電力系統(tǒng)調(diào)度自動化EMS概論課件

1、EMS(1)-概論EMS(1)-概論大電網(wǎng)安全防御體系第一道防線在常見的單一故障被正常清除時-加強電網(wǎng)結構(遠期的預防性控制)-有效的預防性控制措施-快速可靠的繼電保護第二道防線在概率較低的嚴重故障下,可損失部分電源和負荷,但必須保持系統(tǒng)穩(wěn)定-切機、切負荷、FACTS等緊急控制措施第三道防線在概率很低的多重嚴重故障下,允許失穩(wěn),但應避免大停電,并盡量減少損失-失步解列-低頻、低壓減載等緊急控制措施大電網(wǎng)安全防御體系第一道防線在常見的單一故障被正常清除時三道防線措施實施的不同時刻預防控制檢測到故障后緊急控制檢測到越規(guī)后極端緊急控制三道防線措施實施的不同時刻預防控制檢測到故障后檢測到越規(guī)后穩(wěn)定域每

2、道防線的作用穩(wěn)定域穩(wěn)定域加強電網(wǎng)預防控制繼電保護小概率特別嚴重故障嚴重故障一般故障第一道防線第二道防線第三道防線t穩(wěn)定域每道防線的作用穩(wěn)定域穩(wěn)定域加強電網(wǎng)預防控制繼電小概率特EMS的基本概念EMS（Energy Management System）中文譯名：能量管理系統(tǒng)EMS是以計算機為中心的現(xiàn)代電力綜合自動化系統(tǒng)。EMS以測量為基礎，以在線分析軟件為核心，以實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全優(yōu)質(zhì)高效運行為目的。EMS由計算機系統(tǒng)、技術支撐平臺、監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、高級應用軟件系統(tǒng)和控制執(zhí)行系統(tǒng)構成。EMS的基本概念EMS（Energy Management EMS高級應用軟件的發(fā)展地方監(jiān)控固定模擬盤電話調(diào)

3、度模擬型AGC計算機離線分析CRT集成SCADA/EMS調(diào)度員培訓模擬DTS全圖形人機界面MMI專家系統(tǒng)模擬型數(shù)據(jù)采集數(shù)字型數(shù)據(jù)采集最優(yōu)潮流理論負荷控制狀態(tài)估計理論負荷側(cè)管理DSM1965年紐約大停電SCADA/EMS1977年美國東北部大停電安全分析NERC1983年瑞典電壓穩(wěn)定性90年代電力市場194019501960197019801990EMS高級應用軟件的發(fā)展地方監(jiān)控模擬型AGC計算機CRT集成EMS的基本架構技術支撐平臺數(shù)據(jù)收集與監(jiān)視實時數(shù)據(jù)服務高級應用軟件EMS的基本架構技術支撐平臺數(shù)據(jù)收集與監(jiān)視實時數(shù)據(jù)服務高級應監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADASCADA（Supervisory C

4、ontrol And Data Acquisition ）是EMS的感知系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)由表計測量裝置、遠方測量終端（RTU）、數(shù)據(jù)信道、前置計算機和主站計算機構成SCADA系統(tǒng)在平臺的支持下提供電力系統(tǒng)實時運行數(shù)據(jù)顯示、報警、控制指令下達、事故記錄和反演等主要功能監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADASCADA（Supervis監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADA多路數(shù)據(jù)采樣A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字化編碼調(diào)制解調(diào)器CTPT電流變送器電壓變送器功率變送器RTU發(fā)信機受信機智能接口調(diào)制解調(diào)器傳輸信道前置機服務器模擬屏服務器彩色大屏幕CRT控制中心廠站端監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADA多路數(shù)據(jù)采樣A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)

5、監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADA數(shù)據(jù)收集模擬量（開關量）狀態(tài)量（測量量）積分量（電量量）監(jiān)視狀態(tài)量監(jiān)視模擬量限值監(jiān)視模擬量趨勢監(jiān)視數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)視事件處理控制功能投切控制調(diào)節(jié)控制順序控制計劃控制具有時間標志的數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)計劃數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù) 監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADA數(shù)據(jù)收集控制功能監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADA故障數(shù)據(jù)收集與記錄 順序事件記錄（Sequence of event Recording-SOE）事故追憶（Post disturbance review-PDR）報告與計算數(shù)值計算計算各種表報數(shù)據(jù)電力平衡與電量計算輔助電源與成本計算計算流量與存水量邏輯運算 監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)收集SCADA故障數(shù)據(jù)收

