电力系统调度自动化第7章 EMS(1)-概论

EMS(1)-概论大电网安全防御体系第一道防线—在常见的单一故障被正常清除时-加强电网结构(远期的预防性控制)-有效的预防性控制措施-快速可靠的继电保护第二道防线—在概率较低的严重故障下,可损失部分电源和负荷,但必须保持系统稳定-切机、切负荷、FACTS等紧急控制措施第三道防线—在概率很低的多重严重故障下,允许失稳,但应避免大停电,并尽量减少损失-失步解列-低频、低压减载等紧急控制措施三道防线措施实施的不同时刻预防控制检测到故障后紧急控制检测到越规后极端紧急控制稳定域每道防线的作用稳定域稳定域加强电网预防控制继电保护小概率特别严重故障严重故障一般故障第一道防线第二道防线第三道防线tEMS的基本概念EMS（EnergyManagementSystem）中文译名：能量管理系统EMS是以计算机为中心的现代电力综合自动化系统。EMS以测量为基础，以在线分析软件为核心，以实现电力系统安全优质高效运行为目的。EMS由计算机系统、技术支撑平台、监视控制与数据收集系统、高级应用软件系统和控制执行系统构成。EMS高级应用软件的发展地方监控固定模拟盘电话调度模拟型AGC计算机离线分析CRT集成SCADA/EMS调度员培训模拟DTS全图形人机界面MMI专家系统模拟型数据采集数字型数据采集最优潮流理论负荷控制状态估计理论负荷侧管理DSM1965年纽约大停电SCADA/EMS1977年美国东北部大停电——安全分析NERC1983年瑞典电压稳定性90年代电力市场194019501960197019801990EMS的基本架构技术支撑平台数据收集与监视实时数据服务高级应用软件监视控制与数据收集——SCADASCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）是EMS的感知系统和执行系统SCADA系统由表计测量装置、远方测量终端（RTU）、数据信道、前置计算机和主站计算机构成SCADA系统在平台的支持下提供电力系统实时运行数据显示、报警、控制指令下达、事故记录和反演等主要功能监视控制与数据收集——SCADA多路数据采样A/D模数转换数字化编码调制解调器CTPT电流变送器电压变送器功率变送器RTU发信机受信机智能接口调制解调器传输信道前置机服务器模拟屏服务器彩色大屏幕CRT控制中心厂站端监视控制与数据收集——SCADA数据收集模拟量（开关量）状态量（测量量）积分量（电量量）监视状态量监视模拟量限值监视模拟量趋势监视数据质量监视事件处理控制功能投切控制调节控制顺序控制计划控制具有时间标志的数据历史数据计划数据备份数据监视控制与数据收集——SCADA故障数据收集与记录顺序事件记录（SequenceofeventRecording---SOE）事故追忆（Postdisturbancereview---PDR）报告与计算数值计算计算各种表报数据电力平衡与电量计算辅助电源与成本计算计算流量与存水量逻辑运算技术支撑平台开发环境运行环境维护环境标准化环境newEMS高级应用软件概述（定义）定义EMS(EnergyManagementSystem)高级应用软件是构建在平台和SCADA系统之上的所有电力系统分析和控制软件的总称。软件功能丰富，且互为补充。高级应用软件为用户提供了针对电力系统进行分析和控制的工具。EMS高级应用软件分为能量管理级和网络分析级两大类。EMS高级应用软件概述（层次）EMS高级应用软件系统层次开放式系统平台（硬件及操作系统）支撑软件平台SCADA系统EMS高级应用软件EMS高级应用软件概述（设计思想）EMS高级应用软件的设计思想“自上而下”“一体化设计”“由需求定功能”“具有中国特色”EMS高级应用软件概述（分类与模块）EMS高级应用软件的分类能量管理级：利用电力系统的总体信息（频率，时差、发电功率、交换功率等）进行调度决策，主要目的在于该改善运行的经济特性。