摘要: 能量管理系統(EM S) 是當代大電網運行不可缺少的手段, 但是我國各電力公司EM S 應用軟件的實用化程度還較低。最近, 國家電力公司對於各調度部門的EM S 提出了實用化要求, 並提出了考核標準, 各調度部門都在為這壹目標而努力。因國內網省調大部分采用國外的EM S, 不具備考核統計功能, 作者根據國調中心提出的實用化要求, 對湖北EM S 進行了EM S 考核監視管理系統的研究和實施。該系統深入 EM S 核心內部, 結合外部軟件編程, 對EM S 的運行參數進行人工設置並對EM S 應用軟件的運行狀態及結果進行實時考核統計和控制。該系統對EM S 各應用軟件進行了全方位、功能全面的自動不間斷規範化考核監視, 為EM S 的實用化打下了堅實的基礎。
關鍵詞: EM S; 監控系統; 電力系統
中圖分類號: TM 734 文獻標識碼:A
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(EM S) 將會有壹個更大的發展, 並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EM S 均缺乏全方位的, 功能全面的考核監視管理系統, EM S 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。EM S 應用軟件的使用和系統質量還有待時間的考驗, 為進壹步促進EM S 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, 並配合中國壹流電網調度機構考核驗收來規範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EM S 應用軟件基本功能實用要求及驗收細則[ 1 ] , 要求狠抓EM S 的實用化工作。筆者根據國調中心調自[1998 ]126號文 “關於印發《能量管理系統(EM S) 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“EM S 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“EM S 考核監視管理系統功能規範”, 以湖北電網EM S 功能的實用化改進和考核管理為課題, 設計並建立了EM S 考核監視管理系統。
該考核監視管理系統在對EM S 應用軟件的功能進行實用化改進的基礎上, 可以對EM S 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EM S 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 EM S 各運行模塊的監視和控制, 有效地改善了 EM S 的運行性能。該系統還可以將EM S 的實時運行狀態, 中間計算信息及計算結果在Internet 網絡上發布, 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EM S 的實用化打下了堅實的基礎, 充分發揮EM S 在電網安全、優質、經濟運行中的作用。
2 EMS 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EM S 和管理信息系統(M IS) 相連, 其中壹個網出現故障時, 不影響系統的正常運行, 即具備雙網切換能力。
圖1 EMS 考核管理系統的硬件結構 Fig. 1 Hardwares for superv isory con trol system of EMS
考核監視管理系統軟件包括EM S 自動考核監視軟件、考核指標統計管理軟件和網上信息發布系統三部分。其流程圖如圖2所示。
考核監視管理系統從EM S 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EM S 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, 並完成數據的計算、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(M IS) ***享, 在網上發布相關信息, 並根據需要發信給電子值班員。
圖2 EMS 考核管理監視系統原理框圖 Fig. 2 Block diagram of superv isory con trol system of EMS
流程圖的第壹步是在EM S 上完成必須的源程序修改和程序編制, 這是專門針對湖北EM S 系統 (ABB S. P. I. D. E. R 系統) 設計的。因為某些EM S 考核指標的統計信息在現有湖北電網EM S 的運行狀況和輸出條件下是無法得到的。為此, 針對EM S 源程序進行了修改和擴充。增加了EM S 的控制參數的設定和計算結果的輸出。
3 系統主要功能
EM S 考核監視管理系統有如下具體功能:
3. 1 EMS 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。並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1 m in) 1個點, 保存時間為3天, 曲線橫縱坐標可在線修改。並監視凈值更新情況, 若凈值連續超過30 m in 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EM S 系統死機或EM S 考核監視管理系統與EM S 的網絡通信中斷, 並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。並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。並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。並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.遙測的壹致性監視
根據開關狀態和線路潮流值相壹致的原則, 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. 2 EMS 模塊運行狀態監視
3. 2. 1 模塊投運狀態監視
