電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)分析與應用研究

安徽龍源風力發(fā)電有限企業(yè) 陶龍娟

變電站從傳統(tǒng)變電站發(fā)展到綜合自動化變電站，再到數(shù)字變電站和智能變電站，從無人變電站發(fā)展到了遠方調控變電站、智能變電站，實現(xiàn)了全智能化水平。國網(wǎng)企業(yè)在智能電網(wǎng)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(xié)調、信息化的綜合型智能電力網(wǎng)絡，作為智能電網(wǎng)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(wǎng)的實現(xiàn)。

電網(wǎng)調度中心是供電企業(yè)和調度機構的重要組成部分，調度系統(tǒng)的工作內(nèi)容包括主配網(wǎng)調控、調度控制以及調度所管轄的電網(wǎng)結構和突發(fā)事故的處置。隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，電力行業(yè)的信息化程度和電力行業(yè)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(wǎng)絡技術的發(fā)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(tǒng)的發(fā)展概況

目前，調度自動化技術在國內(nèi)應用較為廣泛且更為穩(wěn)定，全部采用UNIX和國際通用技術規(guī)范。該系統(tǒng)分為以下幾種：第一種是利用分布式技術開發(fā)的CAE，通過對用戶/軟件體系和雙組網(wǎng)技術的應用，將各個功能部件分散到各個部分，以減少網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)阻塞。第二種是SPIDER，ABB自主開發(fā)，可供客戶按需要提供系統(tǒng)的需求，SPIDER采用雙重遙信的功能，提高“四遙”數(shù)據(jù)的可靠性和精確度，SPIDER有完善的系統(tǒng)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(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、應用程序等。第四種是由西門子技術企業(yè)自主研發(fā)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(xiàn)了不同服務器、不同數(shù)據(jù)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(wǎng)、大型工業(yè)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(fā)展，在各個領域都有了長足的發(fā)展，尤其是在技術原理和應用上，作為電網(wǎng)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(tǒng)在供電企業(yè)應用情況

2.1 AVC功能實際應用

基于現(xiàn)場無功均衡原理，AVC系統(tǒng)對電網(wǎng)的無功電壓進行了全面的計算和分析，以確保電力網(wǎng)和電力設備的安全性。將最優(yōu)的無功電壓控制指令，經(jīng)由已有SCADA的控制信道，發(fā)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(lián)系生產(chǎn)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(shù)、事故閉鎖等。在保證設備和網(wǎng)絡安全的基礎上，使網(wǎng)絡損耗降到最低，并使電壓在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。

2.1.1 關鍵環(huán)節(jié)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(jié)的開關在一定時限之內(nèi)按照允許操作的數(shù)量來實現(xiàn)。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(tài)。五是在鎖死的情況下，系統(tǒng)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(nèi)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(tǒng)能夠滿足以下基本功能。

一是動態(tài)分區(qū)。OPEN3000根據(jù)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(jù)電網(wǎng)結構和設備的參數(shù)，并分析控制前后的系統(tǒng)電壓變化值，核算出控制范圍內(nèi)對電壓干預的敏感程度。

三是網(wǎng)損估算。由于網(wǎng)損為系統(tǒng)高級應用系統(tǒng)的一個獨立部分。

四是數(shù)據(jù)辨識。AVC系統(tǒng)緊密依靠狀態(tài)估計的計算結果，結合SCADA形成的原始拓撲關系，對SCADA數(shù)據(jù)進行辨識，即發(fā)現(xiàn)可疑及錯誤量測時，自動閉鎖控制系統(tǒng)。

五是設備控制次數(shù)限制。系統(tǒng)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(tǒng)指示發(fā)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(shù)量超出了指定的數(shù)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(qū)域的變電所通信失效；在控制區(qū)域中，沒有電力超過了設定值；總線電壓在控制區(qū)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(xié)調。（1）省級電網(wǎng)僅控制220kV的變電所，而由地方調處承擔接到省級電網(wǎng)調度的業(yè)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(tǒng)報警并進行鎖定。（3）在規(guī)定的時間里，如果沒有收到來自省企業(yè)的命令，則會在收到命令后進行鎖定。（4）由地調員負責對現(xiàn)有的控制能力進行匯總，并將其發(fā)送至OPEN3000。（5）省企業(yè)能夠對地調系統(tǒng)進行實時調控。

八是記錄及統(tǒng)計。AVC對控制的詳細內(nèi)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(tǒng)

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

2.2.1 DTS滿足要求

一是正確性。系統(tǒng)應能夠確保內(nèi)容的正確性。

二是真實性。該系統(tǒng)和企業(yè)的調控廳的系統(tǒng)不同之處在于，真正的控制系統(tǒng)是用來監(jiān)視正在運轉的電力網(wǎng)絡，而屏幕上顯示的則是真實的網(wǎng)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(fā)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(tǒng)組成

