（电气工程专业论文）电力系统高级应用软件pas在静海电网中的实用化研究.pdf

，儿1l 声明尸明 m r lli j i i if p ii r l lfl lrrf f l f lf i i i j 17 8 6 0 9 5 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文：电力系统高级应用软件( p a s ) 在 静海电网中的实用化研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指 导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致 谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华 北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：塑姚日 期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：盟 日期：逆墅 导师签名： 卜机rrh 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 e m s ( e n o r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 能量管理系统发展至今，已从单机系统发展到 基于网络的分布式多机系统，从原来只有简单的监控功能( s c a d a ) 发展到电力系统 高级应用软件p a s ( p o w e r a p p l i c a t i o ns o f t w a r e ) 。本文结合静海电网目前建设和运行 管理状况论述了p a s 在静海电网调度运行中应用的必要性。针对静海电网的需要和 特点，详细介绍了静海电网电力系统高级应用软件p a s 系统的网络建模、状态估计、 调度员潮流等主要功能的原理和实现方法，以及系统功能的调试和应用的情况。为 了实现以上系统功能，我们进行了一系列的安装、调试等工作，建立了正确完整的 电网模型和实时的电网运行方式和数据，对各模块功能进行了论证分析。 p a s 已成为我公司辅助调度运行人员实现运行方式分析、事故预演的重要工具， p a s 的实际应用使静海调度从经验型向分析型转变，提高了电网的安全稳定和经济 运行水平。 关键词：能量管理系统，电力系统高级应用软件，网络建模，状态估计，调度员潮 流 a b s t r a c t e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e md e v e l o p s t od a t e ，f r o mt h es t a n d - a l o n es y s t e mt oa w e b - b a s e dd i s t r i b u t e dm u l t i m a c h i n es y s t e m ，f r o ms c a d a 诹t l lt h eo r i g i n a lo n l yas n n p l e m o n i t o r i n g f u n c t i o n s y s t e mt op o w e ra d v a n c e da p p l i c a t i o n sc a l l e dp a s i nt h i sp a p e r , c o m b i n ew i t hj i n g h a ip o w e r 鲥dc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no ft h ec u r r e n tm a n a g e m e n t s i t u a t i o n , i td i s c u s e st h en e c e s s a r yo fp a sa p p l i c a t i o ni nj i n g h a ip o w e rg r i d a g a i n s tt h e n e e d sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ej i n g h a i 鲥也t h i sp a p e rd e s c r i b e st h et h e o r ya n d i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so fp a ss y s t e mn e t w o r km o d e l i n g , s t a t ee s t i m a t i o n , d i s p a t c h e r s p o w e rf l o w e ra n do t h e rm a j o rf