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1、EMS高级应用软件在长葛电网中的应用长葛市供电公司：李喜堂摘要：本文主要介绍了长葛电网概况、EMS软件的发展，和EMS软件在长葛电网的应用性设计，软硬件配置，软件主要模块的功能，以及论述了EMS软件在实际使用中所遇到的一些典型问题以及和SCADA系统在软件上的协调问题，并对问题的处理作了详细的论述，同时从先进性、实用性和经济性等方面对设计进行了应用分析。第一章前言目前，电力行业正在经历一场深刻的变革，供电公司由生产型企业转向经营型企业，而且市场经济的不断发展完善，电力市场的自由化，使人们的供用电观念发生了质的变化，用户对供电公司的供电可靠性要求越来越高，停电对供电公司来说意味着内外两方面的经济
2、损失，一方面用户方面的索赔，另一方面供电公司供电量的损失。由于上述所列原因，使供电公司面临新的挑战，不得不采取新的策略、新的技术和管理措施，转变经营理念，增强市场竞争实力。为此，长葛电力公司在1998年电网调度自动化SCADA系统投入使用的基础上，经过多方论证，与烟台东方电子共同开发应用了电网高级应用软件EMS系统。第二章长葛电网的简介长葛市地处中原腹地，北依省会郑州，南靠魏都许昌，属许昌市辖的一个县级市。长葛市是葛天氏故里，历史悠久，地位优越，人文尚佳，物流畅通，交通方便；由京广铁路、京深高速公路、107国道、许开公路、彭化公路贯穿南北东西，为长葛的改革开放、招商引资、奔小康营造了极佳的环境
3、。长葛发展日新月异，现已形成以机电、磨具、陶瓷、冶炼、轻纺电器为主体的综合区化城市。长葛市供电公司是豫中唯一达标运行的一流县级供电企业，环网于华中大电网。目前长葛电网电源从许昌220kV薛坡变电站通过“110kV薛黄线”和许昌220kV付庄变电站通过“110kV付葛双回线路”与系统连接，是长葛的主供电源。另外，我市有火电厂一座，两个发电区（火电区和热电联产区），分别通过110kV湖北线、35kV湖范线和35kV葛热线接入长葛及系统电网。供电范围为全市12个乡镇、4个办事处。全市现有110kV变电站四座，分别为葛南变、黄庄变、城北变及董村变，变压器8台，总容量237.5MVA；35kV变电站8座
4、，分别为范庄变、张庄变、谢庄变、老城变、古桥变、尹庄变、坡杨变、西杨变，变压器15台，总容量133.2MVA；10kV开闭所1座（园区站），位于城东工业园区；35kV开关站一座（金汇站），位于大周镇。110kV输电线路8条，总长111.14千米；35kV输电线路15条，总长101.31千米；10kV输电线路110条，总长1150千米；配电变压器3148台，总容量为516MVA。长葛电网随着网改的一、二、三期工程建设，电网设备健康水平不断得到提高，电能质量明显改善，有力地支持了长葛国民经济的发展，并取得了良好的经济效益和社会效益。目前长葛电网的供电能力可以满足长葛市人民生活、生产和发展的需要。但
5、由于电能短缺，节电仍是当务之急。电力供应紧张时期的拉闸限电在所难免。综上所述，长葛电网是一个相对较大的系统，因此对算法要求较高，另一方面，它以实时量为基础，而且厂站接入的多，也给计算用数据的获得提供了极大的便利。其次，长葛电网比较复杂，给计算带来很大麻烦的，另外，接线方式和运行方式的多样性，也给计算增加了难度。第三章EMS系统简介3.1简述能量管理系统（EMS）是一套为电力系统控制中心提供数据采集、监视、控制和优化，以及为电力市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统的总称，它包括为上层电力应用提供服务的支撑软件平台和为发电和输电设备安全监视和控制、经济运行提供支持的电力应用软件，其目的是
