第七章EMS能量管理系统

1、第七章 EMS能量管理系统第七章 EMS能量管理系统厂站设备信息采集与发送命令执行信息接收命令下发信息传输信息处理调度自动化 主站系统人机联系一、调度自动化系统结构第七章 EMS能量管理系统SCADA/EMS/DTS一体化的分布式调度自动化主站系统配置 第七章 EMS能量管理系统 能量管理系统EMSl 变电站自动化l 配电管理系统（DMS）l 主站SCADA功能；l 自动发电控制；l 经济运行功能；l 网络分析功能；l 调度管理和计划 第七章 EMS能量管理系统二、电力系统状态估计 SCADA系统采集的全网实时数据汇成的实时数据库存在下列明显的缺点：（1）数据不齐全；（2）数据不精确；（3）受

2、干扰时会出现错误数据；第七章 EMS能量管理系统（一）状态估计 (State Estimation)根据SCADA提供的实时信息，给出电网内各母线电压(幅值和相角)和功率的估计值。为其他应用功能提供电网运行状态及参数。 遥信及遥测初检； 网络拓扑分析； 量测系统可观测性分析； 不良数据辨识； 母线负荷预报模型的维护； 变压器分接头估计； 量测误差估计等功能。第七章 EMS能量管理系统（二）状态估计的基本原理利用实时量测系统的冗余度来消除或减小时变参数测量误差和自动排除随机干扰所引起的错误数据，估计出系统运行状态。系统中能够表征系统特性所需的最小数目的变量称为状态变量。系统中独立测量量的数目与系

3、统状态变量数目之比，称为测量系统的冗余度。一般要求测量系统的冗余度在1.53.0。第七章 EMS能量管理系统（三）最小二乘估计法 对于某个状态x的真值进行测量时，一般都使仪表的测量值z与x之间是函数关系，即zh（x）。任何仪表都有误差，设此误差为v，那么测量值z与x之间的关系为： zh（x）v第七章 EMS能量管理系统（三）最小二乘估计法 最小二乘估计状态变量的估计值，对应的估计值与测量值z之间的误差平方最小。 kikixhzzzxJ1212)(min) (min) (第七章 EMS能量管理系统 加权最小二乘估计法 对于某些准确度较高的量测量给与较高的权值。 VjkiRxhzxJ12)(min

4、) (2vjVjER Evj2-随机量方差 第七章 EMS能量管理系统（四）电力系统状态估计的模型及算法ijjiijjiiijGUUGUUYcBUQcossin)(2ijjiijjiiijBUUGUUGUPsincos2jiij状态变量XiUjUij1。 输电线路)()(jiiijUUjBGjYcUI对变压器同样可以列出状态变量及与因变量的关系对变压器同样可以列出状态变量及与因变量的关系第七章 EMS能量管理系统量测量： TiiiijijVQPQP,z2。 电力系统状态估计的数学描述 状态估计的量测量主要来源： SCADA的实时数据 在量测不足之处使用预测及计划型数据做伪量测量； 根据基尔霍夫

5、定律得到部分必须满足的伪量测量。第七章 EMS能量管理系统电力系统加权最小二乘法状态估计：0 xxxxJ)(3。 电力系统加权最小二乘法状态估计求解)xh(zR)xh(zT)(1XJ求 达到最小值的矩阵向量)(XJx令0)(1XhzRxxhVTXX)(得令xh(x)H(x)得01)xh(z)Rx(HT第七章 EMS能量管理系统在电力系统中，h（x）为非线性函数，这就需要迭代的方法求解。先假定状态量初值为x（0），采用泰勒级数展开的方法，经过推导可得。基本加权最小二乘法状态估计的迭代修正公式： 式中，为第l次迭代状态修正向量；H为量测方程的雅可比矩阵。)xh(zRxH)xH()Rx(HxTT11

6、1(l)(l)(lxxx13。 电力系统加权最小二乘法状态估计求解第七章 EMS能量管理系统牛顿拉夫逊解法进行迭代修正，直到目标函数接近于最小为止。所采用的迭代收敛判据可有（1） （2） 式中，下标i表示向量x中分量的序号；x、J收敛标准。第一种标准最为常用，x可取基准电压的106104。xliix)(maxJllxJxJ)()()1()(第七章 EMS能量管理系统 状态估计的过程状态估计的过程 有修正输入测量值修正结构修正假定的模型假定（1）没有结构误差（2）没有不良数据（3）没有参数误差估计求出状态估计值和残差检测是否有结构误差和不良数据识别确定不良数据和结构误差的位置测量值前置滤波、极限

7、值校验等无结束第七章 EMS能量管理系统 加权最小二乘法状态估计框图加权最小二乘法状态估计框图 Y输入测量信息给定初值l1计算H(x(l),h(x(l)计算HTR-1H计算HTR-1z-h(x(l)解非线性方程7415求x(l)及maxi|xi|l=l+1N第七章 EMS能量管理系统4。PQ分解法状态估计PQ分解法状态估计沿用稳态潮流计算中PQ分解法的思路： 高压系统有功功率主要与各结点电压向量的角度有关； 无功功率主要受各节点电压幅值影响。将雅可比矩阵进行简化。第七章 EMS能量管理系统 电力系统中测量系统的标准误差大约为正常测量范围的0.52%，因此误差大于3的测量值就可称为不良数据，实用

