稳态分析讲义-之-高等电力系统稳态分析-第一章-能量管理系统中文翻译

1、高等电力系统稳态分析,舒隽 J 电力系 电力市场研究所 （教三C424）,参考书籍,能量管理系统（EMS） 于尔铿等 科学出版社 高等电力网络分析 张伯明等 清华大学出版社,第一章 能量管理系统（EMS）,Energy Management System,第一节 概述,EMS是什么？ EMS是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统，是预测、计划、控制和培训的工具。 EMS主要针对发电和输电系统，用于大区级电网和省级电网的调度中心。 EMS涉及计算机硬软件的各个方面。它最终是通过EMS应用软件来实现对电力系统的监视、控制和管理。,第一节 概述,发电,用户,配电,输电,发电效率管理,能量管理

2、系统,配电管理系统,用户侧管理,GEM,DSM,DMS,EMS,第一节 概述,现代EMS,WAN,RTU,RTU,RTU,RTU,Electric Power System,SCADA (2 sec.),LAN,DBMS (1 sec.),NAS (15 min.),OPS (24 hr.),UIS (1 sec.),EMS,DTS,GMS (2 sec.),第一节 概述,SCADA:Supervisory Control And Data Acquisition（监控与数据获取） DBMS:Data Base Manager Subsystem（数据库管理子系统） GMS:Generatio

3、n Management Subsystem（发电管理子系统） NAS:Network Analysis Subsystem（网络分析子系统） OPS:Operation Planning Subsystem（运行计划子系统） UIS:User Interface Subsystem（用户界面子系统） DTS:Dispatcher Training Subsystem (not a formal EMS subsystem)（调度员培训子系统）,第二节 EMS的进化,LFC Systems 50年代早期,System Data Plant Data Generator Data,ACE Pla

4、nts MW,Audio Tone Modulation/ Demodulation,Leased Phone Lines,Gen.,PCS,Gen.,PCS,Gen.,PCS,Gen.,PCS,Frequency Deviation,Loggers,LFC,COMS,第二节 EMS的进化,PCS: Plant Control Systems（电厂控制系统） LFC: Load Frequency Control（负荷频率控制） ACE: Area Control Error（区域控制偏差）,第二节 EMS的进化,Early AGC Systems 50年代后期,System Data Pla

5、nt Data Generator Data, Calculation MW Setpoints,Audio Tone Modulation/ Demodulation,Leased Phone Lines,PCS,PCS,PCS,PCS,Frequency Deviation,Loggers,Gen.,Gen.,Gen.,Gen.,AGC,COMS,第二节 EMS的进化,AGC: Automatic Generation Control（自动发电控制） AGC包含LFC，还考虑了调整的经济性，以及区域联络线交换功率控制,第二节 EMS的进化,SCADA & AGC 60年代早期 一些人工的计

6、算工作被分析计算机取代 SCADA技术在油田和输油管系统的监视和控制中得到应用和发展。,第二节 EMS的进化,SCADA Systems 60中期,Measurements Database,Polling/Scanning Time Tagging Data Conversion H/L Limit Check ROC Limit Check Issue Cmds,Scan Data Accm SOE Calculated Points SC HDS,Leased telephone lines,Device,SMC,Device,SMC,Device,SMC,Device,SMC,Stan

7、dard Time,Loggers,DAQ,DAP,第二节 EMS的进化,DAQ:Data Acquisition（数据获取） DAP:Data Processing（数据处理） CPS:Calculated Point Subsystem（计算点子系统） SC:Supervisory Control（监控） HDS:Historical Data Subsystem（历史数据子系统） SOE:Sequence Of Event - Recording & Replay（事件顺序-记录和追忆） RG/HC:Report Generator/Hard Copy（报告生成/硬拷贝） SMC: St

