chap5-5能量管理系統(tǒng)

第五節(jié)能量管理系統(tǒng)EMSEMS是現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)硬件和軟件的總稱(chēng)，它主要包括SCADA、AGC/EDC、以及狀態(tài)估計(jì)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、安全分析和調(diào)度員模擬培訓(xùn)等。一、狀態(tài)估計(jì)（一）狀態(tài)估計(jì)1、定義對(duì)電力系統(tǒng)的某一時(shí)間斷面的遙測(cè)量和遙信信息進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，通過(guò)狀態(tài)估計(jì)程序，輸出可靠數(shù)據(jù)集。狀態(tài)估計(jì)是一切高級(jí)軟件的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。2、狀態(tài)估計(jì)的必要性SCADA系統(tǒng)采集的全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存在下列明顯缺點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)不齊全（2）數(shù)據(jù)不精確（3）受干擾時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)（4）數(shù)據(jù)不和諧（三）狀態(tài)估計(jì)的基本原理對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)涉及三個(gè)值，即參數(shù)的真值、測(cè)量值和估計(jì)值。1、測(cè)量方程式：一個(gè)物理量的測(cè)量值可用下式表示：Z=hx+v式中x—被測(cè)量物的真值

v—測(cè)量值的隨機(jī)測(cè)量誤差

h—v=0時(shí)，x與z之間的比例系數(shù)2、測(cè)量值及其誤差的概率性質(zhì)3、最小二乘法估計(jì)（1）誤差的二乘值（2）對(duì)一個(gè)物理量的真值是多少進(jìn)行估計(jì)應(yīng)具備以下兩個(gè)條件i>對(duì)這個(gè)物理量進(jìn)行多次測(cè)量，并已有多個(gè)測(cè)量值Ii〉測(cè)量值的分布密度服從正態(tài)分布（3）最小二乘法估計(jì)的計(jì)算步驟（4）例題設(shè)有一直流電路如圖示，已知R=10Ω，用電流表測(cè)得I1=1.04A，用電壓表測(cè)得U1=9.8V，求電路的電流與電壓的估計(jì)值.(電路的電流與電壓的真值為1A和10V)4.加權(quán)最小二乘法估計(jì)5.狀態(tài)估計(jì)的步驟（1）假定數(shù)學(xué)模型（2）狀態(tài)估計(jì)計(jì)算（3）檢測(cè)（4）識(shí)別二、負(fù)荷預(yù)測(cè)負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)際上是根據(jù)系統(tǒng)的允許特性、增容決策、自然條件與社會(huì)影響等諸多因素，在滿(mǎn)足一定精度要求的條件下，確定未來(lái)某特定時(shí)刻的負(fù)荷數(shù)據(jù)。其中負(fù)荷指的是電力需求量（功率）或者用電量的值。（一）負(fù)荷預(yù)測(cè)的分類(lèi)1、負(fù)荷預(yù)測(cè)按時(shí)間分類(lèi)按照系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的周期來(lái)分：超短期、短期、中期和長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。（1）超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)i〉指未來(lái)1小時(shí)以?xún)?nèi)的負(fù)荷預(yù)測(cè)ii〉在正常情況下，一般不考慮氣象條件的影響，但是對(duì)于天氣的突變和其它一些對(duì)負(fù)荷影響的突發(fā)事件必須考慮在內(nèi)；iii〉超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)模型主要在于反映負(fù)荷在短時(shí)間內(nèi)的變化規(guī)律，即反映負(fù)荷的上升下降或水平趨勢(shì)及變化值。iv〉使用對(duì)象：調(diào)度員v〉應(yīng)用：用于質(zhì)量控制需5-10s的負(fù)荷值，用于安全監(jiān)視需1-5min的負(fù)荷值，用于預(yù)防控制和緊急狀態(tài)處理需10-60min的負(fù)荷值。（2）短期負(fù)荷預(yù)測(cè)i〉通常指24h的日負(fù)荷預(yù)測(cè)和168h的周負(fù)荷預(yù)測(cè)；ii〉短期負(fù)荷預(yù)測(cè)模型中主要考慮負(fù)荷的周期性變化規(guī)律及天氣影響因素；iii〉使用對(duì)象：編制調(diào)度計(jì)劃的工程師；iv〉應(yīng)用：在電力系統(tǒng)的火電分配、水火電協(xié)調(diào)、機(jī)組緊急組合和交換功率計(jì)劃，需要1日—1周的負(fù)荷值。（3）中期負(fù)荷預(yù)測(cè)i〉指未來(lái)一年之內(nèi)的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)；ii〉預(yù)測(cè)指標(biāo)：月平均最大負(fù)荷、月最大負(fù)荷和月用電量。