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能量管理系统能量管理系统(EMS)包括： 数据采集和监控系统(SCADA系统)，自动发电控制(AGC)和经济调度控制(EDC)，电力系统状态估计(State Estimator)，安全分析(Security Analysis)，调度员模拟培训系统(DTS)。科技名词定义中文名称：能量管理系统 英文名称：energy management system，EMS;energy management system 定义1：一种计算机系统，包括提供基本支持服务的软件平台，以及提供使发电和输电设备有效运行所需功能的一套应用，以便用最小成本保证适当的供电安全性。 所属学科：电力（一级学科）；调度与通信、电力市场（二级学科） 定义2：用能量状态近似法作为飞行轨迹优化算法的性能管理系统。 所属学科：航空科技（一级学科）；飞行控制、导航、显示、控制和记录系统（二级学科） 能量管理系统(EMS)包括： 数据采集和监控系统(SCADA系统)，自动发电控制(AGC)和经济调度控制(EDC)，电力系统状态估计(State Estimator)，安全分析(Security Analysis)，调度员模拟培训系统(DTS)。 配电网管理系统(DMS)包括： 配电自动化系统（DAS），地理信息系统（GIS），配电网重构，管理信息系统（MIS），需求侧管理（DSM）。1、SCADA系统SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。简介在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它在远动系统中占重要地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,即我们所知的四遥功能.RTU(远程终端单元),FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用 编辑本段系统概述SCADA系统概述 一、SCADA系统概述 SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。 在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。 二、SCADA系统发展历程 SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了三代。 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统。这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。 第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制（AGC）以及网络分析结合到一起构成了EMS系统（能量管理系统）。第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。 90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。 第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经或即将具备，预计将与21世纪初诞生。该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等。这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没。 三、SCADA系统发展瞻望 SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点： 1、SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成 SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为EMS系统提供大量的实时数据。同时在模拟培训系统，MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所有其它系统都成为“无源之水”。所以在这今十年来，SCADA系统如何与其它非实时系统的连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS（调度员模拟培训系统）、 企业MIS系统的连接。SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向。 2、变电所综合自动化 以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。 