（电气工程专业论文）基于衢州用管所县调pas系统的研究.pdf

摘要 本课题研究的目的 旨在研究和分析电力系统高级应用分析软件的基本理论原 理 数学算法和实现方法 建立衢州电网正确 完整的电力系统状态估计模型 并 在此基础上开发出调度员潮流 负荷预测等应用功能 为调度运行人员提供迅速 准确的电网在线分析工具 本课题的研究 对于实现衢州用管所调度从 经验型 调度转变为 研究型 和 科学型 调度具有十分重要的意义 本文详细介绍了衢州用管所电力系统高级应用软件p a s p o w e ra p p l i c a t i o n s o f t w a r e 系统的网络建模 状态估计 调度员潮流 电压无功控制等主要功能的原 理和实现方法 以及系统功能的开发 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 并在此基础上进行了调度员潮流 电 压无功控制等软件功能的开发和试验 2 0 0 7 年1 2 月 本p a s 系统通过了浙江省调组织 的现场验收 投入了运行 关键词 电力系统应用软件 网络建模 状态估计 调度员潮流 电压无功控制 2 a b s t r a c t t h ep u r p o s eo f t h i sp a p e ri st os t u d ya n da n a l y s i st h eb a s i cp r i n c i p l e m a t h e m a t i c s a r i t h m e t i ca n dm e t h o dt oa c h i e v et h ep o w e ra p p l i c a t i o ns o f t w a r e t h r o u g he s t a b l i s h i n g t h ec o r r e c ta n di n t e r g r a t e ds t a t ee s t i m a t i o n s e m o d e lo ft h ee l e c t r i cp o w e rn e t w o r k i n q u z h o ur e g i o n t h ea p p l i c a t i o nf u n c t i o n s s u c ha sd i s p a t c h e rp o w e rf l o w d p f a n dl o a d f o r e c a s t a r ee m p o l d e r e dt op r o v i d et h er a p i da n d a c c u r a t eo n l i n ea n a l y s i st o o l sf o rt h e d i s p a t c h e re n g i n e e r s t h er e s e a r c ho f t h i sp a p e rh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et oa c h i e v et h e r e s e a r c ha n ds c i e n c ed i s p a t c h i n gm e t h o dt or e p l a c et h ee x p e r i e n c ed i s p a t c h i n gm e t h o d n o we x i s t i n g t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ed e t a i l e dp r i n c i p l ea n dm e t h o dt oa c h i e v et h em a i nf u n c t i o n o f t h ep a ss y s t e mi nq u z h o ur e g i o n w h i c hi n c l u d e sp o w e rs y s t e mm o d e ls e t i n gu p s t a t ee s t i m a t i o n s e d i s p a t c h e rp o w e rf i o w d p f e t c o t h e r w i s e i ta l s ob ei n t r o d u c e d h o wt oe m p o l d e r d e b u ga n df i p p l yt h es y s t e mf u n c t i o n t oa c h i e v et h ea i mo ft h ep a ss y s t e mf u n c t i o n w ec a r r i e do nas e r i e so fi n s t a l l a t i o n a n de x p e d m e n ta sf o l l o w s w ee s t a bii s h e dt h ep o w e rs y s t e mm o d e la n d t h er e a l t i m e c r e d i b l ea n di n t e g r a t