6、集與記錄 報告與計技術支撐平臺開發(fā)環(huán)境運行環(huán)境維護環(huán)境標準化環(huán)境new技術支撐平臺開發(fā)環(huán)境newEMS高級應用軟件概述 （定義）定義EMS (Energy Management System)高級應用軟件是構建在平臺和SCADA系統(tǒng)之上的所有電力系統(tǒng)分析和控制軟件的總稱。軟件功能豐富，且互為補充。高級應用軟件為用戶提供了針對電力系統(tǒng)進行分析和控制的工具。EMS高級應用軟件分為能量管理級和網(wǎng)絡分析級兩大類。EMS高級應用軟件概述 （定義）定義EMS高級應用軟件概述 （層次）EMS高級應用軟件系統(tǒng)層次開放式系統(tǒng)平臺（硬件及操作系統(tǒng)）支 撐 軟 件 平 臺SCADA系統(tǒng)EMS高級應用軟件EMS高級應

7、用軟件概述 （層次）EMS高級應用軟件系統(tǒng)層次EMS高級應用軟件概述（設計思想）EMS高級應用軟件的設計思想“自上而下”“一體化設計”“由需求定功能”“具有中國特色”EMS高級應用軟件概述（設計思想）EMS高級應用軟件的設計思EMS高級應用軟件概述 （分類與模塊）EMS高級應用軟件的分類能量管理級：利用電力系統(tǒng)的總體信息（頻率，時差、發(fā)電功率、交換功率等）進行調(diào)度決策，主要目的在于該改善運行的經(jīng)濟特性。該級別的應用軟件正在逐漸被電力市場的各種交易軟件所代替。傳統(tǒng)的能量管理級應用軟件正處在深刻的變革中。EMS高級應用軟件概述 （分類與模塊）EMS高級應用軟件的分EMS高級應用軟件概述 （分類與模

8、塊）網(wǎng)絡分析級：網(wǎng)絡分析級的特點是利用電力系統(tǒng)全面信息進行分析和決策，主要目標是提高運行的安全性；這一級應用軟件將電力系統(tǒng)運行的安全性與經(jīng)濟性統(tǒng)一考慮。隨著電力系統(tǒng)運行方式面向電力市場轉(zhuǎn)化，網(wǎng)絡分析級應用軟件在EMS中的地位日臻重要。EMS高級應用軟件概述 （分類與模塊）網(wǎng)絡分析級：網(wǎng)絡分析級EMS高級應用軟件概述（分類與模塊）EMS高級應用軟件的模塊能量管理級包括：負荷預測子系統(tǒng)（短期、中期和長期）發(fā)電計劃機組組合檢修計劃燃料計劃水電計劃交換計劃 （交易計劃） （發(fā)電廠報價決策系統(tǒng)） （輔助服務）EMS高級應用軟件概述（分類與模塊）EMS高級應用軟件的模塊EMS高級應用軟件概述（分類與模塊）

9、網(wǎng)絡分析級包括：網(wǎng)絡建模網(wǎng)絡拓撲實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析母線負荷預測調(diào)度員潮流靜態(tài)安全分析（預想故障分析）短路電流計算安全約束調(diào)度最優(yōu)潮流暫態(tài)穩(wěn)定分析電壓穩(wěn)定分析EMS高級應用軟件概述（分類與模塊）網(wǎng)絡分析級包括：短路電流網(wǎng)絡分析應用軟件網(wǎng)絡分析應用軟件網(wǎng)絡建模功能建立網(wǎng)絡的分析模型。網(wǎng)絡建模分為結構建模和參數(shù)建模兩部分。參數(shù)建模就是將網(wǎng)絡中各元件的物理參數(shù)按照一定的規(guī)則輸入到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中（由平臺提供）。結構建模就是將網(wǎng)絡的連接關系輸入到數(shù)據(jù)庫中。通過網(wǎng)絡建模，將電力系統(tǒng)從實際的物理系統(tǒng)變成可供分析數(shù)學系統(tǒng)。網(wǎng)絡建模功能網(wǎng)絡建模原理與方法圖庫一體化優(yōu)點：圖庫同步共建，所見即所得。用戶建模工作量小，可以

10、將結構錯誤減至最低。校驗程序簡單。缺點：當用戶存在圖庫不對應情況時，處理起來比較繁瑣。圖庫分離+校驗優(yōu)點：網(wǎng)絡建模單獨進行，建模工作靈活。比較容易處理圖庫不對應情況。缺點：容易出現(xiàn)結構上的錯誤。校驗程序復雜，用戶建模工作量大，網(wǎng)絡模型修改困難。網(wǎng)絡建模原理與方法網(wǎng)絡監(jiān)視功能建立并維護監(jiān)視組，對不同地區(qū)和元件按不同標準監(jiān)視網(wǎng)絡元件的功率、電壓和角度差。可以定義界面監(jiān)視、聯(lián)絡線組監(jiān)視等擴展監(jiān)視策略。監(jiān)視標準和監(jiān)視策略用戶可以根據(jù)需要自行定義，隨時修改。公用模塊。實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析、調(diào)度員潮流、預想故障分析、安全約束調(diào)度、最優(yōu)潮流和調(diào)度員培訓模擬等應用軟件均調(diào)用此公用模塊 網(wǎng)絡監(jiān)視功能網(wǎng)絡拓撲功能按照