u n c t i o n s ，a n dt h ea p p l i c a t i o n so ft h ed e b u g g i n g i no r d e rt o a c h i e v et h ea b o v es y s t e mf u n c t i o n s ，w ec o n d u c tas e r i e so fi n s t a l l a t i o n , c o m m i s s i o n i n gw o r k , e s t a b l i s ha c c u r a t ea n dc o m p l e t ep o w e rg r i dm o d e la n dr e a l - t i m eo p e r a t i o nm o d e f u n c t i o n so f t h ev a r i o u sm o d u l e so f p a sa r ea r g u e da n da n a l y z e d p a sh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt o o lt oa s s i s td i s p a t c h i n gp e r s o n n e lt oa c h i e v eo p e r a t i o n m o d ea n a l y s i sa n da c c i d e n tr e h e a r s a l t h cp r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fp a sm a k e sj i n g h a i d i s p a t c hf r o me x p e t i e n c cc h a n g e st ot h ea n a l y t i c ，i n c r e a s e s 鲥ds e c u r i t ya n ds t a b i l i t ya n dt h e l e v e lo fe c o n o m i co p e r a t i o n l iy o n 自u n ( p o w e re l e c t r i ce n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f x uy a n k e yw o r d s ：e m s ，p a s ，n e t w o r km o d e l i n g , s t a t ee s t i m a t i o n ，d i s p a t c h e rp o w e r f l o w 凡qjl舅爿，j-闩埘凋，；1 、铆一 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论i 1 1 弓i 言1 1 2 国内外研究动态。i 1 3 静海电网及调度自动化现状3 1 3 1 静海电网现状3 1 3 2 电网调度自动化现状j 5 1 4p a s 系统在静海电网应用的必要性5 1 4 1 p a s 系统在静海电网应用的背景。5 1 4 2p a s 系统应用的必要性分析。6 1 4 3 p a s 系统在工作中的应用功能实现6 1 5 本文的主要工作6 第二章静海电网p a s 系统设计8 2 1 系统设计原则8 2 2 系统应用功能要求9 2 2 1 主要功能模块。9 2 2 2 主要功能验收要求9 2 3 静海电网p a s 的硬件结构。1 2 2 4p a s 系统的软件结构1 3 2 4 1 系统整体结构1 3 2 4 2 功能层次关系1 4 2 5 p a s 系统数据流程1 5 2 5 1 实时态与研究态数据1 5 2 5 2 数据流程1 5 第三章网络状态分析模型的建立1 7 3 1 外网等值与系统模型设置1 7 3 2 网络建模1 8 3 3 变电站设备参数录入举例1 9 3 4 线路参数录入举例2 6 3 4 1 一般线路参数录入2 6 3 4 2 有t 接变电站线路参数的录入2 8 华北电力大学工程硕士学位论文目录 第四章状态估计3 3 4 1 状态估计的数学描述3 3 4 2 不良数据的检测和辩识3 3 4 3 变压器抽头估计3 3 4 4 状态估计应用分析举例3 4 4 5 状态估计功能调试经验总结4 0 第五章调度员潮流及其在静海电网中的应用4 2 5 1潮流基本模型与算法：4 2 5 1 1 潮流基本模型4 2 5 1 2 潮流计算的算法4 3 5 2 调度员潮流的软件流程4 3 5 3 调度员潮流在静海电网中应用分析4 4 5 3 1调度员潮流在静海电网中应用方法4 4 5 3 2p a s 系统在静海电网调度运行工作的应用实例分析4 5 结论5 4 参考文献5 5 致谢5 7 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 8 i - | | l 司 一每 。