e do p e r a t em o d ea n dd a t a b a s e a b o v et h eb a s eo f t h em o d e la n dt h e d a t a b a s e w ee x p l o r e da n dt e s t e dt h ef u n c t i o no f t h ed i s p a t c h e rp o w e rf l o w d p f a n dt h e l o a df o r e c a s t i nd e c e m b e r2 0 0 7 t h ep a ss y s t e mi nq u z h o ur e g i o np a s s e dt h es i t e a c c e p t a n c yt e s t s a t o r g a n i z e db yt h ee l e c t r i cp o w e rd i s p a t c h i n gc e n t e r o fz h e j i a n g p r o v i n c e t h e ni ti n t oo p e r a t i o n k e y w o r d p o w e ra p p l i c a t i o ns o t t w a r e p a s p o w e rs y s t e mm o d e ls e t t i n gu p s t a t e e s t i m a t i o n s e d i s p a t c h e rp o w e rf i o w d p f v o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e r c o n t r o l 3 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得逝 江盘堂或其他教育机 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谢意 学位论文作者签名 垂 l 差 签字日期 2 0 0 8 年i 月3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝 江盘鲎有关保留 使用学位论文的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和 借阅 本人授权逝姿态鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 碰行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 孚r 美 导师签名 舞噜吻 签字日期 2 0 0 8 年f 胡厂日签字日期 训簿 2 月夕日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 电话 邮编 第一章绪论 1 1 p a s 系统发展现状一文献综述 能量管理系统 e m s 是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统 主要针对电网调度中心 用以辅助电网调度运行人员对电网运行的安全性及经济性 进行监视 分析及控制 e m s 系统主要包括数据收集与监视 s c a d a 系统及p a s 应用软件两个部分 s c a d a 系统将电网中各厂站的数据实时收集到电网调度中心 并集中展现在调 度运行人员面前 使调度运行人员对整个电力系统的运行状态一目了然 并将开关 状态变化和数值越限等信息及时报告给调度运行人员 大大减轻了调度运行人员监 视电力系统运行状态的负担 增强了调度运行人员对电力系统的感知能力 给了调 度运行人员以明亮的眼睛 此外 s c a d a 系统提供的遥控及遥调功能大大方便了调 度运行人员对电网运行方式及状态的调整 增强了调度运行人员对电网的操控能力 为调度运行人员武装上强健的双手 p a s 系统主要利用电网模型及s c a d a 系统收集 的实时数据 对电网运行的安全性及经济性进行分析 辅助调度运行人员对电网进 行控制 改善电网运行的安全性及经济性 使电网调度运行水平从经验型上升到分 析型 好比是给了电网调度运行人员以智慧的大脑 s c a d a 系统是e m s 系统的基本 功能 p a s 应用软件则是e m s 系统的高级功能 状态估计是当代电力系统高级应用软件 p a s 的重要组成部分 文献 1 2 是这 方面的经典文献 提供了状态估计的基本原理和经典方法 状态估计算法最早于7 0 年代在国外提出 但我国对状态估计不良数据识别方法的究则一直处于国际领先地 位 1 9 8 1 年 马志强在文献 3 中提出了基于残差灵敏度矩阵的识别法 该方法对 不良数据的数值及位置无限制 识别性能稳定 对处理实时系统中多个相关的不良 数据特别适宜 1 9 8 3 年 清华大学相年德等在文献 4 中提出了不良数据的估计辨 识理论和算法 阐明了量测估计误差和量测残差间的关系 并给出了利用可疑量测 残差估计可疑量测误差的公式 为不良数据的辨识奠定了理论基础 近年来 清华 大学张伯明提出了递归量测误差估计辨识法 