EMS系统在地区电网调度中的应用

摘要：ems(Energy Manage System)，能量管理系统，是在SCADA系统的功能之上，在对电网的实时遥测和遥信信息采集处理的基础上，对电网进行科学的安全、经济分析，以便电网运行质量更加优质、稳定的高级应用软件。

关键词：EMS系统 管理系统 软件功能

1 EMS系统简介

EMS(Energy Manage System)，能量管理系统，是在SCADA系统的功能之上，在对电网的实时遥测和遥信信息采集处理的基础上，对电网进行科学的安全、经济分析，以便电网运行质量更加优质、稳定的高级应用软件。

由衡水供电公司与清华大学电机系联合开发的衡水地区电网调度EMS系统是一个基于WINDW0S NT平台，采用面向对象的V C十十可视化编程语言，嵌入SQL Server商用数据库，具有良好开放性的电网分析软件。该系统与我公司原有的SCADA系统成功接口，由SCADA中获取实时数据，完成包括状态估计、负荷预报、在线潮流、无功优化、故障分析、外部等值等在内的各项功能，并对实时数据进行在线分析，从而为电网的安全、经济运行提供强有力的决策支持，极大地提高了电网调度的自动化水平。

图1 EMS系统网络结构

2 系统典型配置

(1) 硬件配置。

采用PIII450高档微机，128M内存，9G硬盘，21寸显示器，可以满足目前衡水电网计算的主要性能指标的要求，系统硬件节点可以扩充。

(2) 软件配置。

系统的整个软件按层次结构组织，每层软件均匀模块化结构。

①系统软件。

所有服务器／工作站采用NT操作系统，微机工作站运行于Windows环境下。

②诊断和监视软件。

系统具有对网络节点的运行状态及数据通令的监视诊断功能，并具有完善的进程管理和监视功能。

③支持软件。

采用数据图形一体化支撑环境，包括数据库系统以及人机界面系统，从而可以采用统一的数据、图形、符号规范标准对数据库、画面进行维护。

应用开发工具和编程语言采用标准VISUAL C十十语言和FORTRAN语言。

3 软件功能简介

(1) 实时状态估计。

具有网络拓扑分析的功能，能根据遥信信息自动确定电网的拓扑结构。利用线路或变压器的有功、无功潮流量测、节点注入有功、无功测量、母线电压量测、零注入量测、零阻抗支路潮流测量进行状态估计。并可检测和辨识状态信息中的和遥测信息中的错误，找出量测系统的薄弱环节，在遥测和遥信信息具备的条件下，可以估计变压器分接头的位置，估计量测偏差值，并用单线图或列表显示估计结果。

调度员可以在画面上屏蔽和修改实时遥信，对无遥信信息的刀闸状态人工置位，无变压器分接头量测的人工改变档位，人工改变各种控制参数，设置伪量测，改变权因子，对明显不合理的量测进行屏蔽或修改，并允许设置量测偏差量。

最后，给出估计结果的合理性分析，显示被过滤掉的量测和边界节点估计情况以及不合理的负荷估计值，显示低质量量测，以便于运行人员分析、判断，及时、准确地掌握电网的运行工况，并做出相应的处理。

(2) 系统负荷预测和母线负荷预测。

系统负荷预测功能，可以根据历史负荷数据，预报未来24小时的系统负荷，或一周中每天24小时的系统负荷。预测过程考虑了负荷形态的相关特性及变化趋势。预测模型可以在线自动生成和修改，人工进行干预，并考虑节假日和气象因素的影响。采用SACDA数据进行预测，原始数据和预报值可人工修改，并保留修改前后的结果。

在实际运行中，负荷预测可分区进行，周期运行或人工启动。

(3) 在线调度员潮流。

可用实时数据进行计算，也可用历史数据或预报的数据进行计算。外部网络无遥测、遥信信息可用时，可根据外网正常运行工况进行外网静态等值，外网接线方式可人工修改，边界母线由程序自动搜索生成。

能够实现变压器分接头位置的调节，进行各种断路器、刀闸的变位操作，变位后的网络拓扑可自动生成。

可给出内部网实时的检修方式下的潮流计算，还可模拟母线故障，计算和母线相联的所有断路器全部跳开情况下的稳态潮流解。计算网络解列后几个独立子网络的潮流，可运行的孤岛的计算结果不失真，最大解列岛数为5个，并可指定安全分析和最优潮流等软件模块需要计算的岛号。

