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篇1

關鍵詞:EMS;監控系統;電力系統

1引言

在全國電網互聯和電力市場的推動下,為了對大電網的安全、優質、經濟運行和環保及效益進行協調優化,能量管理系統(EMS)將會有一個更大的發展,并將成為當代大電網運行不可缺少的手段。但是,目前國內各電網的EMS均缺乏全方位的,功能全面的考核監視管理系統,EMS的管理維護和考核監視主要是由運行人員手工完成,自動化程度較低,可靠性、準確性也較低。EMS應用軟件的使用和系統質量還有待時間的考驗,為進一步促進EMS應用軟件基本功能的實際應用,充分發揮其在電網安全、優質、經濟運行中的作用,并配合中國一流電網調度機構考核驗收來規范和指導基本功能的驗收工作,國家電力調度通信中心制定了EMS應用軟件基本功能實用要求及驗收細則[1],要求狠抓EMS的實用化工作。筆者根據國調中心調自[1998]126號文“關于印發《能量管理系統(EMS)應用軟件功能要求及其實施基礎條件》(試行)的通知”及其附件,國調中心[1999]207號文“EMS應用軟件基本功能實用要求及驗收細則”,以及湖北省電力調度通信局自動化科制訂的“EMS考核監視管理系統功能規范”,以湖北電網EMS功能的實用化改進和考核管理為課題,設計并建立了EMS考核監視管理系統。

該考核監視管理系統在對EMS應用軟件的功能進行實用化改進的基礎上,可以對EMS應用軟件的運行狀態及結果進行實時監視和控制,自動計算及生成EMS運行考核指標和報表。該考核監視管理系統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雜、煩瑣的數據檢索和計算工作中解放出來,提高了工作效率和準確性。通過對EMS各運行模塊的監視和控制,有效地改善了EMS的運行性能。該系統還可以將EMS的實時運行狀態,中間計算信息及計算結果在Internet網絡上,實現系統的無人值守及遠程監控和故障診斷,具有實用價值。該系統的研制成功為EMS的實用化打下了堅實的基礎,充分發揮EMS在電網安全、優質、經濟運行中的作用。

2EMS考核監視管理系統原理和結構

考核監視管理系統硬件主要包括考核監視計算機、網絡適配器和激光報表打印機等。其硬件配置如圖1所示。考核監視計算機通過雙網分別與EMS和管理信息系統(MIS)相連,其中一個網出現故障時,不影響系統的正常運行,即具備雙網切換能力。

圖1EMS考核管理系統的硬件結構Fig.1HardwaresforsupervisorycontrolsystemofEMS

考核監視管理系統軟件包括EMS自動考核監視軟件、考核指標統計管理軟件和網上信息系統三部分。其流程圖如圖2所示。

考核監視管理系統從EMS獲取有關實時數據和運行狀態信息,通過標準網絡數據通信接口,將這些實時數據和運行狀態信息傳送到EMS自動考核監視管理計算機。通過數據格式轉換軟件,在本地機上建立考核管理系統專用實時數據庫,并完成數據的計算、統計、分析和處理,生成報表、曲線等考核監視結果,刷新考核管理系統本地實時數據庫。將數據與管理信息系統(MIS)共享,在網上相關信息,并根據需要發信給電子值班員。

圖2EMS考核管理監視系統原理框圖Fig.2BlockdiagramofsupervisorycontrolsystemofEMS

流程圖的第一步是在EMS上完成必須的源程序修改和程序編制,這是專門針對湖北EMS系統(ABBS.P.I.D.E.R系統)設計的。因為某些EMS考核指標的統計信息在現有湖北電網EMS的運行狀況和輸出條件下是無法得到的。為此,針對EMS源程序進行了修改和擴充。增加了EMS的控制參數的設定和計算結果的輸出。

3系統主要功能

EMS考核監視管理系統有如下具體功能:

3.1EMS計算數據的實時監視

3.1.1母線平衡監視

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據的代數值和凈值。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;凈值偏差超過基準值的3.0%時,用黃色顯示;凈值偏差超過基準值的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據庫數據刷新周期(目前定為1min)1個點,保存時間為3天,曲線橫縱坐標可在線修改。并監視凈值更新情況,若凈值連續超過30min不更新,則可認為該路RTU停運,記錄該路RTU停運和恢復運行的事件。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EMS系統死機或EMS考核監視管理系統與EMS的網絡通信中斷,并將此全停信息送電子值班員告警。

