三维协调的电网能量管理系统及对电网的评估及控制方法

专利名称：三维协调的电网能量管理系统及对电网的评估及控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统调度自动化领域，涉及电网调度中心三维协调的自动预警、决策 和控制方法。
背景技术：
能量管理系统(EMS, Energy Management System)是现代电网调度中心的计算机实 时监控和辅助决策系统。其原理是利用高速通信网采集电网实时运行数据，建立电网的数 学模型，进行发电控制和电网潮流计算，进行电网安全分析和控制决策计算，利用计算结 果辅助调度员决策，或者直接对电网实施闭环控制，达到电网安全经济运行的目.的。现有的能量管理系统已有近40年的发展历史，《能量管理系统(EMS)》 一书(于尔铿， 刘广一，周京阳.北京科学出版社，1998)对传统的EMS做了全面的介绍，传统的EMS 采用主、备机模式， 一台服务器充当主服务计算，另一台服务器作为热备用。该系统基于 SCADA系统(即数据采集与监控系统，是能量管理系统的基础，负责对电网实时状态进行数 据采集并将能量管理系统的控制指令下发给当地的执行控制机构)，实现了包括电网实时 状态估计，潮流计算，静态安全分析，最优潮流分析，经济调度分析和自动发电控制(AGC) 等功能。但传统的EMS存在以下问题-1) 运行模式一一已有EMS是基于静态潮流断面的研究分析，调度员潮流和静态安全 分析需要人工请求才执行；自动故障选择虽然可以自动运行，但只评估电网静态安全，不 能评估电网动态安全；虽然能在电网发生事件时报警，但不能在事件没有发生之前进行经 过实时网络分析计算后做出的预警；调度员在发现问题时可以用EMS进行分析，事故后总 结经验，但是不能在潜在问题未暴露前对电网情况进行全面综合的分析和判断，指导预防 控制。2) 电网建模一一己有EMS由调度中心各自独立建立本辖区的电网模型，不能在线建 立全局电网模型，缺少在全局电网高度进行的上下级电网纵向之间和平级电网横向之间的 协调；调度中心管辖外的电网采用离线等值模型，其外网等值模型是固定不变的；各调度 中心之间、沒有在线交换电网模型信息。3) 分析决策一 —已有EMS的实时网络分析只具备了稳态分析功能，不具备在线动态 分析功能，也不具备电压稳定分析功能，没有考虑继电保护和安全自动装置配合不当引起 事故扩大的分析。4) 闭环控制一 —已有EMS虽然有了AGC自动闭环控制，但AGC是基于量测的，不是 基于网络分析的，没有在实时控制模型里统一考虑网络安全约束，而且控制是基于断面的，不具备不同时间尺度控制之间的协调；无功优化软件只用于开环计算，没有实现按照控制 时间分级的系统级的在线无功电压闭环控制。5)支撑平台一一传统EMS虽然是基于局域网的分布式结构，但核心部分还是基于服 务器的主备机运行方式，不能适应大量微分-代数方程的解算要求；虽然软件系统己由面向 结构的软件编程向面向对象编程发展，但是不能适应在集群计算机上动态分配多任务的并 行计算的要求。为了解决以上问题，国内外学术界曾开展了相关的研究工作，但就已经发表的成果看， 主要是针对上述某个具体问题的研究，没有在以上5个方面全面设计的解决方案。本发明人对涉及能量管理系统中的具体实现技术已申请了多项中国专利或发表了多 篇学术论文，分别说明如下① 电力系统外网等值自动生成方法(中国专利ZL 200510086549. 