南网EMS培训班.ppt

1、,国电南瑞科技股份有限公司 龚成明 02583092010-207 2005.11.10 海口,EMS中的高级应用软件,EMS中的高级应用软件,主题：EMS系统中高级应用软件的基础知识、主要模块的原理以及实用化情况。 目标：通过对基本原理的讲解以及使用中问题的分析提高应用软件的应用和维护水平，使高级应用软件在日常业务中发挥更大的作用。,电网运行目标 安全、稳定、优质、经济。 可靠性：保持设备运行在限值允许范围之内。 电能质量：维持正常频率、电压水平。 经济性能：降低有功损耗。 调度如何保证这些目标的实现？,应用软件概述,在电网相对简单的情况下： 一方面，调度员能够根据

2、经验或少量的“心算” 判断电网的潮流； 另一方面，可以通过对典型或极端的运行方式的离线分析，得出满足上述目标一些重要指标，供实时调度掌握。 这两条是调度员的基本功和运方分析的基本手段。,应用软件概述,用电需求持续增长，电网结构和运行方式日趋复杂，基本功和基本手段难以胜任： 典型方式分析过于粗略，必须针对不断变化的实际运行方式进行细致的分析； 潮流变化超出了经验和“心算”的能力，需要借助容易使用的分析工具。 调度自动化系统需要随着电网的发展而发展，为调度工作由经验型向分析型转变提供支持。PAS应运而生。,应用软件概述,数据收集级,能量管理级,网络分析级,培训模拟级,高级应用,电能质量 安全性 经

3、济性 稳定性,SCADA，收集数据、监控。,总体信息，分析、控制 AGC、负荷预测等。,全面信息，分析、控制 状态估计、调度员潮流等。,DTS, 模拟，培训、校核。,应用软件概述,应用软件概述,网络分析级闭环控制的需求： 安全约束调度 自动电压控制 稳定控制,应用软件概述,借助于PAS，调度员能够： 准确、全面地把握电网的实时状态； 分析运行方式变化的影响。 在线潮流（调度员潮流）是应用软件的核心模块，供调度员进行模拟计算。 负荷预报 为安排次日开停机计划和购售电计划提供依据 为安排检修，为预想事故的安全分析提供依据 为安排适当的备用提供依据,应用软件概述,未来方式的研究： 利用母线负荷预报、

4、发电及交换计划、检修计划，方便进行 未来方式的研究。 发电计划的安全校核： 静态安全分析连续地（如一天96点）对未来方式进行分析基态潮流越限安全校正、修改发电计划。 规划分析软件： 面向运行方式人员，以单线图为主要界面，进行模型、参数和运行方式的即时修改，然后启动网络分析计算，比如调度员潮流、静态安全分析等。,应用软件概述,基于成熟的电力系统基础应用软件的理论,结合大量工程运行经验,将方便、实用作为第一需求。 点击鼠标三次调度员就不爱用！ 设备(线路、变压器、母线和厂站）停运 拉杆置数 右键菜单 拖拽连库操作 计算前后结果对比和标幺值显示 提供多态(实时、研究、培训）、多用户以及历史和未来的全

5、面支持。,应用软件概述,支持应用软件运行的三要素： 电网模型（物理连接关系和静态参数） 运行方式（遥测数值和遥信状态） 图形（厂站接线图和潮流图） 实时态：实时模型和方式 研究态：历史（全景PDR ）模型和方式 培训态：DTS仿真模型和方式 各态有各自相互独立的运行环境（进程、数据库和画面），可以并列运行！,应用软件概述,历史CASE的管理 CASE保存 电网模型：数据量较大，手动保存 运行方式：自动保存整点、极值、事故等典型断面，也可以手动触发保存 图形：修改确认后手动保存 CASE取出 计算一个历史断面的潮流，还要启动研究态，太复杂了。有 更快速、更简单的方法！ 直接将历史模型、方式取到调

6、度员潮流应用下，图形也是与历史对应的！ 应用程序自动根据运行方式数据的时间来匹配模型数据，同时图形软件自动匹配图形历史版本，实现历史断面的研究！,应用软件概述,支持AGC和DTS培训环境下应用 熟悉AGC和应用软件的使用 检验AGC和应用软件的正确性 构成闭环控制系统，进行算法的研究 有功控制：AGC、安全约束调度 无功控制：AVC、电压无功优化 系统演示,应用软件概述,应用软件各模块的分类： 实（当）时模式应用：状态估计、静态安全分析、安全约束调度等 研究模式应用：调度员潮流、静态安全分析、安全约束调度等 研究模式应用的多用户支持： 支持多用户独立进行研究 支持多用户合作进行研究,应用软件概

