调度自动化系统中计算量点的应用
北极星电力网技术频道
作者:电力论文3
2007/12/24 18:42:30
摘要随着计算机技术的发展，调度自动化系统的计算量点资源较前有比较大的宽松。怎样进一步利用这些资源，增强调度自动化系统的功能，是调度自动化系统实用化工作开展以后的一项具体工作。本文介绍了利用计算量点，完成实时线损变损计算、电容器投切容量和统计分析、功率因数计算、遥测数据精度自动监测和有功、无功电流相关计算等应用功能的情况。
关键词电网调度自动化系统计算量点
1 前言
随着电力调度自动化系统的发展，调度自动化系统越来越成为电力调度不可分割的一部分，尤其是实用化工作开展以来，电网运行对电力系统自动化的要求更是逐步提高。因此，在现有的调度自动化系统上，充分发挥和利用调度自动化系统的现有资源，是电网调度自动化系统实用化工作以后的一个重要工作。近年来，随着计算机技术的发展，调度自动化系统资源紧张的矛盾得到初步缓解，各项性能指标进一步提高，如调度自动化系统中的计算量点较前有比较大的宽松。怎样进一步利用这些资源，增强调度自动化系统的功能，从而更好地为电网安全、经济、稳定、可靠运行提供保障，是调度自动化系统实用化工作开展以后的一项具体工作。
沧州电业局电网调度自动化系统已于1995年完成了实用化功能验收。根据具体情况，我们开发了部分应用功能。针对计算量点的情况，完成了实时线损变损计算、电容器投切容量和统计分析、功率因数计算、遥测数据精度自动监测和有功、无功电流相关计算等应用功能。这样，计算量点资源闲置的问题得到了很好地解决，自动化系统的功能也得到了加强。2 沧州电网调度自动化系统简介
2.1 总体框架
沧州电网调度自动化系统为双主机、双前置机、多工作站的开放式Client/Server网络结构，如图1所示。
网络采用以太网结构，主机工作站、前置机和网络服务器均通过各自所配网卡的RJ-45插座，连至网络集线器(HUB)上。双机切换柜分别与两台前置机中的多口智能接口相连，MODEM与双机切换柜线路一对一相连。
2.2 系统开发环境
沧州电网调度自动化系统主机采用ALPHA3000/600小型机，操作系统为OPENVMSV6.1 C。工作站采用DECPC机，主频120M，内存16M，硬盘800M。
沧州电网调度自动化系统数据库系统体系与数据处理功能相对应，数据库系统可划分成：
2.2.1 实时数据库
(1)模拟量数据库。存放各种生产现场采集而来的模拟量及其相关属性，主要有：点名、点标识、原值、工程值、值状态、比例因子、偏移量、死区、变化时间、报警上下限、合理值上下限、是否追忆、是否打印、是否上模拟盘、全天最大最小值及发生时刻、峰段最大最小值及发生时间。
(2)数字量数据库。存放各种生产现场采集而来的数字量及相关属性，主要有：点名、点标识、点状态、开合状态、变位时间、报警追忆状态、是否报警、是否追忆、是否打印、变位时间记录、事故状态等。
(3)计算量数据库。存放由各种算术逻缉运算构成的表达式计算值及其相关属性，主要有：点名、点标识、点状态、原值、工程值、死区、变化时间、报警上下限、合理值上下限、是否追忆、是否打印、是否上模拟盘、全天最大最小值及发生时刻、峰段最大最小值及发生时间。
(4)系统配置数据库。配置系统的运行参数，包括各种数据库的容量和各种程序处理、采样周期的定值。主要有厂站数、各站YC、YX及计算量点数、通信规约、端口、厂站状态设备描述等。
(4)离线模拟量数据库。人工设置的模拟量。
(5)离线数字量数据库。人工设置的数字量。
2.2.2 历史数据库