确定了可疑数据集是算法成功的关键 使用递归方法大大减小了计算量和存储量 1 9 9 5 年 哈尔滨工业大学高中文等在文 献 5 中提出了一种基于电力系统运行模式的状态估计不良数据检测的前置滤波方 法和伪量测数据的运行模式提供方法 该方法简单 实用 速度快 在实际应用中 取得了良好效果 1 9 9 9 年 东南大学郭伟等在文献 6 中结合w l a v 状态估计问题的 特点 提出了罚参数修正及迭代限制方法 并利用稀疏矩阵技术进行计算 该算法 的数值稳定性好 迭代次数少 计算速度较快 性能优于传统方法 浙江大学李碧 7 君等在文献 7 中提出了在快速分解正交变换状态估计算法中检测与辨识坏数据的 方法 该方法基于对增广的量测雅可比矩阵进行g i v e n s 行变换的方法计算和更新 残差协方差矩阵 检测与辨识坏数据的能力较强 2 0 0 1 年 华中科技大学倪小平等 在文献 8 中提出了一种新的带等式约束的状态估计算法 该算法利用等式约束条件 来修正加权最小二乘所得的状态量 在增加很少计算量的情况下 达到提高状态估 计结果精度的目的 2 0 0 3 年 清华大学李建等在文献 9 中提出一种基于等效功率 变换的配电网状态估计算法 该算法将配电网中的功率量测 电压幅值量测 电流 幅值量测统一变换为支路首端等效功率量测 采用修正量测雅可比矩阵的迭代方法 求解 有较高的运算效率和数值稳定性 对量测配置也无特殊要求 文献 1 0 一1 1 对于抗差理论及其应用进行了研究 文献 1 0 详细介绍了抗差估计 准则和方法 以及抗差方法在电力状态估计 实时控制 负荷预测方面的应用前景 文献 1 1 介绍了一种新的稳健估计方法 抗差最小二乘法 对残差屏蔽问题进行了有 效的研究 文献 1 2 对基于g p s 相位角量测技术的实时状态估计进行了分析 文献 1 3 对于提高状态估计计算精度的问题提出了相应的措施 文献 1 4 通过权值对数 值稳定性和计算精度的影响的进行理论分析和实验 提出了设置权值的新原则 文 献 1 5 1 6 3 对于变压器抽头量测估计进行了分析 提出了新的原理和方法 文献 1 7 1 8 3 对电力系统参数的影响进行了实验 提出了相应的对策 文献 1 9 2 0 对于 电力系统网络拓扑的错误提出了辨识的方法和措施 等等 文献 2 1 指出随着监控电力系统规模的不断扩大和各种新理论 新技术的不断 涌现 无论从理论还是实际应用方面 状态估计领域仍有许多问题需要深入研究 在以下方面有重要的研究价值 1 面向大系统开发速度快和数值稳定性好的算法 缩短状态估计的执行周期 2 基于g p s 相位角量测技术的实时状态估计 3 多种类型和多个相关坏数据的检测与辨识问题 各类坏数据的特征抽取等问 题 为正确检测辨识坏数据奠定基础 4 量测误差相关情况下的状态估计问题 调度运行人员潮流的核心是潮流计算 6 0 年代提出的牛顿法至今仍是主流算 法 文献 2 2 b s t o t t 于7 4 年提出p q 解耦和雅可比矩阵相结合的算法节约了大量 计算时间 而迭代次数增加得不多 该算法在我国的应用非常普遍 a m s a s s o n 等 将潮流方程的残差平方和作为目标函数用非线性规划求解 可以有效防止计算发散 8 0 年代岩本伸一等在牛顿法的修正方向上选择最优步长 改善了s a s s o n 方法收敛 速度慢的问题 计算的收敛问题得到解决 1 9 9 6 年 郑州大学汪芳宗在文献 2 3 中 将人工神经网络中的正交背传算法应用于电力系统潮流计算 提出了一种电力系统 8 潮流的神经计算方法 这种方法具有内在的高度并行特性 文献 2 4 指出1 9 9 8 年汪 芳宗将矩阵求逆运算的松弛方法应用于电力系统潮流计算 提出了一种新的电力系 统潮流的并行松弛牛顿计算方法 这种并行算法具有较好的收敛性和并行程度 可 以获得较高的加速比和并行效率 文献 2 5 指出2 0 0 1 年清华大学蔡大用提出了一种 易于并行化的重叠分块牛顿法 用它可对潮流方程进行快速求解 算法的关键是将 雅可比矩阵划分为一系列带部分重叠的对角块 该算法速度快 收敛性好 多年来 针对电压无功自动控制国内外专家学者基于不同的算法和控制理论 如人工神经网络 遗传算法 模糊理论 粒子群算法等 提出了多种解决方法 文 献 2 6 提出了基于人工神经元网络的无功预测和优化决策相结合的电压无功自动控 制方法 文献 2 7 1 提出了基于粒子群算法的无功优化控制方法 文献 2 8 提出了用遗 传算法实现电压无功的实时控制 文献 2 9 1 中指出电压无功的分散控制 它是指在 各个变电站或发电厂中 自动调节站内有载调压变压器的分接头位置或其他电压调 节器 控制无功功率补偿设备的工作状态 使得当负荷变化时 该变电站或发电厂 的母线电压和无功功率保持在规定的范围内 集中控制是指调度中心通过调度s c a d a 系统 采集电网中各个发电厂和变电站的中枢点电压 发电机的无功出力 联络线 无功 变压器分接头位置 无功补偿设备的状态等模拟量和开关量 经数据处理程 序建立系统实时数据库 然后 在相应系统硬件和软件支持下 启动电压无功优化 计算程序 通过调整地区电网中各种可用的无功源发出的无功功率或无功补偿设备 的投切状态 可以在较短的时间内实现系统中枢点电压的调整 减少偏离值 整个 控制过程是闭环的 即给出优化控制方案后直接下达s c