1 引言

靜海地區(qū)電網(wǎng)是天津市電網(wǎng)的重要組成部分，其規(guī)模為220kV站3座，110kV公用變電站14座，35kV公用變電站20座，主變總?cè)萘?674MVA。經(jīng)過“十一五”電網(wǎng)建設(shè)與改造，靜海地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，同時110kV調(diào)度權(quán)即將下放，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行對調(diào)度管理提出了越來越高的要求。靜海電網(wǎng)運行方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點是110kV電網(wǎng)采用雙回輻射、T接等接線模式，形成環(huán)式接線、開環(huán)運行。隨著電網(wǎng)規(guī)模持續(xù)發(fā)展，電網(wǎng)故障處理、電網(wǎng)改造建設(shè)過程中運行方式的變化，要保持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行對調(diào)度運行分析能力提出了更高要求。靜海電網(wǎng)PAS應(yīng)用軟件是煙臺東方電子股份有限公司開發(fā)的DF8900電力應(yīng)用一體化系統(tǒng)，除基本的SCADA系統(tǒng)外，主要由網(wǎng)絡(luò)拓撲、狀態(tài)估計、調(diào)度員潮流、負荷預(yù)測、短路電流計算，靜態(tài)安全分析6部分組成。它利用電網(wǎng)的各種實時信息，如實時測量值、斷路器、隔離開關(guān)的實時狀態(tài)等，對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行分析，給調(diào)度員在進行各種操作時提供決策依據(jù)，以便相應(yīng)地制定最優(yōu)的電網(wǎng)運行方式，對于提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和保證電網(wǎng)的安全運行都有許多有利之處。

2 PAS高級應(yīng)用軟件的應(yīng)用

PAS高級應(yīng)用軟件投入運行以來，不斷地進行功能完善，整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性不斷提高，在實際工作中逐步發(fā)揮出重要的作用。SCADA系統(tǒng)是PAS應(yīng)用軟件實施最根本的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)拓撲是其它應(yīng)用模塊建立的基礎(chǔ)，狀態(tài)估計、調(diào)度員潮流、短期負荷預(yù)報三個模塊是網(wǎng)絡(luò)分析最基本和最常用的功能，短路電流計算、靜態(tài)安全分析模塊是網(wǎng)絡(luò)的提高部分。

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲

網(wǎng)絡(luò)拓撲就是將電網(wǎng)中各個設(shè)備的物理模型轉(zhuǎn)換為可以計算數(shù)學(xué)模型，通過建立數(shù)學(xué)模型，用數(shù)字來正確的反映設(shè)備的連接關(guān)系。實時處理開關(guān)量的變化，自動劃分發(fā)電廠和變電站的計算用結(jié)點，形成新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)線，隨之分配量測量和注入量等數(shù)據(jù)，為實時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析、調(diào)度員潮流、預(yù)想故障分析等有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用軟件提供新結(jié)線方式下的信息與數(shù)據(jù)。電網(wǎng)元件的電氣連接關(guān)系是應(yīng)用軟件進行網(wǎng)絡(luò)分析計算的基礎(chǔ)，必須使所建的模型和實際的運行方式相一致，才能保證應(yīng)用軟件結(jié)果的正確性。

在圖庫一體的調(diào)度自動化系統(tǒng)中，PAS與SCADA系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)平臺，繪圖建模的作用是建立計算的靜態(tài)模型。繪圖建模規(guī)范化是維護工作的良好開端，與SCADA系統(tǒng)維護相比較，PAS系統(tǒng)基于SCADA系統(tǒng)，但在維護的嚴謹上，高于SCADA系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)建模中，首先是線路的繪制和連接。線路不應(yīng)屬于任何廠站，所以定義線路屬性時就必須用“始端廠站”和“末端廠站”來定義。這樣一來，線路就是唯一的。其次在電力系統(tǒng)中，存在多種類型的斷路器和隔離開關(guān)，如普通斷路器、小車斷路器、母聯(lián)斷路器、中性點接地刀、接地刀等。在繪圖建模時，要按照開關(guān)的實際作用選擇其類型，否則圖形在計算連接關(guān)系時會出現(xiàn)一些常規(guī)檢查方法所檢查不到的錯誤，不能將線路、電容器等錯畫成負荷，繪制變壓器圖元和使用變壓器圖元時，要注意正確區(qū)分電壓等級。