一 ，、 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 近年来以天津为中心的环渤海经济圈已逐渐形成，静海地区作为天津市钢铁深 加工基地，随着经济的快速增长，静海电网迫切需要快速、超前发展。经过“十一 五”电网建设与改造，静海电网结构和运行方式日趋扩大和复杂，同时l i o k v 调度 权即将下放，为保证电网安全稳定运行对调度管理提出了越来越高的要求。电网调 度自动化系统是电力生产自动化和管理现代化的基础，是保证电网安全稳定运行的 重要保障和手段之一，为保证电力系统运行的安全性和经济性，电网的调度自动化 建设和运行管理中的许多具体问题，需要我们加以研究和解决。随着电网规模持续 发展静海电网结构趋于复杂，电网故障处理、电网改造建设过程中运行方式的变化， 要求调度运行人员能够迅速、准确、全面地掌握电力系统的实际运行状态，预测和 分析电力系统的运行趋势，对电力系统运行中发生的各种问题做出准确的判断和正 确的处理。这些都对电网调度自动化系统的可靠性、安全性、经济性和可用性提出 了越来越高的要求，现有调度自动化系统己经不能满足现场运行的需要，对系统结 构和功能的进一步完善和提升非常有实际的工程价值。 1 2 国内外研究动态 电力系统自动化技术沿着元件一局部一子系统( 岛) 一管理系统的道路发展，5 0 年代自动发电控制( a g c ) 将调度员从频繁的操作中解脱出来，电网调度自动化系统 概念的提出是在2 0 世纪5 0 年代中期，这标志着现代电网自动化的开始。2 0 世纪 6 0 年代初，有些电力公司利用数字计算机实现电力系统经济调度，开始了计算机在 调度中的应用，1 9 6 5 年在美国东北部大停电后，出现了所谓电网s c a d a 系统，在 6 0 年代末提出了用s c a d a 系统概念。在这一基础上调度员在线潮流、开断仿真和校 正控制等电网高级应用功能开始不断研发并应用，将电网分析功能综合到电网调度 自动化系统，形成s c a d a a g c - e d c ：e m s 系统后，电网调度自动化系统从s c a d a 系统 升级为能量管理系统( e m s ) 住】【们。e m s 可以看成是智能调度决策支持系统的初级阶段， 它是伴随着电力系统自动化技术的不断发展的，历史上曾出现过多种与智能调度决 策支持系统结构和功能相近或相包含的系统，研究的主要目的都是利用计算机解决 在线的电力系统计算分析问题，但其名称并不统一电力系统高级应用软件p a s 属 于e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 能量管理系统的这一范畴，从原来只有简单的 监控功能( s c a d a ) ，发展到功能齐全的实时管理系统。它是基于准确而完整的s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 数据库基础，具有网络分析、规 l 华北电力大学工程硕士学位论文 划控制功能的电力系统分析工具。p a s 高级应用软件作为电网安全、稳定、优质、 经济运行的科学计算分析控制工具，已成为电网调度自动化的重要组成部分，主要 是对整个电网的运行状态进行监视，分析电网的安全性、经济性，并提供策略消除 或降低电网中存在的不安全因素，使电网能更安全、经济地运行，使电网调度运行 分析由传统经验型提升至分析型。 文献 2 儿3 指出e m s 是现代电网调度自动化系统的总称，它可说是s c a d a 系统 的扩充。其基础部分包括：计算机和网络设备等硬件、操作系统、e m s 支持系统：其 应用部分包括：s c a d a 、自动发电控制与计划( a g c ) 、网络分析、调度员培训模拟 ( d t s ) 。高级应用软件( p a s ) 指的是具有更高水平的自动发电控制与计划( a g c ) 、 网络分析、调度员培训模拟( d t s ) 。与地区电网关系更紧密的是网络分析和调度员 培训模拟软件，具体的应用功能模块有：网络拓扑、无功电压优化、外部网络等值、 网损计算、状态估计、短路电流计算、静态安全分析、负荷预报、调度员潮流、调 度员培训模拟、安全约束调度等。e m s 应用功能在我国电力系统的发展过程可分为 三个阶段：第一阶段是s c a d a 功能的实现与完善( 二十世纪8 0 年代中至9 0 年代初) ： 第二阶段为自动发电控制功能的在线实时、闭环运行( 主要在省级以上的调度中心 的e m s 系统中实现，9 0 年代末期陆续达到实用化水平) ：第三阶段为高级应用功能的 工程实施阶段。高级应用功能是目前e m s 系统中的薄弱环节，是e m s i - 作中的关键 内容。 文献 5 总结了p a s 在山西电网调度自动化系统的设计应用，虽然山西电网e m s 应用软件基本功能基本达到了实用水平，但还存在一些问题，如电网数据还时有误 差，变压器分接头位置信号绝大部分未采集，系统对发电机变压器组高压侧量测不 够。