杭大建
嘉兴电力局调度所，浙江省嘉兴市314000
1 问题的提出
随着体制改革的不断深化，电力工业将逐步实现“公司化改造、商业化运营、法治化管理”和“厂网分开、竞价上网”的新型体制。为了有利于电网的发展并保证电力企业本身的经济效益和用户的利益，对提供优质电力产品方面提出了更高的要求，其中主要指标为：供电可靠性99．9％～99．99％、网损降低10％、电压合格率98％、供电能力提高10％。这就促使电网运行与管理手段要采用适合于社会主义市场经济的现代化管理。
图1给出嘉兴电网采用的自动化系统。图中包括数据采集和监视控制系统（SC ADA）、能量管理系统（EMS）、调度员培训模拟（DTS）、配电管理系统（DMS）、管理信息系统（MIS）等。可见，由于嘉兴供电网跨接高压子输电系统和中低压配电系统，二次自动化所涉及的范围和项目，较常规的发输电网为多，而且还在不断发展。
图1 嘉兴电网自动化配置图
本文将在逐项分析其主要功能的基础上，探讨对这些自动化装置和系统实施一体化管理的途径和前景。
2 自动化装置和系统的主要功能
2．1 嘉兴电网调度自动化SCADA系统概况
嘉兴电网SCADA系统已经稳定运行两年多，实现了“遥测、遥信、遥调、遥控”四遥功能。在该系统正常稳定运行的基础上，嘉兴大部分110 kV变电所已经实现无人值班。同时，该系统也为电网规划、设计、年度中长方式的各种离线计算提供了大量的历史数据。大量的离线计算对确保嘉兴电网安全、经济、稳定运行起到了重要作用。
2．2 电能量管理系统（EMS）
目前基于调度员经验的传统型操作运行与管理已不能适应大电网的安全运行，必须实现电网实时管理，以保证电网的安全运行并完成各项指标。
采用EMS可以使调度由经验型调度上升到科学的实时分析型调度，提高调度员的调度能力和素质，从而有效地提高电网的安全、优质、经济运行水平，更好地为电网商业化运行服务。EMS输出信息丰富、智能化程度高、实用性强。能合理组织有用的信息，以各种形象化的方式显示给调度员，许多应用功能都能给出最好的调度决策建议方案，供调度员参考，采用智能处理方法，提出系统最薄弱环节，引起调度员注意。EMS的具体功能有：
（1）状态估计
状态估计利用遥测系统采集的信息估算出电力系统的实时运行状态，给出电网中各母线的电压和相角，各线路和变压器的潮流，各母线的负荷和各发电厂的发电机出力。
（2）超短期母线负荷预报
超短期母线负荷预报，可预测全系统的总负荷，并把全系统各母线负荷预测出来。母线负荷预报是在在线潮流的基础上预测一段时间以后的母线负荷，为预防控制和事故预想分析创造条件。
（3）在线潮流和安全分析
在线潮流计算能够给出嘉兴电网运行状态的信息，在系统发生扰动时，如秦山、嘉兴电厂三台300 MW机组停一台，220 kV或110 kV线路停役，出力负荷的调节，变压器分接头的调节等情况下，能给出扰动后系统的潮流分布的精确结果，完成事故预想和安全分析。并能分类计算各类元件运行停役的损耗来决定嘉兴地区小火电的不同时段的开机方式和出力，使电网的损耗最小。
（4）自动故障分析（N－1校验）
自动故障扫描对系统所有支路、发电机进行N－1开断，给出每个故障开断可能引起的过负荷和电压越界，指出薄弱环节，对日检修方式进行在线安全校验。
（5）备用电源自投装置（BZT）
嘉兴110／35 kV电网双电源辐射状运行的变电所均有BZT来保证供电可靠性，因此需要在N－1校验中模拟BZT动作，来考察事故后新运行方式时各线路、主变过负荷和电压异常，指出具体元件及越限情况。
（6）灵敏度分析
在潮流研究中，要求保证潮流解，而且要分析某些变量发生变化，会引起其他变量发生多大的变化。需要进行潮流灵敏度分析，如何有效的控制母线电压，解除支路过载、降低网损等。灵敏度分析分为3类：有功类、无功类、经济类。控制量可任选发电机、负荷的有功、无功，变压器分接头、电容器、电抗器。
（7）无功功率优化