8，张伯明，孙宏斌， 吴文传，张海波)，该发明提出了自适应生成缓冲网的外网静态和动态等值技术，实时跟 踪电网运行状态变化实现实时外网等值自动生成方法，应用于电网能量管理系统中的模型 重建； '② 多区域电网潮流模型的在线合并方法(申请了中国专利200710176083. X,张伯明， 吴文传，孙宏斌，蒋维勇，已公开)，提出了多个区域电网的模型或等值模型的在线合并 方法，并提出了自动生成全网匹配的潮流分布的方法，应用于电网能量管理系统中的模型 重建；③ 基于动态连续潮流的电力系统静态电压稳定的评估方法(申请中国专利 200710065199.6，孙宏斌，李钦，张伯明，吴文传，郭庆来，已公开)提出了一种不受平 衡点选择影响的静态电压稳定的评估方法，应用于电网能量管理系统中的安全评估与预 警； 基于EMS的动态安全分析系统(学术论文，郭琦，张伯明，王守相.电力系统自动 化，2004， 28(8): 57-62)提出了在电网能量管理系统(EMS)中如何实现暂态稳定安全 评估和预警的方法，应用于电网能量管理系统中的安全评估与预警；⑤ 在线继电保护智能预警系统开发(学术论文，吕颖，孙宏斌，张伯明，吴文传，等. 电力系统自动化，2006， 30(4): 1-5)提出了在电网能量管理系统(EMS)中如何实现继 电保护定值的在线校核和预警的方法，应用于电网能量管理系统中的安全评估与预警；⑥ 电力系统潮流不可行的在线预防控制(学术论文，刘明松，吴文传，张伯明,等.电 力系统自动化，2008,32(1))提出了一种基于最小不匹配函数法和连续线性规划的潮流恢 复算法，自动给出控制方案，该方法应用于电网处于正常不安全状态的预防控制。⑦ 一种用于预防支路型失稳故障的灵敏度方法(学术论文，赵晋泉，江晓东，张伯明， 中国电机工程学报，2004， 24 (12): 69-73)提出了一种采用线路故障参数化灵敏度和连 续线性规划，实现了对电网发生预想故障出现电网失稳后的自动控制方法。该方法应用于电网处于正常不安全状态的预防控制。⑧ 一种在线电力系统静态稳定增强控制算法(学术论文，赵晋泉，江晓东，张伯明， 一种在线电力系统静态稳定增强控制算法，中国电机工程学报，2005, 25 (8): 7-12)提 出了采用负荷灵敏度技术实现对电网提高电压稳定裕度的增强控制方法。该方法应用于电 网增强预防控制。⑨ 电力系统中基于软分区的电压控制方法(中国专利ZL200510098527.3，孙宏斌，张伯 明，吴文传，郭庆来，李钦)提出了一种基于软分区的电压控制方法，该方法应用于电网 处于正常安全状态下的无功电压优化控制；⑩ 一种电力系统自动发电控制的超前控制方法(申请中国专利200710175251.3，张伯 明，吴文传，孙宏斌，李予州，周劼英)，本发明通过预测未来5-15分钟的负荷需求，进 行实时和超前的有功调度控制。 一方面，消除执行日前发电计划过程中的功率不平衡量， 保证计划机组良好跟踪日前计划；另一方面，为秒级AGC机组预留足够的调节空间，保证 AGC控制级的正常运行；另外，当电网发生阻塞时，实时调度控制发出校正控制命令调整 机组出力，解除断面的潮流越限。该方法可应用于电网处于正常安全状态下的有功频率优 化控制。但直到目前为止，还未见有对上述传统能量管理系统的多方面的不足进行全面解决的 方案。发明内容本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种三维协调的电网能量管理系统 及对电网评估及控制方法，本发明可自动跟踪电网变化、在空间、时间和目标等三维度上 协调，进行综合预警和辅助决策，实现对电网安全、经济、电能质量的综合闭环控制。