能量管理系統(tǒng)

鄭曉峰

摘要:能量管理系統(tǒng)(EMS)是一套大型計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件,在傳統(tǒng)的垂直一體化的電力系統(tǒng)中,其主要的功能模塊有數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視(SCADA)、負(fù)荷預(yù)測、自動發(fā)電控制(AGC)、網(wǎng)絡(luò)分析(NA)、在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度、預(yù)想事故與潮流分析、發(fā)電與輸電計(jì)劃、開斷計(jì)劃等。文章在簡要概述能量管理系統(tǒng)(EMS)發(fā)展歷史及其應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上,以SE-9000系統(tǒng)為實(shí)例對能量管理系統(tǒng)(EMS)應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:能量管理系統(tǒng);EMS;應(yīng)用軟件;SE-9000

中圖分類號:TM734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)20-0097-01

1能量管理系統(tǒng)EMS的發(fā)展概述

電力系統(tǒng)自動化經(jīng)歷了“元件自動化”、“局部自動化”、“單一島自動化”到“綜合自動化(EMS)”的發(fā)展階段,能量管理系統(tǒng)將各個自動化孤島連接成為一個有機(jī)的整體。20世紀(jì)60年代提出的在線安全分析的急迫性,促進(jìn)了能量管理系統(tǒng)的誕生;20世紀(jì)80年代頻繁出現(xiàn)的大型電力系統(tǒng)電壓崩潰事故,使EMS的重要性更為突出;20世紀(jì)90年代以來實(shí)行的電力市場,使電力系統(tǒng)的運(yùn)營從壟斷走向開放、走向市場,:EMS的功能子模塊重新面臨技術(shù)改造和補(bǔ)充完善的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),突出表現(xiàn)在實(shí)時電價計(jì)算、最大輸電能力計(jì)算、輸電路徑優(yōu)化、輸電費(fèi)用計(jì)算、輸電服務(wù)預(yù)調(diào)度和實(shí)時調(diào)度等。

能量管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用可大致劃分為四個階段,如表1所示。

2能量管理系統(tǒng)EMS主要應(yīng)用軟件

根據(jù)各主要軟件的功能及用途,可將EMS劃分為五大類別:發(fā)電控制類、發(fā)電計(jì)劃類、網(wǎng)絡(luò)分析類、調(diào)度員培訓(xùn)模擬類、市場交易與管理類。

2.1發(fā)電控制類軟件

這類軟件主要由自動發(fā)電控制、發(fā)電成本分析、交換計(jì)劃評估和機(jī)組計(jì)劃組成。

①自動發(fā)電控制(AGC)。自動發(fā)電控制是一項(xiàng)成熟的技術(shù),它有40多年的歷史而且已經(jīng)由模擬系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字系統(tǒng),由線形反饋控制發(fā)展到最優(yōu)控制。自動發(fā)電控制的基本功能包括:負(fù)荷頻率控制,維持系統(tǒng)頻率(50Hz)或/和維持區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線交換功率為計(jì)劃值;經(jīng)濟(jì)調(diào)度,確定各機(jī)組的經(jīng)濟(jì)基準(zhǔn)運(yùn)行點(diǎn);系統(tǒng)備用容量監(jiān)視;AGC系統(tǒng)性能監(jiān)視。

②發(fā)電成本分析。在壟斷體制下,該軟件模塊將定期給出每臺機(jī)組及各區(qū)域總的生產(chǎn)成本。在電力市場環(huán)境下,每個發(fā)電廠都將成為獨(dú)立發(fā)電運(yùn)營商(IPP),電網(wǎng)調(diào)度或交易中心在分析單個電廠成本及報(bào)價的同時,應(yīng)當(dāng)把握信息公開的范圍和尺度,做好部分信息的保密工作。

③交換計(jì)劃評估和機(jī)組計(jì)劃。前者對發(fā)電交換計(jì)劃的結(jié)果進(jìn)行評估和AGC再校正,后者確定機(jī)組的基點(diǎn)功率計(jì)劃和減出力計(jì)劃等。

2.2發(fā)電計(jì)劃類軟件

發(fā)電計(jì)劃類軟件主要包括負(fù)荷預(yù)測、機(jī)組組合、水電計(jì)劃、交換計(jì)劃、火電計(jì)劃等。在電力市場機(jī)制下,負(fù)荷預(yù)測應(yīng)該引入電價彈性的理念;機(jī)組組合應(yīng)該充分考慮不同機(jī)組在負(fù)荷曲線上的位置及其預(yù)期的報(bào)價盈利水平;交換計(jì)劃應(yīng)該滿足購電和買電雙方交易的利益均分原則;火電計(jì)劃應(yīng)兼顧綠色能源和環(huán)境保護(hù)的需要。