无功功率和电压的控制和管理是嘉兴电网调度的重要职责。电网中各点的电压不同，它与无功功率的负荷水平、分布、大小、变压器抽头位置等许多因素有关，电压水平不仅影响电能质量，而且影响电网安全运行。发鹿适保缤械偷缪谷舻貌坏郊笆钡奈薰χг贾碌缪贡览：途植康缤呓獾亩裥允鹿省?BR> 嘉兴电网在正常运行情况下，监控中心各变电所根据电压水平和功率因数的需要随时调整变压器分接头，投切电容器、电抗器，调整发电机无功出力，使系统电压维持在合理水平，同时使系统输电损耗尽可能小，避免无功功率的不合理传送，实现无功功率的分层就地平衡，并实现电压合格率98％以上，功率因数按时段分别达到高峰大于等于0．95，低谷范围0．92～0．95之间。
无功功率优化的目标是网损为最小，并使变压器经济运行。为进行无功最优调度，可以给出优化前后的网络元件上的有功损耗下降量排序表，给调度人员远方监控无功功率和电压提供实时操作运行的科学依据。
（8）短路电流计算
电力系统发生故障后，系统中元件上的电流、电压变化受到故障类型、故障地点、网络结构以及实时潮流的影响，而且可能出现多重故障。
（9）动态安全分析
电力系统在故障扰动情况下的暂态稳定是调度和运方人员十分关心的问题。在故障时继电保护及自动装置动作后，系统是否会失去暂态稳定；即使不会失去暂态稳定，但这种故障情况下系统的稳定裕度如何；采取何种措施才能提高系统的稳定裕度，这些问题都属于动态安全分析范畴。由于系统的暂态稳定情况与运行方式密切相关，而系统结线、运行方式以及系统负荷都是变化的，利用实时数据对当前系统进行暂态稳定分析有重要的实用价值。
2．3 调度员培训模拟（DTS）
DTS系统是新一代调度员培训仿真系统，可以用于调度员培训、电网安全经济分析、事故重演和分析、运行计划研究和制定，可以十分方便地利用实时数据进行在线培训，可以提供“操作票”和应用于操作票校验，以最严重的开断操作来考察培训调度员处理严重事故的能力，对避免系统发生误调度起到了重大作用。它的功能包括：
（1）倒闸操作模拟
模拟倒闸操作及系统合解环操作过程。根据电力设备实时运行状态来检查操作是否正确，对常见的错误操作给出报警并激发故障。例如：对带地线合开关、带负荷拉刀闸、带负荷合刀闸、非同期合环和并列等操作，能进一步模拟误操作后继电保护和自动装置动作情况。
（2）调度综合业务管理
主要功能是：运行检修信息管理，设备异常（缺陷）管理，其他调度业务数据管理。如：自动保存各变电所日、月、年最高（低）负荷，最高（低）电压、出现时间及当时变电所的运行工况，调度日志管理等。
嘉兴电网EMS边界及外围模拟范围是：瓶窑变220kV／500kV母线以北的电网。因瓶窑三回220kV线路的运行情况直接影响嘉兴电网安全供电和地方小电厂的开机方式。220kV崇贤变、钱塘变以内的电网为可观测范围。
2．4 DMS的主要功能
DMS的主要功能是：
（1）变电站、开闭所及配电馈线实时数据采集与处理，配网实时运行状态显示与监控；
（2）馈线自动化功能；
（3）电压和无功功率控制调节；
（4）负荷管理；
（5）地理信息系统（GIS）；
（6）配电设备管理；
（7）配网网络拓扑建模；
（8）状态估计，在线潮流分析计算；
（9）事故分析；
（10）负荷预报；
（11）DTS培训。
目前嘉兴城区配网由城郊分局调度管辖，2001年新调度大楼建成后，将地、市两级调度合并，根据调度范围划分原则，利用DMS系统进行电网运行与管理。
2．5 负荷曲线统计和电能量计费系统
嘉兴电网的电力负荷曲线统计和电能量计费系统的最终目标是：为嘉兴电网的商业化运行提供技术支持。实现地县（市）两级负荷曲线的统计分析，及对管辖范围的联络线口子电能量、上网电能量、购网电能量和网损电能量进行自动结算；实现电能量统计以及地县（市）之间电能量计费集中抄表。
负荷曲线统计已经实现以下自动功能：
（1）地调和县（市）调、省调之间负荷计划值的自动传送；
（2）地调和县（市）调间实现执行负荷曲线传送；
（3）地调及县（市）调与SCADA系统通信；
（4）负荷曲线合格率双自动统计。
电能量计费系统要实现以下电价自动计费：
（1）系统峰、谷、平分时电价；
（2）协议电价；
（3）系统用电按电网频率高低电价；
（4）年、月、周各县（市）分时送电电价；
（5）直属电厂分时电价；
（6）网外送受分时电价；
（7）系统事故紧急支援电价；
（8）发电厂承担调峰时电价；