湖北電網EM S 的應用軟件包括實時數據快照模塊(SN P)、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 (N PU )、安全分析模塊(SA )、網絡靈敏度分析模塊 (N S)、調度員潮流模塊(DPF)、短期負荷預計模塊 (SL F)、自動發電控制模塊(A GC) 等功能模塊。EM S 考核監視管理系統可以實時監視EM S 各模塊的投運狀態和控制模式, 並可以區別EM S 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EM S 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EM S 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EM S 各功能模塊的運行狀態。可以區別EM S 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 EM S 應用監視器的流程圖上, 標明各模塊的運行狀態。並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於出錯狀態的次數。並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EM S 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, 並獲取 EM S 各功能模塊軟件運行過程出現的信息。將其在網頁上發布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EM S 各功能模塊的計算結果, 包括狀態估計(SE) 和調度員潮流(DPF) 應用模塊的叠代過程和收斂情況。並按月進行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, 並能夠進行模塊計算叠代過程和計算收斂精度的控制。這是對EM S 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EM S 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. 4 EMS 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EM S 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. 5 EMS 考核指標的管理
建立EM S 考核管理數據庫, 根據EM S 數據庫和統計的運行歷史資料, 自動地逐次計算EM S 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. 6 EMS 考核管理的信息發布系統
EM S 考核管理的信息發布系統由當地機上的考核信息查閱管理軟件和網上信息發布系統組成。通過建立EM S 考核監視管理系統主頁, 將考核管理信息在網上發布。使運行人員既能在EM S 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, 便於運行和管理人員查看。
EM S 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A GC 運行統計功能, 作為EM S 考核監視管理系統的壹個子系統。
4 系統特點
(1) EM S 功能的實用化改造
EM S 考核監視管理系統的考核管理範圍很廣, 實現的功能全面, 實用化程度高。其考核管理範圍包括EM S 應用軟件的所有功能模塊。其實現的功能有: EM S 計算數據的實時監視、EM S 模塊運行狀態監視、EM S 模塊運行的控制管理、EM S 計算結果的統計分析、EM S 考核指標的管理及EM S 考核管理的網上信息發布。這其中有壹部分功能在現有湖北電網EM S 的運行狀況和輸出條件下是無法實現的。為此, 筆者針對EM S 源程序進行了詳盡的分析, 並對相關模塊的功能進行了修改和擴充。增加了 EM S 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, 並增加了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EM S 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EM S 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EM S 考核監視管理系統的自動化程度、實用性及可靠性。為此, 本EM S 考核監視管理系統采取自動跟蹤EM S 元件設備參數變化的方式, EM S 對新增線路、變壓器、發電機、母線和廠站等遙測、遙信量, 均可以自動增加並進行監視考核。這使得運行人員無須深入了解、學習和掌握EM S 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, 並提高了EM S 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
EM S 考核監視管理系統對EM S 服務器運行狀態可以進行監視, 能夠自動識別EM S 服務器的在線及備用狀態, 並能夠在EM S 服務器進行切換之後, 自動與其同步。而在EM S 單機服務器運行時, 自動由平常與EM S 備機服務器相連的工作模式改為與EM S 主機服務器相連, 繼續對EM S 進行考核監視。EM S 考核監視管理系統具有自我運行監視軟件模塊, 壹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 EM S 的進行連續不間斷的考核監視。
5 結束語
EM S 考核監視管理系統於2000年8月初設計實現後, 進行了全面測試並投入試運行。測試和試運行結果表明EM S 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。EM S 考核監視管理系統能自動發現EM S 系統計算數據的非正常數據, 各模塊的出錯狀態。可以對EM S 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。EM S 考核監視管理系統滿足了EM S 運行管理人員進行EM S 計算數據分析, 運行狀態監視、計算過程及結果分析和EM S 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EM S 考核指標及報表, 減少了形成EM S 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 EM S 的實用化打下了堅實的基礎, 有助於EM S 充分發揮其在電網安全、優質、經濟運行中的效益。
該EM S 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壹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EM S (ABB SP IDER 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, 適用於其它各種類型的EM S。因此該 EM S 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《關於印發“EM S 應用軟件基本功能實用化要求及驗收細則”的通知》[Z].
[ 2 ] SP IDER operator’ s nanual ( ABB EM S 操作手冊) [Z]. 收稿日期: 2000212204; 改回日期: 2001202214。