7、述,和SCADA的巨大差异 SCADA神经系统的感知部分，面向测点，主要是计算机和通信技术。 PAS神经系统的分析、判断和预测部分，面向网络，用到很多电力系统分析技术。 带来使用和维护上的巨大差异,应用软件概述,应用软件概述,问题和求解： 以网络方程为基础，求解非线性方程组。 逐步线性化可能找不到解。 有功和无功解耦。 几类问题： 网络化简 潮流 状态估计 优化潮流,设计原则 按照IEC 61970标准转成CIM XML的格式， 实现第三方软件的接口。 功能 建立网络分析模型。 结构建模：设备的连接关系。 参数建模：设备的物理参数。,网络建模,建模原则 和现场一致的抽象，允许进行适当的等值；

8、调度管辖范围的必须建入模型； 如果有条件（能够要到参数，收到实时数据）可以外推一层； 和SCADA相对应，在电网边界和低压侧可以作适当的等值； 不同模块不一样：如优化需要容抗、故障计算需要零序阻抗等。,网络建模,结构建模 提供基于CIM的图模库一体化建模工具 根据图形自动生成连接关系 所有应用只需维护一套图形和一套电网模型 所有应用使用相同的画面,设备有应用属性,应用切换显示本应用的设备和数据。 公共设备库描述元件的属性、参数、连接关系及运行状态，不同应用的实时库从公共设备库中下载和应用之间的复制。 T接点不需要画图，通过引入“线段联结点”厂站类型，自动生成T接线的连接关系,网络建模,边界等值

9、 内网等值成负荷 外网等值成机组 手动等值：SCADA和PAS应用下可以画不同的设备 自动等值： 交流线段可以选择“等值成负荷”获“等值成机组”； 变压器可以设置作为“终端变压器”。,网络建模,参数建模 录入途径： CIM界面 数据库界面 作图界面 查看途径 数据库中 接线图网络建模应用下的Tip,网络建模,强大的纠错功能 严重错误： 不同厂站或不同电压等级的设备端子相连接； 非法参数。 一般警告： 端子空挂； 参数不正常； 设备未入库。,网络建模,功能 由设备的物理模型生成计算模型。 物理模型（母线模型） 反映系统各元件连接关系。 计算模型（节点模型） 与网络方程联系在一起，反映各节点通过支

10、路的连接关系。,网络拓扑,物理模型,网络拓扑,计算模型,网络拓扑,分析步骤,连接点,母线,电气岛,开关状态,支路状态,分析方法 深度优先搜索 广度优先搜索 高效性 可靠性 适应性,网络拓扑,应用 支持PAS应用下的所有网络分析软件模块： 状态估计， 潮流分析 支持SCADA应用下的: 拓扑着色 动识别旁路代 节点不平衡功率的计算,网络拓扑,问题的提出 调度员潮流无法直接在SCADA系统的遥测、遥信生数据的基础上进行分析： 遥测遥信的误差和错误不可避免； 遥测遥信的覆盖率和可用率都可能小于100%。 需要状态估计： 以冗余的遥测为基础，利用电力系统内在约束和概率统计原理排除遥测遥信错误、减小误差

11、、补充遥测。,状态估计,状 态 估 计,调 度 员 潮 流,CASE,动态遥测、遥信,网 络 拓 扑,网络建模,静态参数和连接关系,模拟操作,状态估计,功能 生数据 熟数据 由SCADA量测数据确定实时网络拓扑及运行状态。 功能包括： 实时网络拓扑、实时网络辨识、状态估计、不良数据检测与辨识、变压器抽头估计、量测误差估计、网络状态监视等。,状态估计,基本流程图,网络结构辨识,有,无,可观测性检测,状态估计,不良数据检测与辨识,实时 库,状态估计,网络结构辨识 网络结构辨识也称为遥信(开关)辨识，给出可疑遥信，并纠正部分错误遥信。 方法： 根据开关状态决定刀闸状态。 根据线路两端遥测值与遥信是否

12、对应发现可疑遥信。 仅根据设备遥测值与遥信是否对应来判断。,状态估计,遥测粗检测 线路两端功率平衡检测 变压器三（二）侧功率平衡检测 电气母线注入功率平衡检测 并列运行电气母线电压相等检测 设备量测越限检测,状态估计,电力系统的状态量： 节点电压的幅值和角度 可观测性分析 能够估计出全部状态量的量测系统称为具有可观测性。 系统量测冗余度量测量数目/状态量数目 k = m / n k 1.5 量测分布均匀,状态估计,原理 已知支路一端电压幅值和角度，已知支路一端P,Q量测，另一端节点电压幅值和角度可求。,状态估计,利用支路量测确定可观测岛,利用节点注入量测扩大可观测岛,节点4为可观测,状态估计,

