PAS软件在调度系统中的应用

1 引言

静海地区电网是天津市电网的重要组成部分，其规模为220kV站3座，110kV公用变电站14座，35kV公用变电站20座，主变总容量1674MVA。经过“十一五”电网建设与改造，静海地区电网结构趋于复杂，同时110kV调度权即将下放，保证电网安全稳定运行对调度管理提出了越来越高的要求。静海电网运行方式和网络结构的特点是110kV电网采用双回辐射、T接等接线模式，形成环式接线、开环运行。随着电网规模持续发展，电网故障处理、电网改造建设过程中运行方式的变化，要保持电网安全稳定运行对调度运行分析能力提出了更高要求。静海电网PAS应用软件是烟台东方电子股份有限公司开发的DF8900电力应用一体化系统，除基本的SCADA系统外，主要由网络拓扑、状态估计、调度员潮流、负荷预测、短路电流计算，静态安全分析6部分组成。它利用电网的各种实时信息，如实时测量值、断路器、隔离开关的实时状态等，对电网的运行状态进行分析，给调度员在进行各种操作时提供决策依据，以便相应地制定最优的电网运行方式，对于提高电网运行的经济性和保证电网的安全运行都有许多有利之处。

2 PAS高级应用软件的应用

PAS高级应用软件投入运行以来，不断地进行功能完善，整套系统的稳定性和实用性不断提高，在实际工作中逐步发挥出重要的作用。SCADA系统是PAS应用软件实施最根本的基础，网络拓扑是其它应用模块建立的基础，状态估计、调度员潮流、短期负荷预报三个模块是网络分析最基本和最常用的功能，短路电流计算、静态安全分析模块是网络的提高部分。

2.1 网络拓扑

网络拓扑就是将电网中各个设备的物理模型转换为可以计算数学模型，通过建立数学模型，用数字来正确的反映设备的连接关系。实时处理开关量的变化，自动划分发电厂和变电站的计算用结点，形成新的网络结线，随之分配量测量和注入量等数据，为实时网络状态分析、调度员潮流、预想故障分析等有关的网络分析应用软件提供新结线方式下的信息与数据。电网元件的电气连接关系是应用软件进行网络分析计算的基础，必须使所建的模型和实际的运行方式相一致，才能保证应用软件结果的正确性。

在图库一体的调度自动化系统中，PAS与SCADA系统共用数据平台，绘图建模的作用是建立计算的静态模型。绘图建模规范化是维护工作的良好开端，与SCADA系统维护相比较，PAS系统基于SCADA系统，但在维护的严谨上，高于SCADA系统。网络建模中，首先是线路的绘制和连接。线路不应属于任何厂站，所以定义线路属性时就必须用“始端厂站”和“末端厂站”来定义。这样一来，线路就是唯一的。其次在电力系统中，存在多种类型的断路器和隔离开关，如普通断路器、小车断路器、母联断路器、中性点接地刀、接地刀等。在绘图建模时，要按照开关的实际作用选择其类型，否则图形在计算连接关系时会出现一些常规检查方法所检查不到的错误，不能将线路、电容器等错画成负荷，绘制变压器图元和使用变压器图元时，要注意正确区分电压等级。

在网络模型的构建中，由于静海电网规模较大，110 kV以上的外网数据较多，对于这些线路，通过考虑其日常实际潮流量的大小、潮流稳定性、运行方式的改变情况以及在本系统功率存在缺额时对本系统的支持情况，分别等值为发电机或负荷模型;这不但满足了本地区电网PAS的计算要求，而且使外网拓扑得到了简化，同时也简化了外网数据的维护。