本发明提出的三维协调的电网能量管理系统，其特征在于，该三维协调的电网能量管 理系统是安装在电网调度中心，对电网进行实时监视、评估与控制的计算机系统；该系统 包括电网模型重建子系统，电网安全评估与预警子系统，有功频率优化控制子系统和无功电压优化控制子系统，以及后台计算子系统和系统前台；其中，电网模型重建子系统利 用数据采集与监控系统从电网实时采集设备的运行状态，将上级电网下发的上级电网的等 值模型与本辖区的电网模型合并形成全局电网模型并得到匹配的全网潮流分布；电网安全 评估与预警子系统基于该全局电网的实时运行模型，对电网运行的安全和经济水平进行实时的评估，识别出电网运行的安全状态；若电网处于紧急状态，则自动对电网进行校正控 制；若电网处于正常不安全状态，则自动给出对电网的预防控制方案；无功电压优化控制 子系统利用电网安全评估与预警子系统的评估结果，进行电网的无功电压控制，以降低网 损、提高电压稳定裕度；有功频率优化控制子系统利用电网安全评估与预警子系统的评估 结果，进行电网的有功频率优化控制；所述后台计算子系统由一组采用集群技术的计算机机群组成的系统的后台，用于完成该系统的海量计算任务；系统前台由若干台工作站作为 用户终端组成，并通过以太网与后台的计算机集群互联；所有的控制指令经后台计算子系 统计算和验证后，通过数据采集与监控系统下发给电网的当地执行机构。本发明采用所述系统对电网的评估及控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1) 上一级调度中心利用状态估计结果进行在线网络等值，并把实时生成的等值电网模 型和实时数据下发给下级电网调度中心；2) 电网调度中心用上一级调度中心下发的上级电网的实时等值电网模型与本辖区电 网模型在线合并，生成全局电网等值模型和匹配的潮流分布；3) 根据全局电网等值模型实时跟踪全局电网运行状态，自动进行电网静态、电压稳定、 暂态稳定和继电保护定值配合等方面的安全分析，并对评估结果进行综合分析，识别电网 的安全状态；4) 当识别出电网处于紧急状态时(指电网出现线路过载、母线电压越限或系统正向失 稳过渡)，进行校正控制对策计算，直接下达控制命令或者通过调度员确认下达控制命令， 转步骤7); '5) 当识别出电网处于正常不安全状态时(指电网若发生预先指定的故障集中的故障 后，系统出现线路过载、母线电压越限或系统失去稳定的状态)，进行预防控制对策计算， 自动给出预防性控制方案，转步骤7);6) 当识别出电网处于在正常安全状态时(指不出现4)和5)情况的状态)，进行有功 实时调度闭环控制和无功电压优化闭环控制，转步骤7);当电网状态发生重大变化(包括系统潮流发生大规模转移，母线电压发生跌落，开关 发生变位，继电保护、自动装置发生动作，变电所站的事故总信号被触发，系统频率发生 大的变化等)或下一自动运行周期(每1一15分钟(可调))启动时，返回步骤2)。本发明的工作原理为各区域电网在各调度中心建立各自辖区内的电网模型，利用当前电网调度中心之间己经建成的高速数据通信网接收上级调度中心下传的在线等值后的 电网模型，下级调度中心通过模型的合并，形成全局电网模型，自动匹配生成全局电网一 致性潮流。基于全局的电网模型和实时潮流模型，自动进行电网静态、动态、电压稳定和继电保护定值配合等方面的安全分析，给出综合预警信息，识别出电网的安全状态；当电 网处于紧急状态时，给出校正控制对策；当电网处于正常不安全时，自动给出预防性控制 方案；当电网处于在正常安全状态时，考虑不同时间尺度控制变量之间的协调，进行有功 实时调度闭环控制和无功电压优化闭环控制。本发明的技术特点本发明实现了外部电网的在线跟踪等值，下级电网利用上级电网下发的等值模型自动 合并建立全局电网模型；实时自动进行综合了电网静态、动态、电压稳定和继电保护定值 配合等方面的安全分析，并识别电网的安全状态；对正常不安全情况进行预警，并进行预 防控制；对紧急情况进行报警，并进行校正控制计算；在正常安全情况下，考虑不同时间尺度控制变量之间的协调，进行有功实时调度闭环控制和无功电压优化闭环控制；该系统 自动跟踪电网变化、在空间、时间和目标等三个维度上协调，进行综合预警和辅助决策， 实现对电网安全、经济、电能质量的综合闭环控制。
