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摘要: 能量管理系統(tǒng)(EM S) 是當(dāng)代大電網(wǎng)運行不可缺少的手段, 但是我國各電力公司EM S 應(yīng)用軟件的實用化程度還較低。最近, 國家電力公司對于各調(diào)度部門的EM S 提出了實用化要求, 并提出了考核標(biāo)準(zhǔn), 各調(diào)度部門都在為這一目標(biāo)而努力。因國內(nèi)網(wǎng)省調(diào)大部分采用國外的EM S, 不具備考核統(tǒng)計功能, 作者根據(jù)國調(diào)中心提出的實用化要求, 對湖北EM S 進行了EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的研究和實施。該系統(tǒng)深入 EM S 核心內(nèi)部, 結(jié)合外部軟件編程, 對EM S 的運行參數(shù)進行人工設(shè)置并對EM S 應(yīng)用軟件的運行狀態(tài)及結(jié)果進行實時考核統(tǒng)計和控制。該系統(tǒng)對EM S 各應(yīng)用軟件進行了全方位、功能全面的自動不間斷規(guī)范化考核監(jiān)視, 為EM S 的實用化打下了堅實的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞: EM S; 監(jiān)控系統(tǒng); 電力系統(tǒng)
中圖分類號: TM 734 文獻標(biāo)識碼:A
1 引言
在全國電網(wǎng)互聯(lián)和電力市場的推動下, 為了對大電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行和環(huán)保及效益進行協(xié)調(diào)優(yōu)化, 能量管理系統(tǒng)(EM S) 將會有一個更大的發(fā)展, 并將成為當(dāng)代大電網(wǎng)運行不可缺少的手段。但是, 目前國內(nèi)各電網(wǎng)的EM S 均缺乏全方位的, 功能全面的考核監(jiān)視管理系統(tǒng), EM S 的管理維護和考核監(jiān)視主要是由運行人員手工完成, 自動化程度較低, 可靠性、準(zhǔn)確性也較低。EM S 應(yīng)用軟件的使用和系統(tǒng)質(zhì)量還有待時間的考驗, 為進一步促進EM S 應(yīng)用軟件基本功能的實際應(yīng)用, 充分發(fā)揮其在電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行中的作用, 并配合中國一流電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)考核驗收來規(guī)范和指導(dǎo)基本功能的驗收工作, 國家電力調(diào)度通信中心制定了EM S 應(yīng)用軟件基本功能實用要求及驗收細(xì)則[ 1 ] , 要求狠抓EM S 的實用化工作。筆者根據(jù)國調(diào)中心調(diào)自[1998 ]126號文 “關(guān)于印發(fā)《能量管理系統(tǒng)(EM S) 應(yīng)用軟件功能要求及其實施基礎(chǔ)條件》(試行) 的通知”及其附件, 國調(diào)中心[ 1999 ]207號文“EM S 應(yīng)用軟件基本功能實用要求及驗收細(xì)則”, 以及湖北省電力調(diào)度通信局自動化科制訂的“EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)功能規(guī)范”, 以湖北電網(wǎng)EM S 功能的實用化改進和考核管理為課題, 設(shè)計并建立了EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)。
該考核監(jiān)視管理系統(tǒng)在對EM S 應(yīng)用軟件的功能進行實用化改進的基礎(chǔ)上, 可以對EM S 應(yīng)用軟件的運行狀態(tài)及結(jié)果進行實時監(jiān)視和控制, 自動計算及生成EM S 運行考核指標(biāo)和報表。該考核監(jiān)視管理系統(tǒng)可以顯著地減少運行人員的分析計算工作量, 把運行人員從大量復(fù)雜、煩瑣的數(shù)據(jù)檢索和計算工作中解放出來, 提高了工作效率和準(zhǔn)確性。通過對 EM S 各運行模塊的監(jiān)視和控制, 有效地改善了 EM S 的運行性能。該系統(tǒng)還可以將EM S 的實時運行狀態(tài), 中間計算信息及計算結(jié)果在Internet 網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布, 實現(xiàn)系統(tǒng)的無人值守及遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷, 具有實用價值。該系統(tǒng)的研制成功為EM S 的實用化打下了堅實的基礎(chǔ), 充分發(fā)揮EM S 在電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行中的作用。