历史数据库定期(5min)从实时数据库中读取模拟量，按一定的结构顺序存入历史档案中。为了保证在历史数据库容量不断变化的情况下仍能正确存取历史数据，引入了版本号和索引数据库。
为方便与其他应用系统数据的共享，在应用系统中加入了数据转换的系统，按用户需要提供标准的数据文件(如ASCII文本文件)，或者指定的数据库数据文件，如DBASE，ORACLE。
3 实时线损、变损计算
3.1 实时计算线损变损能够达到目的
(1)动态观察正常方式及非正常方式时，电网各条线路及各变电所的线路损耗、变压器损耗、线路损耗率及其变压器损耗率。
(2)便于统计每月、每年及设定的时间段，电网各条线路、各变电所的线路损耗、变压器损耗、线路损耗率及其变压器损耗率。
(3)便于观察、统计分析电网网损和网损率。
3.2 实时线、变损计算应用程序的设计方案
选取的电气计算公式。
3.2.1线损计算
(1)线路电阻：R=r·l
(2)线路损耗：△PL=3I2R=(P2 Q2)R/U2
式中P、Q——线路的有功功率、无功功率，即YC采集量；
U——线路送端电压，即YC采集量；
r——线路单位长度的电阻，即离线量；
L——线路长度，即离线量。
线路损耗率=△PL/P×100
3.2.2 变损计算
以三绕组变压器为例，其各绕组损耗分别为
△P(D1)=(△P(D1-2) △P(D1-3)-△P(D2-3))/2
△P(D2)=(△P(D1-2) △P(D2-3)-△P(D1-3))/2
△P(D3)=(△P(D1-3) △P(D2-3)-△P(D1-2))/2
变压器各绕组的电阻分别为
R(B1)=△P(D1)×U2×1000/S2
R(B2)=△P(D2)×U2×1000/S2
R(B3)=△P(D3)×U2×1000/S2
变压器损耗：
式中△P0——变压器空载损耗。
变压器损耗率=〔△P(B)/P〕×100
运算结果可存入历史库中，并能长期保存。
3.3 计算模式
(1)线路：
1)正常方式时分别计算每段线路；
2)异常方式时分别计算每段线路；
3)异常方式减正常方式时分别计算每段线路。
(2)变压器：
1)一台变压器的有功功率损耗；
2)两台变压器并列的有功功率损耗；
3)两台变压器单台运行的有功功率损耗。
3.4 实现模式
实现可观察、可打印如下功能：
(1)曲线模式：可显示和比较两种不同电网运行方式下的线损、变损及线损率、变损率数值。
(2)图形模式：可动态显示不同电网运行方式下的线损、变损及线损率、变损率数值及损耗分布图。
(3)报表模式：可定点和召唤打印各时段的线损、变损及线损率、变损率数值。
4 电容器投切容量及统计分析
沧州电业局调度自动化系统对于电容器一般只采集了电容器断路器位置信号，所以通过对电容器开关位置(0与1的值)与电容器空量值进行乘法运算，从而求出电容投入量的值。 为方便对电容器投切容量的统计分析，我们对全网电容器设备进行了管理，可实时运算出全网总的电容投入量及投入百分比，根据各变电所设备的不同分布可实时显示出电容器投入组数等相关量。
5 功率因数的计算
功率因数的计算能实时反映每条线路及关口的情况，通过限制其控制值大小，可将功率因数监视在一定范围之内。
5.1 功率因数计算的设计方案
选取的电气计算公式
cosφ=
式中P、Q——为实时采集YC数据。
5.2 实现模式
由于功率因数的计算结果以计算量的形式存在，所以cosφ可实现类似YC量的曲线、棒图和报表等多种模式。
6 遥测数据精度自动监测
提高遥测合格率的关键是及时发现不合格遥测点并及时处理，最大限度减少不合格遥测小时数。及时发现不合格遥测点是提高遥测合格率的重要环节。在远动系统的运行过程中，面对众多的遥测数据，远动运行人员很难经常核对遥测情况。每月即使由检修人员的现场实际核对亦难及时发现问题。而利用SCADA系统计算量点功能进行遥测数据精度自动监测，对提高遥测合格率具有一定价值。