8、ation Master Computer（厂站主计算机）,第二节 EMS的进化,AGC/SCADA Systems 60年代后期,SCADA & AGC Databases,LFC ED RM,Leased telephone lines,Device,RTU,RTU,RTU,RTU,Device,Device,Device,SMC,SMC,SMC,SMC,UI,Dispatcher,F/E Processor Basic DAQ Basic DAP HDS,SCADA,AGC,第二节 EMS的进化,RM: Reserve Monitoring（备用监视） RTU: Remote Termi

9、nal Units（远程终端设备） UI: User Interface（用户界面） ED: Economic Dispatch（功率）经济分配）,第二节 EMS的进化,SCADA/AGC Systems 70年代早期,Network Planning Package,Leased telephone lines,RTU,RTU,RTU,RTU,SMC,SMC,SMC,SMC,File Transfer,UI,AGC & SCADA Databases,LFC ED RM,Dispatcher,F/E Processor Basic DAQ Basic DAP HDS,SCADA,AGC,De

10、vice,Device,Device,Device,第二节 EMS的进化,计划型的潮流被采用来进行半在线的网络分析 面临的困难是节点量测量的不一致性和假设网络拓扑与实际的网络拓扑不一致性 开始研究严格的网络分析和状态估计,第二节 EMS的进化,EMS 70年代中期 下列功能使电力工业进入了在线应用 NTP: Network Topology Processor（网络拓扑处理） SE: State Estimator（状态估计） LF: Load Forecast（负荷预测） 成熟的在线安全分析软件 正规的数据库系统、UI系统、报警和事件系统。,第二节 EMS的进化,EMS 70年代后期,EMS

11、 Database,ISP LFC ED RM,F/E Processor DAQ DAP HDS A/E Subsystem,SCADA,GMS,NTP PF SE SA LPFC,NAS,Build Compile/Link Download Refresh,UIS,WAN,RTU,RTU,RTU,RTU,SMC,SMC,SMC,SMC,UI,Dispatcher,Device,Device,Device,Device,Display,第二节 EMS的进化,第一个完整意义上的EMS商业化 冗余和备份 WAN: Wide Area Networks（广域网） GMS: Generation

12、Management Sub-system NAS: Network Analysis Sub-system ISP: Interchange Schedules Processor（功率）交换计划处理）,第二节 EMS的进化,EMS 80年代早期 个性化UI 层次型数据库 LAN: Local Area Network（局域网）,第二节 EMS的进化,EMS 80年代中后期,ISP LFC ED PAGC RM EAP,F/E Processor DAQ DAP HDS A/E Subsystem,SCADA,GMS,NTP DPF SE SA LPFC,NAS,Page Build Pag

13、e Compile Page Load Page Refresh,UIS,WAN,RTU,RTU,RTU,RTU,SMC,SMC,SMC,SMC,SCADA DB NAS DB OPS DB GMS DB CPS DB Etc.,DBMS,LAN,OPS,ST-LF ITS UC IE-ED IE-UC,Device,Device,Device,Device,Display,第二节 EMS的进化,Smart RTUs 开放系统（ Open Systems ） 关系型数据库（ Relational Database ） DTS OPS 全图形化界面 基于X-Windows的调度员终端,第二节 E

14、MS的进化,EMS 80年代后期,ISP LFC ED PAGC RM EAP,SCADA,GMS,NTP DPF SE SA OPF,NAS,WAN,RTU,RTU,RTU,RTU,SMC,SMC,SMC,SMC,SCADA DB NAS DB OPS DB GMS DB CPS DB Etc.,RDBMS,LAN,OPS,ST-LF ST-IF ITS UC IE-ED IE-UC,CRC LPFC WLC,HGS HTC OS,Full Graphics Based UI,Standard SCADA System,Device,Device,Device,Device,UIS,第二节

15、EMS的进化,C/S技术 基于规则的人工智能 分布式构架 面对对象的数据库和应用软件,第二节 EMS的进化,EMS 90年代,ISP EA AGC/PAGC ED/PED RRM PCM.,WAN,GMS,OPS,NAS,ST-LF ST-IF ITS UC HGS,HTC IE-ED IE-UC OS ITS.,The Backup System,DDMB PSS TSS CSS IF.,DTS,DTS Databases,LAN,SCADA DB NAS DB OPS DB GMS DB CPS DB.,RDBMS,NTP PF SE SA OPF,CRC LPFC WLC SCA.,UI

