电力系统调度自动化EMS概论.ppt

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1、电力系统调度自动化EMS概论 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望大电网安全防御体系n第一道防线第一道防线在常见的单一故障被正常清除时在常见的单一故障被正常清除时n-加强电网结构(远期的预防性控制)n-有效的预防性控制措施n-快速可靠的继电保护n第二道防线第二道防线在概率较低的严重故障下在概率较低的严重故障下,可损失部分可损失部分电源和负荷电源和负荷,但必须保持系统稳定但必须保持系统稳定n-切机、切负荷、FACTS等紧急控制措施n第三道防线第三道防线在概

2、率很低的多重严重故障下在概率很低的多重严重故障下,允许失允许失稳稳,但应避免大停电但应避免大停电,并尽量减少损失并尽量减少损失n-失步解列n-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nEMS（Energy Management System）中文译名：能量管理系统nEMS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，

3、以实现电力系统安全优质高效运行为目的。nEMS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194019401950195019601960197019701980198019901990EMS的基本架构监视控制与数据收集SCADAnSCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）是EMS的感知系统和执行系统nSCADA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nSCADA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

4、录和反演等主要功能监视控制与数据收集SCADA多多路路数数据据采采样样A/D模模数数转转换换数数字字化化编编码码调调制制解解调调器器智智能能接接口口调调制制解解调调器器传输信道传输信道控制中心控制中心厂站端厂站端监视控制与数据收集SCADAn数据收集q模拟量（开关量）q状态量（测量量）q积分量（电量量）n监视q状态量监视q模拟量限值监视q模拟量趋势监视q数据质量监视q事件处理n控制功能q投切控制q调节控制q顺序控制q计划控制n具有时间标志的数据q历史数据q计划数据q备份数据 监视控制与数据收集SCADAn故障数据收集与记录 q顺序事件记录（Sequence of event Recording

5、-SOE）q事故追忆（Post disturbance review-PDR）n报告与计算q数值计算n计算各种表报数据n电力平衡与电量计算n辅助电源与成本计算n计算流量与存水量q逻辑运算 技术支撑平台n开发环境n运行环境n维护环境n标准化环境newEMS高级应用软件概述 （定义）n定义qEMS(Energy Management System)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

6、软件概述 （层次）nEMS高级应用软件系统层次EMS高级应用软件概述（设计思想）nEMS高级应用软件的设计思想q“自上而下”q“一体化设计”q“由需求定功能”q“具有中国特色”EMS高级应用软件概述（分类与模块）nEMS高级应用软件的分类q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）q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

7、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）nEMS高级应用软件的模块q能量管理级包括：n负荷预测子系统（短期、中期和长期）n发电计划n机组组合n检修计划n燃料计划n水电计划n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）q网络分析级包括：n网络建模n网络拓扑n实时网络状态分析n母线负荷预测n调度员潮流n静态安全分析（预想故障分析）n短路电流计算n安全约束调度n最优潮流n暂态稳定分析n电压稳定分析网络分析应用软件网络建模n功能建立网络

8、的分析模型。网络建模分为结构建模和参数建模两部分。参参参参数数数数建建建建模模模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）。结结结结构构构构建建建建模模模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n原理与方法q图库一体化n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。n缺点：当用户存在图库不对应情况时，处理起来比较繁琐。q图库分离+校验n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。n缺点：容易出现结构上的错误。校验程序复杂，用户建模

9、工作量大，网络模型修改困难。网络监视n功能q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。q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。q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n功能q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

10、雅克比矩阵）。q网络着色。对分析后的网络进行带电和不带电着色。q能够处理所有的结线形式。实时网络状态分析n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n可观测性分析的条件与方法q状态量（状态量（n维），量测量（维），量测量（m维）维）q系统量测冗余度系统量测冗余度k=m-n0q系统的可观测性是随时可能变化的系统的可观测性是随时可能变化的q分析确定可观测部分和不可观测部分分析确定可观测部分和不可观测部分q不可观测部分的处

