度員潮流等功能，需要改進(jìn)繪圖軟件，對系統(tǒng)中的所有元件進(jìn)行恰當(dāng)?shù)亩x。

（2）刀閘遙信量錯誤較多。在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)刀閘遙信量錯誤較多或未采集全，建議開發(fā)一些專家規(guī)則來進(jìn)行自動拓?fù)渑佩e和糾錯[3]。

3.2 調(diào)度員潮流計(jì)算中存在的問題

（1）SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)的合格率直接影響潮流計(jì)算的準(zhǔn)確度，甚至是計(jì)算收斂與否。調(diào)度員潮流計(jì)算所獲得的數(shù)據(jù)信息，包括網(wǎng)絡(luò)接線方式和實(shí)時遙測、遙信數(shù)據(jù)均來自SCADA系統(tǒng)，所以SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是基礎(chǔ)，開關(guān)所接母線或旁路刀閘位置與現(xiàn)場的不對應(yīng)都能引起計(jì)算明顯錯誤，計(jì)算人員應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)差異判斷SCADA系統(tǒng)錯誤所在，更正后重新讀取數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算。因此，建議制定運(yùn)行規(guī)程和制度，由調(diào)度員根據(jù)當(dāng)日操作任務(wù)，及時更正SCADA系統(tǒng)一次接線方式。

（2）由于變壓器分接頭位置信息不是實(shí)時數(shù)據(jù)，監(jiān)控員根據(jù)給定的母線電壓曲線進(jìn)行頻繁調(diào)整，如果調(diào)度員潮流計(jì)算所取的分接頭位置維護(hù)不到位，就會造成變壓器實(shí)際無功潮流與計(jì)算差異較大。建議在高峰和低谷設(shè)定幾個點(diǎn)，由變電站監(jiān)控人員將變壓器分接頭位置信息反饋給調(diào)度員，調(diào)度員手工置入。

（3）主網(wǎng)架環(huán)網(wǎng)運(yùn)行線路參數(shù)影響潮流計(jì)算正確度。一般理論參數(shù)可能引起潮流分布比例與實(shí)際不符，建議采用實(shí)測參數(shù)。

（4）平衡節(jié)點(diǎn)選擇困難。調(diào)度員潮流的平衡節(jié)點(diǎn)不能靠地區(qū)網(wǎng)絡(luò)邊緣太近，否則平衡點(diǎn)附近變電站的故障后潮流結(jié)果與實(shí)際不符，故不同的地理位置，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各不相同，平衡節(jié)點(diǎn)的選取也不同。

（5）故障掉閘解網(wǎng)后的潮流計(jì)算有時不收斂，但在實(shí)際中可能經(jīng)過發(fā)電機(jī)自動調(diào)節(jié)裝置或低頻低壓切除負(fù)荷。因此，調(diào)度員潮流對于重大故障后(尤其是解網(wǎng)孤立運(yùn)行)潮流計(jì)算并不適用。

3.3 其他問題

（1）潮流計(jì)算中對于虛擬的電廠母線，不能設(shè)定其電壓與相角。 建議完善算法設(shè)置，在計(jì)算中應(yīng)能設(shè)置PV節(jié)點(diǎn)。

（2）程序只能計(jì)算單段線路的參數(shù)，在多段線路的處理上有困難。 建議完善參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立，使程序可以處理多段線路，提高計(jì)算的準(zhǔn)確度。

（3）該系統(tǒng)缺乏暫態(tài)安全分析，即在當(dāng)前、歷史的或預(yù)想方式下針對給定預(yù)想事故集中的故障和繼電保護(hù)動作情況判斷系統(tǒng)是否失去暫態(tài)穩(wěn)定，給出會造成系統(tǒng)失穩(wěn)的故障元件極限切除時間和系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，并篩選出嚴(yán)重故障。

4 結(jié)束語

PAS高級應(yīng)用軟件在鹽城電網(wǎng)的成功應(yīng)用，大大提高了電網(wǎng)的調(diào)度自動化水平。PAS系統(tǒng)在應(yīng)用中暴露的問題，還有待電力工作者和科研人員不斷研究和采取新的先進(jìn)技術(shù)來解決，使PAS高級軟件在鹽城電網(wǎng)的運(yùn)行中發(fā)揮更大、更強(qiáng)的作用。

[1]王 強(qiáng)，韓英鐸.電力系統(tǒng)廠站及調(diào)度自動化綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2000 ，24(5)：61-69.

[2]李先彬.電力系統(tǒng)自動化[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3]王風(fēng)平，范春燕，王 蘭.EMS在地區(qū)電網(wǎng)應(yīng)用中的問題探討[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002 ，26(1)：78-81.