6.1 遥测精度自动检测的设计方案
利用电网潮流分配平衡原理，同一结点相关遥测值的总和应该是平衡的，将相关遥测求和，其差值的大小应在一定的范围内。利用SCADA系统中越限处理功能，当误差值超过一定范围，系统自动向远动管理工作站报警，提示立即处理，从而能及时发现不合格遥测点。为防止系统频繁报警，可将报警死区设定稍大些。
6.2 计算模式
6.2.1 主变压器模式(以三绕组变压器为例)
∑P=0
∑Q=0
对于一台三绕组变压器，遥测误差P可用以下公式计算
P=P1 P2 P3 P4
式中P1——主变压器一次测总有功(采集量)；
P2——主变压器二次测总有功(采集量)；
P3——主变压器三次测总有功(采集量)；
P4——主变压器损耗。
说明：(1)〖WTBX〗P〖WTBZ〗为各遥测代数和差值。
(2)遥测采集量符号定义为以母线为参考点，入母线为负，出母线为正。
(3)以下计算均相同。
正常情况下我们将遥测误差P的越限报警范围设定在比主变损耗稍大一些范围内，当遥测误差P超过这个范围，即认定主变一、二、三次侧的某一采集值出现了问题。
同样可用上公式计算出Q6
Q6=Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
式中Q5——补偿无功；
Q6——无功误差。
6.2.2 母线模式
∑P=0
∑Q=0
∑I=0
对于一条母线，遥测误差可用以下公式计算
P=∑Pi ∑Po
式中∑Pi——母线某进线有功(采集量)；
∑Po——母线某出线有功(采集量)。
同样，将P的越限报警范围设定在遥测精度合理范围内，当P越过这个范围，即认定某进线或出线的某一采集值出现了问题。
按同样原理可计算出Q和I
Q=∑Qi ∑Qo
I=∑Ii ∑Io
6.2.3 线路模式
对于一条线路，遥测误差P可用以下公式计算
P=P6 P7 P5
式中P6、P7——线路送收两端有功(采集量)；
P5——线路损耗。
正常情况下，将P的越限报警范围设定在比线路损耗稍大一些范围内，当P超过这个范围，即认定线路两端某一采集值出现了问题。
同样可计算出Q和I
Q=Q6 Q7 Q5
I=I6 I7 I5
7 有功无功电流相关计算
在调度自动化系统中，由于各种原因使得YC的采集并不能十分周全，如某一线路只采集了有功、无功，但却未采集电流，因此我们可以采样下式计算
I=1.732×/U
计算的结果由于为计算量，因此同样可以实现越限报警，历史数据存储等一般功能。
同样，根据上式可以计算P和Q
P=
Q=
8 应用效果及意义
计算量点的应用功能开发以来，使调度自动化系统计算量点资源闲置的问题得到了很好地解决，自动化系统的功能也得到了很大的加强，并且在电网运行中发挥了重要作用。
例如，实时线损、变损计算功能的投入使用方便了电网管理工作，使电网运行方式更趋合理，并且减少了线路及变压器损耗，相当于减少了线路和变压器的电流和无功功率损耗，减少了电压损耗，提高了电能质量，增强供电可靠性。
遥测数据精度自动监测的应用，使检测遥测数据精度及遥测可用性上有了技术手段，遥测总体精度得到了提高，加速了遥测数据出现问题时的处理速度，从而提高了遥测合格率。本方法在沧州电网调度自动化系统应用以来，遥测合格率也从1997年的98.77上升到了1998年的99.65。
功率因数计算和有功无功电流相关计算功能，节约了采集数据而增加的硬件投资，使系统采集的数据更加完整直观。
(注：本文获优秀论文三等奖)
来源：中国电能质量