Iii>使用對(duì)象：編制中長(zhǎng)期運(yùn)行計(jì)劃的工程師。iv>應(yīng)用：主要用于水庫(kù)調(diào)度、機(jī)組檢修、交換計(jì)劃和燃料計(jì)劃，需要1月—1年的負(fù)荷值。（4）長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)i>指未來(lái)數(shù)年至數(shù)十年的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)；ii>受地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口、氣候等多方面因素的影響；iii>使用對(duì)象：規(guī)劃工程師iv>應(yīng)用：電源的發(fā)展規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等2、負(fù)荷預(yù)測(cè)按行業(yè)分類(lèi)一般可以分為：城市民用負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、農(nóng)村負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷以及其它負(fù)荷。（二）負(fù)荷預(yù)測(cè)的要求及影響負(fù)荷預(yù)測(cè)的因素1、指標(biāo)：負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度2、影響因素：用電設(shè)備的類(lèi)型、地區(qū)性、工業(yè)發(fā)展、氣象等。（三）負(fù)荷預(yù)測(cè)的模型1、基本正常負(fù)荷（典型負(fù)荷分量）B(t)與氣象無(wú)關(guān)，具有線性變化和周期變化的特點(diǎn)。線性變化描述日平均負(fù)荷變化規(guī)律，而周期變化描述以24小時(shí)為周期的變化規(guī)律。2、天氣敏感負(fù)荷分量W(t)天氣敏感負(fù)荷分量與一系列天氣因素有關(guān)，如溫度、濕度、風(fēng)力、陰晴等。不同天氣因素影響負(fù)荷的方式不同，一年中不同時(shí)期天氣因素影響負(fù)荷的方式也不同，這就形成負(fù)荷季節(jié)性周期變化的規(guī)律.3、特別事件負(fù)荷S(t)特別事件負(fù)荷分量明顯偏離典型負(fù)荷特性，如政治事件、系統(tǒng)故障限電、特別電視節(jié)目等。由于這類(lèi)事件的隨機(jī)性，需要由調(diào)度人員參與判斷。在各種負(fù)荷預(yù)測(cè)模型中這部分分量往往通過(guò)人工修正得以改進(jìn)。4、隨機(jī)負(fù)荷分量V(t)隨機(jī)負(fù)荷分量是負(fù)荷中的不可解釋成分，可通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)的模型和算法來(lái)考慮這些隨機(jī)分量。由此，系統(tǒng)總負(fù)荷預(yù)測(cè)模型為（四）負(fù)荷預(yù)測(cè)算法定性的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)技術(shù)：依靠專(zhuān)家或?qū)＜医M的判斷，僅給出一個(gè)方向性的結(jié)論，當(dāng)然預(yù)測(cè)結(jié)果也不可能是數(shù)值型的。依賴(lài)于數(shù)量模型定量的預(yù)測(cè)技術(shù)：時(shí)間序列法、卡爾曼濾波法、線性回歸法、模糊預(yù)測(cè)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。1、時(shí)間序列法：是對(duì)給定的過(guò)去一段時(shí)間的歷史負(fù)荷記錄提取出基本負(fù)荷分量、天氣敏感負(fù)荷分量和特別事件負(fù)荷分量后，剩余的殘差即為各時(shí)刻隨機(jī)負(fù)荷分量，可以看成是隨機(jī)時(shí)間序列。2、卡爾曼濾波法把負(fù)荷作為狀態(tài)變量建立狀態(tài)空間模型，用卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)。這種算法是在假定噪聲的統(tǒng)計(jì)特性一致的情況下得出，事實(shí)上估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性是該方法應(yīng)用的難點(diǎn)所在。此算法適用于在線負(fù)荷預(yù)測(cè)。3、回歸分析法回歸預(yù)測(cè)是根據(jù)負(fù)荷過(guò)去的歷史資料，建立可以進(jìn)行數(shù)學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型（經(jīng)驗(yàn)回歸方程式），對(duì)未來(lái)的負(fù)荷進(jìn)行進(jìn)行預(yù)測(cè)。4、模糊預(yù)測(cè)法應(yīng)用模糊邏輯和預(yù)報(bào)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，將數(shù)據(jù)和語(yǔ)言形成模糊規(guī)則庫(kù)，然后選用一個(gè)線性模型逼近非線性動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)負(fù)荷。5、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)，選取過(guò)去一段時(shí)間的負(fù)荷作為訓(xùn)練樣本，然后構(gòu)造適宜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用某種訓(xùn)練算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，使其滿(mǎn)足精度要求，之后用ANN作負(fù)荷預(yù)測(cè)。