如何使用户使用更加灵活、方便等方面，还需不断完善。 文献 6 综合分析了电网分析软件( p a s ) 在县调自动化中的实际应用现状，阐 述了p a s 应用于县调的难点和特点，并进行了具体分析，总结了在县调自动化系统 中应用p a s 软件并达到实用化的基础条件，提出了p a s 软件应用于县调的总体设计 思想和发展趋势。 文献 7 介绍了网络拓扑、状态估计、调度员潮流和负荷预测几个基本的软件 应用功能。 参阅相关文献我们可以看到，p a s 系统的推广有着重要意义，不同地区电网也 先后开展此项工作，重点集中在s c a d a e m s 一体化设计及软件体系结构、不同功能 模块的开发等方面阳们n 们。高级应用功能的投入对电网的安全、优质、经济运行有 着重要的作用，其应用的关键因素是要根据各地区电网实际情况有选择地投入和实 施，要深层次地掌握、正确地使用和高水平地维护。随着电网的不断变化和发展，要 2 一咱。o。 jl y ， 华北电力大学工程硕士学位论文 对数据库进行及时的更新、补充，对应用功能进行不断完善和扩充使地区电网高级 应用软件的应用从目前的参考化逐步过渡到实用化，使其成为电网运行、方式、保 护等专业人员必不可少的工具n n 引。静海调度根据静海电网本身的运行特点及调度 自动化的实际情况，设计应用适合自身电网的p a s 系统。 1 3 静海电网及调度自动化现状 吒 r1 3 1 静海电网现状 气 静海县境内目前运行市属唐官屯、迎丰、乾隆湖等3 座2 2 0 k v 变电站，它们是 静海县境内的主要电源点，另外装机容量6 2 万千瓦的县热电厂和大港区境内的港 西2 2 0 k v 变电站是静海境外的主要补充电源，通过两条1 1 0 k v 线路为青静河及惠丰 2 座1 1 0 k v 变电站供电；2 0 0 9 年底，静海境内2 2 0 k v 线路总长度约1 1 4 3 7 5 k m ，全 部为架空线路。全县1 4 座1 1 0 k v 变电站及1 9 座3 5 k v 变电站主要是由这4 座2 2 0 k v 变电站供电，其中：唐官屯2 2 0 k v 变电站出1 1 0 k v 线路供东滩头、梁头、双杨、大 屯、大邱庄、惠丰等6 座1 1 0 k v 变电站，迎丰2 2 0 k v 变电站出1 1 0 k v 及3 5 k v 线路 供国联、静海、梁头、丰镇、崔庄子、北洋、团泊、大邱庄等8 座1 1 0 k v 变电站和 城东、徐庄子等2 座3 5 k v 变电站，乾隆湖2 2 0 k v 变电站出1 1 0 k v 及3 5 k v 线路供大 寨渠、青静河、惠丰、团泊、大屯等5 座1 1 0 k v 变电站和满井子3 5 k v 变电站，港 西2 2 0 k v 变电站出1 1 0 k v 线路供青静河、惠丰等2 座1 1 0 k v 变电站，如图卜1 所示。 静海县1 1 0 k v 及3 5 k v 电网主要为放射型和t 型接线。具体方式有如下3 种： 1 、 同电源不同母线放射接线，2 、双侧电源放射接线，3 、不同电源双t 接线。 十一五期间，静海县的国民经济和社会发展有了长足的进步，国有企业、乡镇 企业蓬勃发展，静海县的电力负荷一直呈上升趋势。2 0 0 9 年最大负荷达到6 6 5 8 m w ， 供电量达到3 8 2 5 亿k w h 。2 0 0 9 年底，静海地区最大负荷为6 6 5 8 m w ，同比增长 1 7 8 4 ，2 0 1 0 截至目前全网最大负荷屡创新高，达到7 5 4 万千瓦，较去年同期增 长1 3 2 。， 、 静海电网结构的不断扩大和电力可靠要求的不断提高给运行管理带来诸多不 便。 吨 一方面电网结构趋于复杂，保证电网安全稳定运行对调度管理提出了越来越高 的要求。 另一方面电网依然存在薄弱环节，静海电网运行面临着新形势、新问题，一是 地区负荷快速增长、造成部分设备出现重载甚至过载现象、给调度安全运行带来较 大压力：二是电网改造建设任务依然繁重，2 0 1 0 年静海供电有限公司预计新建、改 建1 1 0k v 线路1 8 条，新增架空线路4 0 4 8k i n ；新建11 0 k v 系统站3 座，新投系统 变压器6 台，增容变压器2 台，新增11 0 k v 用户站2 座，新投用户变压器3 台，新 3 4 系统变电站 几年我公司 期间将得到 建设过程中 高要求。 l 气 弋 i 。 p 华北电力大学工程硕士学位论文 1 3 2 电网调度自动化现状 ( 1 ) 调度主站：静海供电有限公司调度自动化系统是由调度主站及1 4 座l1 0 k v 公用变电站、1 9 座3 5 k v 公用变电站综合自动化系统构成。我公司电网调度自动化 系统担负着全县电网的运行实时监控任务，调度主站系统采用烟台东方电 d f 8 0 0 2 v 8 调度自动化系统。