第5章电力调度中心信息化与智能化(new)

第5章电力调度信息化与智能化主要内容5.1电力调度信息化发展概述5.2EMS系统5.3基于电网综合数据挖掘的辅助决策支持系统5.4电力ERP与SG1865.5智能调度电网调度肩负着电网的管理任务，在各种现代化手段的支持下，日夜监视指挥着电网的运行，使之无论在正常情况和事故的情况下，都能符合安全、经济及高质量供电的要求。具体任务包括：随着电力系统的结构日趋扩大和复杂，为保证电力系统运行的安全性和经济性，要求调度运行人员能够迅速，准确，全面地掌握电力系统的实际运行状态，预测和分析电力系统的运行趋势，对电力系统运行中发生的各种问题作出正确的处理。我国电网调度分为五级:国调、网调、省调、地调和县调，各级调度的任务有所不同。5.1.1电力调度信息化发展概述5.1.1我国电力调度信息化发展概述从20世纪30年代开始，电力系统开始建立调度中心，当时的电力调度是由调度员面对一个固定的系统模拟盘，用电话方式联系下达调度指令，由现场操作员来完成操作。调度中心的调度员无法及时和全面地了解电网的实时变化情况，在事故状况下调度员只能凭经验处理问题。到20世纪60-70年代，电力系统的自动化控制技术经历了由模拟到数字的重大转变。电力系统的各厂站运行状态数据全部由远程终端（RTU）经通讯通道传送到调度中心。调度中心采用计算机实现了调度控制和管理。整个电网运行状态的数据采集、自动发电控制、网络分析等功能全都由计算机自动完成。5.1.1我国电力调度信息化发展概述调度自动化系统的内涵调度自动化系统的内涵是电网运行和控制的信息化(智能化)；电网企业经营和管理的信息化(智能化)。调度自动化系统的外延现在的调度自动化系统已经涵盖电网调度中心的大多数计算机系统。包括:数据采集和监视(SCADA)能量管理(energymanagementsystem,EMS)电力系统实时动态监测(WAMSP)电能计量(TMR)电力市场交易(TMS)调度员培训(DTS)雷电监测，电网运行环境监测等系统故障信息管理继电保护和故障录波信息系统(二次设备在线监视与分析)调度信息管理(DMIS)电网企业管理信息系统电网监视与控制的核心系统电网的安全稳定除了需要有合理的电网结构及电源分布，还需要有科学的监视、分析、调度及控制手段。SCADA/EMS是及时了解电网的运行状态并进行科学分析的基础平台；自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)等是进行电网频率和电压控制的先进的控制手段。SCADA/EMS/AGC/AVC构成了电网监视与控制的核心。5.2EMS系统能量管理系统（EMS-EnergyManagementSystem），是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统,主要针对发电和输电系统,用于大区级电网和省级电网的调度中心。EMS的应用发展是智能电网发展的核心。EMS是以计算机技术为基础的现代电力综合自动化系统，主要用于大区级电网和省、市级电网调度中心，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息（包括频率、发电机功率、线路功率、母线电压等），并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。能量管理系统的发展从SCADA(数据采集和监视控制)系统的出现到向能量管理系统的发展,SCADA系统给电网调度人员掌握电网实时运行工况及处理事故以极大的帮助,但不能告知电网发生扰动(开关操作,事故跳闸)时的后果。为保证电网的安全运行,将电网调度自动化系统从单纯的对电网运行的安全监视功能提高到对电网运行作安全预测的要求(分析)。能量管理系统的发展要实现对电网运行安全预测,需对电网实时运行不断进行潮流计算、功角及电压稳定性计算,分析电网在发生故障时稳定破坏的可能性。