機(jī)組組合是在滿足系統(tǒng)負(fù)荷、備用容量、機(jī)組容量、最小啟動時間和最小停機(jī)時間等約束條件下,考慮機(jī)組啟動費(fèi)用和發(fā)電費(fèi)用特性,確定系統(tǒng)各區(qū)域的電廠、機(jī)組次日規(guī)定時段的開停機(jī)計(jì)劃,使一定周期內(nèi)的總費(fèi)用最小。但在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下,人為干預(yù)和不確定性因素太多,很難自動實(shí)現(xiàn)。在電力市場中,報(bào)價面前人人平等,實(shí)現(xiàn)機(jī)組組合反而容易了。雖然機(jī)組組合功能是在交易管理系統(tǒng)中,目標(biāo)函數(shù)不同了,但其基本算法并沒有根本改變,原來的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)仍然有效。

2.3網(wǎng)絡(luò)分析類軟件

網(wǎng)絡(luò)分析類軟件主要由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)估計(jì)、外部網(wǎng)絡(luò)等值、調(diào)度員潮流、安全約束調(diào)度、最優(yōu)潮流、靜態(tài)安全分析、電壓穩(wěn)定分析、無功優(yōu)化、短路計(jì)算等。

2.4調(diào)度員培訓(xùn)模擬

這主要用于培訓(xùn)調(diào)度員在正常狀態(tài)下的操作能力和事故狀態(tài)下的快速反應(yīng)能力,也可用作獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)度員(ISO)分析電網(wǎng)運(yùn)行狀況的工具。

2.5市場交易與管理類

這主要包括實(shí)時電價計(jì)算、最大輸電能力計(jì)算、輸電路徑優(yōu)化、輸電費(fèi)用計(jì)算、輸電服務(wù)預(yù)調(diào)度和實(shí)時調(diào)度等軟件。這類軟件在功能上如何與現(xiàn)有EMS軟件整合與分工,有待進(jìn)一步研究和探索。

3實(shí)例分析——以SE-9000系統(tǒng)為例

電力市場機(jī)制給EMS帶來了巨大挑戰(zhàn),其主要軟件模塊在功能和內(nèi)涵上將發(fā)生重大的變化,如SCADA、AGC、負(fù)荷預(yù)測、機(jī)組組合、調(diào)度員潮流、安全分析、無功優(yōu)化、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、人機(jī)界面等。當(dāng)今主流能量管理系統(tǒng)以SE-9000為典范,SE-9000系統(tǒng)以開放、穩(wěn)定、實(shí)用、先進(jìn)、功能完善、易維護(hù)、易擴(kuò)充為主要設(shè)計(jì)目標(biāo),在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行了圖模庫一體化、SCADA/PAS/FA設(shè)計(jì)一體化、人機(jī)界面一體化、開發(fā)接口一體化、維護(hù)一體化一體化設(shè)計(jì)。

SE-9200系統(tǒng)支撐平臺是整個系統(tǒng)的核心,平臺為各應(yīng)用子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的系統(tǒng)運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)訪問、模塊間通信、圖形界面、權(quán)限管理、告警處理等公共服務(wù),使各應(yīng)用只需專注于各自業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn),如圖1。

系統(tǒng)支撐平臺可以歸納為集成總線層、數(shù)據(jù)總線層、公共服務(wù)層三層。集成總線層提供各公共服務(wù)之間、各應(yīng)用子系統(tǒng)以及第三方軟件之間規(guī)范化的交互機(jī)制;數(shù)據(jù)總線層提供適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)訪問服務(wù);公共服務(wù)層為各應(yīng)用子系統(tǒng)提供公共服務(wù),如圖形界面、報(bào)表工具、告警服務(wù)等。

在應(yīng)用軟件方面, SE-9000系統(tǒng)的大型軟件應(yīng)用子系統(tǒng)除了包含常規(guī)的電網(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)外,還集成有集控中心子系統(tǒng)、電網(wǎng)高級應(yīng)用軟件子系統(tǒng)、電量管理子系統(tǒng)、調(diào)度管理子系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化子系統(tǒng)等。

4結(jié) 語

通過實(shí)際操作應(yīng)用,SE-9000在操作上比較簡單,擁有智能化的系統(tǒng)建模,界面比較人性化;在系統(tǒng)上采用全新的一體化設(shè)計(jì),并適合混合平臺操作。而且日常維護(hù)工作量大大減少,在數(shù)據(jù)處理上支持ORACLE等商用數(shù)據(jù)庫,保證了其安全性,具有全方位的監(jiān)視和管理功能。

參考文獻(xiàn):

[1] 杜松懷.電力市場[M].北京:中國電力出版社,2006.