在網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建中，由于靜海電網(wǎng)規(guī)模較大，110 kV以上的外網(wǎng)數(shù)據(jù)較多，對于這些線路，通過考慮其日常實際潮流量的大小、潮流穩(wěn)定性、運行方式的改變情況以及在本系統(tǒng)功率存在缺額時對本系統(tǒng)的支持情況，分別等值為發(fā)電機或負荷模型;這不但滿足了本地區(qū)電網(wǎng)PAS的計算要求，而且使外網(wǎng)拓撲得到了簡化，同時也簡化了外網(wǎng)數(shù)據(jù)的維護。

針對靜海電網(wǎng)多T接線輻射線路的結(jié)構(gòu)特點，如果在建模時將牽引變直接建入網(wǎng)絡(luò)中，由于過多的未知量將影響狀態(tài)估計無法計算或精確度不高，為了適應(yīng)這種電網(wǎng)特點，在建模時將牽引變作為虛廠或等值負荷處理，這樣便于狀態(tài)估計的計算，同時也使網(wǎng)架更加靈活，在錄入設(shè)備參數(shù)時，也準確考慮了T接線結(jié)構(gòu)，對其每一個T接點前后的每一段線路都分別考慮阻抗和充電電容。另外，對于全網(wǎng)的主變壓器和線路參數(shù)，并未完全依賴原始數(shù)據(jù)，因為不排除原始數(shù)據(jù)是非實測值或原始參數(shù)有誤的可能性，所以在調(diào)試過程中，針對不同運行方式下狀態(tài)估計的結(jié)果，結(jié)合靜海電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點，并參考地調(diào)的參數(shù)數(shù)據(jù)，對個別網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行了調(diào)整。實踐證明，參數(shù)的準確錄人和局部的精確調(diào)整，大大提高了遙測估計合格率，并且對運行方式的改變有了更好的適應(yīng)性。隨著實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，電網(wǎng)中新增任意一元件，都在投運前完成PAS系統(tǒng)中相應(yīng)的建模工作，并將其廠站和設(shè)備信息錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中，以便對運行方式進行計算。

2.2 狀態(tài)估計

狀態(tài)估計也稱為濾波，它是利用實時量測系統(tǒng)的冗余度來提高采集數(shù)據(jù)的精度，自動排除隨機干擾所引起的錯誤信息，估計和預(yù)報系統(tǒng)的運行狀態(tài)，采用現(xiàn)代的狀態(tài)估計技術(shù)，對數(shù)據(jù)進行實時處理。如果在具備一定硬件的基礎(chǔ)上，采用狀態(tài)估計技術(shù)則能充分發(fā)揮已有硬件的潛力，提高數(shù)據(jù)的精度，補充量測點和量測項目的不足，排除偶然的錯誤信息和數(shù)據(jù)，提高整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。狀態(tài)估計又可以稱為廣義潮流，它與常規(guī)潮流所求的狀態(tài)量測量相同，但應(yīng)用的量測量遠遠多于常規(guī)潮流。正是因為量測方程數(shù)大于所求狀態(tài)量數(shù)才提供了狀態(tài)估計辯識不良數(shù)據(jù)的能力。狀態(tài)估計提供了更準確的運行方式供調(diào)度運行人員監(jiān)視運行，是潮流計算軟件的基礎(chǔ)。

可疑數(shù)據(jù)產(chǎn)生的因素影響到狀態(tài)估計收斂性和準確性，從而必將影響到潮流計算的精度，因此應(yīng)立即找出原因予以消除。通過使用發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生可疑數(shù)據(jù)的主要原因有以下幾點：網(wǎng)絡(luò)建模(包括網(wǎng)元參數(shù))的準確性和合理性，通道故障引起遠動信息錯誤，開關(guān)和刀閘及主變分接開關(guān)與實際位置不對應(yīng)，SCADA中遙測、遙信等遠動數(shù)據(jù)的準確性。

利用狀態(tài)估計查找SCADA系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的精度，去除不正確數(shù)據(jù)，建立用于潮流計算、N-1故障分析、短路計算的研究態(tài)模型的方法，根據(jù)實際應(yīng)用經(jīng)驗現(xiàn)總結(jié)如下：