在實(shí)際使用中，根據(jù)蘭州電網(wǎng)的特點(diǎn)（如大工業(yè)以及農(nóng)灌電量占大部分比例），從而選取了時(shí)間序列法、線性回歸法、特殊日負(fù)荷預(yù)測(cè)法以及專(zhuān)家系統(tǒng)法等多種方法加權(quán)平均在一起的綜合負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。三、安全分析（一）概述（二）電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)1、電力系統(tǒng)運(yùn)行的等式約束條件2、電力系統(tǒng)運(yùn)行的不等式約束條件式中f、fmax、fmin——系統(tǒng)頻率及其上下限值；Ui、Uimax、Uimin——母線i的電壓及其上下限值；PGi、PGimax、PGimin——第i臺(tái)發(fā)電機(jī)有功出力及其上下限值；QGi、QGimax、QGimin——第i臺(tái)發(fā)電機(jī)無(wú)功出力及其上下限值；3、電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)目前，電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)一般分為正常狀態(tài)、警戒狀態(tài)、緊急狀態(tài)、崩潰狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。（1）正常狀態(tài)正常狀態(tài)下電力系統(tǒng)滿(mǎn)足所有等式和不等式約束條件；系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電設(shè)備和輸電設(shè)備均有足夠的備用容量，還有適當(dāng)?shù)陌踩珒?chǔ)備，能承受系統(tǒng)正常干擾而不致造成不良后果，使系統(tǒng)迅速過(guò)渡到新的正常運(yùn)行狀態(tài)。正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)是安全的，可以實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)度。（2）警戒狀態(tài)警戒狀態(tài)下的電力系統(tǒng)滿(mǎn)足所有的等式和不等式約束條件；警戒狀態(tài)下的電能質(zhì)量與正常狀態(tài)相比與不合格更接近了；電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與上下限值更接近了。警戒狀態(tài)下的電力系統(tǒng)是不安全的。（3）緊急狀態(tài)緊急狀態(tài)下等式約束條件滿(mǎn)足，某些不等式約束條件不滿(mǎn)足；緊急狀態(tài)下的電力系統(tǒng)是危險(xiǎn)的。（4）崩潰狀態(tài)崩潰狀態(tài)下的電力系統(tǒng)不滿(mǎn)足所有的等式和不等式約束條件；崩潰狀態(tài)下自動(dòng)解列裝置可能動(dòng)作，調(diào)度員也可以進(jìn)行調(diào)度控制。（5）恢復(fù)狀態(tài)通過(guò)自動(dòng)裝置和調(diào)度人員的調(diào)度控制，在崩潰系統(tǒng)大體上穩(wěn)定下來(lái)以后，可使系統(tǒng)進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)。4、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖（三）靜態(tài)安全分析1、定義：指只考慮事故后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的安全性，而不考慮從當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)向事故后穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程。靜態(tài)安全分析的重點(diǎn)在預(yù)想事故分析。2、預(yù)想事故分析內(nèi)容（1）故障定義根據(jù)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等定義事故集合。（2）故障篩選預(yù)想故障可能比較多，應(yīng)當(dāng)把這些故障按其對(duì)電網(wǎng)的危害程度進(jìn)行篩選和排隊(duì)。（3）故障分析是對(duì)預(yù)想故障集合里的故障進(jìn)行快速仿真潮流計(jì)算，以確定故障后的系統(tǒng)潮流分布及其危害程度。3、靜態(tài)安全分析方法（1）直流潮流法將電力系統(tǒng)的交流潮流用等值的直流電流代替，用求解直流網(wǎng)絡(luò)的方法計(jì)算電力系統(tǒng)的有功潮流，而完全忽略無(wú)功分布對(duì)有功潮流的影響。（2）P-Q分解法利用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的P-Q分解法進(jìn)行安全分析的一種方法。此法不僅可以解出在預(yù)想故障下各聯(lián)絡(luò)線的潮流分布，用以估計(jì)是否過(guò)負(fù)荷，而且還能求出各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值，用以估計(jì)是否過(guò)電壓。（3）等值網(wǎng)絡(luò)法安全分析時(shí)有可能