SCADA/AGC发展到能量管理系统(EMS),电网调度也由单纯依靠调度人员的经验来保证电网安全运行的经验型调度提高到对电网运行进行分析计算,以保证电网安全运行的分析型调度,这是电网调度自动化技术发展中的第二次飞跃。。能量管理系统的发展目前各主流EMS产品均于20世纪90年代左右开发完成,受限于当时的计算机技术以及电力控制理论水平,其功能主要是帮助调度人员监视和分析电网的运行状况,而对电网运行方式调整和控制仍主要靠调度员来完成,远未做到真正意义上的实时自闭环调控.能量管理系统总体结构能量管理系统总体结构如图1.4所示，它主要由六个部分组成：计算机、操作系统、支持系统、数据收集、能量管理（发电控制和发电计划）和网络分析。能量管理系统总体结构EMS一般分为3级:数据收集级、能量管理级和网络分析级。数据收集级(SCADA)SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统,主要完成数据的收集、处理解释、存储和显示,并把这些实时信息传递给其它应用模块。数据收集级(SCADA)数据收集是EMS与电力系统联系的总接口,它向能量管理级和网络分析级提供实时数据;EMS通过它向电力系统发送控制信号;网络分析可以向它返回量测质量信息。能量管理级(调度决策)能量管理级利用电力系统总体信息(频率、时差、机组功率、联络线功率等)进行调度决策,主要功能有:负荷预测和发电计划。实现AGC(自动发电控制)功能。提高控制质量和改善运行的经济性,负荷预测负荷预测是指从历史负荷数据及其相关因素等资料出发,运用一定方法去合理推测将来一定时段的负荷需求情况,它是保证系统安全稳定运行与电能质量的基础,在电力系统中具有独特的重要性。从时间框架看,可分为长期、中期、短期、超短期以及节日预测,其中短期负荷预测是负荷预测的重要组成部份,它对于电厂的发电计划、竞价上网、电能量交易合同、运行及调度方式等起着重要的作用。提高短期负荷预测水平有助于经济地安排发电机组启停,合理制定检修计划,维持电网安全运行,降低发电成本,提高电能量市场交易水平,从而提高系统的安全、经济与社会效益,因此有必要对短期负荷预测进行深入研究。负荷预测日负荷预报和周负荷预报为短期负荷预报，分别用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等；月至年的负荷预报为中期负荷预报，主要是确定水库运行方式和设备大修计划等；在电源规划和网络发展时，需要数年至数十年的长期负荷预报。影响负荷大小的各种因素有温度、湿度、雨、雾、电视节目、政治活动等。负荷预报的关键是提高准确度。负荷预报的方法有多种，包括线性回归、时间序列、卡尔漫滤波、人工神经网络、专家系统方法等。AGC(自动发电控制)自动发电控制（AutomaticGenerationControl，简称AGC）技术是维持电力系统发电与负荷实时平衡，保证电力系统频率质量和安全运行的重要技术手段。自动发电控制功能模块通过控制调度区域内发电机组的有功功率使发电自动跟踪负荷变化,维持系统频率为额定值,实现负荷频率控制。AGC(自动发电控制)电力系统调度机构主站控制系统发出的指令由网络通信工作站或远程终端通信工作站通过通信网络送至电厂控制系统或机组控制器，对发电机组功率进行控制。同时，电厂和发电机组的有关信息由电厂的网络通信工作站或RTU经通信网上传至主站控制系统，供主站控制系统作分析和计算。作为控制软件的关键部分之一的AGC，实际上已经包含在EMS中网络分析级(计算和分析)网络分析级利用电力系统全面信息(母线电压和角度)进行分析与决策,提高运行的安全性,使EMS的决策能做到安全性与经济性的统一。网络分析级从SCADA级取实时量测值和开关状态信息;网络分析级从能量管理级取负荷预测值和发电计划值。主要功能有:网络结线分析、母线负荷预测、潮流计算、网损修正计算，无功优化，状态估计等。向SCADA级送量测质量信息;向能量管理级送网络修正系数和机组安全限制值。