2 EMS 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)
考核監(jiān)視管理系統(tǒng)硬件主要包括考核監(jiān)視計算機、網(wǎng)絡(luò)適配器和激光報表打印機等。其硬件配置如圖1所示。考核監(jiān)視計算機通過雙網(wǎng)分別與EM S 和管理信息系統(tǒng)(M IS) 相連, 其中一個網(wǎng)出現(xiàn)故障時, 不影響系統(tǒng)的正常運行, 即具備雙網(wǎng)切換能力。
圖1 EMS 考核管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) Fig. 1 Hardwares for superv isory con trol system of EMS
考核監(jiān)視管理系統(tǒng)軟件包括EM S 自動考核監(jiān)視軟件、考核指標(biāo)統(tǒng)計管理軟件和網(wǎng)上信息發(fā)布系統(tǒng)三部分。其流程圖如圖2所示。
考核監(jiān)視管理系統(tǒng)從EM S 獲取有關(guān)實時數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)信息, 通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信接口, 將這些實時數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)信息傳送到EM S 自動考核監(jiān)視管理計算機。通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換軟件, 在本地機上建立考核管理系統(tǒng)專用實時數(shù)據(jù)庫, 并完成數(shù)據(jù)的計算、統(tǒng)計、分析和處理, 生成報表、曲線等考核監(jiān)視結(jié)果, 刷新考核管理系統(tǒng)本地實時數(shù)據(jù)庫。將數(shù)據(jù)與管理信息系統(tǒng)(M IS) 共享, 在網(wǎng)上發(fā)布相關(guān)信息, 并根據(jù)需要發(fā)信給電子值班員。
圖2 EMS 考核管理監(jiān)視系統(tǒng)原理框圖 Fig. 2 Block diagram of superv isory con trol system of EMS
流程圖的第一步是在EM S 上完成必須的源程序修改和程序編制, 這是專門針對湖北EM S 系統(tǒng) (ABB S. P. I. D. E. R 系統(tǒng)) 設(shè)計的。因為某些EM S 考核指標(biāo)的統(tǒng)計信息在現(xiàn)有湖北電網(wǎng)EM S 的運行狀況和輸出條件下是無法得到的。為此, 針對EM S 源程序進行了修改和擴充。增加了EM S 的控制參數(shù)的設(shè)定和計算結(jié)果的輸出。
3 系統(tǒng)主要功能
EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)有如下具體功能:
3. 1 EMS 計算數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視
3. 1. 1 母線平衡監(jiān)視
計算廠站母線進出線路、變壓器的有功功率和無功功率實時數(shù)據(jù)的代數(shù)值和凈值。并將凈值和門檻值進行比較, 篩選出母線不平衡的站。用排序方式, 按凈值的偏差大小顯示各廠站的站名、凈值及其所屬的量測分量。正常廠站用綠色顯示; 凈值偏差超過基準(zhǔn)值的3. 0% 時, 用黃色顯示; 凈值偏差超過基準(zhǔn)值的5. 0% 時, 則用紅色顯示。同時可用曲線方式分別顯示各廠站的凈值偏差。曲線密度為每個實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)刷新周期(目前定為1 m in) 1個點, 保存時間為3天, 曲線橫縱坐標(biāo)可在線修改。并監(jiān)視凈值更新情況, 若凈值連續(xù)超過30 m in 不更新, 則可認(rèn)為該路RTU 停運, 記錄該路RTU 停運和恢復(fù)運行的事件。事件保存時間為2個月。如果全部RTU 不更新, 則提示運行人員EM S 系統(tǒng)死機或EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)與EM S 的網(wǎng)絡(luò)通信中斷, 并將此全停信息送電子值班員告警。
3. 1. 2 線損監(jiān)視
計算線路兩側(cè)有功功率實時數(shù)據(jù)的差值。并將差值和閾值進行比較, 篩選出線損異常的線路。用排序方式, 按凈值的偏差大小顯示各廠站的站名、凈值及其所屬的量測分量。正常數(shù)據(jù)用綠色顯示; 凈值偏差超過基準(zhǔn)值的3. 0% 時, 用黃色顯示; 凈值偏差超過基準(zhǔn)值的5. 0% 時, 則用紅色顯示。
