能量管理系统（EMS）在湖州电网中的应用

随着电网的不断发展，停留在单一监控功能SCADA基础上的电网调度系统，已远远不能满足电网安全经济运行的要求。因此，湖州电力局与清华大学合作开发了湖州电网能量管理系统（EMS）。
  
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（OpenDatabaseConnectivity）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，最优潮流，自动故障选择，故障分析等。  

2 系统特点  

TH－2100SCADA／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、遥信进行周期性一次映射，并进行一次粗过滤。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。收敛精度为0．0001。状态估计是EMS的核心，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。并采用最优估计原理，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 最优潮流  

最优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最小，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最优潮流。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。在最优潮流计算中，我们通过对不同参数的控制，可以实现无功优化，费用最小，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。