6、用最小成本保证电网的供电安全性。到目前为止，电网能量管理系统的发展已经历经三代，第一代系统为70年代基于专用机和专用操作系统的SCADA系统，第二代系统为80年代基于通用计算机和集中式的SCADA/EMS系统，部分EMS应用软件开始进入实用化，第三代系统为90年代基于RISC/UNIX的开放分布式EMS系统（含SCADA应用），采用的是商用关系型数据库和先进的图形显示技术，EMS应用软件更加丰富和完善，第三代系统已经有十年的发展历史。3.2 关于东方电子EMS软件DF8002 EMS系统是DF8000系列产品中，面向二十一世纪的网省级电网调度自动化和电力市场技术支持系统的主站产品，它是在东方电
7、子公司DF8000系列产品的基础上，充分汲取了该公司二十年电力调度自动化系统主站产品服务、开发经验，严格按照大型系统软件工程的开发规范和自上而下的系统设计思想生产的新一代面向电力市场的能量管理系统，可以充分满足国内外大型用户能量管理系统、配电管理系统、电能量计量系统和电力市场技术支持系统一体化应用支撑平台建设（EMS/TMR/TMS一体化、EMS/TMR/DMS一体化）和电力应用系统建设的需求。DF8002图模一体化SCADA/EMS系统是东方电子集十七年电网调度自动化开发经验，推出的新一代跨世纪的主站产品。图模一体化的设计思想把过去单纯的实时监控提高到电力网整体高级运行管理监控的层次上来，更
8、加适应电网自动化技术的发展和需要。应用级多层开放性适于不同程度的拓展需求，这种开放性不仅为开发厂家提供纵横向互连，功能扩展的能力，更重要的是把这种能力直接提供给客户。东方电子开发的EMS软件最大的优点在于它的实时性。它利用电网的各种实时信息，如实时量测值，以及开关刀闸的实时状态等，对电网的运行状态进行分析，可以给调度员在进行各种操作时提供一种决策依据，及在操作前可以以实时数据为依据进行模拟操作，对模拟操作后的结果进行分析，得出是否可以进行此类操作的结论。并且可以向商业化运营人员提供全网的负荷分布情况和模拟各种方式下的电网运行情况以及预测未来的负荷变化趋势，以便相应的制定最优的电网运行方式，对于
9、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。但是由于它是建立在实时系统之上的，因此对调度自动化系统的要求很高，不但增加了难度，而且不能作为普通的研究工具离线使用。SCADA系统的最大特点在于它的图模一体化，及将图形与数据库有机的结合在一起，作图的时候可以通过对图形的映射直接生成数据库。这样的处理对于实时系统数据库的建立是相当便利的。但是在此基础上应用EMS软件时，一方面比较麻烦，它不但要求所做的图形要完全正确，同时要求维护者在一些细节问题上的处理要有相当丰富的经验，而且要求维护者对整个电网达到相当熟悉的程度。另一方面，由于EMS软件与SCADA系统的部分数据库不能完全共用，比如量
10、测量和模拟量的区别就造成了在设置遥测参数时，要以能使EMS软件可以读取为标准，而且在从SCADA的量测量表向EMS软件的量测量表进行映射时，对遥测量是相电压还是线电压、是A相电流还是B相电流以及遥测量的代码是否正确等，都有许多的规定。这势必造成了实际使用中的诸多不便。这里需要说明的是，当作图时以量测量方式在图上标注遥测值，才能够通过映射生成遥测数据库；而模拟量方式是从已作好的数据库中取出相应的遥测代码，从而将实时遥测值显示在图形上。3.3 EMS系统的性能特点根据电网能量管理系统实时性、分布式计算，以及与其它系统（电力市场技术支持系统、配电管理系统、电能量计量系统、MIS系统）互联的要求，EM
11、S系统的设计在实现上采用基于扩展CORBA内核ORB的开放分布式的设计思想，采用国际标准IEC 61970 CIM/CIS，面向电力市场进行了负荷预测系统、AGC和EMS应用软件（调度员潮流、最优潮流、暂态稳定性分析等）功能的扩展，并基于Internet实现了EMS系统的网上浏览和远程维护，为电力市场环境下的网省级EMS用户和其它自动化系统提供了一套先进的、开放的、可扩展的、稳定可靠的、面向对象的电力企业自动化系统支撑平台和丰富的电网分析应用软件。3.3.1可扩展性和灵活性EMS系统包括了一套基于扩展CORBA内核ORB技术的实时、开放分布式系统中间件平台，该平台对底层操作系统和硬件平台进行了