本发明具有如下优点
1、 各级电网调度中心只需维护各自电网潮流模型，不增加维护工作量，可以自动生 成全局电网模型，保证安全评估与决策的准确性；
2、 实现了电网在线安全稳定分析、预警和决策支持，解决了多侧面安全评估和综合 预警问题，包括静态、动态、电压稳定以及继电保护和安全自动装置配合的安全稳定评估 和预警；
3、 自动跟踪电网运行状态，自动递归地给出电网的安全状态和控制方案；
4、 实现多时间尺度的协调以及以网络潮流为安全约束的有功频率和无功电压的系统 级的闭环控制。


图1为本发明的三维协调的能量管理系统的功能总体结构图。
具体实施例方式
本发明提出的三维协调的电网能量管理系统及其对电网的评估及控制方法结合附图 及实施例详细说明如下
本发明的三维协调的电网能量管理系统实施例组成如图l所示。本系统包括电网模型 重建子系统，电网安全评估与预警子系统，有功频率优化控制子系统和无功电压优化控制 子系统(如图1中的虚线框内所示内容)，以及后台计算子系统和系统前台(图中未示出)； 其中，电网模型重建子系统3利用SCADA系统2 (数据采集与监控系统)从电网1实时采 集设备的运行状态，对下发的上级电网的等值模型与本辖区的电网合并形成全局电网模型 并得到匹配的全网潮流分布。电网安全评估与预警子系统'4,基于该全局电网的实时运行 模型，对电网运行的安全和经济水平进行实时的评估，识别出电网运行的安全状态；若电 网处于紧急状态，则自动对电网进行校正控f」；若电网处于正常不安全状态，则自动给出 对电网的预防控制方案。无功电压优化控制子系统5利用电网安全评估与预警子系统的评 估结果，进行电网的无功电压控制，以降低网损、提高电压稳定裕度。有功频率优化控制 子系统6利用电网安全评估与预警子系统的评估结果，进行电网的功频率优化控制，以降 低发电成本，节能减排。
本发明的各组成部分的结构及实现的功能分别说明如下
后台计算子系统由一组采用集群技术的计算机机群组成的系统的后台，用于完成该系 统的海量计算任务；系统前台由若干台工作站作为用户终端组成，并通过以太网与后台的 计算机集群互联；所有的控制指令经后台计算子系统计算和验证后，通过SCADA系统下发给电网的当地执行机构。
电网模型重建子系统，根据各级调度中心利用SCADA系统对自己管辖区的电力系统的
设备的实时运行状态进行数据采集和集中处理，结合人工输入的电网设备属性参数，自动 建立和更新电网的实时运行模型。然后对该电网实时模型进行在线等值，通过调度数据网 下发给下级调度中心。下级调度中心利用上级调度中心在线下发的上级电网等值模型和实 时数据与本辖区的电网合并形成全局电网模型并得到匹配的全网潮流分布，为三维协调的 电网能量管理系统的后续功能使用；
电网安全评估与预警子系统，基于该电网模型重建子系统建立的全局电网的实时运行 模型，对电网运行的安全和经济水平进行实时的评估，识别出电网运行的安全状态；若电 网处于紧急状态，则自动对电网进行校正控制；若电网处于正常不安全状态，则自动给出 对电网的预防控制方案；
有功频率优化控制子系统，用于跟踪日前发电计划，调节日前计划与发电机实际出力 的偏差，实现保证经济性的发、供电实时平衡；同时通过超短期负荷预测，预测出下5-15 分钟的发、供电偏差，对响应时间慢的机组进行超前控制，为实时AGC机组保留充足的可 调节容量；还有，保证网络潮流安全约束不被破坏；