3. 1. 3 變損監(jiān)視
計算變壓器兩側(cè)、三側(cè)的有功功率實時數(shù)據(jù)的差值。并將差值和閾值進行比較, 篩選出變損異常的變壓器。輸出結(jié)果同線損輸出結(jié)果類似。
3. 1. 4 電壓合理性監(jiān)視
計算多母線各段母線電壓實時數(shù)據(jù)的差值。并將差值和閾值進行比較, 篩選出電壓異常的母線。輸出結(jié)果同線損輸出結(jié)果類似。
3. 1. 5 遙信.遙測的一致性監(jiān)視
根據(jù)開關(guān)狀態(tài)和線路潮流值相一致的原則, 篩選出位置異常的開關(guān)。即遙測不為零, 而遙信位置斷開的開關(guān)和遙測
為零, 而遙信位置閉合的開關(guān)。輸出各個位置異常的開關(guān)的名稱和實際狀態(tài)。
3. 1. 6 遙信取反監(jiān)視
監(jiān)視實時系統(tǒng)中進行了遙信取反定義的開關(guān)。
輸出進行了取反的開關(guān)的名稱和實際狀態(tài)。
3. 2 EMS 模塊運行狀態(tài)監(jiān)視
3. 2. 1 模塊投運狀態(tài)監(jiān)視
湖北電網(wǎng)EM S 的應(yīng)用軟件包括實時數(shù)據(jù)快照模塊(SN P)、狀態(tài)量和模擬量的修正模塊(SAR)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼澳Ｐ徒⒛K(NMB )、母線計劃模塊 (BSK)、狀態(tài)估計模塊(SE)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更新模塊 (N PU )、安全分析模塊(SA )、網(wǎng)絡(luò)靈敏度分析模塊 (N S)、調(diào)度員潮流模塊(DPF)、短期負(fù)荷預(yù)計模塊 (SL F)、自動發(fā)電控制模塊(A GC) 等功能模塊。EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)視EM S 各模塊的投運狀態(tài)和控制模式, 并可以區(qū)別EM S 各模塊投運狀態(tài)和退出狀態(tài)。在必要時候?qū)⒛K退出運行的信息送電子值班員進行告警。可以區(qū)別EM S 的各種控制模式: 實時狀態(tài)估計、實時調(diào)度員潮流、研究狀態(tài)估計和研究調(diào)度員潮流的方式。對EM S 各模塊的投運狀態(tài)和控制模式的變化, 作為帶時標(biāo)事件記錄下來, 保存時間為2年。
3. 2. 2 模塊運行狀態(tài)監(jiān)視
實時監(jiān)視EM S 各功能模塊的運行狀態(tài)�？梢詤^(qū)別EM S 各模塊的關(guān)閉狀態(tài)、初始化狀態(tài)、起動預(yù)備狀態(tài)、請求執(zhí)行狀態(tài)、正在執(zhí)行狀態(tài)、超時狀態(tài)、閉鎖狀態(tài)、執(zhí)行完成狀態(tài)、出錯狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)等。在 EM S 應(yīng)用監(jiān)視器的流程圖上, 標(biāo)明各模塊的運行狀態(tài)。并將各模塊運行狀態(tài)的變化, 作為帶時標(biāo)事件記錄下來, 保存時間為2年。統(tǒng)計各個模塊連續(xù)處于出錯狀態(tài)的次數(shù)。并設(shè)置各模塊的連續(xù)出錯狀態(tài)次數(shù)的限值, 若超過此限值則將出錯信息送電子值班員進行告警。
3. 2. 3 模塊計算中間結(jié)果分析
可以檢查EM S 各功能模塊軟件運行過程中間出現(xiàn)的異常情況, 檢查引起異常的原因, 并獲取 EM S 各功能模塊軟件運行過程出現(xiàn)的信息。將其在網(wǎng)頁上發(fā)布允許運行人員通過遠(yuǎn)程互連網(wǎng)進行監(jiān)視和故障診斷。
3. 2. 4 模塊計算結(jié)果監(jiān)視
可以實時監(jiān)視EM S 各功能模塊的計算結(jié)果, 包括狀態(tài)估計(SE) 和調(diào)度員潮流(DPF) 應(yīng)用模塊的迭代過程和收斂情況。并按月進行SE、DPF 軟件收斂、不收斂資料的統(tǒng)計, 將統(tǒng)計資料保存2年。
3. 3 模塊運行的控制管理
可以對模塊的控制方式進行在線設(shè)定, 并能夠進行模塊計算迭代過程和計算收斂精度的控制。這是對EM S 應(yīng)用軟件的源程序、畫面和數(shù)據(jù)庫進行改造, 調(diào)節(jié)改變有關(guān)算法的控制參數(shù), 使運行人員可以直接在EM S 監(jiān)視器畫面上對狀態(tài)估計和調(diào)度員潮流等模塊計算的過程和計算的收斂精度進行控制。
3. 4 EMS 計算結(jié)果的統(tǒng)計分析