13、不可观测部分的处理 增加母线注入伪量测，维持系统的可观测性。 伪量测不是真正的量测，而是在量测系统中人为加入的数据，状态估计把它当成量测处理，权重有所不同。 典型值、负荷预测、发电计划型伪量测:精度低、权重小 基尔霍夫型伪量测：绝对准确、权重大、始终使用。 零注入。 零阻抗支路两端电压差。,状态估计,基本方程（方程多、变量少）,量测方程：,计算值,量测值,残 差,误 差,状态估计,目标函数,迭代，采用逐次线性化：在x处泰勒展开，目标函数线性化，然后求导求最小值，得到增量方程。,权重,信息矩阵,加权平方和！,如何解？,非线性！,状态估计,状态估计方法 基本加权最小二乘状态估计(牛顿法) 计算时间

14、长，对系统资源要求高。 快速分解状态估计算法 与快速分解法潮流一样，对信息矩阵进行PQ分解，降低了计算维 数，计算速度快；权系数变动范围较大时收敛性变差。 正交变换状态估计算法 对牛顿法、快速分解法状态估计，都可引入正交变换技术求解法方程，提高状态估计解的稳定性。 快速分解的正交变换,状态估计,不良数据的检测与辨识 所谓不良数据是指量测误差(遥测值与真实值之差)大于某一标准的遥测数据。 只有排除不良数据才能得到正确的状态估计结果。 不良数据的检测：找出可疑量测数据的过程。 不良数据的辨识：找出真正不良数据的过程。,状态估计,不良数据的检测方法 粗检测 确定可疑数据，非法数据或越限大的直接判为不

15、良数据 超过规定的极限或变化速度超过可能的极限的量测，直接排出。多由SCADA完成。 量测突变检测 近两次采样的变化量超过门槛值。 残差型检测 残差超过门槛值。 残差和突变联合检测,状态估计,不良数据的辨识方法 残差搜索法 非二次准则法 零残差法 总体型估计辨识法 逐次型估计辨识法,状态估计,满足实用化要求 按量测类型（有功、无功和电压）统计量测误差。 按时间（小时、日、月和年）统计、保存量测误差。 自动保存运行方式断面 整点 事故 极值,状态估计,特点 状态估计使用成熟、可靠的正交变换算法。具有较高的数值的稳定性。 不可观测部分通过自动增加的伪量测量变得可观测。增加的伪量测均为关键量测，不影

16、响原本可观测部分的精度。当SCADA厂站量测故障时非常实用。 自适应量测量权值。 引入PMU测量得到的相量数据，得到有PMU数据参与的状态估计。,状态估计,功能 在研究态下分析各种运行方式的运行状态。,中心任务,问题特点 线性网络、非线性方程(电压)。 多元非线性方程组迭代可能不收敛。,调度员潮流,基本要求 收敛可靠性（尤其病态系统） 计算正确 功能实用、完备 使用方便、灵活,调度员潮流,数据源（基态方式） 实时方式: 状态估计结果； 未来方式: 发电计划和母线负荷预测； 历史方式: 以前保存的方式数据或模型数据； 假想方式: 用户(调度员)在厂站图或单线图上设 置的方式。,调度员潮流,基本方

17、程,基本公式,其展开式,或,*,*,V,Q,j,P,V,S,I,i,i,i,i,i,i,-,=,=, 基于无功电压三次调节控制原理,实现对电网不同运行状态的自动判断并自动选择相应控制模式，使控制在时间上解耦并自适应协调有序进行。 基于一体化平台并考虑足够完善的安全策略,保证自动控制的可靠性及流畅性。,自动电压控制,对系统中的各地区电网，自动生成它们各自的等值外网。 等值网络包括串联和并联的等值支路，边界节点的等值注入功率。 待等值的网络可以方便地按地区、厂站和电压等级定义，在此基础上自动形成外网、内网和边界区域。 等值计算可以周期读取状态估计的结果，进行实时计算，也可以手工设置方式断面进行离线