无功电压优化控制子系统，实现三级无功电压优化控制功能；其中，第三级电压控制 利用EMS获取的全网信息，在线进行以网损最小化为目标的最优潮流(OPF)计算，在保 证电压合格条件下，给出各区域中枢母线的电压最优设定值，它的时间常数为小时级；第 二级电压控制是区域控制软件，通过在线软分区，根据当前电网的结构特点，将电网划分 成彼此耦合松散的控制区域(不是行政地区，是电气区域)，然后利用区域内的发电机、 电容器、电抗器等无功调控设备，将各区域的中枢母线电压控制在第三级电压控制给出的 最优设定值附近，保证区域电压的高品质；同时考虑无功出力在区域内各发电机之间的均 衡分配和足够的动态无功储备，它的时间常数为分钟级，二级电压控制给出的控制方案是 厂站高压侧母线电压设定值；第一级电压控制为厂站的当地控制，由本区域内控制发电机 的自动电压调节器(AVR)、有载调压变压器的分接头及可投切的电容器组成，根据二级电 压控制给出的厂站高压母线电压设定值，调整无功调控设备，保证厂站级的电压质量和安 全，控制时间常数为几秒钟。
上述各子系统均可通过已知技术实现。'
本发明采用上述三维协调的电网能量管理系统对电网的评估及控制方法的实施例包 括以下步骤
步骤一、三维协调的电网能量管理系统(以下简称N-EMS)根据本调度中心管辖的电
网的实时数据，利用状态估计自动生成本地电网拓扑结构，本地电网负荷的有功功率和无 功功率，本地电网发电机有功功率、无功功率和电压，本地电网母线电压和线路的有功功
率和无功功率，以及变压器的有功功率、无功功率和变压器分接头档位；然后，采用自适 应生成缓冲网的外网静态和动态等值技术，实时生成等值电网模型，并下发给下级电网调度中心。具体方法已获中国专利(中国专利:ZL 200510086549.8)。
步骤二、当自动运行周期(每1一15分钟(可调))启动时，N-EMS利用上级电网调度 中心在线下发的上级电网等值模型和实时数据(电网拓扑结构，电网负荷的有功功率和无 功功率，电网发电机的有功功率、无功功率和电压，电网母线电压和线路的有功功率和无 功功率，以及变压器的有功功率、无功功率，变压器分接头档位)与本级电网合并形成全 局电网并得到匹配的全网潮流分布。具体方法已申请中国专利(申请号200710176083. X)
步骤三、根据全局电网等值模型实时跟踪全局电网运行状态，N-EMS自动进行多侧面 的安全评估与预警，包括静态安全、动态安全、电压稳定安全以及保护定值配合安全等方 面，具体包括
(1) 静态安全预警自动进行N-l事故集扫描，根据故障引起电网线路过载、母线 电压越界的严重程度排序，指出静态安全的薄弱环节；
(2) 电压稳定安全预警按照指定负荷增长模式，给出各区域负荷离电压.崩溃的距 离和系统最小奇异值等表征电压稳定的指标，指出静态电压稳定的薄弱环节；进一步自动
扫描预想事故集，在各预想事故下，各区域负荷离电压崩溃的距离。具体方法已申请中国
专利(基于动态连续潮流的电力系统静态电压稳定的评估方法，申请号2、00710065199.6);
(3) 暂态稳定安全预警从预想事故集中快速筛选出严重事故，对严重事故进行详 细暂态稳定分析，给出稳牢极限值和稳定裕度，指出暂态稳定的薄弱环节；具体方法已发 表论文(郭琦，张伯明，王守相.基于EMS的动态安全分析系统.电力系统自动化，2004， 28(8): 57-62);
(4) 继电保护智能预警当电网运行方式发生较大变化时，自动扫描计算各种故障 形式的短路电流，进行开关遮断容量和继电保护定值的校核，指出不满足正确动作要求的 继电保护定值和开关，防止继电保护和开关的拒误动；具体方法已发表论文(吕颖，孙宏 斌，张伯明，吴文传，等.在线继电保护智能预警系统开发.电力系统自动化，2006， 30(4): 1-5);