该级别的应用软件正在逐渐被电力市场的各种交易软件所代替。传统的能量管理级应用软件正处在深刻的变革中。EMS高级应用软件概述（分类与模块）网络分析级：网络分析级的特点是利用电力系统全面信息进行分析和决策，主要目标是提高运行的安全性；这一级应用软件将电力系统运行的安全性与经济性统一考虑。随着电力系统运行方式面向电力市场转化，网络分析级应用软件在EMS中的地位日臻重要。EMS高级应用软件概述（分类与模块）EMS高级应用软件的模块能量管理级包括：负荷预测子系统（短期、中期和长期）发电计划机组组合检修计划燃料计划水电计划交换计划（交易计划）（发电厂报价决策系统）（辅助服务）EMS高级应用软件概述（分类与模块）网络分析级包括：网络建模网络拓扑实时网络状态分析母线负荷预测调度员潮流静态安全分析（预想故障分析）短路电流计算安全约束调度最优潮流暂态稳定分析电压稳定分析网络分析应用软件网络建模功能建立网络的分析模型。网络建模分为结构建模和参数建模两部分。参数建模就是将网络中各元件的物理参数按照一定的规则输入到网络数据库中（由平台提供）。结构建模就是将网络的连接关系输入到数据库中。通过网络建模，将电力系统从实际的物理系统变成可供分析数学系统。网络建模原理与方法图库一体化优点：图库同步共建，所见即所得。用户建模工作量小，可以将结构错误减至最低。校验程序简单。缺点：当用户存在图库不对应情况时，处理起来比较繁琐。图库分离+校验优点：网络建模单独进行，建模工作灵活。比较容易处理图库不对应情况。缺点：容易出现结构上的错误。校验程序复杂，用户建模工作量大，网络模型修改困难。网络监视功能建立并维护监视组，对不同地区和元件按不同标准监视网络元件的功率、电压和角度差。可以定义界面监视、联络线组监视等扩展监视策略。监视标准和监视策略用户可以根据需要自行定义，随时修改。公用模块。实时网络状态分析、调度员潮流、预想故障分析、安全约束调度、最优潮流和调度员培训模拟等应用软件均调用此公用模块网络拓扑功能按照开关状态和网络元件状态动态地将网络节点模型转化成计算用的母线模型。网络拓扑是进行电力系统分析计算的基础。网络拓扑的结果应该能够有助于其它网络分析软件（如实时网络状态分析、调度员潮流等）形成正确的电力系统数学模型（如：稀疏化的导纳矩阵和雅克比矩阵）。网络着色。对分析后的网络进行带电和不带电着色。能够处理所有的结线形式。实时网络状态分析功能由SCADA量测数据确定实时网络结线分析（拓扑）及运行状态。功能包括：时实网络拓扑、状态估计、不良数据检测与辨识、母线负荷预测模型的维护、变压器抽头估计、量测误差估计、网络状态监视和实时网损修正计算等。实时网络状态分析可观测性分析的条件与方法状态量（n维），量测量（m维）系统量测冗余度k=m-n0系统的可观测性是随时可能变化的分析确定可观测部分和不可观测部分不可观测部分的处理不进行状态估计增加母线注入伪量测，维持系统可观测调度员潮流功能潮流是电力系统分析的基本工具。调度员潮流是在基本潮流算法基础上加以扩展，通过提高潮流的收敛性和可操作性从而达到能实时应用的产物。调度员潮流的数据源包括：读取实时运行方式（状态估计结果），读取由发电计划和负荷预测所组成的未来方式，读取以前保存的历史方式，还可以由用户（调度员）在单线图上设置假想运行方式。用户可以在单线图上控制和调整系统潮流，也可以由潮流提供的分析画面分析系统的潮流特性。调度员潮流原理与方法牛顿拉夫逊法快速分解法保留非线性法最优乘子法……调度员潮流线路有功功率调整无功联合调整线路有功功率调整基本潮流控制环收敛调度员潮流控制环调度员潮流新建运行方式预想故障分析安全约束调度实时运行方式保存运行方式取运行方式送假想运行方式变化运行方式最优潮流短路电流计算调度员培训模拟调度工程师潮流暂态稳定分析开关动作计划电压调节计划发电计划母线负荷预报调度员潮流与其它应用软件的关系网损灵敏度分析功能针对某一运行方式计算发电机和联络线交换功率的网损微增率，供经济调度作网损修正用一般作为实时网络状态分析和调度员潮流的子模块使用网损灵敏度分析线路有功潮流对机组有功出力灵敏度母线电压对机组无功出力灵敏度母线电压对变压器抽头灵敏度静态安全分析功能提供灵活和直观的方式定义预想故障（开断类型故障、投入类型故障），并能够对故障进行分组（故障组）。