18、分析。 等值结果可以通过计算机远程通讯自动向下级EMS系统发布，各下级EMS系统将接收到的外网等值参数用于网络分析模块。,静态网络等值,提供对网络数据库、零序网络库、故障库定义和修改的手段。故障设定全部在画面上进行，界面友好。 适应于各种网络结构，不仅可用于环网，也可以用于辐射网。 可以直接取用实时网络数据和潮流信息。 可以对实时方式或检修方式进行故障计算。 可计算母线、线路、变压器、发电机机端等发生的各种对称和不对称短路故障。 可进行线路中间点发生短路故障的计算，故障点的位置可以在界面上人工改变； 零序参数可由人工输入，也可以自动由程序生成。,短路电流计算,在现有网架的基础上，对“未来网架”

19、（虚拟新增厂站、线路、机组、负荷，虚拟老设备退役）进行方式研究。包括：潮流分析、N-1分析、稳定分析等等。 基于系统单线图进行方式研究，摒弃了基于各厂站主接线图的操作，给方式、调度人员一个系统的、整体的和地理上的概念。 支持现有网架模型：对EMS现有网架，用户不需要再次作图和建模；可取现有网架的实时、历史数据，对未来网架结构进行方式研究。 直观、方便的图形界面：厂站拖拽布局、地理区域组合、数据库自动绘图。,规划态潮流计算,主要目的 在电厂报价、机组竟价上网的基础上，根据电网的约束条件，消除系统的不安全因素。 负荷预报 为安排次日开停机计划、购售电计划和备用计划提供依据。 潮流计算 结合母线负荷

20、预报和交换计划，分析竟价上网机组在系统中的潮流分布；模拟电厂报价变化引起的潮流分布。 静态安全分析 在潮流计算的基础上，识别可能造成系统运行不安全问题的关键故障。 安全校正 消除竟价上网机组的出力对系统造成的不安全因素。依据市场规则对机组出力进行调整，在完善的电力市场中，将对安全问题的解决措施作明确规定，依据这些规定确定目标函数。,电力市场环境下的PAS,通过实用化验收的网、省、地调 西北网局、江苏省局、北京供电局、广东、广西 南京供电局、西安供电局、哈尔滨供电局 青岛电业局、苏州供电局、宁波电力局 咸阳供电局、泰州供电局、淮阴供电局 温州电业局、梅州供电局 . 其它通过现场验收的应用软件还有

21、80余套,PAS业绩,应用软件实用化,核心问题 调度员潮流模拟精度是直接检验 状态估计的可用率和遥测合格率是基础 静态安全是最基本的在线应用功能,应用软件实用化,产品的目标 统一、开放的支撑平台 完整、稳定、实用的功能组合 友好的界面,应用软件实用化,用户的工作 基础自动化工作。 管理制度。 观念转变。,参考文献,国电南瑞科技股份有限公司.OPEN3000技术白皮书 国电南瑞科技股份有限公司.OPEN3000高级应用软件技术说明书 于尔铿,刘广一,周京阳等.能量管理系统.科学出版社,2001 王明俊.我国电网调度自动化的发展从SCADA到EMS.电网技术,2004(28), 4, pp43-4

22、6 金振东.电网调度自动化及能量管理系统的发展.江苏电机工程,2002(21),5,pp3-7 蔡洋,彭淳绍,王积荣.电网调度自动化系统开发与应用的调查及建议,电网技术,2000(24),1,pp4-9 陆延昌.用自动化技术带动中国电力工业的现代化建设.电力系统自动化,2004(28),24,pp1-4 王明俊.新一代能量管理系统的开发和分布式问题求解的新途径.电网技术,2004(28),17,pp1-5 全国电力系统控制及其通信标准化技术委员会EMS-API工作组.国内第4次EMS-API互操作实验介绍.电力系统自动化,2004(28), 16, pp1-4 傅书遏,王明俊,刘觉,金振东.关

23、于四个大区电网调度自动化系统工程引进的几点体会.中国电力,1990,2,pp1-4 金振东.从EMS当前水平及发展趋势谈四大网引进工程今后任务.电力系统自动化,1990,4,pp3-7,韩东明.EMS系统在网省级电力市场的应用前景,河北电力技术,2003(22), 4,pp9-11 李萍,曹荣章,朱为民,宋燕敏,喻洁,余仲明.电力市场对能量管理系统软件功能的影响.电力系统自动化,2002(26),11,pp58-61 刘觉,金振东.电力市场的发展对EMS的新挑战,电力系统自动化,1997(21), 2,pp7-10 陆杏全,吴军强.电力系统在线应用软件包EMASP.电力系统自动化,1988(12),5,pp25-30 陆杏全,袁强,叶周.SD-6000EMS系统及其应用 电力系统自动化,1995(19), 7,pp46-49 杨健,林庆农,刘极,於小峰,陈红.RD800/B 分布式能量管理系统中的高级应用功能电力系统自动化.1996(2