步骤四、对步骤三的评估结果进行综合分析,给出电网所处的安全状态包括正常安全 状态、正常不安全状态和紧急状态，给出综合性预警报告。电网所处的安全状态划分方法 如下
(1)当电网出现如下一种情况时，自动判断为电网处于紧急状态①基态存在支路 过载超过10%;②联络线断面潮流过载；③N-1开断线路、变压器或发电机出现潮流不可 行,④N-1开断线路、变压器或发电机出现电压失稳；⑤故障最小切除时间(CCT)小于最 小允许时间(CCT危险值)，如500kV线路故障0. 09s跳开，母线故障0.12s跳开，2窗 线路故障O. ls跳开；(2)当电网出现如下一种情况时，自动判断为电网处于告警状态(正常不安全状态)。
①N-1后，存在线路过载或和联络线断面潮流越界；②某一电网区域的负荷裕度小于事先
设定的门槛值；③故障最小切除时间(CCT)小于CCT警戒值，CCT警戒值一般比CCT危险 值大50 100ms;
(3)以上两类情况都不存在时，系统处于正常安全状态； ' 步骤五、根据电网当前的安全状态，自动进行对应的决策计算和闭环控制；
(1)当系统处于紧急状态，按如下情况分别进行校正控制决策-
① 基态存在支路过载或联络线断面过载，通过建立如下线性规划模型计算校正控制
方案<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，APc,是发电机i的出力调节量，Cc,是调节发电机i出力的单位成本，Ai^是负 荷j的切除量，C。是切除负荷j的单位成本，《,是发电机i的出力对线路/的功率的灵 敏度，^切除负荷j对线路/的功率的灵敏度，;^调节发电机i出力上限，A,.是调节发
电机i当前出力，户"是负荷j的负载，^是线路/当前的有功潮流，巧是线路/的功率上 限，^,.是发电机i的出力对断面t的功率的灵敏度，S^切除负荷j对断面t的功率的灵
敏度，《是断面t当前的有功潮流总加，5是断面t潮流的功率上限，L是线路数，T是 断面数，g是参与调整的发电机数，d是参与调整的负荷数；
② N-1开断使线路、变压器或发电机出现潮流不可行
采用一种基于最小不匹配函数法和连续线性规划的潮流恢复算法，自动给出控制方案； 详细实现方法已发表论文(刘明松，吴文传，张伯明，等.电力系统潮流不可行的在线预 防控制.电力系统自动化，2008,32(1))。
◎N-1开断使线路、变压器或发电机出现电压失稳
采用线路故障参数化灵敏度和连续线性规划方法，自动计算出控制方案。详细实现方 法己发表论文(赵晋泉，江晓东，张伯明， 一种用于预防支路型失稳故障的灵敏度方法， 中国电机工程学报，2004， 24 (12) : 69-73)④故障最小切除时间(CCT)小于最小允许时间(CCT危险值)
通过降低该故障对应的临界机群总出力，增加非临界机群的出力，从而增大故障最小 切除时间(CCT)使之大于最小允许切除时间(CCT危险值)。基本计算过程如下
1) 计算系统稳定裕度t!和极限切除时间CCT两者之间关系的灵敏度Si ，及其一阶导 数S;。
2) 假设CCT需要上调Ar (Ar>0),则稳定裕度变化
A;7二S/Ar +会S;承Ar2(〈 0)
3 )计算稳定裕度T]对临界机群总出力Pm,.的灵敏度S^ ;
4) 对应此稳定裕度的稳定裕度变化量是A^，临界机群出力需要下降
5) 然后，将此"临界机群"总的出力减小量A/L,依据"临界机群"中的发电机的 惯性时间常数7}按比例分配到每一台临界机组。同时，由于要保证系统的总出力不变，所 以，相应的剩余机群的总出力要增加lA/Ll。也依据可以增加出力的剩余机群机组的7}， 将增加量分配至每一台可以增加出力的机组。这样一来，就通过降低"临界机群"的有功 出力，增加"剩余机群"的有功出力，在负荷不变的情况下，达到提升危险故障的"临界 切除时间"的目的，从而提高了系统的安全稳定水平。
