浅谈关于能量管理系统

在全国电网互联和电力市场的推动下, 为了对大电网的安全、优质、经济运行和环保及效益进行协调优化, 能量管理系统(EM S) 将会有一个更大的发展, 并将成为当代大电网运行不可缺少的手段。但是, 目前国内各电网的EM S 均缺乏全方位的, 功能全面的考核监视管理系统, EM S 的管理维护和考核监视主要是由运行人员手工完成, 自动化程度较低, 可靠性、准确性也较低。EM S 应用软件的使用和系统质量还有待时间的考验, 为进一步促进EM S 应用软件基本功能的实际应用, 充分发挥其在电网安全、优质、经济运行中的作用, 并配合中国一流电网调度机构考核验收来规范和指导基本功能的验收工作, 国家电力调度通信中心制定了EM S 应用软件基本功能实用要求及验收细则[ 1 ] , 要求狠抓EM S 的实用化工作。笔者根据国调中心调自[1998 ]126号文 “关于印发《能量管理系统(EM S) 应用软件功能要求及其实施基础条件》(试行) 的通知”及其附件, 国调中心[ 1999 ]207号文“EM S 应用软件基本功能实用要求及验收细则”, 以及湖北省电力调度通信局自动化科制订的“EM S 考核监视管理系统功能规范”, 以湖北电网EM S 功能的实用化改进和考核管理为课题, 设计并建立了EM S 考核监视管理系统。 该考核监视管理系统在对EM S 应用软件的功能进行实用化改进的基础上, 可以对EM S 应用软件的运行状态及结果进行实时监视和控制, 自动计算及生成EM S 运行考核指标和报表。该考核监视管理系统可以显著地减少运行人员的分析计算工作量, 把运行人员从大量复杂、烦琐的数据检索和计算工作中解放出来, 提高了工作效率和准确性。通过对 EM S 各运行模块的监视和控制, 有效地改善了 EM S 的运行性能。该系统还可以将EM S 的实时运行状态, 中间计算信息及计算结果在Internet 网络上发布, 实现系统的无人值守及远程监控和故障诊断, 具有实用价值。该系统的研制成功为EM S 的实用化打下了坚实的基础, 充分发挥EM S 在电网安全、优质、经济运行中的作用。 2　EMS 考核监视管理系统原理和结构 考核监视管理系统硬件主要包括考核监视计算机、网络适配器和激光报表打印机等。其硬件配置如图1所示。考核监视计算机通过双网分别与EM S 和管理信息系统(M IS) 相连, 其中一个网出现故障时, 不影响系统的正常运行, 即具备双网切换能力。 图1　EMS 考核管理系统的硬件结构 Fig. 1　Hardwares for superv isory con trol system of EMS 考核监视管理系统软件包括EM S 自动考核监视软件、考核指标统计管理软件和网上信息发布系统三部分。其流程图如图2所示。 考核监视管理系统从EM S 获取有关实时数据和运行状态信息, 通过标准网络数据通信接口, 将这些实时数据和运行状态信息传送到EM S 自动考核监视管理计算机。通过数据格式转换软件, 在本地机上建立考核管理系统专用实时数据库, 并完成数据的计算、统计、分析和处理, 生成报表、曲线等考核监视结果, 刷新考核管理系统本地实时数据库。将数据与管理信息系统(M IS) 共享, 在网上发布相关信息, 并根据需要发信给电子值班员。 图2　EMS 考核管理监视系统原理框图 Fig. 2　Block diagram of superv isory con trol system of EMS 流程图的第一步是在EM S 上完成必须的源程序修改和程序编制, 这是专门针对湖北EM S 系统 (ABB S. P. I. D. E. R 系统) 设计的。因为某些EM S 考核指标的统计信息在现有湖北电网EM S 的运行状况和输出条件下是无法得到的。为此, 针对EM S 源程序进行了修改和扩充。增加了EM S 的控制参数的设定和计算结果的输出。 3　系统主要功能 EM S 考核监视管理系统有如下具体功能: 3. 1　EMS 计算数据的实时监视 3. 1. 1　母线平衡监视 计算厂站母线进出线路、变压器的有功功率和无功功率实时数据的代数值和净值。并将净值和门槛值进行比较, 筛选出母线不平衡的站。用排序方式, 按净值的偏差大小显示各厂站的站名、净值及其所属的量测分量。正常厂站用绿色显示; 净值偏差超过基准值的3. 0% 时, 用黄色显示; 净值偏差超过基准值的5. 0% 时, 则用红色显示。同时可用曲线方式分别显示各厂站的净值偏差。曲线密度为每个实时数据库数据刷新周期(目前定为1 m in) 1个点, 保存时间为3天, 曲线横纵坐标可在线修改。