万　磊

　　摘　要　湖北电网EMS是引进ABB公司的SPIDER系统。介绍了该系统的配置及发电控制、生产计划、网络监视、安全分析评估4部分功能应用情况，提出了基础调度自动化工作实用化后应在量测分布、刀闸实时信息采集、气象温度实时采集、机组运行费用数据测试等方面进一步完善的改进要求。
　　关键词　能量管理系统　调度自动化　应用
　　分类号　TM 734

THE IMPORT AND APPLICATION OF EMS FOR HUBEI ELECTRIC POWER SYSTEM

Wan Lei
Hubei Electric Power Dispatch and Telecommunication Bureau，430077，Wuhan，China

　　Abstract　EMS for Hubei Electric Power System is SPIDER system introduced from ABB Company. The system configuration and the four functions of automatic generation control (AGC), production planning, network supervision, security analysis assessment are introduced. In order to satisfy the requirement of EMS, several improvement suggestions in the practical SCADA system are put forward according to the experience from application and operation. These suggestions include metering distribution, the real-time data acquisition of isolators, the real-time acquisition of meteorological temperature and the data test of units operation charge and
so on.
　　Keywords　EMS　dispatching automation　application

1　系统概况
　　湖北电网EMS是引进ABB公司的SPIDER系统，它采用双以太网的客户服务器体系结构，满足分布式、开放性的要求。硬件配置由4台RCS300前置机(可配128套Modem)、2台SCADA服务器、2台EMS服务器、3台调度员工作站、2台通信工作站、1台开发工作站、1台便携式远方工作站、1台报表打印工作站、6台打印机、1台大屏幕背投式投影仪、1台GPS以及DEC网络交换机等设备组成。目前SCADA部分已接入厂站92个，可适应ABB的RP571规约、国标CDT以及CDT不同版本的规约，与网调实现计算机通信，并可向MIS和模拟盘转发数据。目前网络规模为：外部网4个，地区子系统18个，负荷119个，发电机93台，母线449条，线路161条，其中省间联络线12条，变压器93台，遥测量2677个，计算量4490个，遥信量3990个，其中开关量1017个。
　　EMS的应用功能分为四大部分：发电控制，网络监视,安全分析评估和生产计划。根据合同，湖北电网EMS的功能分为TYPE1和TYPE2两类。对于TYPE1的功能，ABB要负责现场调试和验收，包括发电控制部分的自动发电控制(AGC)功能、经济调度(EDC)功能、网络灵敏度分析(NS)功能，网络监视部分的实时数据快照(SNP)功能、状态和模拟量的修正(SAR)功能、网络拓扑(NMB)和动态着色(DNC)功能、母线计划(BSK)功能、状态估计(SE)功能和网络参数更新(NPU)功能。对于TYPE2的功能，ABB只负责到出厂验收。现场调试由自己完成，包括生产计划部分的短期负荷预计(SLF)功能、机组组合(UC)功能和安全分析评估部分的静态安全分析(SA)功能、调度员潮流(DPF)功能。
　　EMS运行数据库为AVANTI实时数据库，运行响应速度快。提供给用户的数据工程工具(DE)采用的是Oracle关系数据库，其界面清晰，便于用户数据的维护管理。电网模型按层次定义，共分为5个层次。数据定义采用了预定义数据类型的方式，即根据不同设备或元件类型，预先做好数据块类型定义，在定义电网模型时只需选择相应数据块类型就可完成所需数据的填写。数据库生成时，完成Oracle数据库到AVANTI实时数据库的数据转换，将用户数据转换为不同应用功能所需要的关系和格式类型。这种工作方式保证了电网模型数据的一致性，效率高，可避免人为错误。
　　在人机界面上，全部使用同样的厂站单线图、世界图、系统潮流图，调度员可以选择不同的应用功能在画面上显示不同来源的数据。在正常显示方式下，优先显示SCADA实时采集的数据，如果状态估计辨别出了坏数据，则用状态估计的结果自动代替SCADA数据显示，保证给调度员提供方便的界面。
　　各种功能模块由EMS软件监管系统管理。监管系统可确定应用序列的方式、应用模块的投入状态，监视功能模块的运行状态(关闭状态、初始化状态、启动预备状态、请求执行状态、正在执行状态、闭锁状态、超时状态、执行完成状态、停止状态)，定义应用模块的启动方式(手动启动、事件启动、周期性启动、统计启动)和执行方式。