(2) 当系统处于正常不安全状态
① N-l后，存在线路过载或和联络线断面潮流越界 控制方案的生成方法与步骤五(1)中的①基本一致。
② 某一电网区域的负荷裕度小于事先设定的门槛值
采用负荷灵敏度技术实现控制方案计算，详细实现方法已发表论文(赵晋泉，江晓东， 张伯明， 一种在线电力系统静态稳定增强控制算法，中国电机工程学报，2005， 25 (8): 7-12)
③ 故障最小切除时间(CCT)小于CCT警戒值 控制方案的生成方法与步骤五(1)中的④基本一致。
(3) 当系统处于正常安全状态，则进行无功电压优化控制和协调的有功控制 ①无功电压优化控制
采用基于软分区的三级电压优化控制方法，可自适应于电网结构和运行方式的发展变 化，实现对电网安全、经济和优质等多目标的协调控制。在整个电压优化控制模式中，上级控制为下级控制提供最优设定值，通过时空解耦，实现了安全、经济和质量等多目标协调。第三级电压控制利用EMS获取的全网信息，在线进行以网损最小化为目标的最优潮流 (OPF)计算，在保证电压合格条件下，给出各区域中枢母线的电压最优设定值，它的时 间常数为小时级，利用电压稳定评估软件对OPF输出结果进行电压稳定校验，防止优化控 制恶化电压稳定性。第二级电压控制是区域控制软件，只用到区域内的少量实时信息，通 过在线软分区，根据当前电网的结构特点，将电网划分成彼此耦合松散的控制区域(不是 行政地区，是电气区域)，然后利用区域内的发电机、电容器、电抗器等无功调控设备， 将各区域的中枢母线电压控制在第三级电压控制给出的最优设定值附近，保证区域电压的 高品质；同时考虑无功出力在区域内各发电机之间的均衡分配和足够的动态无功储备，它的时间常数为分钟级，二级电压控制给出的控制方案是厂站高压侧母线电压设定值。第一级电压控制为厂站的当地控制，由本区域内控制发电机的自动电压调节器(AVR)、有载 调压变压器的分接头及可投切的电容器组成，根据二级电压控制给出的厂站高压母线电压 设定值，调整无功调控设备，保证厂站级的电压质量和安全，控制时间常数为几秒钟。其 中，电力系统中基于软分区的电压控制方法已获中国专利授权，中国专利号 ZL200510098527.3，大区电网与省级电网的协调电压控制方法已申请中国专利申请号 200710065588.9。②协调的有功控制本发明通过预测未来5-15分钟的负荷需求，进行实时和超前的有功调度控制。 一方面， 消除执行日前发电计划过程中的功率不平衡量，保证计划机组良好跟踪日前计划；另一方 面，为秒级AGC机组预留足够的调节空间，保证AGC控制级的正常运行；另外，当电网发 生阻塞时，实时调度控制发出校正控制命令调整机组出力，解除断面的潮流越限。具体 实现方法已申请中国专利申请号200710175251. 3。步骤六、利用调度中心SCADA系统实时采集的电网状态，监视系统是否发生如下事件 (1)潮流发生大规模转移，如某些线路的潮流突然增大或减小；(2)母线电压发生跌落； (3)开关发生变位；(4)继电保护、自动装置发生动作；(5)变电所站的事故总信号被 触发；(6)系统频率发生大的变化。以上任何一个事件发生或者事先指定的起动周期(1-15分钟，可调)已到则电网能量管理系统自动启动上述评估与控制流程。
权利要求