3.1.2線損監視

計算線路兩側有功功率實時數據的差值。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。正常數據用綠色顯示;凈值偏差超過基準值的3.0%時,用黃色顯示;凈值偏差超過基準值的5.0%時,則用紅色顯示。

3.1.3變損監視

計算變壓器兩側、三側的有功功率實時數據的差值。并將差值和閾值進行比較,篩選出變損異常的變壓器。輸出結果同線損輸出結果類似。

3.1.4電壓合理性監視

計算多母線各段母線電壓實時數據的差值。并將差值和閾值進行比較,篩選出電壓異常的母線。輸出結果同線損輸出結果類似。

3.1.5遙信.遙測的一致性監視

根據開關狀態和線路潮流值相一致的原則,篩選出位置異常的開關。即遙測不為零,而遙信位置斷開的開關和遙測為零,而遙信位置閉合的開關。輸出各個位置異常的開關的名稱和實際狀態。

3.1.6遙信取反監視

監視實時系統中進行了遙信取反定義的開關。

輸出進行了取反的開關的名稱和實際狀態。

3.2EMS模塊運行狀態監視

3.2.1模塊投運狀態監視

湖北電網EMS的應用軟件包括實時數據快照模塊(SNP)、狀態量和模擬量的修正模塊(SAR)、網絡拓撲及模型建立模塊(NMB)、母線計劃模塊(BSK)、狀態估計模塊(SE)、網絡參數更新模塊(NPU)、安全分析模塊(SA)、網絡靈敏度分析模塊(NS)、調度員潮流模塊(DPF)、短期負荷預計模塊(SLF)、自動發電控制模塊(AGC)等功能模塊。EMS考核監視管理系統可以實時監視EMS各模塊的投運狀態和控制模式,并可以區別EMS各模塊投運狀態和退出狀態。在必要時候將模塊退出運行的信息送電子值班員進行告警。可以區別EMS的各種控制模式:實時狀態估計、實時調度員潮流、研究狀態估計和研究調度員潮流的方式。對EMS各模塊的投運狀態和控制模式的變化,作為帶時標事件記錄下來,保存時間為2年。

3.2.2模塊運行狀態監視

實時監視EMS各功能模塊的運行狀態。可以區別EMS各模塊的關閉狀態、初始化狀態、起動預備狀態、請求執行狀態、正在執行狀態、超時狀態、閉鎖狀態、執行完成狀態、出錯狀態和停止狀態等。在EMS應用監視器的流程圖上,標明各模塊的運行狀態。并將各模塊運行狀態的變化,作為帶時標事件記錄下來,保存時間為2年。統計各個模塊連續處于出錯狀態的次數。并設置各模塊的連續出錯狀態次數的限值,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模塊計算中間結果分析

可以檢查EMS各功能模塊軟件運行過程中間出現的異常情況,檢查引起異常的原因,并獲取EMS各功能模塊軟件運行過程出現的信息。將其在網頁上允許運行人員通過遠程互連網進行監視和故障診斷。

3.2.4模塊計算結果監視

可以實時監視EMS各功能模塊的計算結果,包括狀態估計(SE)和調度員潮流(DPF)應用模塊的迭代過程和收斂情況。并按月進行SE、DPF軟件收斂、不收斂資料的統計,將統計資料保存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EMS應用軟件的源程序、畫面和數據庫進行改造,調節改變有關算法的控制參數,使運行人員可以直接在EMS監視器畫面上對狀態估計和調度員潮流等模塊計算的過程和計算的收斂精度進行控制。

3.4EMS計算結果的統計分析

對SE、DPF模塊的計算結果進行統計分析。按照不同電壓等級量測類型基準值,計算狀態估計的估計值和調度員潮流的計算值的偏差,自動查找不合格的計算點,得到EMS狀態估計合格率指標和調度員潮流計算合格率指標。將計算結果和分析結果形成報表輸出。

3.5EMS考核指標的管理

建立EMS考核管理數據庫,根據EMS數據庫和統計的運行歷史資料,自動地逐次計算EMS運行考核指標,包括:①狀態估計覆蓋率;②狀態估計月可用率;③遙測估計合格率;④單次狀態估計計算時間;⑤調度員潮流月合格率;⑥調度員潮流計算結果誤差;⑦單次潮流計算時間;⑧負荷預測月運行率;⑨月負荷預測準確率;bk月最高(低)負荷預測準確率。