a d a 执行 可以不需要调度人 员进行干涉 我国于6 0 年代初期开始离线潮流和经济调度软件的研制 7 0 年代后期开始在线 应用软件的研究 到8 0 年代中期曾把负荷预计 发电计划 经济调度 状态估计和 在线潮流等应用软件全部装到湖北电网自动化系统上运行 当时每一个单项都进行 过成功的试验 但是却因总体无法正常工作而不能使用 8 0 年代后期研究人员从我国四大电网调度自动化引进中认识到 自上而下 的e m s 设计原则 理解了支持软件的重要性 明白了商品化应用软件的开发过程 我国电网对电力系统高级应用软件有特殊的要求 例如量测不足 错误数据多 经济负荷分配在垂直特性和水平特性上变动范围大等 其要求决非国外标准软件可 以满足 为了开发出具有中国特色的高难度应用软件 电科院电网所于8 7 年开始 自 上而下 设计e m s 高级应用软件 后与华中电网进行合作设计开发了我国第一套完 整的e m s 应用软件 获得了极大的成功 目前 高级应用软件已成为我国技术成熟的第三代和呼之欲出的第四代电网调 9 度自动化系统不可或缺的系统软件 除前面提到的一些软件外 比较常见的高级应 用软件还包括母线负荷预测 网损修正计算 安全约束调度 故障计算和电网稳定 分析等 在当前计算机水平条件下 电力系统静态分析技术已趋于成熟 而最优化 潮流 暂态分析和人工智能等则需要更快的计算机 并有待于人们对电力系统本身 规律更深刻的认识 1 2 课题背景 近年来 随着城乡经济的快速发展和人们生活水平的逐步提高 全社会对电力 的需求正稳步增加 衢州电网规模的不断扩大 电网的结构和运行方式日趋复杂 调度中心的自动化水平不断得到提高 为保证电网运行的安全性和经济性 要求调 度运行人员能够迅速 准确 全面地掌握电网的实际运行状态 预测和分析电网的 运行趋势 对电网运行中发生的各种问题作出正确的处理 电力系统分析 计算程序的在线应用是辅助电力系统调度运行人员实现上述要 求的有力工具 它使调度方式从 经验型 调度向 研究型 和 科学型 调度转 变 从而提高调度自动化系统的运行水平 确保电力系统的安全稳定运行和合理调 度 因此 电力系统高级应用软件 p a s 是调度中心自动化系统的重要组成部分 为此 衢州用管所县调2 0 0 7 年对旧系统进行改造的同时 进行了电力系统高级应用 软件p a s p o w e ra p p l i c t i o ns o f t w a r e 的功能的开发和应用 引进了国电南瑞科技 股份有限公司的新一代标准化平台支持的调度自动化o n 2 0 0 0 集成系统 该系统是一 套先进而成熟的系统 除了具备常规的开放性 分布性和可靠性等特点外 还针对 衢州用管所县调的特点进行功能的灵活组态 开发了具有地方特点的高级应用软件 满足了用管所县调的特殊要求 从2 0 0 7 年8 月引进p a s 系统开始 经过了安装 现场 调试 现场验收等阶段 该系统于2 0 0 7 年1 2 月正式投入了运行 1 3 课题的目的和意义 近年来 随着e m s 的发展 许多大的调度中心都已经成功的实现了电力系统运行 的在线分析功能 极大的提高了电网运行的经济性和安全性 为调度人员进行决策 提供了有力的分析工具 然而在我国的大多数小调度中心 如县级调度中心 小型 的地调中还没有实现电力系统运行的在线分析 系统运行的调度在很大程度上还是 依靠调度人员的运行经验来完成的 还处于一种经验型的运行状态中 随着电网自 动化程度的不断提高 这已经不能适应电力系统进一步发展的要求 据原能源部发 布的 全国电网调度自动化系统规划目标和要求 电网调度自动化系统的功能被 划分为低 中 高三档 低档 s c a d a 中档 s c a d a a g c e d c 高档 s c a d a a g c e d c s a 总称e m s 能量管理系统 在能量管理系统中 高级应用软件占 1 0 有重要的地位 高级应用软件的配置及实用水平 直接反映e m s 的总体水平 随着电网结构的日益复杂和网供负荷的不断攀升 高级应用软件在电力系统中 扮演着越来越重要的角色 它为调度 计划和电网运行分析工程师提供了电网监视 控制 预报 计划 分析和培训功能 为电网的安全 稳定 优质 经济运行提供 技术手段和工具 使过去的经验型调度逐步上升为具有预见性的分析型调度 本课题选择e m s 高级应用软件的研究为题 结合衢州用管所o n 2 0 0 0 调度自动化系 统的高级应用软件 p a s 的实用化开发项目 围绕网络建模和网络拓扑 状态估计 调度员潮流 电压无功控制等核心功能模块的应用展开研究 针对软件的运行可靠 性和结果可用性等方面存在的问题进行了全面分析 并研究了改进方法并通过了测 试 研究成果及其在衢州用管所县调自动化系统的应用具有较大的工程应用价值 具体表现在 1 通过本课题的研究在一定程度上提高了状态估计计算的准确性 降低了状态 估计计算结果与系统实际状态的偏差 有效消除了错误量测对调度员的干扰 由于 状态估计是众多高级应用的基础 因此提高状态估计计算结果的准确性能为其他高 级应用软件的优质运行打下良好的基础 2 课题研究有助于提高调度员潮流计算的可靠性 避免频繁出现的计算不收敛 现象 增强软件实用性 由于调度员潮流用于帮助运行人员对电网可能发生的操作 或事故进行定量分析 为他们的决策提供数字依据 