3、专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用2、自动发电控制科技名词定义中文名称：自动发电控制 英文名称：automatic generation control，AGC 其他名称：负荷频率控制(load-frequency control) 定义：随着系统频率、联络线所带负荷或者它们相互之间关系的变化，调节指定区域内各发电机的有功出力来维持计划的系统频率或使其与其他区域的既定交换在预定限值内或二者兼顾。 所属学科：电力（一级学科）；调度与通信、电力市场（二级学科）利用调度监控计算机、通道、远方终端、执行（分配）装置、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率，以控制发电机出力。它是电力系统调度自动化的主要内容之一。简介是并网发电厂提供的有偿辅助服务之一，发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度交易机构下发的指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联 自动发电控制络线功率控制要求的服务。或者说,自动发电控制(AGC)对电网部分机组出力进行二次调整,以满足控制目标要求;其基本功能为：负荷频率控制（LFC），经济调度控制（EDC），备用容量监视（RM），AGC性能监视（AGC PM），联络线偏差控制（TBC）等；以达到其基本的目标：保证发电出力与负荷平衡，保证系统频率为额定值，使净区域联络线潮流与计划相等，最小区域化运行成本。 自动发电控制着重解决电力系统在运行中的频率调节和负荷分配问题，以及与相邻电力系统间按计划进行功率交换。电力系统的供电频率是系统正常运行的主要参数之一。系统电源的总输出功率与包括电力负荷在内的功率消耗相平衡时，供电频率保持恒定；若总输出功率与总功率消耗之间失去平衡时,频率就发生波动,严重时会出现频率崩溃。电力系统的负荷是不断变化的，这种变化有时会引起系统功率不平衡，导致频率波动。要保证电能的质量，就必须对电力系统频率进行监视和调整。当频率偏离额定值后，调节发电机的出力以使电力系统的有功功率达到新的平衡，从而使频率能维持在允许范围之内。所以，自动发电控制是通过对供电频率的监测、调整实现的。 一个大电力系统是由几个区域电力系统通过联络线互联构成。各区域电力系统按预定计划进行功率交换。每一个区域电力系统的负荷、线路损耗与联络线净交换功率之和必须与该地区的发电出力相等。 编辑本段控制指标自动发电控制的功能指标为 电力系统频率偏差(f)小于0.1Hz。 与邻区电力系统联络线净交换功率保持在计划值。净交换功率误差的随机电量可以按峰、谷负荷时段计量和偿还。 保证电力系统时差不超过5秒,超出时可自动或手动进行修正。 编辑本段控制方式一般采用联络线净交换功率偏差和频率偏差控制方式(TBC)。这种控制方式 自动发电控制的优点是:各控制地区根据其区域控制误差(ACE)控制地区内的调整电厂,自行平衡其负荷波动。按静态来说，基本上不波及其他区域；按动态来说，又能支援邻区电力系统。控制误差一般表达式为 ACEi=Pii+kif 式中ki为i区域频率特性常数，单位为MW/0.1Hz；f为频率偏差；Pii为i区t时刻的功率偏差。 按ACE信号进行控制中,为了校正由Pii产生的随机电量误差E和由f产生的时差t，ACE可用下式表达 公式当随机电量E积累到一定值时,可按峰、谷时段所积累的电量在规定的h小时内进行补偿。当t超过规定值时（一般规定为5秒）,可以按设定的kt值折算成校正控制量。一般将ktt设定为0.010.05Hz,这相当于用71.4小时可校正t等于 5秒到零值。在校正E和t时各互联电网应协调统一校正。 TBC控制方式的原理以两个区域（A,B）作例（见图）。当区域 B增加负荷L时，f下降，PtA为正值，PtB为负值,ACEB为两个负值相加，表示增加发电；ACEA为一正一负相加，调整量很小。当kA值选择适当时，ACEA0，甚至不做调整。但很明显，区域A支持了区域B。当区域 B增加发电功率与L平衡时，f=0，PtA=PtB=0，恢复到原始状态。 编辑本段调频厂与非调频厂参加调频的发电厂称为调频厂。区域调度中心的监控计算机，对调频火电厂是计算出机组功率，因为目前10万kW及以上的火电机组绝大部分为单元机组，故可直接将控制信号发送到单元机组；对调频水电站是计算出全站的总功率，当此设定功率到达水电站后需经过站内分配装置才去控制机组。 非调频厂是指不参加调频的电厂，一般指10万kW以下的火电机组和母管式火电厂以及暂不参加在线控制的电厂，但必需按日计划负荷曲线进行手动调整，承担电网的调峰、谷任务（包括按开停机计划启停）。 自动发电控制对调频厂的要求为： 所有调频厂的调速系统均应符合自动控制的要求，调整灵敏，死区小，无卡滞现象。调差系数应统一整定。 消除调频厂内主、辅机设备的各种缺陷，水电厂的机组自动装置和火电厂的常规热工自动装置应完好地投用。 水电站的机组振动区应设法消除，可调容量应满足0100的要求。 火电厂的可调容量,对老机组应力争满足70100%额定范围内进行调整;对新装机组则要求满足50100额定范围内调整。负荷变动速度要求最大为每分钟3%额定值。 火电厂新装机组都应有炉随机方式的机炉协调自动装置。 现代电力系统的自动发电控制不单是为了调整电网频率，更重要的是在控制各机组发电出力时实现经济负荷分配，为了明确起见把自动发电控制和自动经济调度(EDC)连在一起，简称为AGC/EDC，这时须考虑实时控制。 