電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)用探究

梁 暉

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

如今，電網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)通過不斷發(fā)展和建設(shè)已經(jīng)越來越完善和成熟，成為整個運(yùn)行電網(wǎng)中重要且不可分割的組成部分。該系統(tǒng)不只是實現(xiàn)電網(wǎng)日常監(jiān)控及人員調(diào)度的重要管理工具，還是電網(wǎng)各級調(diào)度及監(jiān)控人員獲取電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、進(jìn)行決策分析以及實現(xiàn)控制的數(shù)據(jù)管理中心，確保電網(wǎng)可靠、安全且穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，信息化電力技術(shù)及其自動化技術(shù)水平也得到不斷的提升，電網(wǎng)調(diào)度與電力生產(chǎn)和電網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)系也更加緊密，對電網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)提出了更新更高的要求。

1 調(diào)度的自動化發(fā)展

隨著現(xiàn)代化通信、網(wǎng)絡(luò)及計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國電力運(yùn)行系統(tǒng)也在不斷進(jìn)步和完善，國際上EMS正迎來新的發(fā)展機(jī)遇，各種符號標(biāo)準(zhǔn)及新技術(shù)也不斷增多。電力調(diào)度的自動化系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 電力調(diào)度的自動化系統(tǒng)

自動化調(diào)度系統(tǒng)表現(xiàn)出如下4個方面的特征。一是標(biāo)準(zhǔn)化和開放化發(fā)展是未來支撐系統(tǒng)及其體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向?，F(xiàn)代電力領(lǐng)域的核心目標(biāo)是開放化，雖然國內(nèi)外的各大公司對系統(tǒng)所謂的完全式開放還處于商業(yè)化宣傳狀態(tài)，但開放式發(fā)展終究是未來的發(fā)展趨勢[1]。二是集中式的傳統(tǒng)系統(tǒng)被開放式和現(xiàn)代化系統(tǒng)的分布結(jié)構(gòu)體系代替，分布式現(xiàn)代系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單靈活以及便于發(fā)展和擴(kuò)充等優(yōu)勢。三是將SCADA實時數(shù)據(jù)庫同全功能型數(shù)據(jù)庫的管理應(yīng)用系統(tǒng)有效結(jié)合，將定義、記錄以及存檔等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中均勻存儲，同時將對實時性要求較高的信息數(shù)值存入到單獨的存儲器，該單獨的存儲器是由商用統(tǒng)一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的初始化生成。四是智能型自動化控制。計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給調(diào)度生產(chǎn)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(tǒng)實現(xiàn)了電力運(yùn)行生產(chǎn)的實際應(yīng)用，神經(jīng)元應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)及模擬算法等相關(guān)理論并沒有實際應(yīng)用于電力生產(chǎn)系統(tǒng)中，怎樣才能將各種不同的方法相結(jié)合有效應(yīng)用于系統(tǒng)中是未來研究和發(fā)展的方向。

2 電力自動化調(diào)度系統(tǒng)的功能及應(yīng)用

2.1 電力自動化調(diào)度系統(tǒng)的功能

2.1.1 SCADA實現(xiàn)功能

SCADA也叫采集數(shù)據(jù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時在線監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況，另外還能夠?qū)崿F(xiàn)采集數(shù)據(jù)、控制設(shè)備、調(diào)節(jié)參數(shù)以及測量相關(guān)信號告警等控制功能。目前，電力運(yùn)行系統(tǒng)SCADA控制技術(shù)較為成熟且被廣泛應(yīng)用，成為EMS管理能量系統(tǒng)中重要的一部分，其具有技術(shù)信息完整、可有效提升工作生產(chǎn)效率、了解和掌控系統(tǒng)實時運(yùn)行狀態(tài)、高效快速決策以及快速判斷系統(tǒng)障礙原因等優(yōu)勢，是電力生產(chǎn)調(diào)度密不可分的重要手段，在電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行的安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性等方面起著重要作用[2]。此外，SCADA能夠在實現(xiàn)功能應(yīng)用安全性保障的同時實現(xiàn)對電網(wǎng)實時監(jiān)控，有效預(yù)防錯誤操作或是非法性操作。

2.1.2 EMS功能應(yīng)用

系統(tǒng)EMS的應(yīng)用高級軟件是以實時性監(jiān)控管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)創(chuàng)建的，該系統(tǒng)將計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和電力現(xiàn)代系統(tǒng)的基本理論相結(jié)合，有效應(yīng)用在系統(tǒng)相關(guān)的控制分析功能中，提高了自動化調(diào)度系統(tǒng)功能，實現(xiàn)了運(yùn)行調(diào)度管理從原來經(jīng)驗型向分析型的轉(zhuǎn)變，令系統(tǒng)功能得到了有效發(fā)揮。該系統(tǒng)軟件具體功能包括拓?fù)渚W(wǎng)格、預(yù)測狀態(tài)、計算網(wǎng)損、無功電壓優(yōu)化、電流短路應(yīng)用、預(yù)報負(fù)荷以及AGC調(diào)度等，同時齊全的軟件接口為其他工程安裝DTS/EMS軟件應(yīng)用系統(tǒng)提供有力支撐[3]。

2.1.3 計算機(jī)的數(shù)據(jù)信息通信

電力自動化調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)EMS/SCADA系統(tǒng)間的信息通信，完成RTU終端同自動化變電系統(tǒng)SCADA之間的信息采集，而且系統(tǒng)處理此類數(shù)據(jù)同前置機(jī)的數(shù)據(jù)信息處理一致。系統(tǒng)可采用路由器實現(xiàn)與其他關(guān)聯(lián)計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的通信，此外EMS作為支持應(yīng)用通信系統(tǒng)軟件的工具，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)計運(yùn)行、配置參數(shù)及相關(guān)測試等功能。