16、S,PC-Based UI Clients,Internet,SCADA,PC-Based SCADA,RTUs,第二节 EMS的进化,CIM Windows NT EMS适应电力工业改革的需要 Internet 技术的应用 (Java-based UI) 多CPU并行处理 远程备份,第二节 EMS的进化,词汇表（1） DTS Component: DDMB:Device Dynamic Model Builder（设备动态建模器） PSS: Power System Simulator（电力系统模拟器） TSS: Telemetry & Control System Simulator（测量

17、和控制系统模拟器） CCS: Control Center Simulator（控制中心模拟器） IF:Instructor Facilities（教员工具）,第二节 EMS的进化,词汇表（2） SCADA Applications DAQ: Data Acquisition DAP: Data Processing CPS: Calculated Point Subsystem SC: Supervisory Control HDS: Historical Data Subsystem SOE: Sequence Of Event - Recording & Replay RG/HC: Re

18、port Generator/Hard Copy,第二节 EMS的进化,词汇表（3） GMS Applications AGC: Automatic Generation Control ED:Economic Dispatch PAGC: Predictive AGC（预测型AGC） PED: Predictive ED RRM: Real（实时） Reserve Monitoring PCM: Production Cost Monitoring（生产费用监视） ISP:Interchange Schedules Processor WLC: Wheeling Loss Calculati

19、on（转运损失计算） EAP: Energy Accounting Pre-processor（能量结算预处理）,第二节 EMS的进化,词汇表（4） NAS Applications（1） NTP: Network Topology Processing DPF: Dispatcher Power Flow（调度员潮流） SE: State Estimation XNM: External Network Modeling（外网建模（等值） BLS: Bus Load Scheduler（母线负荷计划） SA: Security Analysis（安全分析） SCA: Security & C

20、orrectability Analysis（安全和校正分析） PSA: Predictive Security Analysis（预测型安全分析） LPFC: Loss Penalty Factor Calculation（损失罚因子计算） QRM: Reactive Reserve Monitoring（无功备用监视） FLC: Fault Level Calculation（故障率水平计算）,第二节 EMS的进化,词汇表（5） NAS Applications（2） OPF: Optimal Power Flow (Economic Dispatch)（最优潮流） OPF-CRA: OP

21、F-based Contingency Remedial Actions（基于最优潮流的意外事故补救措施） OPF-SCD: OPF-based Security Constrained Dispatch （基于最优潮流的安全约束调度） OPF-VVS: OPF-based Voltage-VAR Scheduling （基于最优潮流的电压-无功计划） OPF-PFC: OPF-based Participation Factor Calculation VTE: Verify-Then-Execute（验证-执行） NAS-CC: Network Solution Case Comparis

22、on（网络方式比较）,第二节 EMS的进化,词汇表（6） OPS Applications（1） VST-LF: Very Short-term Load Forecast（超短期负荷预测） ST-LF: Short-term Load Forecast （短期负荷预测） ST-IF: Short-term Inflow Forecast（短期水量预测） MT-IF: Mid-term Inflow Forecast （中期水量预测） MT-FS: Mid-term Fuel Scheduling（中期燃料计划） OS: Outage Scheduling（停运计划） ITS: Interch

23、ange Transaction Scheduling（网间交换计划）,第二节 EMS的进化,词汇表（7） OPS Applications（2） UC:Unit Commitment (Thermal)（机组组合（火电） SCU: Security Constrained UC（安全约束UC ） HGS: Hydro Generation Scheduling（水电计划） HTC: Hydro Thermal Coordination（水火协调） PPC: Post Production Costing OP-CC: Operation Planning Case Comparison（运行