3、经济调度控制经济调度控制（EDC）用以确定最经济的发电调度以满足给定的负荷水平。4、电力系统状态估计电力系统状态估计是电力系统调度中心的能量管理系统（EMS）的核心功能之一，其功能是根据电力系统的各种量测信息，估计出电力系统当前的运行状态。现代电网的安全经济运行依赖于能量管理系统（EMS），而能量管理系统的众多功能又可分成针对电网实时变化进行分析的在线应用和针对典型潮流断面进行分析的离线应用两大部分。电力系统状态估计可以说是大部分在线应用的高级软件的基础。如果电力系统状态估计结果不准确，后续的任何分析计算将不可能得到准确的结果。1.电力系统的量测系统电力系统的量测分为遥测和遥信两种。 遥测是模拟量的量测结果，包括支路功率或电流，节点电压等。传统的SCADA系统不能测量节点电压的相角。随着WAMS的发展，节点电压相角的量测也逐渐变为可能。但具体的实施还有诸多困难，这里不详述。 遥信是开关量的量测结果，即开关（断路器）或刀闸的开合状态，变压器的档位等。 为什么电力系统的量测不能直接用于分析计算，而必须要经过状态估计呢？原因如下： 1.电力系统遥信或遥测可能存在不良数据 2.电力系统的遥测结果不符合电路定律。如流过某一节点的所有电流之和并不为0等 因此状态估计是必要的，量测数据有时又被称为“生数据”，状态估计结果被称为“熟数据” 编辑本段2.状态估计的任务和数学模型电力系统状态估计的基本任务有二： 1.根据遥信结果，确定网络拓扑，即节点-支路的连接关系 2.根据遥测结果，估计系统的潮流分布，即节点电压，支路功率等，其结果符合电路定律。 其中第一项任务可通过拓扑分析程序完成，第二项任务有时也被狭义地成为电力系统状态估计。其经典数学模型如下： min (z-h(x)TW(z-h(x) s.t. c(x)=0 其中x是状态变量，即节点电压的幅值和相角，z为量测值。W为权重矩阵。 即把x作为优化变量，根据x可以算出某量测量的估计值(h(x)。目标函数是估计值和量测值的差（称为残差）具有加权最小二乘。 一般对以上优化模型采用牛顿法求解（实际上是近似的）。详可参考于尔铿老师的电力系统状态估计一书或各种调度自动化教材（本科电力系统分析教材可能不讲） 编辑本段3.状态估计的不良数据辨识由于种种原因（如信道干扰导致数据失真，互感器或量测设备损坏，系统维护不及时导致方向反向等），电力系统的某些遥测结果可能远离其真值，遥信结果也可能有错误。这些量测称为坏数据或不良数据 遥信错误将导致拓扑分析错误，显然会严重影响状态估计结果。 而由于目标函数与遥测的残差成平方关系，坏数据对优化有强作用。少数的坏数据将导致状态估计结果的严重偏离 因此必须加入不良数据辨识环节剔除这些坏数据。主流不良数据辨识程序是基于正则化残差的。 这样电力系统状态估计的完整流程是： 传入遥测，遥信数据-遥信验错-网络拓扑分析-最小二乘状态估计不良数据辨识-估计出系统状态 其中最小二乘状态估计和不良数据辨识是交替进行的。 编辑本段4.其他状态估计的不良数据辨识和遥信验错问题尚未完全解决，是一个可研究的领域 电科院于尔铿老师的电力系统状态估计一书是电力系统状态估计的经典著作，但因为是专业书籍，年代也比较早，一般的书店很难有卖- -!5、安全分析如果只考虑预想事故后稳态运行状态下的安全性，而不考虑动态过程，则称为静态安全分析。对于事故发生后动态过程的计算则称为动态安全分析。简介安全分析(Security Analysis)功能对多种给定运行方式（状态）进行预想事故分析，对会引起线路过负荷、电压越限和发电机功率越限等对电网安全运行构成威胁的故障进行警示，从而对整个电网的安全水平进行评估，找出系统的薄弱环节。 编辑本段内容对每种预想事故一般进行以下3方面的安全分析: 在发生大电源断开或电力系统解列时，计算电力系统的频率变动。 在潮流计算的基础上校验电力系统各元件是否过载,各节点电压是否在允许范围之内,即用预先确定的安全约束条件来校核。如果约束条件不满足，则对调度员发出报警信号和显示。 进行系统稳定计算，校核预想事故后电力系统能否保持稳定运行。 如果只考虑预想事故后稳态运行状态下的安全性，而不考虑动态过程，则称为静态安全分析。对于事故发生后动态过程的计算则称为动态安全分析。 编辑本段静态安全分析预想事故集一般包括线路开断、发电机和变压器开断以及三相短路。 每一件预想事故相当于作一次潮流计算。为适应实时的需要，要求计算速度快，计算精度不必过高。一般采用直流法、PQ分解法等。对本区域系统的潮流计算可由状态估计提供完整的运行信息，对外区域系统的计算可采用外部等值来代替。外部等值通常采用ward节点注入法、解耦ward法、扩展ward法和REI法等求得。 预想事故分析的另一重要问题是如何构成偶然事故表。早期的方法是要求进行相当数量的离线计算，然后按事故发生的概率和严重性排出每一计算周期所需执行的预想事故项目。在实时条件下往往难于实施事故表中所规定的全部项目，而只能按偶然事故所能造成的严重程度自动地给以顺序排列。即在此运行条件下，若所规定的事故不会使系统进入不安全状态时，这一计算周期的分析计算就自行中止，而不必完成全部的规定项目。 若所预想