针对静海电网多T接线辐射线路的结构特点，如果在建模时将牵引变直接建入网络中，由于过多的未知量将影响状态估计无法计算或精确度不高，为了适应这种电网特点，在建模时将牵引变作为虚厂或等值负荷处理，这样便于状态估计的计算，同时也使网架更加灵活，在录入设备参数时，也准确考虑了T接线结构，对其每一个T接点前后的每一段线路都分别考虑阻抗和充电电容。另外，对于全网的主变压器和线路参数，并未完全依赖原始数据，因为不排除原始数据是非实测值或原始参数有误的可能性，所以在调试过程中，针对不同运行方式下状态估计的结果，结合静海电网的网络结构特点，并参考地调的参数数据，对个别网络参数进行了调整。实践证明，参数的准确录人和局部的精确调整，大大提高了遥测估计合格率，并且对运行方式的改变有了更好的适应性。随着实际电网结构的改变，电网中新增任意一元件，都在投运前完成PAS系统中相应的建模工作，并将其厂站和设备信息录入相应数据库中，以便对运行方式进行计算。

2.2 状态估计

状态估计也称为滤波，它是利用实时量测系统的冗余度来提高采集数据的精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计和预报系统的运行状态，采用现代的状态估计技术，对数据进行实时处理。如果在具备一定硬件的基础上，采用状态估计技术则能充分发挥已有硬件的潜力，提高数据的精度，补充量测点和量测项目的不足，排除偶然的错误信息和数据，提高整个数据系统数据的质量和可靠性。状态估计又可以称为广义潮流，它与常规潮流所求的状态量测量相同，但应用的量测量远远多于常规潮流。正是因为量测方程数大于所求状态量数才提供了状态估计辩识不良数据的能力。状态估计提供了更准确的运行方式供调度运行人员监视运行，是潮流计算软件的基础。

可疑数据产生的因素影响到状态估计收敛性和准确性，从而必将影响到潮流计算的精度，因此应立即找出原因予以消除。通过使用发现产生可疑数据的主要原因有以下几点：网络建模(包括网元参数)的准确性和合理性，通道故障引起远动信息错误，开关和刀闸及主变分接开关与实际位置不对应，SCADA中遥测、遥信等远动数据的准确性。

利用状态估计查找SCADA系统实时数据的精度，去除不正确数据，建立用于潮流计算、N-1故障分析、短路计算的研究态模型的方法，根据实际应用经验现总结如下：

(1)、调试状态估计时，应通过维护尽可能地把粗检测结果表中的错误记录清除(尤其是可以确认肯定是错误的信息)。节点不平衡值较大的，检查此节点是否为负荷母线(如连接的有到外网的线路，但没有画出来);检查负荷母线，其负荷值是否为不平衡值，若不平衡值为正表示此母线带有负荷，为负则母线表现为出力，既存在出力又存在负荷情况，不平衡值是它们的代数和。情况与此不符，检查母线的量测方向或其他情况;检查“不可观表”，在相应地点添加伪量测点，进行人工置数，并请用户增加SCADA测点;检查“不良数据表”，查找残差较大的量测点，检查确认原因，找到原因所在;检测环网，其环网潮流是否与支路阻抗一致，即并联支路潮流与支路阻抗成反比。

(2)、如果估计的结果与SCADA出入比较大时，检查错误原因时，不应从高电压等级的站查起，而应该从电压等级较低的末梢站查起。对与网络中有环网的情况，应先查不在环网上的站，保证这些站的计算结果正确后，再查环网上的站;如果环网上的误差比较大，原因多是环网上的线路、变压器参数或档位有问题;

(3)、如果状态估计结果某个站的误差很大，尤其是两台变压器并列运行的情况，这种错误多是变压器参数或档位不匹配引起的，请仔细检查变压器的各种参数和实际档位;

(4)、如果“迭代记录”提示在有功、无功总在某个厂站附近，又查不出原因，可以把该厂站的高压母线设置为一个平衡母线，然后断开与其它站的连接，并把与其它站有线路连接的母线设置为负荷母线，使该站成为一个单独的带电岛，如果该岛估计不收敛，则一定是该站的图形连接或参数有问题。有时候，考虑到设备老化等原因，设备出厂铭牌参数与实际参数相差较大，最好有实测参数。