并监视净值更新情况, 若净值连续超过30 m in 不更新, 则可认为该路RTU 停运, 记录该路RTU 停运和恢复运行的事件。事件保存时间为2个月。如果全部RTU 不更新, 则提示运行人员EM S 系统死机或EM S 考核监视管理系统与EM S 的网络通信中断, 并将此全停信息送电子值班员告警。 3. 1. 2　线损监视 计算线路两侧有功功率实时数据的差值。并将差值和阈值进行比较, 筛选出线损异常的线路。用排序方式, 按净值的偏差大小显示各厂站的站名、净值及其所属的量测分量。正常数据用绿色显示; 净值偏差超过基准值的3. 0% 时, 用黄色显示; 净值偏差超过基准值的5. 0% 时, 则用红色显示。 3. 1. 3　变损监视 计算变压器两侧、三侧的有功功率实时数据的差值。并将差值和阈值进行比较, 筛选出变损异常的变压器。输出结果同线损输出结果类似。 3. 1. 4　电压合理性监视 计算多母线各段母线电压实时数据的差值。并将差值和阈值进行比较, 筛选出电压异常的母线。输出结果同线损输出结果类似。 3. 1. 5　遥信.遥测的一致性监视 根据开关状态和线路潮流值相一致的原则, 筛选出位置异常的开关。即遥测不为零, 而遥信位置断开的开关和遥测为零, 而遥信位置闭合的开关。输出各个位置异常的开关的名称和实际状态。 3. 1. 6　遥信取反监视 监视实时系统中进行了遥信取反定义的开关。 输出进行了取反的开关的名称和实际状态。 3. 2　EMS 模块运行状态监视 3. 2. 1　模块投运状态监视 湖北电网EM S 的应用软件包括实时数据快照模块(SN P)、状态量和模拟量的修正模块(SAR)、网络拓扑及模型建立模块(NMB )、母线计划模块 (BSK)、状态估计模块(SE)、网络参数更新模块 (N PU )、安全分析模块(SA )、网络灵敏度分析模块 (N S)、调度员潮流模块(DPF)、短期负荷预计模块 (SL F)、自动发电控制模块(A GC) 等功能模块。EM S 考核监视管理系统可以实时监视EM S 各模块的投运状态和控制模式, 并可以区别EM S 各模块投运状态和退出状态。在必要时候将模块退出运行的信息送电子值班员进行告警。可以区别EM S 的各种控制模式: 实时状态估计、实时调度员潮流、研究状态估计和研究调度员潮流的方式。对EM S 各模块的投运状态和控制模式的变化, 作为带时标事件记录下来, 保存时间为2年。 3. 2. 2　模块运行状态监视 实时监视EM S 各功能模块的运行状态。可以区别EM S 各模块的关闭状态、初始化状态、起动预备状态、请求执行状态、正在执行状态、超时状态、闭锁状态、执行完成状态、出错状态和停止状态等。在 EM S 应用监视器的流程图上, 标明各模块的运行状态。并将各模块运行状态的变化, 作为带时标事件记录下来, 保存时间为2年。统计各个模块连续处于出错状态的次数。并设置各模块的连续出错状态次数的限值, 若超过此限值则将出错信息送电子值班员进行告警。 3. 2. 3　模块计算中间结果分析 可以检查EM S 各功能模块软件运行过程中间出现的异常情况, 检查引起异常的原因, 并获取 EM S 各功能模块软件运行过程出现的信息。将其在网页上发布允许运行人员通过远程互连网进行监视和故障诊断。 3. 2. 4　模块计算结果监视 可以实时监视EM S 各功能模块的计算结果, 包括状态估计(SE) 和调度员潮流(DPF) 应用模块的迭代过程和收敛情况。并按月进行SE、DPF 软件收敛、不收敛资料的统计, 将统计资料保存2年。 3. 3　模块运行的控制管理 可以对模块的控制方式进行在线设定, 并能够进行模块计算迭代过程和计算收敛精度的控制。这是对EM S 应用软件的源程序、画面和数据库进行改造, 调节改变有关算法的控制参数, 使运行人员可以直接在EM S 监视器画面上对状态估计和调度员潮流等模块计算的过程和计算的收敛精度进行控制。 3. 4　EMS 计算结果的统计分析 对SE、DPF 模块的计算结果进行统计分析。按照不同电压等级量测类型基准值, 计算状态估计的估计值和调度员潮流的计算值的偏差, 自动查找不合格的计算点, 得到EM S 状态估计合格率指标和调度员潮流计算合格率指标。将计算结果和分析结果形成报表输出。 3. 5　EMS 考核指标的管理 建立EM S 考核管理数据库, 根据EM S 数据库和统计的运行历史资料, 自动地逐次计算EM S 运行考核指标, 包括: ①状态估计覆盖率; ②状态估计月可用率; ③遥测估计合格率; ④单次状态估计计算时间; ⑤调度员潮流月合格率; ⑥调度员潮流计算结果误差; ⑦单次潮流计算时间; ⑧负荷预测月运行率; ⑨月负荷预测准确率; bk月最高(低) 负荷预测准确率。 