11、開關狀態(tài)和網(wǎng)絡元件狀態(tài)動態(tài)地將網(wǎng)絡節(jié)點模型轉(zhuǎn)化成計算用的母線模型。網(wǎng)絡拓撲是進行電力系統(tǒng)分析計算的基礎。網(wǎng)絡拓撲的結果應該能夠有助于其它網(wǎng)絡分析軟件（如實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析、調(diào)度員潮流等）形成正確的電力系統(tǒng)數(shù)學模型（如：稀疏化的導納矩陣和雅克比矩陣）。網(wǎng)絡著色。對分析后的網(wǎng)絡進行帶電和不帶電著色。能夠處理所有的結線形式。網(wǎng)絡拓撲功能實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析功能由SCADA量測數(shù)據(jù)確定實時網(wǎng)絡結線分析（拓撲）及運行狀態(tài)。功能包括：時實網(wǎng)絡拓撲、狀態(tài)估計、不良數(shù)據(jù)檢測與辨識、母線負荷預測模型的維護、變壓器抽頭估計、量測誤差估計、網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)視和實時網(wǎng)損修正計算等。實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析功能實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析可觀測性分析

12、的條件與方法狀態(tài)量（n維），量測量（m維）系統(tǒng)量測冗余度k=m-n0系統(tǒng)的可觀測性是隨時可能變化的分析確定可觀測部分和不可觀測部分不可觀測部分的處理不進行狀態(tài)估計增加母線注入偽量測，維持系統(tǒng)可觀測實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析可觀測性分析的條件與方法調(diào)度員潮流功能潮流是電力系統(tǒng)分析的基本工具。調(diào)度員潮流是在基本潮流算法基礎上加以擴展，通過提高潮流的收斂性和可操作性從而達到能實時應用的產(chǎn)物。調(diào)度員潮流的數(shù)據(jù)源包括：讀取實時運行方式（狀態(tài)估計結果），讀取由發(fā)電計劃和負荷預測所組成的未來方式，讀取以前保存的歷史方式，還可以由用戶（調(diào)度員）在單線圖上設置假想運行方式。用戶可以在單線圖上控制和調(diào)整系統(tǒng)潮流，也可以由潮

13、流提供的分析畫面分析系統(tǒng)的潮流特性。 調(diào)度員潮流功能調(diào)度員潮流原理與方法牛頓拉夫遜法快速分解法保留非線性法最優(yōu)乘子法調(diào)度員潮流原理與方法調(diào)度員潮流線路有功功率調(diào)整無功聯(lián)合調(diào)整線路有功功率調(diào)整基本潮流控制環(huán)收斂調(diào)度員潮流控制環(huán)調(diào)度員潮流線路有功功率調(diào)整無功聯(lián)合調(diào)整線路有功功率調(diào)整基本潮調(diào)度員潮流新建運行方式預想故障分析安全約束調(diào)度實時運行方式保存運行方式取運行方式送假想運行方式變化運行方式最優(yōu)潮流短路電流計算調(diào)度員培訓模擬調(diào)度工程師潮流暫態(tài)穩(wěn)定分析開關動作計劃電壓調(diào)節(jié)計劃發(fā)電計劃母線負荷預報調(diào)度員潮流與其它應用軟件的關系調(diào)度員潮流新建運行方式預想故障分析安全約束調(diào)度實時運行方式保網(wǎng)損靈敏度分析功

14、能針對某一運行方式計算發(fā)電機和聯(lián)絡線交換功率的網(wǎng)損微增率，供經(jīng)濟調(diào)度作網(wǎng)損修正用一般作為實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析和調(diào)度員潮流的子模塊使用 網(wǎng)損靈敏度分析功能網(wǎng)損靈敏度分析線路有功潮流對機組有功出力靈敏度母線電壓對機組無功出力靈敏度母線電壓對變壓器抽頭靈敏度網(wǎng)損靈敏度分析線路有功潮流對機組有功出力靈敏度靜態(tài)安全分析功能提供靈活和直觀的方式定義預想故障（開斷類型故障、投入類型故障），并能夠?qū)收线M行分組（故障組）。分析時對指定的故障組中的故障進行快速掃瞄，篩選出其中具有潛在危險的預想故障，并能自動（或由用戶手動）對具有潛在危險的故障進行詳細（潮流）分析。最后給出分析報告 靜態(tài)安全分析功能靜態(tài)安全分析故障定