(1)、調(diào)試狀態(tài)估計時，應(yīng)通過維護盡可能地把粗檢測結(jié)果表中的錯誤記錄清除(尤其是可以確認肯定是錯誤的信息)。節(jié)點不平衡值較大的，檢查此節(jié)點是否為負荷母線(如連接的有到外網(wǎng)的線路，但沒有畫出來);檢查負荷母線，其負荷值是否為不平衡值，若不平衡值為正表示此母線帶有負荷，為負則母線表現(xiàn)為出力，既存在出力又存在負荷情況，不平衡值是它們的代數(shù)和。情況與此不符，檢查母線的量測方向或其他情況;檢查“不可觀表”，在相應(yīng)地點添加偽量測點，進行人工置數(shù)，并請用戶增加SCADA測點;檢查“不良數(shù)據(jù)表”，查找殘差較大的量測點，檢查確認原因，找到原因所在;檢測環(huán)網(wǎng)，其環(huán)網(wǎng)潮流是否與支路阻抗一致，即并聯(lián)支路潮流與支路阻抗成反比。

(2)、如果估計的結(jié)果與SCADA出入比較大時，檢查錯誤原因時，不應(yīng)從高電壓等級的站查起，而應(yīng)該從電壓等級較低的末梢站查起。對與網(wǎng)絡(luò)中有環(huán)網(wǎng)的情況，應(yīng)先查不在環(huán)網(wǎng)上的站，保證這些站的計算結(jié)果正確后，再查環(huán)網(wǎng)上的站;如果環(huán)網(wǎng)上的誤差比較大，原因多是環(huán)網(wǎng)上的線路、變壓器參數(shù)或檔位有問題;

(3)、如果狀態(tài)估計結(jié)果某個站的誤差很大，尤其是兩臺變壓器并列運行的情況，這種錯誤多是變壓器參數(shù)或檔位不匹配引起的，請仔細檢查變壓器的各種參數(shù)和實際檔位;

(4)、如果“迭代記錄”提示在有功、無功總在某個廠站附近，又查不出原因，可以把該廠站的高壓母線設(shè)置為一個平衡母線，然后斷開與其它站的連接，并把與其它站有線路連接的母線設(shè)置為負荷母線，使該站成為一個單獨的帶電島，如果該島估計不收斂，則一定是該站的圖形連接或參數(shù)有問題。有時候，考慮到設(shè)備老化等原因，設(shè)備出廠銘牌參數(shù)與實際參數(shù)相差較大，最好有實測參數(shù)。

(5)、遙信位置錯誤可能會導(dǎo)致計算結(jié)果的錯誤，請調(diào)度員及時正確置入無遙信采集的開關(guān)、刀閘的位置。

(6)、對高電壓等級的長線路，如果無功相差比較大，可能是線路的對地電納參數(shù)有誤，請仔細檢查;

(7)、對于雙回線，如果SCADA采集的無功兩條線路相差很大，而估計的結(jié)果基本相同，原因一般是因為雙回線之間存在較大的互電抗，解決方法是建議對線路的阻抗參數(shù)進行實測，以計及互感抗的影響。

(8)、充電無功功率錯誤:

電納必須輸入B/2的1000倍，而部分舊的線路型號表的電納數(shù)值并不正確，而且五花八門，各數(shù)量級的都有。一般來說，用戶提供的線路單位電納約為 ，取一半并乘以1000后，約為0.0015左右。所以在使用舊的線路型號表時，必須首先對其電納的數(shù)值進行修改，否則無論是狀態(tài)估計還是潮流計算，線路充電功率肯定是算不對的。

2.3 調(diào)度員潮流

潮流計算是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的研究的基本工具，是電力系統(tǒng)擴展、規(guī)劃運行計劃、實際運行和控制等工作所必須的。調(diào)度員潮流(dispatcher power flow)也叫調(diào)度工程師潮流，是電網(wǎng)分析分析軟件中的最基本也是最核心的計算功能。通過調(diào)度員潮流,使調(diào)度人員對未來進行的方式安排有了理論依據(jù),它比離線的潮流計算更準確、更可靠、更能真實的反映電網(wǎng)狀態(tài)。

調(diào)度員潮流的軟件流程如下圖所示，首先利用SCADA實時量測數(shù)據(jù)和偽量測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)初始化得到電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，調(diào)度運行人員根據(jù)計算要求設(shè)定計算條件及修改網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。下一步，網(wǎng)絡(luò)拓撲是根據(jù)系統(tǒng)的遙信信息確定地區(qū)電網(wǎng)的電氣連接狀態(tài)，并將網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)點模型化為計算用數(shù)學(xué)模型。接著進行的狀態(tài)估計是利用量測系統(tǒng)的冗余度來提高量測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度，經(jīng)過計算剔除其中的壞數(shù)據(jù)。在狀態(tài)估計的基礎(chǔ)上就可建立研究態(tài)，用于方式變化的調(diào)度員潮流。