可以分步调整潮流或测试灵敏度，对不同的10kV母线之间的等值线路建模后，可计算开合环电流。

(4) 自动故障选择(即N—1十1校验)及校正对策。

可方便、直观地定义事故集，根据指定的事故集对系统中所有支路进行扫描，对不引起系统解列的单支路开断按对系统电流越限和电压越界影响的严重程度进行排序，给出每个故障开断可能引起的电流越限或电压越界数目以及越界元件，指出薄弱环节。

可以给出电流越限和电压越界两种情况的事故排队门槛，在此门槛以下队列中的故障不会引起系统越界现象，系统会给出相应的校正对策，即给出无功出力或主变分接头位置，以及无功元件投切等信息。对于现有调整手段不能解除越界的给出次优方案，并给出揭示信息。

可以选择以快速交流潮流开断计算为基础的算法，也可以选择基于灵敏度分析的快速算法，算法的收敛精度可人工改变。

可以实现检修方式下的自动故障选择，对日检修方式进行在线安全校验。

对母联自投、线路自投、过负荷联切、低电压过负荷等自动装置可方便地进行定义，并根据自己装置间的逻辑配合关系，在电网操作时由运行状态驱动相应的自动装置动作，同时给出不同自动装置的动作顺序。

(5) 电压无功优化控制。

该模块通过确定电容器和电抗器的投切量及变压器抽头的位置，来保证电压在限值之内，从而使系统有功网损降到最低，并能给出电压越限和正常情况下的无功源的调整对策。

该系统可以人工选择控制变量类，按厂站给出优化前后的无功出力情况和变压器分接头的值以及网损变化的统计值和系统元件越界情况等信息。同时，还可将日负荷按时段给出无功优化结果。

(6) 在线网损计算。 该系统能自动地根据状态估计的结果对全网、区域网及各支路的网损情况进行跟踪计算，在进行网损计算时，潮流计算的时间间隔最小可设为1分钟。

该系统还能根据需要按小时、日、月、季、年统计全网和区域网或各元件的网损电量和网损率，所有结果可通过人机接口在单线图上指定显示，也可以列表打印输出。

(7) 短路电流计算。

短路电流计算部分可灵活地手动对故障进行定义，故障点可以选在系统的任一节点，或支路上的任一点，也可预先指定一个故障集，按顺序对指定故障进行计算，计算结果可分别按各节点电压、各支路电流、分支系统、短路容量等方式以表格和分布图的形式一次输出，输出值可以选择有名值或标么值和一次值或二次值。

(8) 网络等值。

该系统具备网络等值功能，可以人工设定和修改外部网的范围，根据外部网的正常运行工况进行外部网络静态等值，并提供数据接口，将地调需要的数据由省调转发使用。

(9) 网络通讯系统。

系统采用分布式体系结构，由网络通信模块负责局域网上各节点工作站之间实时数据的传输和整个网络系统的信息共享，采用TCP／IP协议，提供高速、可靠、双向的通讯机制，既可以实现成组广播，又可以实现点到点通讯。

同时，采用面向连接的客户——服务器模式。提供广域网通讯机制，支持系统远程登录，可方便地进行远程维护。

4 结束语

该系统自投入运行以来，大大地方便了电网调度人员和运行方式人员以及保护人员及时准确地了解电网，同时应用在线分析功能，根据分析的结果对电网的运行方式进行及时精确的调整，以保证电网在任意时刻均运行于最优状态下，极大地提高了电压质量合格率，确保了电网的安全、稳定、经济运行，取得了良好的经济效益和社会效益。

我们认为，该系统具备以下几个特点：功能齐全完善，软件成熟可靠，核心程序采用了先进、实用、有效的算法，性能优良。例如，状态估计中采用清华大学提出的递归量测误差估计辨识法来辨识不良数据，这一方法的采用，使对多相关不良数据辨识的速度和辨识可靠性都得到了大大提高。最优潮流算法采用的是由清华大学独创的有功无功交叉逼近算法，该算法可2～5个快速分解潮流计算时间内给出最优潮流的结果。