12、封装，对外提供与具体应用系统无关的统一的开发和运行接口，该平台有效的利用了各种UNIX操作系统的资源，增强了UNIX系统稳定高效的技术特点，使得应用程序建立在构件化的基础之上，便于新的应用模块的扩展。同时，整个中间件平台采用模块化的分层设计结构，便于灵活的扩展新的操作系统的功能。3.3.2标准化和互操作性随着电网控制中心互连系统的增多，EMS系统的标准化和互操作的要求逐渐提高，特别是电力市场环境下，EMS系统需要实时的支持电力市场交易的安全性分析。1999年12月由IEC颁布的 61970 CIM/CIS国际标准，定义了EMS、DMS、PTMS、TMR、RDS等系统的公用的数据模型和标准的组件
13、接口规范，该规范采用面向对象的关系模型，为各个应用系统之间公用数据的存取和访问提供了统一的国际标准，从而为分布式系统平台之上建立可互操作的应用软件模块奠定了基础。3.3.3先进性和实用性 随着电力市场的深入开展，传统的EMS应用软件已经发生了重大的变化，如发电计划已经为电力市场交易管理系统所代替，其影响波及到SCADA、自动发电控制（AGC）、负荷预测、调度员潮流、静态安全分析、最优潮流、电压无功优化等软件的运行和编制。EMS系统应用软件针对传统的电网能量管理系统和电力市场下的能量管理系统而设计，使得电力市场下电网安全分析有了可靠及时的保证。同时根据EMS应用软件在电力市场环境下的重要作用，对
14、EMS系统应用软件的实用化进行了重点设计和实现，为电力市场的离线和实时安全校核提供了可靠的保证。3.3.4安全性和可靠性 EMS系统作为一种实时系统，其处理速度和可靠性高于其它非实时的系统，因此，必须在硬件和软件的设计上提供全方位的安全保证。除了提供传统的双网、主要服务器双机热备用、故障自动恢复、磁盘阵列、硬件防火墙外，从支撑平台的设计上提供了一系列的安全保证，对重要的服务器进程进行一级守护，对数据库、Web系统的访问提供了不同级别的权限管理，保证了EMS系统实时、安全、可靠的运行。第四章长葛电网EMS系统基本构造4.1硬件配置 DF8002系统的高级应用软件系统采用分布式的客户/服务器结构，
15、其基本的硬件配置如下：、历史数据服务器（与SCADA共用）、调度员工作站（SCADA共用）、PAS（高级应用软件）服务器、PAS（高级应用软件）客户端4.2软件配置、商用Sybase数据库管理系统、UNIX或Windows NT操作系统、标准C+语言编译系统、高级应用软件EMS部分4.3软件和硬件设计标准遵循开放式EMS的设计标准，包括：、IEEE关于操作系统的POSIX(Portable Operationg System Interface For Computer Environments)1003标准、处理图形用户界面（GUI）的XWindows协议、处理网络通讯的OSI（开放系统互联
16、）和TCP/IP协议、IEEE能量控制中心工作组对EMS开放性的定义4.4系统整体结构：该系统包括以下6个子系统：、数据库管理子系统、SCADA子系统、EMS子系统、DTS子系统、网络通讯子系统、管理，维护子系统第五章EMS系统在长葛电网中的应用5.1关于EMS系统中电网分析子系统NAS NAS是建立在SCADA系统之上的电网分析软件。状态估计从SCADA中读取实时量测数据对其进行估计，剔除不良数据，形成完整的系统运行方式作为实时态数据提供给其它的在线分析（调度员潮流、静态安全分析等）软件使用。离线分析软件（如最优潮流、短路电流计算和稳定分析等）以潮流结果作为数据源，分析结果提交用户作为指导生