8、中通常把误差达到（67）以上的数据称为不良数据。（五）不良数据的辨识第七章 EMS能量管理系统对状态估计结果 判断是否存在不良数据并指出具体可疑量测数据的过程称之为不良数据检测。 对检测出的可疑数据验证真正不良数据的过程称之为不良数据的辨识。（五）不良数据的辨识第七章 EMS能量管理系统除了不良数据点的残差呈现出超过检测阈值外，还有一些正常测点的残差也超过阈值，这种现象称为残差污染。在多个不良数据情况下，由于相互作用可能导致部分或全部不良数据测点上的残差近于正常残差现象，这称为残差淹没。（五）不良数据的辨识第七章 EMS能量管理系统 不良数据辨识的思路： 检测出不良数据； 找出这个不良数据；

9、在测量向量中将其排除； 再重新进行状态估计。（五）不良数据的辨识第七章 EMS能量管理系统排列、按序、试探法残差搜索辨识法非二次准则法零残差法总体型估计辩识法逐次型估计辨识法（五）不良数据的辨识第七章 EMS能量管理系统三、实时调度与事故预想第七章 EMS能量管理系统（一）静态安全分析 (Security Analysis) 静态安全分析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，找出系统运行的薄弱环节。三、实时调度与事故预想第七章 EMS能量管理系统（二）网络的化简与等值

10、GNIEB原网络的节点用集合N表示。欲化简掉的部分称为外部网络，节点集用E表示。保留部分网络的节点用保留集G表示。有G十EN。在保留集中和外部网络节点相关联的节点组成边界节点集，用B表示。不和外部节点集关联的部分为内部节点集，用I表示， 第七章 EMS能量管理系统（二）网络的化简与等值 导纳矩阵表示的网络方程按I，B，E集合划分，可以写出用分块矩阵形式表示的网络方程： 第七章 EMS能量管理系统（二）网络的化简与等值消去外部节点的电压变量UE EBEEBEBBBBYYYYY1第七章 EMS能量管理系统（二）网络的化简与等值外部网络的静态等值 第七章 EMS能量管理系统（二）网络的化简与等值外部

11、网络的静态等值 定义 第七章 EMS能量管理系统（二）网络的化简与等值外部网络的静态等值内部系统 EQiPEQijQ等值支路 边界节点等值注入联络线第七章 EMS能量管理系统（三）预想事故分析 针对预先设定的电力系统元件(如线路、变压器、发电机、负荷和母线等)的故障及其组合，确定对电力系统安全运行产生的影响。预想事故分析的主要功能：（1）按调度员的需要方便地设定预想故障；（2）快速区分各种故障对电力系统安全运行的危害程度；（3）准确分析严重故障后的系统状态，并能方便而直观展示结果。第七章 EMS能量管理系统 预想事故分析内容包括：1。故障定义 由软件根据电网结构和运行方式等定义的事故集合，该集

12、合的元素可以由调度员根据需要进行人工增删或修改；第七章 EMS能量管理系统2。故障筛选 对故障定义的事故集合按事故发生的概率及严重性进行排序，形成一个顺序表，故障筛选的方法分直流法和交流法等；3。故障分析 对故障顺序表中对系统安全运行构成威胁的故障逐一进行分析。第七章 EMS能量管理系统实时调度与事故预想预想故障集合故障组故障主开断元件条件监视元件条件开断元件规则集第七章 EMS能量管理系统 预想事故筛选1故障严重程度的性能指标（1）有功功率行为指标。该指标用以衡量线路有功功率过负荷程度。表达式为： nalllPPPWPL2lim)(第七章 EMS能量管理系统1故障严重程度的性能指标（2）电压

13、-无功功率行为指标。该指标用以衡量无功和电压的过负荷情况。可表示为： limlimlimlimiiirQiiiiviUQQQQWuuuWPI第七章 EMS能量管理系统（3）有功功率与无功功率综合行为指标：该指标综合了前两种指标，并考虑事故发生的可能性。可表示为：ariiiQiiiviUQnlllpQQQWUUUWPPWpPI)()(limlimlimlim2lim第七章 EMS能量管理系统2用于故障扫描的快速计算方法 预想故障分析一般采用快速分解法 根据叠加原理，求开断支路ab后的网络潮流解 Pbbpqb有 源线 性网络Pq0+PPp0-PaPbb有 源线 性网络ab有 源线 性网络Pq0Pp

14、0a第七章 EMS能量管理系统（四）安全约束调度 (Security Constrain Dispatch) 安全约束调度是在状态估计、调度员潮流、静态安全分析等软件检测出发电机、线路过负荷或电压越限时，为电网调度提出安全对策。第七章 EMS能量管理系统（四）安全约束调度 (Security Constrain Dispatch) 在以系统控制量调整最小或生产费用最低或网损最小为目标的前提下，提出解除系统有功、无功、电压越限情况以使电网回到安全状态的对策。如调节发电机出力、交换功率、负荷、变压器分接头挡位、无功功率补偿量等。第七章 EMS能量管理系统（四）安全约束调度 (Security Co

15、nstrain Dispatch) 在以系统控制量调整最小或生产费用最低或网损最小为目标的前提下，提出解除系统有功、无功、电压越限情况以使电网回到安全状态的对策。如调节发电机出力、交换功率、负荷、变压器分接头挡位、无功功率补偿量等。第七章 EMS能量管理系统四、自动发电控制（Automatic Generation Control，简称AGC） 发电出力与负荷平衡； 保持系统频率为额定值； 使净区域联络线潮流与计划相等； 最小化区域运行成本。第七章 EMS能量管理系统四、自动发电控制PGf机组分担负荷预测机组组合水电计划交换计划发电计划跟踪控制调节控制机组控制调速器汽轮机发电计划区域控制误差电力系统第七章 EMS能量管理系统四、自动发电控制AAtAAfPACEBBtBBfPACEdtfPKPAAtAAGA)(dtfPKPBBtBBGB