2　功能应用
2.1　发电控制部分
2.1.1　AGC功能特点
　　AGC控制模式中，定频率控制(CFR)既可按电网额定频率，又可以按调度员设定的计划频率曲线运行。定联络线净交换功率控制(CNI)既可以按调度员设定的联络线净交换值运行，又可以按96点的交换功率计划(网供鄂计划)曲线运行。联络线偏差控制(TLB)可综合考虑以上因素。具有时间偏差校正、电能量偿还控制和生产成本计算功能。
　　湖北电网AGC除了静态经济调度功能外，还具有超前AGC功能。即超短期负荷预计和动态经济调度功能。即预计下一小时每5 min间隔的负荷，用预计的结果优化下一周期AGC控制的基点功率，提前对发电机进行调整，当系统的负荷发生变化时，发电机出力能及时满足负荷变化的要求。动态经济调度功能提高了发电控制的水平，使AGC具有预见的能力。
2.1.2　网络灵敏度分析与经济调度
　　网络灵敏度分析综合考虑电网负荷和联络线交换功率运行水平对灵敏度分析的影响。使经济调度计算充分考虑各种运行条件下网损的影响。经济调度能对采用混合燃料机组的多条运行曲线进行处理，采用最小边界调度成本的算法进行求解，它比一般的等微增率计算方法适应性要强。
2.1.3　AGC工作应用情况
　　1998年初，结合湖北电网的现状与今后发展制订出湖北电网AGC的实施方案。从电厂的基础工作到调度端AGC软件的调试，从通道建设到RTU接口设备改造，在资金安排和时间配合上都做了详细计划。经过调度、电厂和设备制造厂的共同努力、密切配合，完成了与黄龙滩水电厂（90 MW×2）和汉川火电厂（300 MW）AGC联调工作，可调容量247 MW，占系统直调容量的6.39％，实现了湖北电网AGC零的突破。1998年7月开始正式投运，1999年2月通过网调组织的AGC功能验收。
　　1999年计划对青山、汉川、鄂州、襄樊电厂的6台300 MW机组的AGC功能进行调试，扩大湖北电网AGC可调容量，出台AGC管理办法，提高湖北电网的AGC运行和管理水平。
2.2　生产计划部分
2.2.1　负荷预计
　　负荷预计按工作日和节假日来区分负荷类型，考虑天气温度对负荷的影响，采用综合平均移动的自动回归算法。预计未来10 d每24 h的负荷，并具有负荷预计误差的在线监视功能。这种方法的特点是能够根据负荷的特性，自动修正负荷预计模型的参数，使预计结果准确性不断提高。
　　气候对负荷有明显的影响，在负荷预计的模型以及数据库的定义中均考虑了气候问题。这需要采集全省每个负荷点的当地温度，目前仍采用人工输入温度数据的办法。要使负荷预计的参数能适应湖北电网的负荷特性，达到准确的预计结果，在温度量的采集上还要做实用化的工作，并需一段时间进行模型参数的自适应修正。
2.2.2　机组组合
　　机组组合根据负荷预计结果和机组的启停费用、运行燃料费用、维护费用，并考虑机组增减负荷的时间和速率限制、旋转备用和燃料约束，采用拉格朗日松弛法，应用动态规划技术，确定下周最优的机组组合安排。与优先次序法相比，求解的效果好。
　　在湖北电网经济调度和机组组合模块中，机组经济运行参数都是用相应的费用来计算的。因缺少要通过机组的试验才能测量计算到的各种费用数据，目前在软件调试中使用的参数均给定为典型参数，尚未实用化。在生产计划编制中进行机组的优化组合，进行经济调度工作，如何与目前电力工业体制改革，实现厂网分离，开展电网商业化运营，竞价上网工作的实际情况结合起来，建立电力市场优化调度体系是下一步工作要解决的重要课题。
2.3　网络监视部分
2.3.1　实时数据快照、数据修正、母线计划和网络参数更新
　　EMS数据使用的优先顺序是：调度员设定的数据，实时数据，运行经验数据，DE定义的补缺值数据。经验数据是将负荷、电压、变压器抽头等电网运行参数按照春夏秋冬不同季节、不同的工作日和节假日、每天不同的时段(1 h～24 h可调)进行长期积累、修正得到的。能代表设备的一般运行状况。
　　当数据修正(SAR)模块检测到量测标志位，表示没有更新的实时数据，也没有人工设定数据时，就取经验数据作为量测量使用。这样当RTU故障或通道不通没有实时数据时，EMS仍可以得到合理的数据。母线计划(BSK)包括负荷计划、发电机计划和调节计划3部分。负荷计划是在需要的时候，将系统负荷按网络参数更新(NPU)模块统计出的负荷分配系数分到每个负荷。负荷的分配系数有3个层次：湖北全省负荷→各地区负荷→变电站负荷组→负荷。
　　每次状态估计(SE)计算完后，NPU自动更新网络参数，为以后的数据修正功能积累经验数据。
2.3.2　网络拓扑
　　网络拓扑根据开关刀闸状态确定整个电网的连接状况，并具有开关状态与其正常状态的比较、遥信不更新状态的检查、设备退出运行监视、带电设备的监视、子系统所属厂站监视、系统解列告警的功能，具有按照子系统划分、电压等级划分、分区划分的方式进行动态着色的功能。状态估计的量测可观测性分析结果可在系统潮流图中选择动态着色的功能，直观地看到可观和不可观的区域。
2.3.3　状态估计
　　状态估计检测辨识SCADA中的坏数据，为EMS其他应用功能提供完整的、可靠的电网熟数据。另外它提供许多辅助功能，例如检测支路过载、电压或注入量越限。还提供量测系统的监视功能：根据状态估计的结果，跟踪记录遥测异常出现的时间和被检测出的次数，跟踪记录遥测状态不更新出现的时间，根据给定的门槛值按误差大小筛选列出电网中最差的遥测量及其相关的状态。这些辅助功能提供了对实时数据错误的检测手段，具有很好的实用效果。
2.4　安全分析评估部分
2.4.1　调度员潮流
　　湖北电网调度员潮流主要用于研究方式的网络分析中，包括数据读取模块、网络模型建立模块、负荷和发电分配计划模块和调度员潮流模块。调度员可选用牛顿法或PQ分解法计算，并可以选择使用联络线交换功率控制功能、分布式平衡节点功能、无功电压控制功能、变压器分接头控制功能和无功设备投切功能，对电网进行实时分析研究。
2.4.2　静态安全分析
　　安全分析由故障的定义、故障方式的筛选、故障严重性的评估3部分内容组成。根据安全分析的结果就可以确定电网当前的状态或给定条件下的状态是否安全。湖北电网安全分析软件有以下特点：
　　调度员对故障可以人工定义也可采用自动定义，既可定义单重故障也可定义多重故障。故障的定义范围包括线路、变压器、发电机、调相机、电容器、电抗器、负荷、母线、开关等。越限检测包括支路潮流越限、发电机出力越限、电容器等无功设备容量越限、母线失压和越限等。运行限值的定义分为严重程度告警限值、警报限值和轻微警报限值3级。便于调度员区分越限的严重程度。