因此研究成果能进一步降低操 作的盲目性 提高事故预想准确性 3 通过本课题的研究 在衢州用管所实现了在线电压无功控制 不但改变了传统 的调度员下令进行电容器的投停和分接头的升降 以及仅凭值班人员的经验进行的 手动调节现状 而且可以提高系统的电压合格率 降低系统网损 满足了当今电网 的发展要求 1 4 本论文所做的主要工作 本文主要对衢州用管所高级应用p a s 系统的网络建模 状态估计 调度员潮流 电压无功控制四个主要软件模块进行了详细的研究和分析 分析研究网络建模和网 络拓扑功能 实现拓扑数学模型的建立和拓扑动态着色 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 分析研究电压无功自动控制功能 实现 了自动调节变压器分接头和投退电容器 达到电压和无功在合格范围内 另外 本文详细介绍了衢州用管所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了分析 本文各章节安排如下 第一章 绪论 介绍了论文的课题背景 研究目的 意义 主要的研究内容等 第二章 总体方案设计 主要介绍了衢州用管所p a s 系统基本功能要求 以及系统软 硬件总体方案 各软件模块的关系 应用条件等 第三章 网络建模 主要介绍了网络建模的主要工作以及网络建模的基本原理和软件 开发应用情况 并通过具体的典型案例对状态估计功能的应用进行了分析 第四章 状态估计 主要介绍了状态估计的基本原理和软件的开发应用情况 第五章 调度员潮流 主要介绍了调度员潮流软件的基本原理和软件的开发 应用 情况 并通过具体的典型案例对调度员潮流功能的应用进行了分析 第六章 电压无功控制 主要介绍了电压无功控制软件的基本原理和软件的开发 应用情况 并通过具体的典型案例对电压无功控制功能的应用进行了分析 1 2 第二章总体方案设计 2 1 衢州用管所p a s 系统总体功能要求 本期衢州用管所p a s 系统工程主要包括网络建模 网络拓扑 状态估计 调度员 潮流 电压无功控制 系统短期负荷预报等几个功能模块 本期工程的目标是使得 用管所p a s 系统实现以上功能 并通过系统的现场验收 投入实际运行和使用 下一 步 将在本期工程的基础上 开发其他各项实用化功能 使系统最终实现实用化的 目标 系统各个主要模块功能要求如下 2 1 1 本期工程主要模块功能 网络建模 得到和s c a d a 系统对应的 可以用于计算的电网模型 包括连接关系 设备参数 遥测极性 网络等值几方面 是所有应用的基础 网络拓扑 根据开关状态进行从连接节点向计算节点的变换 分析子系统状态 各模块仅对活岛进行分析 拓扑结果可以在接线图上直观的表示 状态估计 利用实时量测系统的冗余性 应用估计算法来检测与剔除坏数据 提 高数据精度及保持数据的前后一致性 为网络分析提供可信的实时潮流 主要功能 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 调度员潮流 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 电压无功控制 在调度员潮流功能分析的基础上 通过改变电网中装设的无功 功率调节及补偿装置的运行状态和有载调压变压器的分接头位置 实现电网在满足 安全约束条件和电压质量条件下的网损最小 系统短期负荷预报 分析负荷及其影响因子的历史资料得出系统负荷的变化规 律以及和影响因子的关系 结合影响因子的预报状态 对未来一天至一周左右的系 统负荷作出预报 历史随机分量被平滑 未来的随机分量无法预报 本文主要讨论的重点是电力系统状态估计 电压无功控制 另外对于网络建模 调度员潮流将做较详细的介绍 对于系统负荷预报 限于篇幅 本文不作介绍 2 1 2 主要模块基本功能要求 根据文献r 3 0 的有关要求 对以上各个模块的基本功能进行了规定 对于状态 估计 要求对可观测分析方法 可疑数据检测与辨识 量测屏蔽 量测权值控制 状态估计的运行控制 状态估计计算结果 网络状态监视 状态估计统计等功能进 1 3 行分项测试 对于调度员潮流 要求对于基态数据的获取 方式和注入量的修改 潮流计算控制参数的修改 基本潮流计算 结果信息显示 运行信息显示 历史断 面管理 性能指标显示等功能分项进行测试 2 1 3 基本模块性能测试 根据文献c 3 0 的有关部分以及衢州用管所的实际要求 按照各类项目具体要求对 各模块性能进行了测试 表2 1 衢州用管所p a s 系统现场验收测试大纲 是否 项目功能要求 具备 能处理任何接线方式 如单母线 双母线 环形接线等 是 网络拓可以分析处理电气岛情况 并确定死岛 活岛状态 是 扑对每个电气岛指定定参考发电机 是 能处理单端开断的支路 是 状态估粗检测功能是 计 具有可观测性校验功能 是 利用线路或变压器的有功 无功量测 母线注入有功 无功量测 是 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 当有载调压变压器有潮流和电压量测时 应能估计有载调压变压器 是 的分接头位置 具有添加伪量测的功能 是 可以处理零阻抗支路 是 检测和辩识遥测 遥信信息中的可疑和坏数据 并给出可疑和坏数 是 据信息表 对无变压器分接头量测的变压器能人工设置档位 对明显不合理的 是 