15、義和維護定義預想故障定義故障組故障掃描間接法直接法故障詳細分析潮流分析靜態(tài)安全分析故障定義和維護靜態(tài)安全分析故障定義過程預想故障集故障組定義故障定義定義規(guī)則集定義條件故障元件定義條件監(jiān)視元件定義主故障元件靜態(tài)安全分析故障定義過程預想故障集故障組定義故障定義定義規(guī)則短路電流計算功能計算假想方式下各種形態(tài)的短路電流，用于校核開關的遮斷容量和調(diào)整繼電保護定值。短路電流計算功能短路電流計算原理與方法對稱分量法阻抗矩陣法稀疏導納矩陣法 短路電流計算原理與方法電壓無功優(yōu)化功能電壓/無功優(yōu)化是在狀態(tài)估計的基礎上，通過改變電網(wǎng)中可控的無功控制設備運行狀態(tài)，在滿足特定的約束條件下降低系統(tǒng)網(wǎng)損，或校正違界電壓。容

16、許用戶靈活定義約束條件。優(yōu)化結果既可以形成控制策略提供用戶參考，也可以形成控制命令下發(fā)SCADA系統(tǒng)遙控形成閉環(huán)控制功能。電壓無功優(yōu)化功能電壓無功優(yōu)化目標函數(shù)網(wǎng)損最小校正違界電壓調(diào)整量最小電壓無功優(yōu)化目標函數(shù)電壓無功優(yōu)化約束條件潮流約束變壓器分接頭約束無功補償元件的容量約束元件的安全約束元件的動作次數(shù)約束電壓無功優(yōu)化約束條件電壓無功優(yōu)化控制量發(fā)電機出力變壓器分接頭位置無功補償設備調(diào)整電壓無功優(yōu)化控制量最優(yōu)潮流功能包括經(jīng)濟調(diào)度和潮流兩方面的功能，可以針對不同的約束采用不同的控制變量實不同的目標達到最小。最優(yōu)潮流可以比較容易的處理潮流約束問題，因而可以替代安全約束調(diào)度，也可以用來做電壓無功優(yōu)化。最

17、優(yōu)潮流功能最優(yōu)潮流一般描述非線性規(guī)劃問題Obj. min f =f (u,x)Con. G(u,x) = 0 H(u,x) = 0 umin = u=umax最優(yōu)潮流一般描述最優(yōu)潮流典型算法梯度法難點是處理不等式約束牛頓法采用互補線性規(guī)劃處理不等式約束采用稀疏矩陣技術提高計算速度難點處理離散變量最優(yōu)潮流典型算法網(wǎng)絡等值功能對不參與分析的網(wǎng)絡部分在不影響分析精度的條件下進行有效化簡，利用較小規(guī)模的網(wǎng)絡代替較大規(guī)模的網(wǎng)絡進行分析計算。包括網(wǎng)絡、機組和負荷三方面的等值網(wǎng)絡等值功能網(wǎng)絡等值目的在大網(wǎng)調(diào)度中心的分析中，對某些省網(wǎng)進行等值處理；在省網(wǎng)調(diào)度中心的分析中，對某些與之相聯(lián)的省網(wǎng)進行等值處理；在省

18、調(diào)度中心的分析中，對省內(nèi)某些地區(qū)進行等值處理；在地區(qū)調(diào)度中心的分析中，對相鄰地區(qū)網(wǎng)或省網(wǎng)進行等值處理。 網(wǎng)絡等值目的網(wǎng)絡等值原理內(nèi)部系統(tǒng)外部系統(tǒng)BPSIE未化簡系統(tǒng)邊界母線研究系統(tǒng)擬等值系統(tǒng)化簡后系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)PEI內(nèi)部網(wǎng)絡化簡部分BRE網(wǎng)絡等值原理內(nèi)部系統(tǒng)外部系統(tǒng)BPSIE未化簡系統(tǒng)邊界母線研究能量管理應用軟件能量管理應用軟件負荷預測功能根據(jù)數(shù)天或數(shù)周前（包括相似日）的歷史負荷數(shù)據(jù)，預測未來的系統(tǒng)負荷。分為短期和超短期負荷預測?？梢苑謪^(qū)、分類型進行負荷預測。負荷預測應全面考慮氣象條件對負荷的影響。負荷預測功能負荷預測概述超短期負荷預測短期負荷預測中期負荷預測長期負荷預測實時數(shù)據(jù)收集短期負荷預測超短期負荷預測中期負荷預測長期負荷預測負荷預測概述實時數(shù)據(jù)收集短期負荷預測超短期負荷預測中期負荷預負荷預測