2.2 軟件應(yīng)用功能

2.2.1 狀態(tài)的估計

該功能可以通過對各種電力應(yīng)用系統(tǒng)的信息測量完成對當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)估測。主要是通過SCADA的實時采集信息判定當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)和結(jié)線的方式，從而建立網(wǎng)絡(luò)功能模型，并進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)行識別和檢查，補(bǔ)全不足的測點，使用這種辦法可提高全網(wǎng)觀測性，加強(qiáng)測量數(shù)據(jù)的可靠性和完整性[4]。

2.2.2 電力系統(tǒng)調(diào)度員潮流

調(diào)度員潮流是電力規(guī)劃和運(yùn)行中常使用的軟件工具，其能夠利用顯示屏畫面完成運(yùn)行方式的選擇、調(diào)整、保存以及計算等功能，系統(tǒng)操作界面簡潔方便，運(yùn)行操作可通過屏幕上的虛擬開關(guān)控制改變電網(wǎng)連接。在設(shè)定潮流計算時間與方式后能夠自動獲得有關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多機(jī)間和各區(qū)域間有功功率的調(diào)整，利用多機(jī)組調(diào)整無功功率、負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)進(jìn)行緩沖來穩(wěn)定母線電壓值，此外還能用變壓器及電容器的抽頭調(diào)整母線的電壓[5]。

2.2.3 短路計算電流

在短路時對電流進(jìn)行計算主要是用來修正因電路等問題出現(xiàn)的過電流，大多出現(xiàn)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(jī)負(fù)荷過強(qiáng)等問題。

3 負(fù)荷預(yù)測在實際自動化調(diào)度中的操作

首先進(jìn)入系統(tǒng)的登錄應(yīng)用模塊，負(fù)荷預(yù)測分析管理軟件是B/S的Web應(yīng)用系統(tǒng)，所有系統(tǒng)的操作均可通過瀏覽器完成。其次在完成數(shù)字確認(rèn)簽名后，轉(zhuǎn)入到管理數(shù)據(jù)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(gòu)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(jìn)到與其相應(yīng)的模塊中，下部分是管理數(shù)據(jù)模塊工作區(qū)[6]。再次系統(tǒng)以供電區(qū)為數(shù)據(jù)分類依據(jù)，在對數(shù)據(jù)查詢之前選擇供電區(qū)、分類數(shù)據(jù)節(jié)點、范圍以及時間等參數(shù)，選好后點擊查詢，相關(guān)數(shù)據(jù)即會以數(shù)據(jù)表的形式顯示在顯示區(qū)內(nèi)。最后在系統(tǒng)工具欄里設(shè)置兩個數(shù)據(jù)修改按鍵，當(dāng)需要進(jìn)行保存或是添加時點擊相應(yīng)按鍵即可。在需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時，只需選中要修改的單元格或是點擊鍵盤進(jìn)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(nèi)容將替換舊內(nèi)容，而雙擊是選擇輸入方式。

4 潮流的相關(guān)計算

4.1 電力網(wǎng)絡(luò)幾種相關(guān)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(chǔ)加以改進(jìn)，在選定初值以后對所有變量進(jìn)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(chǔ)接著代入下一變量求解估計值。將一次迭代的過程結(jié)束后所獲得的變量估值重帶入計算公式中進(jìn)行計算，反復(fù)利用迭代，不斷求得新估值，直至結(jié)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(qiáng)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(yīng)用后，該方法才表現(xiàn)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(yōu)勢是利用數(shù)學(xué)非線性方程求解，其過程為利用非線性方程反復(fù)求解的過程。一般經(jīng)過4～5次迭代計算就能獲得比較精確的結(jié)果，而且針對節(jié)點矩陣高斯法系統(tǒng)，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(biāo)形式，又被叫做分解法。該方法將節(jié)點的功率用向量電壓極坐標(biāo)的方程式表示，掌握關(guān)鍵矛盾，將有功的功率誤差當(dāng)成修正電向量角度的基本依據(jù)，將無功的功率誤差當(dāng)成修正電壓幅值的基本依據(jù)，將有功的功率與無功的功率進(jìn)行分開式迭代，由此緊密結(jié)合了電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)固有特點，不論在內(nèi)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(wǎng)絡(luò)潮流計算應(yīng)用功能

電力網(wǎng)絡(luò)潮流計算應(yīng)用功能主要包括以下5點。一是AGC發(fā)電機(jī)控制，AGC發(fā)電自動控制功能是指該功能同原有區(qū)域的控制聯(lián)絡(luò)功能組合使用，控制自動區(qū)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(jié)點分析。三是網(wǎng)絡(luò)阻抗快速調(diào)整模擬，選用可控方式對網(wǎng)絡(luò)阻抗進(jìn)行快速調(diào)整，以此實現(xiàn)對線路功率的控制，有利于系統(tǒng)的串聯(lián)式補(bǔ)償及系統(tǒng)的靈活設(shè)計。四是系統(tǒng)的合并，在進(jìn)行一個電力聯(lián)合新系統(tǒng)設(shè)計時，通常要將局部系統(tǒng)組成統(tǒng)一的一個系統(tǒng)開展研究，該程序可滿足此項需求。五是系統(tǒng)故障分析，不管是進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計還是編制運(yùn)行的計劃都需要逐個斷開系統(tǒng)內(nèi)的每個元件，檢查其他元件具體的過載負(fù)荷情況。

5 結(jié) 論

本文通過分析和研究電網(wǎng)功能特點及相關(guān)要求，根據(jù)這些特點及要求對自動化調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和建設(shè)，同時詳細(xì)闡述了負(fù)荷的相關(guān)預(yù)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(tǒng)的研發(fā)和創(chuàng)建具有重要作用。