面向地区电网的EMS应用软件张伯明　孙宏斌　邓佑满　吴文传　应敬华　何云良　胡金双摘　要：地区电网EMS应用功能是地区电网调度和商业化运营的重要辅助决策工具，是继SCADA实用化后，地区电网调度自动化技术发展的必然趋势。但传统的EMS应用软件面向发输电系统，主要在大区电网和省网中应用。通过研究地调和网(省)调在调度管理职能、电网运行特点和自动化水平等方面的不同，设计和开发了面向地区电网的EMS应用软件系统，该系统在功能、算法和应用方法上都具有地调特色，并已在国内多家地调投入在线运行。
关键词：电力系统；能量管理系统；应用软件；地区电网
分类号：TM734ADVANCEDAPPLICATIONSOFTWAREPACKAGEOFEMSDEVELOPED
FORSUB-TRANSMISSIONPOWERNETWORKZhangBoming　SunHongbin　DengYouman　WuWenchuan
(TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)
YingJinghua　HeYunliang　HuJinshuang
(JinhuaElectricPowerBureau,Jinhua321000,China)Abstract：Advancedapplicationsoftwarepackage(PAS)ofEMSforsub-transmissionpowernetworkplaysanimportantroleinsub-transmissioncontrolcenter.Itistheinexorabletrendforthedevelopmentofsub-transmissionpowernetworkdispatchingautomationtechnology.ButconventionalPASisdevelopedandappliedtotransmissionsystem.Basedontheinvestigationonthedifferencesoffunction,operationandautomationlevelbetweensub-transmissioncontrolcenterandtransmissioncontrolcenter,anewPASappliedforsub-transmissionpowernetworkisdesignedanddevelopedinwhichlotsofcharacteristicfunctionsandnewalgorithmsforthesub-transmissionpowernetworkarestudied.　ThenewPAShasbeenappliedtoseveralsub-transmissioncontrolcentersinChina.
Keywords：powersystems；energymanagementsystem(EMS)；advancedapplicationsoftware；sub-transmissionpowernetwork▲0　引言　　EMS应用功能作为电网调度和商业化运营的重要辅助决策工具，可以使电网调度由经验型上升至科学分析型，进而大大提高电网的安全、稳定、优质和经济运行水平。但传统的EMS应用软件是面向发输电系统设计和开发的，主要在大区电网和省网中应用^［1］。近10年来，国内地区电网的SCADA应用水平有了很大提高，迫切需要实现面向地区电网的EMS应用功能，以提高地区电网调度自动化和商业化运营的水平。但由于地调和网(省)调的特点不同，不能完全搬抄网(省)调EMS应用软件，应针对地调的特色进行功能开发，研究其实现的方法和应用方法。
　　本文介绍一套已经在浙江金华等多家地调投入在线运行的EMS应用软件系统^［2］。该系统面向地区电网进行设计和开发。本文重点介绍该系统的结构、功能、算法、面向地区电网的特色及在线应用情况。1　系统概述　　系统的设计与开发采用了开放分布式的体系结构、面向对象的技术和国际标准的软件平台，采用UNIX操作系统、X—Windows/Motif图形界面和TCP/IP网络通信协议,使系统具有良好的开放性。软件系统包括支撑系统和电网分析应用两大部分。
　　支撑系统由实时数据库管理系统、图形和人机交互系统、进程管理系统和网络通信系统等几部分组成。图形和人机交互系统又由工作平台和维护平台2部分组成。其中，工作平台是电网运行分析人员所使用的人机交互环境，而维护平台是维护人员用于维护系统所使用的图形数据库工具。