3.6EMS考核管理的信息系統

EMS考核管理的信息系統由當地機上的考核信息查閱管理軟件和網上信息系統組成。通過建立EMS考核監視管理系統主頁,將考核管理信息在網上。使運行人員既能在EMS考核監視管理系統的本地機上查閱信息,也能在通過網絡進行網上查閱,便于運行和管理人員查看。

EMS考核監視管理系統在實現上述主要功能的基礎上,綜合目前已有的AGC運行統計功能,作為EMS考核監視管理系統的一個子系統。

4系統特點

(1)EMS功能的實用化改造

EMS考核監視管理系統的考核管理范圍很廣,實現的功能全面,實用化程度高。其考核管理范圍包括EMS應用軟件的所有功能模塊。其實現的功能有:EMS計算數據的實時監視、EMS模塊運行狀態監視、EMS模塊運行的控制管理、EMS計算結果的統計分析、EMS考核指標的管理及EMS考核管理的網上信息。這其中有一部分功能在現有湖北電網EMS的運行狀況和輸出條件下是無法實現的。為此,筆者針對EMS源程序進行了詳盡的分析,并對相關模塊的功能進行了修改和擴充。增加了EMS狀態估計(SE)和調度員潮流計算(DPF)計算次數和收斂次數的統計結果,并增加了SE和DPF的控制參數的設定功能。

(2)全自動免人工在線維護

考慮到隨著電力系統的不斷擴展,由EMS管理的電力系統元件和設備將不斷增加。若要求運行人員對EMS考核監視管理系統進行手工維護,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EMS考核監視管理系統的自動化程度、實用性及可靠性。為此,本EMS考核監視管理系統采取自動跟蹤EMS元件設備參數變化的方式,EMS對新增線路、變壓器、發電機、母線和廠站等遙測、遙信量,均可以自動增加并進行監視考核。這使得運行人員無須深入了解、學習和掌握EMS的數據結構和數據內容,就可以熟練操作本系統,滿足了實用性和通用性的要求,并提高了EMS考核監視管理系統的可靠性。

(3)系統自動不間斷運行及錯誤監控

EMS考核監視管理系統對EMS服務器運行狀態可以進行監視,能夠自動識別EMS服務器的在線及備用狀態,并能夠在EMS服務器進行切換之后,自動與其同步。而在EMS單機服務器運行時,自動由平常與EMS備機服務器相連的工作模式改為與EMS主機服務器相連,繼續對EMS進行考核監視。EMS考核監視管理系統具有自我運行監視軟件模塊,一旦發現考核監視管理系統出現異常,能夠自動復位,可以(在硬件環境條件允許的情況下)對EMS的進行連續不間斷的考核監視。

5結束語

EMS考核監視管理系統于2000年8月初設計實現后,進行了全面測試并投入試運行。測試和試運行結果表明EMS考核監視管理系統的各項功能均已實現,計算結果準確可靠。EMS考核監視管理系統能自動發現EMS系統計算數據的非正常數據,各模塊的出錯狀態。可以對EMS的狀態估計模塊和調度員潮流計算模塊的計算過程和計算結果進行控制。EMS考核監視管理系統滿足了EMS運行管理人員進行EMS計算數據分析,運行狀態監視、計算過程及結果分析和EMS考核指標及報表的統計計算的需要,可代替由運行人員手工進行的繁重而復雜的數據檢索和計算,保證計算的可靠性和準確性,自動生成EMS考核指標及報表,減少了形成EMS考核指標及報表的人為主觀因素和由此可能產生的誤差,大大節省了時間,提高了工作效率。該系統為EMS的實用化打下了堅實的基礎,有助于EMS充分發揮其在電網安全、優質、經濟運行中的效益。

該EMS考核監視管理系統的硬件設備包括考核監視計算機、網絡適配器和激光報表打印機,考核監視計算機可以是一臺高性能的商業機或工控機實現。整個系統的硬件設備配置經濟,具有很高的性價比。該系統的軟件部分除了針對湖北電網EMS(ABBSPIDER系統),對其某些應用軟件進行了修改和數據格式轉換外,其它功能模塊均為通用型標準化設計,適用于其它各種類型的EMS。因此該EMS考核監視管理系統有較高的推廣應用價值。

參考文獻:

[1]國調中心[1999]207號文《關于印發“EMS應用軟件基本功能實用化要求及驗收細則”的通知》[Z].

[2]SPIDERoperator’snanual(ABBEMS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穩定與控制及管理信息系統;

周良松,博士,副教授,研究方向為電力系統穩定與控制,電力系統自動控制及計算機監控;