d f 8 0 0 2v 8 系统采用一体化平台设计，通过遵循 c o r b a 规范的分布式运行平台将系统的所有应用程序隔离在操作系统和硬件之 上，开放分布式运行平台对各种操作系统、硬件统一封装，应用程序只与平台进行 交互而不用直接访问操作系统和硬件，从而保证系统可跨各种操作系统、硬件平台 及各种商用数据库。在平台之上将s c a d a p a s 等功能一体化设计，各应用软件拥 有完全一致的运行环境、应用程序接口和无缝共享的图形。支持分层分控工作模式， 能够完全满足调度自动化、集控自动化系统的先进性、开放性、可维护性、可扩展 性等要求。调度主站将于2 0 1 0 年改造升级至d f 8 0 0 3 e 系统，该系统容量大，并配 备了网络防火墙系统。 ( 2 ) 集控中心：静海供电有限公司调度自动化系统担负着全县电网的运行实 时监控任务，近年来随着电网新增的变电站增多，自动化系统数据量处理越来越大， 自动化系统的硬件配置低、功能过于集中的弊端已经开始暴露。电网的发展要求对 调度自动化系统进行改造，提高硬件配置的技术指标，降低机器的负载率，改善目 前一机多用的状态，提高系统的稳定性和运行效率。2 0 0 6 年4 月完成了对集控中心 的建设，集控中心的建立改变了目前调度与集控合一的管理模式，将集控功能从调 度系统分离出来，配置专用集控工作站，建立集控中心并配置备了专门集控操作人 员，负责对变电站的运行监视和控制。 ( 3 ) r t u 站：静海供电有限公司所属变电站3 3 座，其中1 1 0 k v 站1 4 座，3 5 k v 站1 9 座，基本实现了微机保护与变电站综合自动化，各站远动设备运行良好，截 止到2 0 1 0 年初静海供电有限公司调度自动化系统变电站覆盖率达1 0 0 。 ( 4 ) 远动通道：1 1 0 k v 变电站与调度主站通讯采用数据专网，规约为1 0 4 规 约；现3 5 k v 变电站与调度主站通讯采用数字通讯，规约为c d t 规约。 1 4 p a s 系统在静海电网应用的必要性 1 4 1 p a s 系统在静海电网应用的背景 静海电网结构趋于复杂，保证电网安全稳定运行对调度管理提出了越来越高的 要求。以后几年我公司投产项目较多，电网规模进一步得到发展，将为静海县域经 济发展提供强有力的电源储备，电网改造建设过程中运行方式的变化要保持电网安 全稳定运行，对调度运行分析能力提出了高要求。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 4 2p a s 系统应用的必要性分析 电力系统高级应用软件p a s 属于e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 能量管理系 统的这一范畴，它是利用电力系统的全面信息( 母线电压的幅值和角度) 进行分析 和决策，主要目标是提高运行的安全性、经济性和可靠性，使调度的决策能做到安 全性和经济性的统一。高级应用软件有以下功能：网络建模和网络拓扑、状态估计、 调度员潮流、负荷预测、电压无功分析、短路计算、静态安全分析n m 射。下面从以 下几个方面说明选题的意义： ( 1 ) 当设备检修和电网变更运行方式时，要同时保证电网安全运行。随着电 力系统规模的不断扩大，电网预测分析难度越来越大，电网结构日趋复杂，需要考 虑的因素越来越多，稍有疏忽就可能造成过负荷、超越稳定极限等问题，严重情况 下甚至威胁系统安全运行，利用p a s 系统能科学快捷完成相关安全校核工作。 ( 2 ) 电网运行方式灵活多变，一些非常规的、设想之外的特殊运行方式时常 出现，如果调度人员对新情况考虑不周，就可能引起误操作，另外，运行方式变化 频繁，还极大的增加了电网分析的工作量，利用p a s 系统能科学快捷完成相关分析 工作。 ( 3 ) 静海电网每年的操作任务可以达到2 0 0 0 2 5 0 0 余项。如此多的、复杂 的操作任务给调度人员造成了沉重的工作负担，甚至使运行人员无暇对电网安全运 行、故障处理等重要问题进行深入思考。为了使调度人员从繁重的工作中解脱出来， 减轻工作压力，p a s 能辅助调度人员优化电网操作任务，预控电网操作风险。 1 4 3p a s 系统在工作中的应用功能实现 现代电网发展迅速，网络结构和运行方式经常变化，在现有的应用条件或未 来可预见的现场应用条件下，p a s 系统的功能实现： ( 1 ) 对于电网的正常运行状态，系统可以对电网的安全性和经济性进行评估，对 网络参数进行状态估计、潮流计算，分析发现电网运行中的薄弱环节。 ( 2 ) 当设备需要检修或电网需要变更运行方式时，对变化后的运行方式进行潮 流、短路计算、静态安全分析指导调度人员完成电网操作任务。 ( 3 ) 调度培训应用。 1 5 本文的主要工作 对静海电网高级应用软件p a s 系统的网络接线分析、状态估计、调度员潮流等 6 华北电力大学工程硕士学位论文 模块进行详细的研究和分析。分析研究网络模型的建立，分析研究状态估计功能， 实现对遥测信息的准确估计及初步潮流计算分析研究调度员潮流功能，实现潮流 计算结果正确、收敛，分析结果显示直观。 