3　进一步完善的要求
　　自动化的实用化达标工作对提高电网调度自动化的运行水平起了很大的推动作用，但这并不能说明湖北电网自动化的基础能够完全满足EMS的要求。 EMS的状态估计功能可以对SCADA中的不良数据进行识别和纠正，弥补SCADA的一些不足，但另一方面EMS对SCADA提出了比实用化指标更广、更严的要求。
3.1　量测分布方面
　　实用化指标中没有对量测分布的要求，这是由于SCADA实用化量测着重在功率总加和联络线潮流方面。而EMS对量测的要求则是全面的，进行状态估计就必须做量测系统的可观测性分析，先计算出可观测部分，再寻求不可观测部分的结果，状态估计不收敛往往就出在不可观测部分。在湖北电网中遥测量总体上冗余较多，但在局部某些厂站例如青山老厂等站的量测严重不足，影响状态估计的计算结果。
3.2　刀闸实时信息方面
　　实用化指标中没有对刀闸实时信息的要求，但进行网络拓扑时必须分析每一个开关刀闸的位置以确定元件的连接状态。湖北电网中只有鄂州电厂等少数厂站考虑了刀闸实时信息，其余厂站均未接入刀闸实时信息。虽然目前要求调度员在每次操作完成后，再进行人工登录刀闸开合状态的最后一项操作，但实际应用中仍存在问题。漏登或迟登都影响到网络拓扑的正确性。
3.3　变压器分接头方面
　　湖北电网在丰水期、枯水期以及一些特殊运行方式都要调节变压器分接头位置，而目前RTU均未将变压器分接头位置信息采集上来。运行方式调整后，分接头位置的变化不能及时反映到EMS中，这对EMS计算结果，特别是对无功分布优化带来偏差和影响。
3.4　电厂的厂用电方面
　　电网的发电功率总加与地区的用电功率总加的差值，其中除了网损外，发电厂的厂用电在这之中占有相当大的比例。有些电厂的厂用电还包含了独立的向外供电负荷，使这种差值有时达到不可允许的数值。目前，电厂的厂用电及外供负荷实时遥测均未送调度，这对EMS的负荷预计、状态估计以及相关的计算带来不小的影响。
3.5　气象情况采集方面
　　解决温度等的实时采集尚缺乏手段，人工输入温度数据不符合自动化的要求。
3.6　机组的运行费用数据测试方面
　　未能解决火电机组的投产和大修后运行参数的测试。
3.7　基础参数方面
　　实现EMS功能，不仅对SCADA的实时数据有全面的要求，对系统的基础参数也有严格的要求，特别是在新设备投产、检修的工作配合方面、机组联调实验方面, 需要相关科室更紧密的配合。目前已制订自动化科与运行方式科工作配合制度，明确对实现EMS功能的职责分工，用新的管理办法对EMS运行维护加以规范。
3.8　通道质量和主备通道数量方面
　　通道的中断和误码率增高，严重影响遥测的准确性和冗余度。

4　结语
　　电网调度自动化的实用化给EMS应用提供了基础。EMS实施后，工作中暴露出的问题，又对SCADA的完善起到指导和促进作用。要实现电网EMS各方面的应用功能，除了不断研究和应用新的先进技术、改进EMS功能的实用性外，还需要在基础自动化上进一步完善和提高。期望通过基础自动化工作的不断完善，解决系统中存在的问题，让EMS功能在湖北电网的安全经济运行中发挥更强大的作用。

　　作者简介：万　磊，男，1964年生，高级工程师，从事电网调度自动化系统的开发应用和运行管理工作。
　　作者单位：湖北电力调度通信局　430077