11、理不可观测部分的处理n不进行状态估计不进行状态估计n增加母线注入伪量测，维持系统可观测增加母线注入伪量测，维持系统可观测调度员潮流n功能q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n原理与方法q牛顿拉夫逊法q快速分解法q保留非线性法q最优乘子法q

12、调度员潮流线路有功功率调整线路有功功率调整无功联合调整无功联合调整线路有功功率调整线路有功功率调整基本潮流基本潮流控制环收敛控制环收敛调度员潮流控制环调度员潮流控制环调度员潮流新建运行方式新建运行方式预想故障分析预想故障分析安全约束调度安全约束调度实时运行方式实时运行方式保存运行方式保存运行方式取运行方式取运行方式送假想运送假想运行方式行方式变化运行方式变化运行方式最优潮流最优潮流短路电流计算短路电流计算调度员培训模拟调度员培训模拟调度工程师潮流调度工程师潮流暂态稳定分析暂态稳定分析开关动作计划开关动作计划电压调节计划电压调节计划发电计划发电计划母线负荷预报母线负荷预报调度员潮流与其它应用软件

13、的关系网损灵敏度分析n功能q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q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n线路有功潮流对机组有功出力灵敏度线路有功潮流对机组有功出力灵敏度n母线电压对机组无功出力灵敏度母线电压对机组无功出力灵敏度n母线电压对变压器抽头灵敏度母线电压对变压器抽头灵敏度静态安全分析n功能q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

14、）分析。最后给出分析报告 静态安全分析n故障定义和维护q定义预想故障q定义故障组n故障扫描q间接法q直接法n故障详细分析q潮流分析静态安全分析n故障定义过程短路电流计算n功能q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n原理与方法q对称分量法q阻抗矩阵法q稀疏导纳矩阵法 电压无功优化n功能q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

15、优化n目标函数q网损最小q校正违界电压q调整量最小q电压无功优化n约束条件q潮流约束q变压器分接头约束q无功补偿元件的容量约束q元件的安全约束q元件的动作次数约束电压无功优化n控制量q发电机出力q变压器分接头位置q无功补偿设备调整q最优潮流n功能q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n一般描述q非线性规划问题Obj.min f =f(u,x)Con.G(u,x)=0 H(u,x)=0 umin=u=umax最优潮流n典型算法q梯度法n难点是处

16、理不等式约束q牛顿法n采用互补线性规划处理不等式约束n采用稀疏矩阵技术提高计算速度n难点处理离散变量网络等值n功能q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。q包括网络、机组和负荷三方面的等值网络等值n目的q在大网调度中心的分析中，对某些省网进行等值处理；q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；q在省调度中心的分析中，对省内某些地区进行等值处理；q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n原理内部系统内部系统外部系统外部系统BPSIE未化简系统未化简系统边界母线边界母线研究系统研究系

17、统拟等值系统化简后系统化简后系统内部系统内部系统PEI内部网络内部网络化简部分化简部分BRE能量管理应用软件负荷预测n功能q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n概述q超短期负荷预测q短期负荷预测q中期负荷预测q长期负荷预测实时数据收集实时数据收集短期负荷预测短期负荷预测超短期负荷预测超短期负荷预测中期负荷预测中期负荷预测长期负荷预测长期负荷预测负荷预测n各类负荷预测一览预测类型预测类型预测周期预测周期用途用途模型模型超短期超短期数分钟数分钟数小时数小时AGC，安全监视安全监视线性线性短期短期日日周周调度计划调度计划线性线性+周期周期中期中期月月年年调度计划调度计划线性线性+周期周期长期长期年年数年数年规划规划线性线性+周期周期自动发电控制AGCn使发电自动跟踪电力系统负荷变化；n响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为规定值（50 Hz）；n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；n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；n监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。结束谢谢