(5)、遥信位置错误可能会导致计算结果的错误，请调度员及时正确置入无遥信采集的开关、刀闸的位置。

(6)、对高电压等级的长线路，如果无功相差比较大，可能是线路的对地电纳参数有误，请仔细检查;

(7)、对于双回线，如果SCADA采集的无功两条线路相差很大，而估计的结果基本相同，原因一般是因为双回线之间存在较大的互电抗，解决方法是建议对线路的阻抗参数进行实测，以计及互感抗的影响。

(8)、充电无功功率错误:

电纳必须输入B/2的1000倍，而部分旧的线路型号表的电纳数值并不正确，而且五花八门，各数量级的都有。一般来说，用户提供的线路单位电纳约为 ，取一半并乘以1000后，约为0.0015左右。所以在使用旧的线路型号表时，必须首先对其电纳的数值进行修改，否则无论是状态估计还是潮流计算，线路充电功率肯定是算不对的。

2.3 调度员潮流

潮流计算是电力系统稳态运行的研究的基本工具，是电力系统扩展、规划运行计划、实际运行和控制等工作所必须的。调度员潮流(dispatcher power flow)也叫调度工程师潮流，是电网分析分析软件中的最基本也是最核心的计算功能。通过调度员潮流,使调度人员对未来进行的方式安排有了理论依据,它比离线的潮流计算更准确、更可靠、更能真实的反映电网状态。

调度员潮流的软件流程如下图所示，首先利用SCADA实时量测数据和伪量测数据，进行数据初始化得到电力系统的实时运行状态，调度运行人员根据计算要求设定计算条件及修改网络数据。下一步，网络拓扑是根据系统的遥信信息确定地区电网的电气连接状态，并将网络物理结点模型化为计算用数学模型。接着进行的状态估计是利用量测系统的冗余度来提高量测系统的数据精度，经过计算剔除其中的坏数据。在状态估计的基础上就可建立研究态，用于方式变化的调度员潮流。

2.4 短期负荷预测

短期负荷预测软件是商业化运营、经济调度、运行方式等工作的得力助手。在过去的人工预测中，主要根据前一日负荷的走势情况来预报。遇节、假日根据历史上同期资料进行分析预报，再则根据日常工作所积累的工作经验进行预报，工作既繁琐又复杂，还浪费大量的时间，同时带来的结果还不理想。该程序的应用节省了大量的人工预测工作时间，同时可根据历史数据预报未来一天至一周的负荷。遇节、假日更可以提前若干天进行预报。可查询任意一天的历史负荷数据，以曲线或表格形式将历史数据显示出来，可以对历史负荷及计算出的负荷值进行调整修改。可从多种角度自动检测不正常的历史数据，并对坏数据进行报警，由人工进行维护。也可以自动修改、维护。

通过运行发现，影响负荷预测准确率的因素有以下几点：随即负荷(一些特殊的用户如钢厂和一些比较大的用户)生产缺乏规律，使得生产变化情况无法事前掌握;气象突变和预报不准;电网负荷增长较快，往年历史数据的参考价值不大;远动数据精度对负荷预测有较大影响。

静海是天津有色金属深加工基地，电网中存在大量大量非线性、不对称及冲击性负荷，致使静海电网的负荷随机性很大，负荷预测的精度既要满足市调电网的要求，还要满足地调电网的要求。因此，地调网供负荷预测的难度很大。基于这些原因，PAS系统采用了程序预测与人工干预相结合的方法进行负荷预测，既可以在画面上直接选取一条较好的预报结果通过鼠标拖动曲线或上下平移曲线进行修改，也可以在数据库中对曲线分段乘系数进行人工修正，从而提高了准确性。

2.5短路电流计算

用来计算实时或研究方式下各种假想事故(各种短路和断线故障)的短路电流，调度员可在单线图上任意选择短路点(线路或结点)和短路类型，短路电流及各结点的电压输出也非常直观方便。三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。目前三相短路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。然而，在进行三相短路电流计算时，各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同，这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异，以及短路电流限制措施的不同。