对p a s 系统的开发调试、功能试验和现场验收等各阶段的工作情况，以及系统 投运以来的运行、维护和实际应用的情况，并对工作中遇到的有关问题和典型案例 进行分析总结。主要包括以下部分： ( 1 ) 介绍国内外研究动态、静海电网调度自动化系统当前运行管理状况，对 p a s 系统在静海电网中应用的必要性进行详细论述。 ( 2 ) 结合电网的实际情况，采用s c a d a e m s 一体化设计静海电网p a s 系统， 提出静海电网p a s 系统的设计原则、高级应用软件的系统结构、p a s 系统功能软件 的组织结构。 ( 3 ) 介绍网络建模的基本原理和方法，并通过具体的典型案例进行详细论述， 说明网络模型的建立方法。 ( 4 ) 在网络模型构建准确完成的基础上，完成状态估计模块，利用状态估计 调试查找s c a d a 系统实时数据的精度，去除不正确数据，建立用于潮流计算、n - i 故障分析、短路计算的研究态模型。 ( 5 ) 设计静海电网调度员潮流模块，分析其基本原理，开发其深层次的应用 潜力，提出调度员潮流应用的详细方法，使其达到实用化水平，运用实例进行分析 验证。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章静海电网p a s 系统设计 静海电网p a s 是建立在s c a d a 系统基础之上的电力系统高级应用软件，其功 能主要是利用电力系统的各种信息，在实时型和研究型模式下，对电力系统的运行 状态进行分析，帮助调度员了解和掌握电力系统的运行状态，并提供分析决策，保 证电网运行的安全性并提高其经济性。 2 1 系统设计原则 采用最新的计算机软件、硬件技术，建立一个s c a d a p a s 集成化开放式应用 环境。系统设计时遵循下述原则 1 0 ： ( 1 ) 一体化系统：支撑平台一体化：s c a d a ，p a s 等应用软件使用同一支撑平 台，人机界面的风格保持一致，用户只需维护一套图形数据库，易于系统的二次开 发。应用功能一体化：s c a d a ，p a s 等各种应用功能一体，每台工作站均可以运行 s c a d a ，p a s 应用使用方便。数据结构一体化：s c a d a ，p a s 等各种应用软件使用相 同的数据结构，易于维护和系统的二次开发。 ( 2 ) 先进性：采用技术先进、应用广泛的c l i e n t s e r v e r 主从分布式体系结构。 采用模块化结构，对不同类型的数据建立不同的库，并实行程序和数据的严格分离， 以利于整个软件系统的可靠性。 ( 3 ) 伸缩性：系统应具有跨多硬件平台，可选多种工作站、服务器、高档微 机以及对称多处理器机等硬件平台。系统的规模可从单机到多机、单种机型到混合 机型任选。 ( 4 ) 扩充性：在系统的生命周期中，系统的功能有可能不断的增加。因此， 系统的体系结构必须适应这一需要。应用软件采用模块组装式结构，可方便的扩充 应用模块。 ( 5 ) 实用性：应用软件各功能模块，是以数据库为核心灵活分布在网络的各 个节点上，除个别模块相关硬件外，都能在任意节点机上运行，做到“即装即用”。 各种应用功能针对电网特点分类取舍，通过模块化设计，做到应用功能的灵活选配， 实现系统维护自动化、界面操作简单化、图形功能增强化。 ( 6 )安全性：系统硬件采用双机、双网、双电源、可接入双通道等冗余设计 结构，在系统发生故障时可自动切换，保障系统的不间断可靠运行。操作系统和数 据库满足c 2 级安全性，并配合系统设计的不同操作等级，系统满足严格的安全要 求。 ( 7 ) 面向电网的描述数据库：为了同时适应s c a d a ，p a s 等多种功能的需求， 8 华北电力大学工程硕士学位论文 系统面向电力系统运行设计统一的描述数据库，使得各项功能都能够共享同一数据 库，减少用户的重复输入以及由此产生的数据库不一致等问题。同时应用面向对象 的开发技术，建立面向电网的描述数据库，使数据概念更加清晰。 ( 8 ) 高效的实时数据处理：对于系统中实时性要求较高的部分，采用必要的硬件以 及运行效率高的编程语言，同时对实时处理软件的时效性严格要求，精心设计。 2 2 系统应用功能要求 首期静海电网p a s 系统工程主要设计调试完成网络建模、状态估计、调度员潮 流、短路计算、静态安全分析等几个功能模块。首期目标是使得p a s 系统实现以上 功能，网络建模、网络拓扑、状态估计、调度员潮流经过实用化研究，并通过系统 的现场验收，投入实际工作推广应用。 2 2 1 主要功能模块 1 )网络建模 根据s c a d a 的开关，刀闸的遥信信息确定地区电网的电气连接状态，并将网 络物理结点模型化为计算用数学模型，并将有电气联系的母线集合化为岛，包括连 接关系、设备参数、遥测极性、网络等值几方面，用于状态估计、潮流计算、短路 电流计算、静态安全分析等功能。 2 ) 状态估计 是对由远动传来的数据进行修正，减少r t u 采集时的误差和通道传输时的误码， 并剔除错误的数据，补齐由于各种原因采集不到的数据，提供一个电力系统的实时 潮流解，为下一步电网分析计算提供一个可信的数据集。