一是SCADA/EMS仿真系統(tǒng)。該套系統(tǒng)和系統(tǒng)中SCADA系統(tǒng)一致，界面上所看到的數(shù)據(jù)都是從實時系統(tǒng)中調閱過來的。

二是電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)該系統(tǒng)。主要是模擬電網(wǎng)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(tǒng)中設定系統(tǒng)運行模式、電源及潮流狀況、電網(wǎng)故障的部位及結點，通過系統(tǒng)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(wǎng)調控工作的首要目標，為了確保電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，從調控角度講，則要對電網(wǎng)進行實時的分析和預測，從而在電網(wǎng)運行中發(fā)現(xiàn)故障，從而發(fā)展和運用電網(wǎng)結構的靜態(tài)安全性評估軟件。

2.3.1 PAS網(wǎng)絡建模

一是明確建模范圍。電網(wǎng)結構的主要特點是：以各種發(fā)電廠為出發(fā)點，將電力經(jīng)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(wǎng)絡是由整個電網(wǎng)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(jié)點入庫。在PAS的資料庫中，每一種裝置的接口都有一個數(shù)字，如果兩種裝置的接口都是一樣的，那么其就是連接的節(jié)點，而接口的號碼則是會被系統(tǒng)自動產(chǎn)生的。

三是連接關系驗證。驗證各個接口是否正確，系統(tǒng)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(lián)接。

2.3.2 狀態(tài)估計

一是計算模式。有以下兩種狀態(tài)估算方法：一是在線操作；二是離線操作。第一種是在系統(tǒng)里進行即時運算，第二種是根據(jù)上一次的數(shù)據(jù)進行運算。

二是程序控制。PAS的服務器會根據(jù)設定的周期，通過設定的運算程式，從即時資料系統(tǒng)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(tǒng)中還設有一個可以隨時啟動的按鍵，只要輕輕一按，就會發(fā)出相應指令，然后通過系統(tǒng)對當前的數(shù)據(jù)進行分析。當運算完成后，如果得到的數(shù)據(jù)結果準確無誤，系統(tǒng)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(tài)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(shù)據(jù)等進行遠程監(jiān)測。

四是量測控制。如果在進行運算時發(fā)生了測量誤差，則可以采用遮蓋的方法來防止誤差的產(chǎn)生對運算的干擾。如果一個單一的差錯發(fā)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(xiàn)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(wǎng)分析程序。該方法可以用于分析目前電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡分析程序的基礎。

該軟件將調度員的應用經(jīng)驗和強大的系統(tǒng)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(shù)據(jù)，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(jiān)測、限值檢查、網(wǎng)損分析等潮流計算結果。具有較好的實用功能，如數(shù)據(jù)的錯誤統(tǒng)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(jié)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(wǎng)結構的負荷預測是電力建設和調度的基礎，是電網(wǎng)結構的控制、運行和規(guī)劃的基礎。對電網(wǎng)進行精確的負荷預測，可以提高電網(wǎng)的安全運行，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。按周期劃分，系統(tǒng)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(xié)調、機組經(jīng)濟組合以及電力交易規(guī)劃等方面，短期負荷預測一般都要在1～7天內(nèi)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(shù)據(jù)，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(guī)定的時段內(nèi)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(xiàn)閉環(huán)控制。在預測過程中，考慮了節(jié)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(shù)據(jù)來源。EMS中有三種類型的數(shù)據(jù)，即過去（歷史）、現(xiàn)在（實時）和將來（規(guī)劃），其中負荷預測是未來數(shù)據(jù)的主要來源。電網(wǎng)結構的負荷預測對于電網(wǎng)結構的控制、運行和規(guī)劃都具有十分重要的意義，因此電網(wǎng)結構的負荷預測不僅可以提高系統(tǒng)的運行安全，而且可以提高系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性。電網(wǎng)結構分析軟件主要考慮了電網(wǎng)結構的電壓和頻率特性，而電網(wǎng)結構的負荷預測主要考慮了電網(wǎng)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(jīng)元網(wǎng)絡類、人工神經(jīng)元網(wǎng)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(jié)假日區(qū)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(jié)點負荷預測與網(wǎng)絡參數(shù)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(shù)據(jù)的編制。

3 結論

近年來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，帶動了區(qū)域的發(fā)展。同時，我國的社會發(fā)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(yè)在保證電網(wǎng)結構安全、平穩(wěn)運營方面將會有更多的需求，從而促使電力企業(yè)運用更多的技術來提高電網(wǎng)結構的管理能力。目前，OPEN3000系統(tǒng)現(xiàn)已正式投入使用，在電力網(wǎng)絡的布局下，如何充分地利用OPEN3000的電力網(wǎng)絡資源，使其充分發(fā)揮其優(yōu)越性具有較大挑戰(zhàn)。