如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费;若偏于乐观，则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。因而，在深入研究短路电流计算标准的基础上，比较了不同短路电流计算条件对短路电流计算结论的影响，以期能为电网短路电流的计算和限制提供更切合实际的方法和思路。整定计算人员以前使用一个离线的计算软件。在调试该软件时，利用离线计算结果与该软件进行比较，而现在在故障库中取出预先设定好的故障到故

障表中或直接在故障表中建立一个故障，使用当前的电网方式或设定预期的电网方式，点击“故障计算”，就可得到计算结果。而离线计算软件人机界面不友好，电网方式的设定不明了，自从有了该计算模块，给保护整定计算人员提供了极大的方便，提高了工作效率。

2.6 静态安全分析

静态安全分析包括预想事故分析和安全约束调度(constrained generation dispatch)两部分。所谓预想事故分析指的是针对预先设定的电力系统元件(如：线路、变压器、发电机、负荷和母线等)的故障及其组合，确定它们对电力系统安全运行产生的影响。预想事故分析的主要功能是：

1)按调度员的需要方便地设定预想故障;

2)快速区分各种故障对电力系统安全运行的危害程度;

3)准确分析严重故障后的系统状态，并能方便而直观展示结果。

静态安全分析软件着眼点是当前PAS的最大作用不在于实时处理电力系统事故，而在于预防事故。N-1静态安全分析中要注意元件过载情况、各枢纽点电压情况、电网的薄弱环节。某些元件开断后可能导致潮流计算不收敛，原因可能是元件开断导致局部孤立子系统或开断导致局部系统有功功率或无功功率平衡不好。前者是网络结构导致潮流计算不收敛;后者对系统的稳定性影响较大，应作进一步分析，找出原因，采取措施使潮流收敛。

如果由预想事故分析发现系统处于正常的不安全状态，那么下一个待解决的问题，就是要确定应当采取怎样的对策，才能使系统恢复到正常的安全状态。这就是属于所谓的安全性控制，也称安全约束调度。通过系统中可控变量的再安排来移去潜在的(即因预想事故而引起的)约束条件越限现象，通常称之为预防性再安排或预防性安排(简称预防控制)。当然，如果系统已经存在约束条件的越限现象，也可以通过可控变量的再安排，来使之恢复到安全状态。所以说，在预防性控制、安全校正和恢复控制中均要用到安全约束调度。

3 PAS高级应用软件系统性能指标

状态估计计算参数设置如图1所示：

图1：状态估计计算参数设置界面

调度员潮流计算参数设置如图2所示：

图2：调度员潮流计算参数设置界面

4 结束语

本文介绍了电力系统高级应用软件PAS，针对静海电网目前建设和运行管理状况，论述了PAS网络拓扑、状态估计、调度员潮流、负荷预测、短路电流计算，静态安全分析功能。随着天津市调110kV调度权的下放，静海地调管理高电压大电网时代已经到来，地区电网结构日趋复杂，电网预测分析难度越来越大。PAS高级应用软件的应用，有利于自动化人员根据状态估计结果对自动化系统的薄弱环节进行监控和维护。PAS已成为我公司辅助调度运行人员实现运行方式分析、事故预演的重要工具， PAS的实际应用使静海调度从经验型向分析型转变，使调度的决策能做到安全性和经济性的统一，保证了电网的安全稳定运行。

参考文献：

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【3】 党向荣.调度自动化主站系统的研究与设计.四川大学工程硕士专业学位论文，2006, 4

李拥军(1967-)，男，天津市人，高级工程师，华北电力大学在读工程硕士，目前从事电力系统运行控制与管理工作。

谢广志(1981-)，男，天津市人，工程师，电力系统专业工学硕士。目前从事电力系统调度运行工作。