能量管理系统分析论文

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1能量管理系统EMS的发展概述

电力系统自动化经历了“元件自动化”、“局部自动化”、“单一岛自动化”到“综合自动化(EMS)”的发展阶段，能量管理系统将各个自动化孤岛连接成为一个有机的整体。20世纪60年代提出的在线安全分析的急迫性，促进了能量管理系统的诞生；20世纪80年代频繁出现的大型电力系统电压崩溃事故，使EMS的重要性更为突出；20世纪90年代以来实行的电力市场，使电力系统的运营从垄断走向开放、走向市场，：EMS的功能子模块重新面临技术改造和补充完善的严峻挑战，突出表现在实时电价计算、最大输电能力计算、输电路径优化、输电费用计算、输电服务预调度和实时调度等。

能量管理系统的开发和应用可大致划分为四个阶段，如表1所示。

2能量管理系统EMS主要应用软件

根据各主要软件的功能及用途，可将EMS划分为五大类别：发电控制类、发电计划类、网络分析类、调度员培训模拟类、市场交易与管理类。

2.1发电控制类软件

这类软件主要由自动发电控制、发电成本分析、交换计划评估和机组计划组成。

①自动发电控制(AGC)。自动发电控制是一项成熟的技术，它有40多年的历史而且已经由模拟系统发展到数字系统，由线形反馈控制发展到最优控制。自动发电控制的基本功能包括：负荷频率控制，维持系统频率(50Hz)或／和维持区域间联络线交换功率为计划值；经济调度，确定各机组的经济基准运行点；系统备用容量监视；AGC系统性能监视。

②发电成本分析。在垄断体制下，该软件模块将定期给出每台机组及各区域总的生产成本。在电力市场环境下，每个发电厂都将成为独立发电运营商(IPP)，电网调度或交易中心在分析单个电厂成本及报价的同时，应当把握信息公开的范围和尺度，做好部分信息的保密工作。

③交换计划评估和机组计划。前者对发电交换计划的结果进行评估和AGC再校正，后者确定机组的基点功率计划和减出力计划等。

2.2发电计划类软件

发电计划类软件主要包括负荷预测、机组组合、水电计划、交换计划、火电计划等。在电力市场机制下，负荷预测应该引入电价弹性的理念；机组组合应该充分考虑不同机组在负荷曲线上的位置及其预期的报价盈利水平；交换计划应该满足购电和买电双方交易的利益均分原则；火电计划应兼顾绿色能源和环境保护的需要。

机组组合是在满足系统负荷、备用容量、机组容量、最小启动时间和最小停机时间等约束条件下，考虑机组启动费用和发电费用特性，确定系统各区域的电厂、机组次日规定时段的开停机计划，使一定周期内的总费用最小。但在计划经济体制下，人为干预和不确定性因素太多，很难自动实现。在电力市场中，报价面前人人平等，实现机组组合反而容易了。虽然机组组合功能是在交易管理系统中，目标函数不同了，但其基本算法并没有根本改变，原来的基础和经验仍然有效。

2.3网络分析类软件

网络分析类软件主要由网络拓扑、状态估计、外部网络等值、调度员潮流、安全约束调度、最优潮流、静态安全分析、暂态安全分析、电压稳定分析、无功优化、短路计算等。

网络拓扑和外部等值是EMS应用软件中最基本的功能。拓扑分析的作用在于将网络的物理模型实时转化为计算的数学模型，根据数据采集与监视系统中断路器和隔离开关的信息确定电网的电气连接状态，并将网络的物理模型转换为数学计算模型；外部等值(有静态和动态等值之分)的作用是简化计算，提高求解速度。它是对调度范围或计算范围以外的网络进行简化，以便考虑这部分网络对本区域电网的影响。两者作为公共模块广泛应用于状态估计、调度员潮流、安全分析、无功优化等程序中。

静态安全分析的作用在于，对多种给定运行方式进行预想事故分析，模拟元件或线路越限或开断故障，找出薄弱环节，评估整个系统的静态安全水平。当发现有危及系统静态安全的预想事故时，调用安全约束调度软件，以系统控制量调整最小或生产费用最低或网损最小为目标函数，提出解除有功、无功、电压越限并使系统进入新的安全状态的对策。

暂态安全分析是在给定的或预想的运行方式下，针对预想事故集中的故障或继电保护装置动作情况，判断系统是否会失去暂态稳定并确定故障的最长持续时间。电压稳定性分析可以给出预想运行方式下各个节点的电压稳定性指标、功率极限和临界电压。

最优潮流的计算目的是优化电力系统的静态运行条件，通过调节控制变量使目标函数达到最小，实现发电费用最小或购电总成本最低的经济运行目标。无功优化则是在调度员潮流分析基础上，通过改变无功设备，在满足安全约束和电压质量的条件下，使系统的有功总网损达到最小。

2.4调度员培训模拟

这主要用于培训调度员在正常状态下的操作能力和事故状态下的快速反应能力，也可用作独立系统调度员(ISO)分析电网运行状况的工具。

2.5市场交易与管理类

这主要包括实时电价计算、最大输电能力计算、输电路径优化、输电费用计算、输电服务预调度和实时调度等软件。这类软件在功能上如何与现有EMS软件整合与分工，有待进一步研究和探索。

4实例分析——以SE-9000系统为例

电力市场机制给EMS带来了巨大挑战，其主要软件模块在功能和内涵上将发生重大的变化，如SCADA、AGC、负荷预测、机组组合、调度员潮流、安全分析、无功优化、数据库结构、人机界面等。当今主流能量管理系统以SE-9000为典范，SE-9000系统以开放、稳定、实用、先进、功能完善、易维护、易扩充为主要设计目标，在系统设计中进行了图模库一体化、SCADA/PAS/FA设计一体化、人机界面一体化、开发接口一体化、维护一体化一体化设计。

4.1软件系统分析

SE-9200系统支撑平台是整个系统的核心，平台为各应用子系统提供统一的系统运行管理、数据访问、模块间通信、图形界面、权限管理、告警处理等公共服务，使各应用只需专注于各自业务逻辑的实现，如图1。

系统支撑平台可以归纳为集成总线层、数据总线层、公共服务层三层，如图2。集成总线层提供各公共服务之间、各应用子系统以及第三方软件之间规范化的交互机制；数据总线层提供适当的数据访问服务；公共服务层为各应用子系统提供公共服务，如图形界面、报表工具、告警服务等。

在应用软件方面，SE-9000系统的大型软件应用子系统除了包含常规的电网监控子系统外，还集成有集控中心子系统、电网高级应用软件子系统、电量管理子系统、调度管理子系统、配网自动化子系统等。

4.2结语

通过实际操作应用，SE-9000在操作上比较简单，拥有智能化的系统建模，界面比较人性化；在系统上采用全新的一体化设计，并适合混合平台操作。而且日常维护工作量大大减少，在数据处理上支持ORACLE等商用数据库，保证了其安全性，具有全方位的监视和管理功能。

参考文献：

[1]杜松怀.电力市场[M].北京:中国电力出版社,2006.

摘要：能量管理系统(EMS)是一套大型计算机应用软件，在传统的垂直一体化的电力系统中，其主要的功能模块有数据采集与监视(SCADA)、负荷预测、自动发电控制(AGC)、网络分析(NA)、在线经济调度、预想事故与潮流分析、发电与输电计划、开断计划等。本文在简要概述能量管理系统(EMS)发展历史及其应用软件的基础上，以SE-9000系统为实例对能量管理系统（EMS）应用进行分析。

关键词：能量管理系统；EMS；应用软件；SE-9000