（9）计划内超用及计划用电的电价；
（10）新电新价；
（11）还本付息电价；
（12）违约电价。
2．6 故障录波器远程联网
通过故障录波器远程联网，组成了故障信息管理和故障综合分析系统。
这套系统具有完善的故障录波器装置及定值数据库，完善的电网故障信息数据库，以及功能完备的电网故障综合分析系统，可使得电网自动化运行水平大大提高。同时本网络系统也将成为全局生产、管理、运行信息化建设的重要组成部分。（1）获取变电所录波器信息
当变电所的故障录波器启动后，能自动向主站发送紧急制表信息，当主站响应并接收完紧急制表信息后，计算机发出声响信号，并在屏幕上显示启动的故障录波器设备号及所在变电所的站名，同时提示值班人员是否要求传送录波图。
（2）紧急制表
紧急制表的表格内容有：故障线路及相别、跳闸相别、故障距离、由故障开始到给出跳闸信号的动作时间、断路器跳闸时间、故障后第一周波和故障电流有效值、母线电压有效值、断路器重合时间、再次故障相别、各个保护动作时间、再次跳闸时间、再次故障后第一周波的故障电流有效值和母线电压有效值。
（3）系统综合分析软件
借助于已经建立的故障录波器信息数据库及时进行波形分析、故障分析、谐波分析、故障测距、故障诊断。
2．7 变电运行、检修、送电线路综合网络管理信息系统
该系统在局端设置变电运行、检修、送电线路综合网络管理信息系统服务器，此服务器为全局生产子系统的服务器。
变电运行信息网主要功能是：
（1）变电所日志系统；
（2）工作票系统；
（3）变电所实时数据RTU截取系统；
（4）变电所实时当地功能系统；
（5）变电所实时／历史数据统计报表曲线系统；
（6）变电所故障异常智能诊断系统；
（7）变电所操作系统。
变电检修信息网功能是实现变电检修、生产、管理流程化、自动化。
送电线路信息网络功能是开发线路管理地理信息系统，并以此为基础，建设线路运行检修网络管理系统，实现各项技术资料、各类统计报表、各类档案资料、设备缺陷、工作流程等网络化自动化管理。
3 众多自动化系统的一体化管理
SCADA、EMS、DTS、DMS、MIS系统是电网运虑，满足信息的完整性、可靠性要求，提高管理效率，并适应今后各种应用的新发展。为此，必须实现嘉兴电网SCADA、EMS、DTS、DMS、负荷曲线电能量计费、故障录波器联网和MIS的一体化系统管理。
以往，这些自动化装置和系统各自为政，有的即使互联，也是通过转换实现的有缝集成，以至长期形成“多岛自动化”的局面。90年代以来，随着开放系统的兴起，按照接口标准来实现无缝的系统集成，已是必然的发展趋势。
但是，这样的系统集成，并没有摆脱多岛自动化基于单个应用进行集成的特征，集成系统之间存在着信息冗余、共享水平较低等问题。要作到多个应用的一体化管理，就必须对整个集成系统实施信息的统一管理、分层共享和分布应用。进一步根据IEC国际标准实现应用软件和应用系统的“即插即用”，乃至应用元件级的“方法共享”。
（1）信息的统一管理、分层共享和分布应用。按信息分类、分层、发布原则将电力系统各种应用分为实时、管理、网际三类。如图1中与电网运行有关的为实时信息，MIS为管理信息（今后与内联网／互联网开通后将出现网际信息）。实时信息和管理信息分别实行信息的统一管理、分层共享和分布应用，并仅在最高层次开通实时系统和管理系统之间共享信息的交互，但所有共享方并不享有对该信息的控制权，用以确保整个集成系统数据的一致性、无冗余性和唯一的可控性。嘉兴电网当前正在从事这一工作。
（2）应用软件和应用系统的“即插即用”。象嘉兴这样含高压主网和中低压配网在内的发展中的地区级电网，应用软件和应用系统项目众多且时有增补更新。因此，应用接口的开放尤为重要，这也是嘉兴电网今后自动化发展的一个方向。
（3）应用元件级的方法共享。如EMS中安全分析所需的潮流软件，可以继承选用潮流计算的方法。这是众多系统集成、实施“一体化”管理的最高目标，大大有利于用户简化和优化各种应用。但有关应用必须符合IEC面向对象的标准才行，这正是各有关开发厂家所共同面临的一个挑战。
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