　　电网分析应用功能主要由智能化的网络建模、拓扑分析和动态着色、量测系统的分析和维护、实时状态估计、短期/超短期负荷预测、外网等值、在线潮流、经济评估分析、静态安全评定、自动故障选择、灵敏度分析、校正对策分析、无功优化、在线故障计算等组成。其数据流参见图1。其中，实时状态估计功能从SCADA中获取实时断面，定期自动启动运行。图1　面向地区电网的EMS应用软件的数据流图
Fig.1　ThedataflowchartoftheEMSadvancedapplicationsoftwareforsub-transmissionsystem2　地调EMS应用功能的设计与实现　　网(省)调主要管辖由500kV，220kV和少量重要的110kV等高压或超高压系统构成的发输电系统，而地调主要管辖由少量220kV、大量110kV（或66kV）和35kV等电压等级构成的子输电系统。网(省)调与地调在调度管理职能、电网运行特点等方面的不同决定了网(省)调与地调EMS应用功能的不同。
2.1　智能化的网络建模
　　网络建模工具用于离线建立庞大的电网数据库，包括电网结构和电网参数两大部分。传统的网络建模采用图形与数据相脱离的手工录入方式，该做法工作量极大，而且极易出错，对地调维护人员的要求过高，成为地调EMS应用系统推广应用的主要障碍之一。
　　智能化的网络建模工具利用厂站单线图中隐含的电网结构信息，采用拓扑搜索算法自动生成电网结构数据库，并直接通过选择图元录入对应设备的参数，实现图形和数据库的一体化。这种做法使网络建模和维护的工作量和复杂度大幅度降低，大幅度缩短了系统建设工期，降低了对系统维护人员的要求，提高了地调EMS应用系统的实用化水平。
2.2　网络拓扑分析和动态着色
　　网络拓扑分析^［3］根据开关/刀闸的开/合状态，确定整个地区电网的电气连通关系。采用通用的深度优先算法，能处理地区电网复杂多样的主接线方式和T接线。
　　全动态图形系统将每个图元和数据库中的设备记录相关联，使图元变成了有意义的实体，电力设备带电还是不带电，线路（或变压器）是处于环网还是辐射网上，都可以在单线图或系统图上用不同颜色加以区别，实现了电网的动态着色功能。
2.3　量测系统的分析与维护
　　良好的量测系统是实现EMS应用功能的基础。地区电网的基础自动化水平相对较差，是地调EMS应用软件推广应用的另一个主要障碍，因此，提供功能强大的量测系统的分析和维护工具对系统的实用化显得特别重要。通过统计和比较分析，可诊断和汇总出远动系统中的故障，如母线和支路潮流不平衡等，便于远动人员及时处理。
　　维护人员可在界面上方便地修改不合理的遥信和遥测，正确的手工维护可以减轻实时状态估计辨识坏数据的负担，可有效提高系统对恶劣量测系统的适应性。
2.4　实时状态估计
　　实时状态估计的运行好坏直接决定了整套系统的运行质量。与网(省)调相比，地调的量测系统一般较弱，对状态估计软件的要求更为苛刻。
　　地调的遥信或刀闸状态错误较多，开发一些专家规则来进行拓扑排错，自动改正确定性的拓扑错误，且对可疑的拓扑错误给出报警，由使用人员确认后改正。对旁路代的判断中，也采用了与拓扑排错功能类似的策略。对遥测量，利用元件的物理限值和正常运行参数，结合专家规则，开发了估计前的预过滤功能，自动过滤明显的坏数据，估计后的多不良数据辨识采用了递归量测误差估计辨识法^［4］，保证了不良数据辨识既快速又可靠。
　　地区电网中，有些有载调压变压器没有分接头挡位量测，而实时分接头挡位的正确性对EMS各项应用功能的精度有较大影响，需要进行变比估计。在环路上的联络变压器变比可用基于量测残差的变比估计算法来解决，但该算法不适用于地区电网辐射状支路的变压器。对这些变压器，利用了与变压器相关的局部量测来估算变比。
　　状态估计采用基于加权最小二乘的快速分解法（35kV以上电压等级电网），计算速度快，收敛性也不成问题。牛顿法作为算法选项，可处理地区电网中存在的电流量测，以提高量测冗余度。对地区辐射状系统，结合确定的潮流方向信息，由有功潮流量测和电流量测，可进一步扩大可观测岛。
2.5　短期负荷预报
　　短期负荷预报用于预报未来1周内的系统负荷曲线。随着电网商业化运营的深入开展，地区电网需要从省网购电，即所谓的网供负荷，如何准确地预报网供负荷并制订用电计划，关系到地区电网的经济效益。与网(省)调相比，地调的负荷量较小，而且一般有随机性很大的局管电厂（如小水/火电）或冲击负荷（如钢厂），因此地调网供负荷预报的难度很大。系统中提供了强大的人机交互手段来干预局管电厂出力的预报，将预报所得的系统负荷减去局管电厂出力即为网供负荷，保证了网供负荷预报的准确性。冲击负荷的处理方法与局管电厂出力类似。
　　采用单一的方法很难保证高精度，因此采用加权综合法进行预测^［5］，参与加权的单一方法有：线性回归^［6］