對SE、DPF 模塊的計算結(jié)果進行統(tǒng)計分析。按照不同電壓等級量測類型基準(zhǔn)值, 計算狀態(tài)估計的估計值和調(diào)度員潮流的計算值的偏差, 自動查找不合格的計算點, 得到EM S 狀態(tài)估計合格率指標(biāo)和調(diào)度員潮流計算合格率指標(biāo)。將計算結(jié)果和分析結(jié)果形成報表輸出。
3. 5 EMS 考核指標(biāo)的管理
建立EM S 考核管理數(shù)據(jù)庫, 根據(jù)EM S 數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)計的運行歷史資料, 自動地逐次計算EM S 運行考核指標(biāo), 包括: ①狀態(tài)估計覆蓋率; ②狀態(tài)估計月可用率; ③遙測估計合格率; ④單次狀態(tài)估計計算時間; ⑤調(diào)度員潮流月合格率; ⑥調(diào)度員潮流計算結(jié)果誤差; ⑦單次潮流計算時間; ⑧負(fù)荷預(yù)測月運行率; ⑨月負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確率; bk月最高(低) 負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確率。
3. 6 EMS 考核管理的信息發(fā)布系統(tǒng)
EM S 考核管理的信息發(fā)布系統(tǒng)由當(dāng)?shù)貦C上的考核信息查閱管理軟件和網(wǎng)上信息發(fā)布系統(tǒng)組成。通過建立EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)主頁, 將考核管理信息在網(wǎng)上發(fā)布。使運行人員既能在EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的本地機上查閱信息, 也能在通過網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)上查閱, 便于運行和管理人員查看。
EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)在實現(xiàn)上述主要功能的基礎(chǔ)上, 綜合目前已有的A GC 運行統(tǒng)計功能, 作為EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。
4 系統(tǒng)特點
(1) EM S 功能的實用化改造
EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的考核管理范圍很廣, 實現(xiàn)的功能全面, 實用化程度高。其考核管理范圍包括EM S 應(yīng)用軟件的所有功能模塊。其實現(xiàn)的功能有: EM S 計算數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視、EM S 模塊運行狀態(tài)監(jiān)視、EM S 模塊運行的控制管理、EM S 計算結(jié)果的統(tǒng)計分析、EM S 考核指標(biāo)的管理及EM S 考核管理的網(wǎng)上信息發(fā)布。這其中有一部分功能在現(xiàn)有湖北電網(wǎng)EM S 的運行狀況和輸出條件下是無法實現(xiàn)的。為此, 筆者針對EM S 源程序進行了詳盡的分析, 并對相關(guān)模塊的功能進行了修改和擴充。增加了 EM S 狀態(tài)估計(SE) 和調(diào)度員潮流計算(DPF) 計算次數(shù)和收斂次數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果, 并增加了SE 和DPF 的控制參數(shù)的設(shè)定功能。
(2) 全自動免人工在線維護
考慮到隨著電力系統(tǒng)的不斷擴展, 由EM S 管理的電力系統(tǒng)元件和設(shè)備將不斷增加。若要求運行人員對EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)進行手工維護, 勢必將增加運行人員的工作量, 提高對運行人員的要求和降低EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的自動化程度、實用性及可靠性。為此, 本EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)采取自動跟蹤EM S 元件設(shè)備參數(shù)變化的方式, EM S 對新增線路、變壓器、發(fā)電機、母線和廠站等遙測、遙信量, 均可以自動增加并進行監(jiān)視考核。這使得運行人員無須深入了解、學(xué)習(xí)和掌握EM S 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)內(nèi)容, 就可以熟練操作本系統(tǒng), 滿足了實用性和通用性的要求, 并提高了EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的可靠性。
(3) 系統(tǒng)自動不間斷運行及錯誤監(jiān)控
EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)對EM S 服務(wù)器運行狀態(tài)可以進行監(jiān)視, 能夠自動識別EM S 服務(wù)器的在線及備用狀態(tài), 并能夠在EM S 服務(wù)器進行切換之后, 自動與其同步。而在EM S 單機服務(wù)器運行時, 自動由平常與EM S 備機服務(wù)器相連的工作模式改為與EM S 主機服務(wù)器相連, 繼續(xù)對EM S 進行考核監(jiān)視。EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)具有自我運行監(jiān)視軟件模塊, 一旦發(fā)現(xiàn)考核監(jiān)視管理系統(tǒng)出現(xiàn)異常, 能夠自動復(fù)位, 可以(在硬件環(huán)境條件允許的情況下) 對 EM S 的進行連續(xù)不間斷的考核監(jiān)視。
5 結(jié)束語
EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)于2000年8月初設(shè)計實現(xiàn)后, 進行了全面測試并投入試運行。測試和試運行結(jié)果表明EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的各項功能均已實現(xiàn), 計算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)能自動發(fā)現(xiàn)EM S 系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)的非正常數(shù)據(jù), 各模塊的出錯狀態(tài)�？梢詫M S 的狀態(tài)估計模塊和調(diào)度員潮流計算模塊的計算過程和計算結(jié)果進行控制。EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)滿足了EM S 運行管理人員進行EM
S 計算數(shù)據(jù)分析, 運行狀態(tài)監(jiān)視、計算過程及結(jié)果分析和EM S 考核指標(biāo)及報表的統(tǒng)計計算的需要, 可代替由運行人員手工進行的繁重而復(fù)雜的數(shù)據(jù)檢索和計算, 保證計算的可靠性和準(zhǔn)確性, 自動生成EM S 考核指標(biāo)及報表, 減少了形成EM S 考核指標(biāo)及報表的人為主觀因素和由此可能產(chǎn)生的誤差, 大大節(jié)省了時間, 提高了工作效率。該系統(tǒng)為 EM S 的實用化打下了堅實的基礎(chǔ), 有助于EM S 充分發(fā)揮其在電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行中的效益。
該EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括考核監(jiān)視計算機、網(wǎng)絡(luò)適配器和激光報表打印機, 考核監(jiān)視計算機可以是一臺高性能的商業(yè)機或工控機實現(xiàn)。整個系統(tǒng)的硬件設(shè)備配置經(jīng)濟, 具有很高的性價比。該系統(tǒng)的軟件部分除了針對湖北電網(wǎng)EM S (ABB SP IDER 系統(tǒng)) , 對其某些應(yīng)用軟件進行了修改和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換外, 其它功能模塊均為通用型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計, 適用于其它各種類型的EM S。因此該 EM S 考核監(jiān)視管理系統(tǒng)有較高的推廣應(yīng)用價值。
參考文獻:
[1 ] 國調(diào)中心[ 1999 ]207號文《關(guān)于印發(fā)“EM S 應(yīng)用軟件基本功能實用化要求及驗收細(xì)則”的通知》[Z].
[ 2 ] SP IDER operator’ s nanual ( ABB EM S 操作手冊) [Z]. 收稿日期: 2000212204; 改回日期: 2001202214。
作者簡介:
彭 波, 博士生, 研究方向為電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制及管理信息系統(tǒng);
周良松, 博士, 副教授, 研究方向為電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制, 電力系統(tǒng)自動控制及計算機監(jiān)控;
夏成軍, 博士生, 研究方向為電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制及人工智能的應(yīng)用;
萬 磊, 高級工程師, 湖北電力調(diào)度通信局自動化科。
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