2.4 短期負荷預(yù)測

短期負荷預(yù)測軟件是商業(yè)化運營、經(jīng)濟調(diào)度、運行方式等工作的得力助手。在過去的人工預(yù)測中，主要根據(jù)前一日負荷的走勢情況來預(yù)報。遇節(jié)、假日根據(jù)歷史上同期資料進行分析預(yù)報，再則根據(jù)日常工作所積累的工作經(jīng)驗進行預(yù)報，工作既繁瑣又復(fù)雜，還浪費大量的時間，同時帶來的結(jié)果還不理想。該程序的應(yīng)用節(jié)省了大量的人工預(yù)測工作時間，同時可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)報未來一天至一周的負荷。遇節(jié)、假日更可以提前若干天進行預(yù)報?？刹樵?nèi)我庖惶斓臍v史負荷數(shù)據(jù)，以曲線或表格形式將歷史數(shù)據(jù)顯示出來，可以對歷史負荷及計算出的負荷值進行調(diào)整修改?？蓮亩喾N角度自動檢測不正常的歷史數(shù)據(jù)，并對壞數(shù)據(jù)進行報警，由人工進行維護。也可以自動修改、維護。

通過運行發(fā)現(xiàn)，影響負荷預(yù)測準確率的因素有以下幾點：隨即負荷(一些特殊的用戶如鋼廠和一些比較大的用戶)生產(chǎn)缺乏規(guī)律，使得生產(chǎn)變化情況無法事前掌握;氣象突變和預(yù)報不準;電網(wǎng)負荷增長較快，往年歷史數(shù)據(jù)的參考價值不大;遠動數(shù)據(jù)精度對負荷預(yù)測有較大影響。

靜海是天津有色金屬深加工基地，電網(wǎng)中存在大量大量非線性、不對稱及沖擊性負荷，致使靜海電網(wǎng)的負荷隨機性很大，負荷預(yù)測的精度既要滿足市調(diào)電網(wǎng)的要求，還要滿足地調(diào)電網(wǎng)的要求。因此，地調(diào)網(wǎng)供負荷預(yù)測的難度很大?；谶@些原因，PAS系統(tǒng)采用了程序預(yù)測與人工干預(yù)相結(jié)合的方法進行負荷預(yù)測，既可以在畫面上直接選取一條較好的預(yù)報結(jié)果通過鼠標拖動曲線或上下平移曲線進行修改，也可以在數(shù)據(jù)庫中對曲線分段乘系數(shù)進行人工修正，從而提高了準確性。

2.5短路電流計算

用來計算實時或研究方式下各種假想事故(各種短路和斷線故障)的短路電流，調(diào)度員可在單線圖上任意選擇短路點(線路或結(jié)點)和短路類型，短路電流及各結(jié)點的電壓輸出也非常直觀方便。三相短路電流計算是電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運行中必須進行的計算分析工作。目前三相短路電流超標問題已成為困擾國內(nèi)許多電網(wǎng)運行的關(guān)鍵問題。然而，在進行三相短路電流計算時，各設(shè)計、運行和研究部門采用的計算方法各不相同，這就有可能造成短路電流計算結(jié)論的差異和短路電流超標判斷的差異，以及短路電流限制措施的不同。

如果短路電流計算結(jié)果偏于保守，有可能造成不必要的投資浪費;若偏于樂觀，則將給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行埋下災(zāi)難性的隱患。因而，在深入研究短路電流計算標準的基礎(chǔ)上，比較了不同短路電流計算條件對短路電流計算結(jié)論的影響，以期能為電網(wǎng)短路電流的計算和限制提供更切合實際的方法和思路。整定計算人員以前使用一個離線的計算軟件。在調(diào)試該軟件時，利用離線計算結(jié)果與該軟件進行比較，而現(xiàn)在在故障庫中取出預(yù)先設(shè)定好的故障到故

障表中或直接在故障表中建立一個故障，使用當前的電網(wǎng)方式或設(shè)定預(yù)期的電網(wǎng)方式，點擊“故障計算”，就可得到計算結(jié)果。而離線計算軟件人機界面不友好，電網(wǎng)方式的設(shè)定不明了，自從有了該計算模塊，給保護整定計算人員提供了極大的方便，提高了工作效率。