17、产的技术参考数据。5.1.1 NAS特点 5.1.1.1采用分布式结构，即结构与功能的分布， 5.1.1.2采用模块化结构，面向对象编程（C+/C）,对不同的算法和对象进行封装。 5.1.1.3数据库管理系统。 5.1.1.4智能化网络建模。 5.1.1.5在自上而下的设计思想指导下，实现了SCADA/AGC/NAS/DTS一体化设计。 5.1.1.6 NAS具有强大的自诊断功能。5.1.1.7 NAS高级应用软件可以在alpha、sun以及PC机上运行，真正实现了软件的跨平台运行功能。 5.1.1.8采用IEC-61970 CIM国际标准可进行对所有的应用软件进行分析计算。5.2网络拓扑分析
18、 网络拓扑分析也称“网络结线分析”，主要功能是依据实时开关状态和网络元件状态将网络物理结点模型化为计算用母线模型，并将有电气联系的母线集合化为电岛。网络拓扑是各种应用软件的前提。可以被状态估计、调度员潮流、自动电压控制、无功优化、安全分析和调度员模拟培训等应用软件调用。 网络拓扑的主要作用可以从两个方面加以说明，一是根据实时系统提供的开关、刀闸等遥信的状态信息，确定地区电网的电气连接状态，并将网络物理结点用几何拓扑学原理转化为计算用数学模型，以便于进一步计算使用。二是可根据设备和线路的运行情况，动态的对图形进行着色，可以使使用人员直观地了解电网运行情况。网络拓扑是建立在图模一体化的基础上。所谓
19、图模一体化是指使用dfpaint软件，作出各厂站的电气一次接线图，然后通过数据库映射，直接生成数据库，有机的将数据库和接线图结合在一起。图模一体化对初期建立数据库的工作和SCADA 系统的使用带来了很大的便利，但是在进行后期修改时却增加了工作量，尤其在使用EMS软件时，需要增加许多特定的要求。首先要指出的是线路的绘制和连接。线路是指连接变电站与变电站或变电站与发电厂之间的电力线路，因此线路这种设备应该是不属于任何厂站的，所以在dfpaint中定义线路所属时就必须用“始端厂站”和“末端厂站”来定义，这样一来，线路就是唯一的。其始端厂站可定义为黄庄站，末端厂站可定义为董村站，在做图时，两个厂站均按
20、上述规定进行定义，则在数据库中黄董线有唯一的记录。也只有这样才能保证在做网络拓扑时，这条线路才能够正确地将这两个厂站连接起来；并且连接的线路是唯一的。其次在电力系统中，存在多种类型的开关和刀闸，如普通开关、小车开关、母联开关、中刀、接地刀等等。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。其三，不能将线路、电容器等错画成负荷，电容器不能画成串联形式等；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。虽然网络拓扑在使用中体现出的优点很多，但是仍有许多不尽人意之处。在调试和使用中发现一些仍需改进的地方，对于避雷器没有适当的定
21、义，在实际当中，部分避雷器直接与线路或母线相连接，导致了网络拓扑计算时，错将这些部分处理成直接接地。在调试中曾发现南山变101、102开关10KV侧分别有一组避雷器直接接地，进行网络拓扑计算后，发现10KV母线及负荷均不带电，经过非常详细的检查后才找到问题所在。这个问题虽不是很严重，但体现出程序在处理一些细节问题上仍需改进。 另外通过一段时间的使用，我认为dfpaint在处理设备与设备之间的连接线焊接问题上过于复杂。调试中曾经发现这样一个现象，黄谢线实际上是正常运行的，而且是当前运行方式下谢庄站的进线，但是潮流计算后却未算出线路上穿越的功率，同时线路一览表中显示的结果为，线路末端充电(末端为谢
22、庄站)。初步检查认为可能是图形错误，但dfpaint自动检测程序得出图形连接正确、拓扑连接正确的结论，后仔细观察图形，才发现黄庄站黄谢1开关与其甲、乙刀闸之间连线的连接点须画成多焊点，否则拓扑计算后程序认为线路并未通过刀闸与母线连通，而将其处理成末端充电。在有旁母的变电站中，旁母与线路的连接线也存在此类现象。通过以上两个问题的分析，可以得出，网络拓扑计算可以帮助维护人员检查图形中不宜察觉的错误。但同时也给维护人员提出了许多要求，不但要熟练掌握dfpaint和熟悉电网结构，而且要积累相当丰富的经验。5.3负荷预测 为了保证电力系统的安全经济运行，必须掌握负荷的变化规律，以及未来的变化趋势。 短期