3. 6　EMS 考核管理的信息发布系统 EM S 考核管理的信息发布系统由当地机上的考核信息查阅管理软件和网上信息发布系统组成。通过建立EM S 考核监视管理系统主页, 将考核管理信息在网上发布。使运行人员既能在EM S 考核监视管理系统的本地机上查阅信息, 也能在通过网络进行网上查阅, 便于运行和管理人员查看。 EM S 考核监视管理系统在实现上述主要功能的基础上, 综合目前已有的A GC 运行统计功能, 作为EM S 考核监视管理系统的一个子系统。 4　系统特点 (1) EM S 功能的实用化改造 EM S 考核监视管理系统的考核管理范围很广, 实现的功能全面, 实用化程度高。其考核管理范围包括EM S 应用软件的所有功能模块。其实现的功能有: EM S 计算数据的实时监视、EM S 模块运行状态监视、EM S 模块运行的控制管理、EM S 计算结果的统计分析、EM S 考核指标的管理及EM S 考核管理的网上信息发布。这其中有一部分功能在现有湖北电网EM S 的运行状况和输出条件下是无法实现的。为此, 笔者针对EM S 源程序进行了详尽的分析, 并对相关模块的功能进行了修改和扩充。增加了 EM S 状态估计(SE) 和调度员潮流计算(DPF) 计算次数和收敛次数的统计结果, 并增加了SE 和DPF 的控制参数的设定功能。 (2) 全自动免人工在线维护 考虑到随着电力系统的不断扩展, 由EM S 管理的电力系统元件和设备将不断增加。若要求运行人员对EM S 考核监视管理系统进行手工维护, 势必将增加运行人员的工作量, 提高对运行人员的要求和降低EM S 考核监视管理系统的自动化程度、实用性及可靠性。为此, 本EM S 考核监视管理系统采取自动跟踪EM S 元件设备参数变化的方式, EM S 对新增线路、变压器、发电机、母线和厂站等遥测、遥信量, 均可以自动增加并进行监视考核。这使得运行人员无须深入了解、学习和掌握EM S 的数据结构和数据内容, 就可以熟练操作本系统, 满足了实用性和通用性的要求, 并提高了EM S 考核监视管理系统的可靠性。 (3) 系统自动不间断运行及错误监控 EM S 考核监视管理系统对EM S 服务器运行状态可以进行监视, 能够自动识别EM S 服务器的在线及备用状态, 并能够在EM S 服务器进行切换之后, 自动与其同步。而在EM S 单机服务器运行时, 自动由平常与EM S 备机服务器相连的工作模式改为与EM S 主机服务器相连, 继续对EM S 进行考核监视。EM S 考核监视管理系统具有自我运行监视软件模块, 一旦发现考核监视管理系统出现异常, 能够自动复位, 可以(在硬件环境条件允许的情况下) 对 EM S 的进行连续不间断的考核监视。 5　结束语 EM S 考核监视管理系统于2000年8月初设计实现后, 进行了全面测试并投入试运行。测试和试运行结果表明EM S 考核监视管理系统的各项功能均已实现, 计算结果准确可靠。EM S 考核监视管理系统能自动发现EM S 系统计算数据的非正常数据, 各模块的出错状态。可以对EM S 的状态估计模块和调度员潮流计算模块的计算过程和计算结果进行控制。EM S 考核监视管理系统满足了EM S 运行管理人员进行EM S 计算数据分析, 运行状态监视、计算过程及结果分析和EM S 考核指标及报表的统计计算的需要, 可代替由运行人员手工进行的繁重而复杂的数据检索和计算, 保证计算的可靠性和准确性, 自动生成EM S 考核指标及报表, 减少了形成EM S 考核指标及报表的人为主观因素和由此可能产生的误差, 大大节省了时间, 提高了工作效率。该系统为 EM S 的实用化打下了坚实的基础, 有助于EM S 充分发挥其在电网安全、优质、经济运行中的效益。 该EM S 考核监视管理系统的硬件设备包括考核监视计算机、网络适配器和激光报表打印机, 考核监视计算机可以是一台高性能的商业机或工控机实现。整个系统的硬件设备配置经济, 具有很高的性价比。该系统的软件部分除了针对湖北电网EM S (ABB SP IDER 系统) , 对其某些应用软件进行了修改和数据格式转换外, 其它功能模块均为通用型标准化设计, 适用于其它各种类型的EM S。因此该 EM S 考核监视管理系统有较高的推广应用价值。 致此 敬礼 鹤岗广播电视大学 计算机信息管理 张向文2010-10-13