分析时对指定的故障组中的故障进行快速扫瞄，筛选出其中具有潜在危险的预想故障，并能自动（或由用户手动）对具有潜在危险的故障进行详细（潮流）分析。最后给出分析报告静态安全分析故障定义和维护定义预想故障定义故障组故障扫描间接法直接法故障详细分析潮流分析静态安全分析故障定义过程预想故障集故障组定义故障定义定义规则集定义条件故障元件定义条件监视元件定义主故障元件短路电流计算功能计算假想方式下各种形态的短路电流，用于校核开关的遮断容量和调整继电保护定值。短路电流计算原理与方法对称分量法阻抗矩阵法稀疏导纳矩阵法电压无功优化功能电压/无功优化是在状态估计的基础上，通过改变电网中可控的无功控制设备运行状态，在满足特定的约束条件下降低系统网损，或校正违界电压。容许用户灵活定义约束条件。优化结果既可以形成控制策略提供用户参考，也可以形成控制命令下发SCADA系统遥控形成闭环控制功能。电压无功优化目标函数网损最小校正违界电压调整量最小……电压无功优化约束条件潮流约束变压器分接头约束无功补偿元件的容量约束元件的安全约束元件的动作次数约束电压无功优化控制量发电机出力变压器分接头位置无功补偿设备调整……最优潮流功能包括经济调度和潮流两方面的功能，可以针对不同的约束采用不同的控制变量实不同的目标达到最小。最优潮流可以比较容易的处理潮流约束问题，因而可以替代安全约束调度，也可以用来做电压无功优化。最优潮流一般描述非线性规划问题Obj.minf=f(u,x)Con.G(u,x)=0H(u,x)=0umin=u=umax最优潮流典型算法梯度法难点是处理不等式约束牛顿法采用互补线性规划处理不等式约束采用稀疏矩阵技术提高计算速度难点处理离散变量网络等值功能对不参与分析的网络部分在不影响分析精度的条件下进行有效化简，利用较小规模的网络代替较大规模的网络进行分析计算。包括网络、机组和负荷三方面的等值网络等值目的在大网调度中心的分析中，对某些省网进行等值处理；在省网调度中心的分析中，对某些与之相联的省网进行等值处理；在省调度中心的分析中，对省内某些地区进行等值处理；在地区调度中心的分析中，对相邻地区网或省网进行等值处理。网络等值原理内部系统外部系统BPSIE未化简系统边界母线研究系统拟等值系统化简后系统内部系统PEI内部网络化简部分BRE能量管理应用软件负荷预测功能根据数天或数周前（包括相似日）的历史负荷数据，预测未来的系统负荷。分为短期和超短期负荷预测。可以分区、分类型进行负荷预测。负荷预测应全面考虑气象条件对负荷的影响。负荷预测概述超短期负荷预测短期负荷预测中期负荷预测长期负荷预测实时数据收集短期负荷预测超短期负荷预测中期负荷预测长期负荷预测负荷预测各类负荷预测一览预测类型预测周期用途模型超短期数分钟~数小时AGC，安全监视线性短期日~周调度计划线性+周期中期月~年调度计划线性+周期长期年~数年规划线性+周期自动发电控制——AGC使发电自动跟踪电力系统负荷变化；响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为规定值（50Hz）；在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率为计划值；对周期性的负荷变化按发电计划调整出力，对偏离预计的负荷，实现在线经济负荷分配；监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。结束谢谢