2.6 靜態(tài)安全分析

靜態(tài)安全分析包括預(yù)想事故分析和安全約束調(diào)度(constrained generation dispatch)兩部分。所謂預(yù)想事故分析指的是針對預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)元件(如：線路、變壓器、發(fā)電機、負荷和母線等)的故障及其組合，確定它們對電力系統(tǒng)安全運行產(chǎn)生的影響。預(yù)想事故分析的主要功能是：

1)按調(diào)度員的需要方便地設(shè)定預(yù)想故障;

2)快速區(qū)分各種故障對電力系統(tǒng)安全運行的危害程度;

3)準確分析嚴重故障后的系統(tǒng)狀態(tài)，并能方便而直觀展示結(jié)果。

靜態(tài)安全分析軟件著眼點是當前PAS的最大作用不在于實時處理電力系統(tǒng)事故，而在于預(yù)防事故。N-1靜態(tài)安全分析中要注意元件過載情況、各樞紐點電壓情況、電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。某些元件開斷后可能導(dǎo)致潮流計算不收斂，原因可能是元件開斷導(dǎo)致局部孤立子系統(tǒng)或開斷導(dǎo)致局部系統(tǒng)有功功率或無功功率平衡不好。前者是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致潮流計算不收斂;后者對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大，應(yīng)作進一步分析，找出原因，采取措施使潮流收斂。

如果由預(yù)想事故分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)處于正常的不安全狀態(tài)，那么下一個待解決的問題，就是要確定應(yīng)當采取怎樣的對策，才能使系統(tǒng)恢復(fù)到正常的安全狀態(tài)。這就是屬于所謂的安全性控制，也稱安全約束調(diào)度。通過系統(tǒng)中可控變量的再安排來移去潛在的(即因預(yù)想事故而引起的)約束條件越限現(xiàn)象，通常稱之為預(yù)防性再安排或預(yù)防性安排(簡稱預(yù)防控制)。當然，如果系統(tǒng)已經(jīng)存在約束條件的越限現(xiàn)象，也可以通過可控變量的再安排，來使之恢復(fù)到安全狀態(tài)。所以說，在預(yù)防性控制、安全校正和恢復(fù)控制中均要用到安全約束調(diào)度。

3 PAS高級應(yīng)用軟件系統(tǒng)性能指標

狀態(tài)估計計算參數(shù)設(shè)置如圖1所示：

圖1：狀態(tài)估計計算參數(shù)設(shè)置界面

調(diào)度員潮流計算參數(shù)設(shè)置如圖2所示：

圖2：調(diào)度員潮流計算參數(shù)設(shè)置界面

4 結(jié)束語

本文介紹了電力系統(tǒng)高級應(yīng)用軟件PAS，針對靜海電網(wǎng)目前建設(shè)和運行管理狀況，論述了PAS網(wǎng)絡(luò)拓撲、狀態(tài)估計、調(diào)度員潮流、負荷預(yù)測、短路電流計算，靜態(tài)安全分析功能。隨著天津市調(diào)110kV調(diào)度權(quán)的下放，靜海地調(diào)管理高電壓大電網(wǎng)時代已經(jīng)到來，地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)預(yù)測分析難度越來越大。PAS高級應(yīng)用軟件的應(yīng)用，有利于自動化人員根據(jù)狀態(tài)估計結(jié)果對自動化系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)進行監(jiān)控和維護。PAS已成為我公司輔助調(diào)度運行人員實現(xiàn)運行方式分析、事故預(yù)演的重要工具， PAS的實際應(yīng)用使靜海調(diào)度從經(jīng)驗型向分析型轉(zhuǎn)變，使調(diào)度的決策能做到安全性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

【1】 姚建國，楊勝春，高宗和，楊志宏.電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望.電力系統(tǒng)自動化，2007, 7, 31(13): 7-10

【2】 于涌.地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化EMS系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃研究.華北電力大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文，2005,5:721

【3】 黨向榮.調(diào)度自動化主站系統(tǒng)的研究與設(shè)計.四川大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文，2006, 4

李擁軍(1967-)，男，天津市人，高級工程師，華北電力大學(xué)在讀工程碩士，目前從事電力系統(tǒng)運行控制與管理工作。

謝廣志(1981-)，男，天津市人，工程師，電力系統(tǒng)專業(yè)工學(xué)碩士。目前從事電力系統(tǒng)調(diào)度運行工作。