量测进行人工屏蔽和人工修改 能改变各种控制参数进行状态估计 是 状态估计的运行周期一般不大于5 分钟 是 状态估计的启动方式应包括 周期启动 人工启动 是 1 4 根据状态估计结果给出越限信息是 状态估计结果应能够在一次接线图上直观明了的显示 具有实时值 是 的对照列表 并能够打印输出 能进行给定 历史 当前或预想 断面的潮流计算 是 能模拟发电机出力 负荷功率和变压器分接头位置的调节 模拟各 是 种断路器 隔离开关的变位操作 各种模拟操作应能多重组合 能够模拟发电机的启停和负荷 电容器 电抗器 变压器的投切是 调度员能模拟系统的解列 并网 合环 解环 是 潮流可以计算网络解列后若干个独立网络的潮流是 能改变各种控制参数 收敛精度和迭代限次等 进行潮流计算 是 能进行越限告警是 运行方式的改变应能在一次接线图上直接进行是 涮流计算结果应能在圆向上直观明了的显示和打印输出是 可以灵活的处理地区电网的多种接线方式是 能够分时段的输入母线电压限值和变压器无功 功率因数限值是 实现远方对多个厂站的电压无功控制是 方便的输入和修改控制参数的功能是 通过严格的权限管理功能保证所有操作的安全性 可靠性是 电压无 v q c 控制的历史记录功能是 功控制 形成调节方案时 考虑设备的最小时间间隔 是 形成调节方案时 考虑设备的操作次数是 分接头调节时 保证并列运行的变压器档位调节一致 是 发生v q c 调节 检查告警窗口是否有相应的信息告警 厂站 变压 是 器 电容器闭锁解锁状态发生变化时 检查告警窗中是否有告警信 息 负荷预 根据历史负荷与气象等信息进行一天至一周的9 6 点负荷预报是 报能分别预坝4 工作日 节假日负荷 是 能改变各种控制参数进行负荷预测 是 提供人工干预负荷预测的手段 是 预测负荷曲线与实际负荷曲线以及误差曲线应能在画面上显示 是 2 2 衢州用管所p a s 系统总体方案设计 2 2 1 系统软硬件总体设计方案 衢州用管所s c a d a 系统使用南瑞科技公司的o n 2 0 0 0 系统 在u n i x 操作系统上运 行 具有较高的稳定性 为了使 a s 系统与s c a d a 系统实现数据库的无缝联接和系统 软件功能的一致性和可继承性 我们选取南瑞科技公司的p a s 高级应剧系统 o n 2 0 0 0 调度自动化系统由两台数据服务器 一台w e b 服务器 两台前置机及两台 远动维护工作站 两台调度员工作站 两台值班工作站 一台p a s 系统服务器 两台 监控工作站和两台操作t 作站等组成 主网采用l o o m 平衡负荷双网 系统前置机和 服务器采用双机热备份 与m i s 连接的w e b 服务器 通过插入第三块阿仁来隔离m i s 系统 衢州用管所调度自动化系统硬件配置示意图如图2 一l 所不 l j 翮 哥帽 i i l i 叠兰i 寄 l 晶i l 晶 释紫 尊势兰 曼塞晏警竺坠曼鳌 悬 蔓 一 一 j l i 一 t 一 一n罾圈 睡i h 垂l j l 三h l h j i 三e 吲三h i 吲至日 图21 衙州用管所电网调度自动化系统硬件配置示意图 p a s 系统数据库安装在p a s 系统服务器上 状态估计 调度员潮流等软件在p a s 系统服务器上运行 可以方便地读取s c a d a 系统实时数据 p a s 系统层次数据库的网 络模型通过网络建模软件来建立 状态估计的己知量来自网络模型和s c a d a 实时数据 库 调度员潮流计算可以通过读取状态估计结果数据 并在此基础上进行模拟操作 再启动计算形成调度员潮流数据 p a s 系统服务器将状态估计 调度员潮流的计算结果存入p a s 系统层次数据库中 各台客户机通过配置成为p a s 客户机后 就可以方便地从p a s 系统数据库中读取p a s 计算数据 在每台p a s 系统客户机上 可以方便地通过画面在s c a d a 状态估计 调 度员潮流等模块间进行切换 分别浏览各种应用模式下的数据 2 2 2 各模块之间的功能层次关系 p a s 系统功能模块主要是网络分析类的 如网络建模 网络拓扑 状态估计 调度员潮流等 也有非网络分析类的 如系统短期负荷预报 系统超短期负荷预报等 我们在这些功能的基础上 还开发电压无功优化控制等功能 根据文献 3 1 系统各 功能模块之间的层次关系如图2 2 所示 调度员潮流 状态估计 网络建模 拓扑分析 0 n 2 0 0 0 支持系统 网络子系统 数 据库系统 图形系统 报表系统 w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统 图2 2 各功能模块之间的层次关系图 2 2 3 p a s 的数据流程 p a s 中的数据必须保证正确的流向 作为网络分析的基础 衢州用管所p a s 系统 建立了一个完全是针对电力系统分析所需要的数据库 网络模型数据库 它由1 7 个数据表组成 描述了各个设备的电气参数 设备之间的连接关系以及层次关系 所有p a s 模块都需通过网络建模才能获得计算所需的数据 网络建模生成的数据首 先生成在状态估计的计算缓冲区内 其他模块计算所需的数据需要从状态估计的计 算缓冲区拷贝到相应的计算缓冲区内口 1 7 图2 3p a s 的数据流程图 2 2 4 p a s 应用条件 完备准确的参数和具有一定冗余度和精度的量测是状态估计的基础 