包括s c a d a 量测、可观 测性分析、开关状态辨识、可疑数据检测与辨识、变压器分接头辨识等。目前主要 疑难问题仍然是坏数据的检测和辨识，变压器分接头位置的估计也有难度。 3 ) 调度员潮流 调度员潮流是在给定的条件下，计算整个电网运行的状态，为运行计划人员提 供一种“可能方式”下的电网功率分布，节点的电压幅值和相角的状况。在给定的运 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， 辅助调度员对下一步可能的实际操作的可行性进行判断。 2 2 2 主要功能验收要求 结合静海电网调度运行工作的实际情况，提出p a s 系统主要验收测试要求，如 表2 1 静海电网p a s 系统现场验收测试测试大纲所示： 9 华北电力大学工程硕士学位论文 表2 1静海电网p a s 系统现场验收测试大纲 ( 1 ) 网络拓朴功能要求 项目内容测试方法是否具 备 l 能处理任何接线方式，如单母线、双母任意拉合开关和刀闸，看计算结果 0 线、双母线带旁路母线、环形接线倍半是否正确 断路器接线、旁路隔离开关等 2 可以分析处理电气岛( 子系统) 情况，在研究态人为断开一些开关和刀 - 并确定死岛、活岛状态闸，使整个系统分成两个电气上不 相连的部分，运行网络拓扑或潮流 计算，观察两个岛是否都能计算出 来。 能处理单端开断的支路( 线路或变压将运行中的线路或变压器一端的开 _ 器)关断开，运行潮流计算，观测该支 3 路的结果，并且能观察到该是否有 充电无功功率 能处理人工设置和遥信信息在实时态能够人工设置遥信，以及 心 4 封锁遥信 5能够实现动态著色 设备是否带电能由画面上显示出来 - 测试人员陈天杰、边春雨 测试日期2 0 0 9 3 6 ( 2 ) 状态估计功能要求 项目 内容 测试方法是否具 备 l 具有可观测性校验功能能确定可观测、不可观测信息 _ 2 遥信、遥测粗检测功能直接观察 - 3 利用线路或变压器的有功、无功量测，母线注直接计算 - 入有功、无功量测，母线电压量测、零注入量 测、变压器分接头档位量测进行状态估计 4 当有载调压变压器有潮流和电压量测时，应能观察估计的分接头位置 - 估计有载调压变压器的分接头位置 l o 华北电力大学工程硕士学位论文 5 具有自动和手动添加伪量测的功能可手工修改 - 6 可以处理零阻抗支路 观察零阻抗支路的计算结果 - 检测和辨识遥测、遥信信息中的可疑和坏数据，人为修改量测值，使之逐渐偏 - 7 并给出可疑和坏数据信息表离实际值，观察状态估计结果 对无变压器分接头量测的变压器能够人工设置人工修改分接头位置，观察状 8 档位，对明显不合理的量测进行屏蔽和人工修态估计结果的变化 改 能改变各种控制参数( 运行周期、收敛精度和提供界面修改控制参数 j 9 迭代限次等) 进行状态估计 1 0 状态估计的运行周期一般不大于5 分钟手动修改状态估计运行周期 j 根据状态估计结果给出越限信息能够修改设备的上下限值，可 - 1 1 以查看越限信息 1 2 状态估计结果应能够在一次接线图上直观明了 直接观察 _ 地显示，具有实时值与估计值的对照列表或在 接线图上显示，并能够打印输出 测试人员陈天杰、边春雨 测试日期2 0 0 9 3 1 5 ( 3 ) 调度员潮流功能要求 项目内容 测试方法是否具 备 l 能进行给定( 历史、当前和预想) 断面的直接观察 潮流计算 2 1 能模拟发电机出力、负荷功率和变压发电机：修改p 、q 母线负荷：修 _ 器分接头位置的调节，模拟各种断路器、 改p 、q ；变压器：修改其分接头位 隔离开关的变位操作，各种模拟操作应能置；开关i 刀闸：改变发电机、负 多重组合荷、变压器、线路的运行状态制造 2 能够模拟发电机的启停和负荷、电容多岛，合l 解电磁环或电环等等 器、电抗器、变压器的投切； 3 能模拟系统的解列、并网、合环、解 环 3 能改变各种控制参数( 收敛精度和迭代限提供界面修改控制参数 - 次等) 进行潮流计算 4 发电机、负荷调节时应考虑功率缺额或功考虑不平衡功率在缓冲机 t 率过剩在其他可调机组中的分配 华北电力大学工程硕士学位论文 5可以计算网络解列后若干个网络独立的人工解列为若干个网络，计算各个 - 潮流岛的潮流 6 能进行越限报警，可用列表或图形显示越修改运行方式或改变限值，使得支 - 限信息 路潮流越限，观察计算结果的越限 信息 7 能保存和调用潮流计算结果保存潮流计算结果，修改运行方式， 0 然后恢复保存的结果，观察数据是 否变化到初始值，再做一次潮流计 算，观察结果是否变化 8 行方式的改变应能在一次接线图上直接直接观察。 _ 进行 9 潮流计算结果应能在画面上直观明了地直接观察。 _ 显示和打印输出 测试人员陈天杰、谢广志、边春雨 测试日期2 0 0 9 5 1 5 依据国网 d l t 5 1 6 2 0 0 6 应用软件部分运行指标要求，制定p a s 系统实用化 考核指标，如表2 2 静海电网p a s 系统实用化考核指标所示： 表2 - 2 静海电网p a s 系统实用化考核指标 指标名称指标数据 厂站覆盖率 t 9 0 为合格， 1 9 5 9 6 为优良 计算时间3 0 s 为合格，1 5 s 为优良 月可用率9 0 为合格，9 5 为优良 遥测估计准确率9 0 为合格，9 5 为优良 有功2 为合格，无功3 为合格， 遥测估计值误差 电压2 为合格 状态估计每月计算次数 8 0 0 0 潮流计算误差率2 5 为合格，1 5 为优良 潮流每天计算次数 l 2 3 静海电网p a s 的硬件结构 静海电网s c a d a 系统使用烟台东方电子公司的d f 8 0 0 2 系统，在w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统上运行，具有较高的稳定性，为了使p a s 系统与s c a d a 系统实现数据库 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 的无缝联接和系统软件功能的一致性和可继承性，我们选取东方电子公司的p a s 高 级应用系统。 静海电网p a s 系统硬件配置由p a s 数据服务器和p a s 系统客户端两级构成。 其中p a s 客户端包括两台调度运行工作站、运行方式p a s 工作站、计划调度p a s 工作站、两台系统维护工作站。静海电网p a s 系统硬件结构示意图如图2 1 所示。 p a s 客户端p a s 客户端p a s 客户端 图2 1 静海电网p a s 系统硬件结构示意图 2 4 p a s 系统的软件结构 2 4 1 系统整体结构 图2 - 2 给出了开放分布式的s c a d a p a s 系统的结构。该系统包括以下5 个子系 统： i 数据库瞥2 ，$ c a d 子 3 p a s 软件 功麓分析系 理子系统系统 统 j 。 l 。 j 。i l t 、 ， t ，r p lh 图2 2 开放分布式s c a d 胛a s 系统的结构 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 1 ) 数据库管理子系统 管理来自实时s c a d a 系统的数据和历史库数据，是网络分析系统软件和调度 管理的源数据。数据主要有以下几个来源：实时量测数据、预测与计划数据、基本 数据、历史数据和临时数据。 1 )实时量测数据：实时数据主要是指来自于s c a d a 的实时遥信、遥测，反 映当前的电力系统运行状态。 2 ) 预测和计划数据：由e m s 本身形成的或人工输入的数据，例如，负荷预测、 发电计划、检修计划和电压计划等。它们向p a s 提供当时或未来的电力系统运行状 况数据。 3 )基本数据：发电设备及其控制系统的参数、变电与传输设备的配置极其参 数、量测设备的配置极其参数等等。这些关联信息及参数是人工输入并在运行中由 人工修改的。 4 )历史数据：一种是正常运行状态的保存，一种是非常运行状态的保存( 事 故记录) 。历史数据用于电力系统运行状态的分析、预测和培训。 5 )l 临时数据：高级应用软件运行中自动形成和自动消除的数据，例如，潮流 计算中产生的导纳矩阵等等，虽然用户不需要了解这些数据，但对应用软件维护人 员来说确是非常重要的诊断信息 ( 2 ) s c a d a 子系统 完成数据的收集、监视、控制、故障记录、报表统计和计算功能，它是调度自 动化系统的基本构成部分。 ( 3 ) p a s 软件功能分析系统 完成运行系统的分析、计算和优化功能，是提高电力系统运行的安全性和经济 性的一系列软件功能模块的总称。 ( 4 )网络通讯子系统：完成网络的连接，管理和数据流的传输任务，遵循标 准的网络传输协议 ( 5 )管理，维护子系统：承担网络的日常管理，维护任务，保证各级网络的 正常运行。 2 4 2 功能层次关系 根据文献 1 6 】，系统各功能模块之间的层次关系如图2 3 所示，静海电网s c a d a 系统使用烟台东方电子公司的d f 8 0 0 2 系统，在w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统上运行，p a s 系统应用功能模块主要是网络分析类的，如图2 3 所示包括网络拓扑分析、状态估 计、调度员潮流，网络结线分析为应用软件的状态估计及其它功能建立计算模型，接着进行的 状态估计是利用量测系统的冗余度来提高量测系统的数据精度，经过计算剔除其中 的坏数据。在状态估计的基础上就可建立研究态，通过调度员潮流对电网运行方式 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 改变、系统负荷变化、电网参数变化等进行分析研究。 图2 3 系统各功能模块之间的层次关系 2 5p a s 系统数据流程 2 5 1 实时态与研究态数据 网络拓扑和状态估计取s c a d a 的实时数据进行计算