网络拓扑分析电力系统各种分析计算功能的基础是网络拓扑分析，它一方面提供电网的运行状况如电网是否发生合环、解环、并列、解列等;另一方面，给出潮流计算、状态估计等分析所需要的数值模型。电力系统中的网络拓扑分析的主要功能是将物理模型转化为数学模型。其工作的核心是当电网发生变化时，如何快速地实现拓扑，以便及时给出拓扑分析。潮流分析与计算-用以确定系统的稳态运行情况电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，根据给定的运行条件及系统接线情况,确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线的电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。潮流计算的主要目的是：用以确定系统的稳态运行情况。在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中，可以利用潮流计算来进行定量分析,可靠性和经济性。在线潮流计算是网络分析级的基础组成部分，其计算结果反映了通过给定网络结构及运行条件来确定整个网络的运行状态(主要是各节点电压幅值和相角、网络中功率分布及功率损耗等)，是运行方式合理性、可靠性及经济性定量分析的重要依据。由于开关位置直接决定网络的配电网络的连通性，在配电网潮流计算的网络拓扑系统中，当断路器或联络开关的状态发生变化时，网络拓扑紧接着变化，电网的潮流因此发生变化。潮流分析与计算-用以确定系统的稳态运行情况潮流分析与计算-电力系统安全分析的基础潮流计算又是电力系统安全分析的基础，在进行预想事故的静态安全评定和动态安全评定时，首先由潮流计算提供初始运行状态。对每一种预想事故进行元件（如支路，发电机）开断模拟的分析时，为加快计算速度，也常应用潮流计算的某些中间结果。对可能引起不安全的预想事故并按其对系统导致后果的严重程度排序后，也需要进行精确的潮流计算来复核。调度员潮流计算调度员潮流模块在能量管理系统分析软件中正处于核心地位，它不仅是分析软件的必备功能，而且是一些其他功能的基础，如无功优化、静态安全分析需要反复调用潮流程序。因此，提高潮流计算的计算速度，降低潮流计算的误差，改善潮流计算的收敛性就可以提高能量管理系统分析软件的计算速度、计算精度和适应性，给出正确决策，进而提高能量管理系统的效能。调度员潮流计算调度员潮流计算最根本的是获取实时数据进行潮流计算，运行人员根据结果确定方式的合理性,使得方式安排具有科学依据。主要有3种功能：实时数据潮流计算历史断面数据潮流计算典型断面潮流计算。调度员潮流计算a)实时数据潮流计算。此潮流计算主要用于调度员在执行解合环操作前,先可以在调度员潮流计算界面下获取实时数据进行解合环预演,从而可以确定操作前后线路、电流互感器等是否过负荷，保护是否匹配,避免解合环前后潮流变化太大,引起线路热稳定和动稳定的破坏。其次,调度员可以在模拟实时电网的环境下进行反事故预想,对当前状态下电网薄弱环节进行预演,提高调度员处理突发事故的能力。调度员潮流计算b)历史断面数据潮流计算。此潮流计算主要用于方式人员利用历史数据对电网进行分析,从而确定类似负荷和检修方式下潮流分布情况,科学合理地制定运行方式。c)典型断面潮流计算。此潮流计算也主要用于方式人员对电网特殊方式的分析研究,将特殊方式下或实时断面经过方式变化后的数据断面保存为典型数据断面,以备进一步的方式研究。调度员潮流计算调度员潮流计算是基于电网稳态下的方式研究,适用于有关技术人员分析潮流分布和调度员解合环等重大操作前预演,从而更加科学合理地制定运行方式。事故的反演。无功优化无功功率在电力系统运行中起着举足轻重的作用。无功优化运行可以提高系统的稳定性，保证电压质量并降低网络损耗，是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。无功优化研究通常以有载调压变压器变比、无功补偿容量和可调发电机机端电压为控制变量，以负荷节点电压为状态变量，以网损最小兼顾电压质量最优为目