1、一种三维协调的电网能量管理系统，其特征在于，该三维协调的电网能量管理系统是安装在电网调度中心，对电网进行实时监视、评估与控制的计算机系统；该系统包括电网模型重建子系统，电网安全评估与预警子系统，有功频率优化控制子系统和无功电压优化控制子系统，以及后台计算子系统和系统前台；其中，电网模型重建子系统利用数据采集与监控系统从电网实时采集设备的运行状态，对下发的上级电网的等值模型与本辖区的电网合并形成全局电网模型并得到匹配的全网潮流分布；电网安全评估与预警子系统基于该全局电网的实时运行模型，对电网运行的安全和经济水平进行实时的评估，识别出电网运行的安全状态；若电网处于紧急状态，则自动对电网进行校正控制；若电网处于正常不安全状态，则自动给出对电网的预防控制方案；无功电压优化控制子系统利用电网安全评估与预警子系统的评估结果，进行电网的无功电压控制，以降低网损、提高电压稳定裕度；有功频率优化控制子系统利用电网安全评估与预警子系统的评估结果，进行电网的有功频率优化控制；所述后台计算子系统由一组采用集群技术的计算机机群组成的系统的后台，用于完成该系统的海量计算任务；系统前台由若干台工作站作为用户终端组成，并通过以太网与后台的计算机集群互联；所有的控制指令经后台计算子系统计算和验证后，通过数据采集与监控系统下发给电网的当地执行机构。
2、 采用如权利要求1所述系统对电网的评估及控制方法，其特征在于，该方法包括 以下步骤1) 上一级调度中心利用状态估计结果进行在线网络等值，并把实时生成的等值电网模 型和实时数据下发给下级电网调度中心；2) 电网调度中心用上一级调度中心下发的上级电网的实时等值电网模型与本辖区电 网模型在线合并，生成全局电网等值模型和匹配的潮流分布；3) 根据全局电网等值模型实时跟踪全局电网运行状态，自动进行电网静态、电压稳定、 暂态稳定和继电保护定值配合等方面的安全分析，并对评估结果进行综合分析，识别电网 的安全状态；4) 当识别出电网处于紧急状态时，进行校正控制对策计算，直接下达控制命令或者通 过调度员确认下达控制命令，转步骤7);该紧急状态指电网出现线路过载、母线电压越限 或系统正向失稳过渡；5) 当识别出电网处于正常不安全状态时，.进行预防控制对策计算，自动给出预防性控 制方案，转步骤7);该正常不安全状态指电网若发生预先指定的故障集中的故障后，系统 出现线路过载、母线电压越限或系统失去稳定的状态；6) 当识别出电网处于在正常安全状态时，进行有功实时调度闭环控制和无功电压优化 闭环控制，转步骤7);7) 当电网状态发生重大变化，或下一自动运行周期启动时，返回步骤2);该重大变化包括系统潮流发生大规模转移，母线电压发生跌落，开关发生变位，继电保护、自动装 置发生动作，变电所站的事故总信号被触发，系统频率发生大的变化；该自动运行周期为 每1一15分钟，且可调。
全文摘要
本发明涉及三维协调的电网能量管理系统及其对电网评估及控制方法，属于电力系统调度自动化领域，该系统包括电网模型重建子系统，电网安全评估与预警子系统，有功频率优化控制子系统和无功电压优化控制子系统，以及后台计算子系统和系统前台；该方法包括外部电网的跟踪等值和全局电网模型的自动重建；自动进行综合了电网静态、动态、电压稳定和继电保护定值配合等方面的在线安全分析，并在线识别电网的安全状态；对正常不安全情况进行预警，并进行预防控制；对紧急情况进行报警，并进行校正控制计算；在正常安全情况下，进行有功实时调度闭环控制和无功电压优化闭环控制；本发明可实现对电网安全、经济、电能质量的综合协调的闭环控制。
文档编号G06Q50/00GK101232182SQ20081005642
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月18日 优先权日2008年1月18日
发明者吴文传, 孙宏斌, 张伯明, 郭庆来 申请人:清华大学