24、计划方式比较） ED-TE: ED-based Transaction Evaluation（基于ED的交易评估） UC-TE: UC-based Transaction Evaluation （基于UC的交易评估）,第二节 EMS的进化,第二节 EMS的进化,技术发展（1）,数据收集,能量管理,交易竞价,北美 大停电,1970,1980,1990,2000,电力市场,系统工程,电力市场技 术支持系统,Digital Power,网络分析,培训模拟,负荷预测,信息技术,EMS,中间件,标准化,系统工程,电力企业 信息/应用 统一系统,第二节 EMS的进化,经典理论,现代理论,EMS,电力市场,

25、系统工程,市场理论,控制论,60,70,80,90,技术发展（2）,第二节 EMS的进化,技术发展（3） 技术发展：元件局部子系统(岛)管理系统(EMS) 模拟数字 硬件软件 监控分析 技术关键：表面/孤立/静止本质/联系/发展 目 标：安全经济优质环保 水 平：经验型调度分析型调度,第二节 EMS的进化,控制中心现状（1） 异构环境: 多种计算机硬件平台（服务器、工作站、PC、） 多种操作系统（UNIX、NT、LINUX、） 大型机、客户/服务器和基于Web的系统 多种组件技术（CORBA、DCOM、EJB） 多种语言（C、C+、Java、） 多种数据库（Sybase、Oracle、DB2、

26、SQL Server）,第二节 EMS的进化,控制中心现状（2） 多种系统和业务: 实时系统（SCADA/EMS、SCADA/DMS、RDS） 非实时系统（TMR、PTMS、ERP、AM/FM/GIS、Planning） 采购、计划编制、运行、维护、工程、客户服务、人力资源,第二节 EMS的进化,Compaq,Sun,通用中间件平台（CORBA、J2EE）,基于,IEC 61970 CIM/CIS,的标准接口技术,IBM,HP,Solaris UNIX,Tru64 UNIX,AIX UNIX,WindowsNT,图形,界面,前置,通讯,Web,报表,Web,浏览器,调度员培训仿真系统,DTS,

27、操作系统,各种硬件,通用平台,数据库平台,应用平台,电力应用软件,培训仿真,电子商,务工具,LINUX,Other PC,网络互,连通讯,GIS,AGC,NAS,DMIS,DMS,SCADA,TMR,PTMS,LFS,交易员培训仿真系统,PTS,调度员,电力系统,商用数据库（Oracle、Sybase、DB2）,通用参考模型,第二节 EMS的进化,将来的EMS,Integration Bus(集成总线),WAN,The Backup System,OPS,NAS,DMMS,Modern SCADA,GMS,SAES,UIS,RDBMS,SMS,DTS,第二节 EMS的进化,增强、扩充了网络分析

28、功能 SAES: Security Assessment & Enhancement Subsystem SMS: Simulation Management Subsystem DMMS: Device Model Management Subsystem,第三节 EMS的进化,IEC 61970 CIM 国际电工委员会IEC (International Electrotechnical Commission) CIM(Common Information Model ) CIM是一个抽象模型，它表达了电力系统运行中所有主要对象。 CIM的主要视角：对象类、属性、对象类之间的关系。 CIM

29、的主要工具：UML 作用： 便于集成不同厂商提供的应用 便于不同系统之间的信息交换,第三节 EMS的主要内容,数据收集级(SCADA) 这一级的任务是实时收集电力系统数据并监视其状态。 实时数据收集是EMS与电力系统的总接口，它向能量管理级和网络分析级提供实时数据；EMS通过它向电力系统发送控制信号；网络分析可以向它返回量测质量信息。,第三节 EMS的主要内容,能量管理级(GMS&OPS)（1） 能量管理级的特点是利用电力系统总体信息（频率、时差、机组功率、联络线功率等）进行调度决策，主要目标是提高控制质量和改善运行的经济性。 能量管理级功能模块 实时发电控制 系统负荷预测 发电计划（火电调度