只有建立 完善的s c a d a 系统和完备准确的电网模型 才能得到完备准确的状态估计计算结果 所以基础自动化是状态估计的基础 而状态估计是其他网络分析软件的基础 调度 员潮流 负荷预测 安全分析等都建立在准确的状态估计基础上 为了得到准确的 状态估计数据 一方面应该加强基础自动化的建设 另一方面应该加强系统的维护 工作 为此衢州用管所要求实现s c a d a e m s 系统真正的一体化 系统做到在同一平台 上运行 使用相同的支持软件 包括相同的人机界面 相同的数据库管理 计算机 网络通信 报表作图等辅助软件 只需要维护一套系统 所有的应用就可以正常运 行 这样就可以减轻维护负担 达至o j p a s 软件的真正实用 2 3 本章小结 本章主要介绍了衢州用管所p a s 系统的主要功能模块和总体设计方案 并对系统 各主要功能模块的基本功能要求和主要性能测试进行了介绍 并分析了各模块之间 的相互关系 讨论了p a s 系统的应用条件和方法 1 8 第三章网络建模 由s c a d a 提供的开关信息和量测数据是网络分析数据的总来源 是整个网络分析 应用软件的基础 电网元件的电气连接关系是应用软件进行网络分析计算的基础 必须使所建的模型和实际的运行方式相一致 才能保证应用软件结果的正确性 通 过网络建模 将电网各元件的电气连接关系填入p a s 网络数据库 因此 网络建模是 p a s 的基础模块 3 1 网络建模的基本原理 网络建模就是通过将电网各元件的参数和连接关系填入p a s 数据库 形成完整 的e m s 网络数据库和电网拓扑网络结构 为应用软件提供进行网络分析计算的基础 从总体上来说 对于一个处于正常运行状态的系统 在设备的电气参数确定的情况 下 如果网络的连接关系和网络中各个节点上的有功无功负荷已经确定 那么整个 网络的运行状态就可以唯一的确定下来 任何一条支路的有功无功 任何一条母线 上的电压相角也就完全确定了 所以要完整的描述设备的数学模型 必须从两方面 来描述 设备的连接关系描述和设备的电气参数描述啪1 3 1 1 设备电气参数的入库 设备的电气参数指的是设备的电阻 电抗 有功限值 无功限值等 针对不同的 设备 所具体需要的数据也不相同 新增加任意一种元件 厂站 发电机 变压器 线路 负荷 开关刀闸母线等 都要将其厂站和设备信息录入数据库中 并且应根 据s c a d a p a s 等不同应用所需的网络结构而入库 s c a d a 数据库中有些网络参数是不 需录入的 例如线路的类型 线路长度 线路的正序阻抗 变压器的高 中 低正 序阻抗 变压器的有载调压标志等等 但是对于p a s 的网络数据库 这些网络参数都 是必须录入的m 1 各种设备需要录入的数据如下 1 线路表 首末端厂站i d 电压等级i d 线路的功率限值 线路的电流限值 线路的电阻电抗 线路的长度和导线型号 2 变压器表 厂站i d 高中低侧电压等级 高中低侧电阻电抗值 高中低侧有 载调压标志 高中低侧分接头最高档位 最低档位 正常档位 步进 高中低侧额 定电压 高中低侧额定容量 高中 中低 高低端短路有功损耗和短路电压百分数 三相有功空载损耗 空载电流百分数 对于双绕组变压器 由于不存在中端 所以在输入数据时只输对应高端和低端 的数据 3 电容电抗器表 厂站i d 电压等级 额定容量 4 发电机 厂站i d 电压等级 额定出力 电抗 有功出力上下限 无功出力 1 9 上下限 3 1 2 设备连接关系的入库 设备连接关系的入库是通过图形入库来完成的 利用图形的智能功能 识别设 备之间的连接关系 将他们之间的连接关系填入数据库 新增加一厂站或改动一厂 站 网络结构有变化 都要将这些厂站的接线图在作图软件包中按s c a d a p a s 应用 分别填库 在库中形成电气连接关系 3 1 3 网络建模的输出结果 网络建模的输出包含1 7 张表格 分别是 地区表 d v 厂站表 s t 线路表 l n l n 2 表 变压器表 x f m r 变压器支路表 x f x f 2 表 电压分区表 k v 负荷表 l d 发电机表 u n 节点表 n d 开关表 c b c b 2 表 电压等级表 v l 分接头类型表 t a p t y 电容电抗器表 c p c p 2 表 输出的表格按照下面的层次关系组织 为了加快程序中数据查找的速度 各层 次之间都存在着上层和下层关系指针 地区 d v 图3 一l 层次关系组织图 网络建模的输出结果包含三方面的内容 1 设备之间的连接关系 这是通过设备所 连接的端点号来表示的 2 设备的电气数据 比如r x 上下限值等 3 设备之间 的层次关系指针 其中设备的电气参数中 对于线路和变压器的r x 的计算方法有 两种 可以从数据库中直接得到 另一种是需要通过一定的计算来完成 用户可以 对r x 的形成方法进行选择 这只需要在网络建模的控制参数表中指定r x 的形成 方式就可以了 3 2 网络建模实例 3 2 1 实例1 主变 线路参数录入 1 以下表格是衢州用管所所管辖的部分3 5 k v 主变资料 根据资料进行主变设备 p a s 参数填写 表3 一l 衢州用管所部分3 5 k v 主变资料 厂站 编 主变型号额定容量 m v a 额定电流 电压组合 名号 k v 荆溪 1 s l z 7 6 36 36 39 4 53 4 