30、计划） 机组经济组合 水电计划（水火电协调计划） 交换功率计划 燃料调度计划 机组检修计划,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（2） 系统负荷预测（1） 根据负荷，天气，事件等的历史数据，以及天气，事件等的预报值，预测负荷的形态，曲线，最大值，最小值，平均值等等 负荷经常随机波动 负荷又有一定的周期性，如本周一的负荷与上周一的相似，今天与昨天相似,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（3） 系统负荷预测（2）,. . .,（历史负荷）,负荷预测算法,降雨、气温.,（预测负荷）,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（4） 实时发电控制 主要实现AGC功能，在考虑频率、时差、交换功率和旋转备用等

31、各种约束的条件下，调整机组发电功率、使发电费用降至最低。它需要取得超短期负荷预测应用软件的支持。 发电计划 在能量管理系统(EMS)中狭义的发电计划指的是火电计划，而广义的发电计划还包括：机组组合、水电计划、交换计划和燃料计划等。,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（4） AGC和发电计划（1）,AGC,规 划,年 计 划,月 计 划,日 计 划,不同周期计划的关系,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（5） AGC和发电计划（2）,发电控制 （一、二次调频）,发电计划 （三次调频）,实际负荷与预测负荷之差,预计负荷,控制机组,调度机组,发电,=,负荷,实际负荷,第三节 EMS的主要内容,能

32、量管理级（6） 火电计划 发电计划是能量管理系统(EMS)中发电级的核心应用软件，对电力系统经济调度起着关键作用。 发电计划也称火电系统经济调度，即在已知系统负荷、机组组合、水电计划、交换计划、备用监视计划、机组经济特性、网络损失特性和运行限制等条件，确定各火电机组在各时段的功率输出，使整个系统发电费用为最低。发电计划有两种应用方式：一是编制次日（或周）24小时（或168小时）的发电计划；二是编制指定时刻的发电计划。,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（7） 机组经济组合 在已知系统负荷、水电计划、交换功率计划、机组检修计划的条件下，编制1日至1周各时段的机组启停计划。在满足负荷、备用和机组

33、限制的条件下，使周期内发电费用和启停费用之和为最小。 水电计划（水火电协调计划） 在已知系统负荷、发电用水（或来水）、火电发电费用特性、交换功率计划等条件下，编制1日至1周各时段的水电计划，使周期内发电费用最小。,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（7） 发电计划,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（8） 交换功率计划 在已知系统负荷、机组组合、水电计划、交换功率限制的条件下，编制短期内各时段的区域间交换功率计划，使周期内联合发电费用最小。 燃料调度计划 在已知系统负荷、水电计划、交换功率计划、机组组合的条件下，编制短期内各时段的燃料调度计划。,第三节 EMS的主要内容,能量管理级（9）

34、机组检修计划 由于机组停机检修直接影响电网的总发电功率，所以它对系统运行的可靠性和经济性都有很大的影响。,1,3,总发电能力,备用要求,总负荷功率,2,电价,MW,天,第三节 EMS的主要内容,网络分析级(NAS)（1） 网络分析级的特点使利用电力系统全面信息（母线电压和角度）进行分析与决策，主要目标使提高运行的安全性，这一级应用软件使EMS的决策能做到安全性和经济性的统一。,第三节 EMS的主要内容,网络分析级（2） 网络分析级功能模块 实时网络状态分析 网络结线分析 母线负荷预测 潮流 网络等值 网络状态监视 预想故障分析 安全约束调度 无功优化 最优潮流 短路电流计算 电压稳定分析 暂态分析,第三节 EMS的主要内容,网络分析级（3） 网络结线分析（1） 网络结线分析又称为网络拓扑获拓扑逻辑，按开关状态和网络元件状态将网络物理结点模型化为计算用母线模型，并将有电气联系的母线集合化为岛，所有的网络分析都是在岛范围内的母线模型基础上建立网络方程进行求解的。,第三节 EMS的主要内容,网络分析级（4） 网络结线分析（2） 结点模型（反映电力设备的物理联系）,开关 Start End A 1 2 B 1 3 C 2 4 D 3 5 E 4 6 F 5 6,第三节 EMS的主要内容,网络分析级（5）