6 43 8 5 变 3 8 5 3 2 5 1 0 5 2 s l z 7 6 36 36 39 4 53 4 6 43 8 5 3 8 5 3 2 5 1 0 5 闹桥1 s s z 9 l o 1 01 0 81 5 65 5 07 3 33 5 变 3 53 2 5 1 0 5 2 s z 9 1 0 3 1 01 01 5 65 5 07 3 23 5 53 2 5 1 0 5 大洲 l s z 7 5 3 5 558 2 52 7 53 5 变 3 2 5 1 0 5 2 s z 9 5 3 55 58 2 52 7 53 5 3 2 5 1 0 5 廿里l s z 7 6 3 6 36 3 1 0 3 93 4 6 4 3 5 2 4 水2 变3 5 32 5 1 0 5 2 s z 9 8 3 5 881 3 1 9 4 3 9 9 3 5 2 4 木2 7 5 1 0 5 库区 l s z 9 6 3 6 36 31 0 3 93 4 6 43 7 变 3 53 2 5 1 0 5 桔海 1 s z 9 8 3 5 881 3 2 4 4 0 3 5 变 3 2 5 1 0 5 云溪 1 s z 9 5 3 5 558 2 52 7 53 5 4 2 宰2 变 5 1 0 5 2 s z 9 8 3 5 881 3 24 3 9 9 3 5 4 2 木2 5 1 0 5 石梁 l s z 9 8 3 5 88 1 2 4 8 4 3 9 9 3 7 变 3 2 5 1 0 5 2 i 厂站 编空载 空载 短路损耗 k w 短路电压 名号损耗电流 高一两一 中一高一两一中一接线方式 k w 中低低中低低 荆溪 l 6 7 60 7 53 7 87 8 3y 一l l 变 9 2 6 5 20 7 53 7 87 8 2y 一1 l 9 闹桥 1 9 7 5o 26 04 03 07 3 51 3 75 4 1 y n d li d l i 变 2 9 5 50 2 7 07 6 8y n d 1 1 大洲 l 5 9 7 40 4 74 4 8 6 9 1y 一1 1 变 5 5 2 5 1 50 2 53 1 87 6 6 y d l l 3 1 廿里 l 9 6 4o 85 1 o7 3 3y n d l l 变 l 2 9 2o 84 0 17 3y n d i i 7 5 库区 1 7 5y d l l 变 桔海 l 8 7 90 3 73 9 7 7 4 2y d l l 变 2 云溪 1 5 3 1 2o 2 43 1 77 4 3 y d l i 变 4 5 2 7 5 3y d l l 石梁l 7 3y n d l i 变 以3 5 k v 荠1 溪变2 主变为例 由电压组合为3 8 5 3 2 5 1 0 5 k v 可以得到高端额 定电压为3 8 5 k v 低端额定电压 1 0 5 k v 分别填入相应参数栏 进一步核实得 到变压器分接头 可以得到参数如下 最小档位 1 档 最大档位 7 档 正常档位 4 档 档位步进 0 0 2 5 死区上限 4 档 死区下限 4 档 将以上参数分别填入变压器 分接头参数库中 将额定容量 m v a 填入高端额定容量6 3 m v a 将短路损耗3 7 8 9 填入高低端短路损耗栏 将短路电压7 8 2 填入高低端短路电压栏中 这样就可以得 到变压器参数界面如图3 2 图3 2 荆溪变2 主变参数界面图 同样对于其他变压器参数可以类似进行填库操作 需要说明的是 电阻电抗参 数和试验数据这两组数据当中 可以任选一组输入 另一组不用输入 另外对于二 卷变压器 需输入各侧额定窖量 m v a 各侧短路损耗 k w 两卷变只在高低端短路 损耗栏输入短路损耗 各侧短路电压百分数以及分接又档位参数中的高 中端分接 头参数 2 以下是衢州用管所管辖的部分3 5 k v 线路资料 可根据资料填写线路p h 8 参数 表3 2 衢州用管所部分3 5 k v 线路资料 序号线路名称起止地址型号长度 k m 1 衢闹3 5 1 3衢州变一闹桥变l g j l 8 5 3 5 35 1 2 衙荆3 5 0 7衢州变一荆溪变l g j 2 4 0 3 5 6l 3 南里5 5 3 0湖南镇变一廿里变j 叮 2 0 3 5 1 95 4 南库3 5 3 1湖南镇变一库区变l g j 7 0 3 5 67 4 5杜石3 5 4 2杜泽变石溪变 l g j l 2 0 3 5 g 6 6 荆大3 5 9 0荆溪变大洲变 l g j l 8 5 3 52 8 7 石3 5 8 0 真变石溪变 l g j l 8 5 3 5 27 3 8 桔海3 5 7 6航埠变一桔海变l g j 9 5 3 5 l o 以3 5 k v 衢阁3 5 1 3 线为例 在p a s 设备线路参数输入界面中填入导线型号 l g j l 8 5 3 5 长度为35 1 公里 通过查阅有关手册 可知l g j l 8 5 3 5 型导线的单位长 度电阻为01 7 欧姆 公里 单位长度电抗为o3 6 5 歇姆 公里 单位长度对地电纳为 3 1 0 1 西门子 公里 如图3 3 所示 图3 3 衙闹3 5 1 3 线参数界面图 对于不同型号的导线 在p a s 系统数据库设备类导线型号表中 分别将其电阻 电抗 电纳等线路参数填入 用于网络