23、负荷预报指日周的逐时段的负荷预报。是根据前一周（一个月或更多）的历史数据，利用动态自回归模型理论（时间序列、神经元网络等）预报未来的系统负荷，对一个大网调度中心可以分类型进行系统负荷预报，同时对具体系统气象对负荷的影响情况，以及节假日的负荷变化情况加以考虑，引入气象因子。另外，还可以根据各种复杂情况人为地修改修正系数以提高预报的精度。系统负荷预报为机组经济组合、发电计划、水电计划、交换功率计划以及燃料计划等提供了精确的理论数据，使上述各种计划分析成为可能并为能量管理提供了坚实的基础。同时，预测工作的准确性，将直接影响电力系统的安全和经济运行。在实际使用中，我们根据长葛电网的特点（如大工业以及金
24、属治炼占大部分比例），从而选取了时间序列法、线性回归法、特殊日负荷预测法以及专家系统法等多种方法加权平均在一起的综合预测模型。第六章EMS高级应用软件实用性分析为了保证供电的质量和电力系统的可靠性和经济性，系统的调度控制中心必须及时而准确地掌握全面的运行情况，随时进行分析，作出正确的判断和决策，必要时采用相应的措施，及时处理事故和异常情况，以保证电力系统安全、经济、可靠地运行。电力系统运行的可靠性及其电能的质量，与自动化系统的水平有着密切的联系。电力系统是一个大系统，电能的生产、输送及分配是在一个辽阔的区域内进行的，加上电磁过程本身的快速性，所以对电力系统运行控制的自动化系统提出了非常高的要求
25、。要实现这些要求，除了一些常规措施外，电力系统EMS高级软件的应用为快速、准确、直观的反映电力系统的实时运行方式和各种假想的运行方式，为调度员随时掌握系统运行状态以及商业化运营人员能够高效精确地制定系统最优运行方式提供了强有力的保证。另一方面，由于EMS软件具有可随时保存断面数据，创建离线式研究态的功能，因此，为进行调度员模拟培训提供了可能。本套软件就实用性来说，在国内外和电力系统中均处于领先地位，有良好的推广前景。6.1先进性分析6.1.1EMS高级应用软件的最大优点以及它较其他同类软件新颖、先进的地方主要在于它的实时性。EMS高级应用软件是建立在实时监控系统SCADA系统之上，因此较之其他
26、离线式计算分析电网潮流的同类软件，在实时性方面具有较大的优势。首先，它通过实时的网络拓扑和状态分析，随时向调度员显示电网当前的运行方式和潮流分布情况，使调度员不但可以实时动态的掌握全网运行情况，而且可以作出快速反应，及时进行调整，使电网运行于最优方式下。其次，软件可以迅速获取当前时刻下的数据断面，创建研究态，在研究态下，调度员可以进行各种预想的操作，为实际操作的分析决策提供了技术支持。6.1.2电力生产特点之一是电力不可存储，用多少就生产多少，用电负荷随时都在变化，针对这种负荷变化，电力生产的调节能力也要增加，因此，电力系统经济调度是电力系统运行的一个重要内容，掌握和了解未来负荷的变化趋势将是
27、非常关键的问题。而 EMS高级应用软件为调度运方人员提供了一种技术手段，能够利用多种算法，在同时考虑各种影响因素的前提下，对负荷进行较为精确的预报，由于数据取自实时系统，因此结果的可信度大大提高。再者，电压/无功优化功能也为实现经济调度发挥了重要作用。6.2实用性分析6.2.1在实用过程中，我们发现EMS系统给自动化维护人员的工作也带来了极大的帮助，通过对状态估计结果的分析，解决了许多具体问题和进一步完善了实时监控SCADA系统。对提高SCADA系统遥测精度起了很大的作用。同时对于提高自动化维护人员技术水平也有很大帮助。6.2.2复杂技术工作要求对运行人员进行认真细致的培训，对于电力系统的调度
28、运行人员尤为重要。EMS高级应用软件由于它的实时性和研究态创建功能，为培训调度员提供了一个逼真的模拟操作环境。相对于其他形式的防真培训系统，EMS高级应用软件实现了调度员培训与实际控制中心EMS一体化，大大降低了费用，同时它与EMS/SCADA使用统一的数据库，可以以实时系统的数据和运行方式作为基础，使调度员能够快速熟悉和掌握系统。6.3 经济效益分析：6.3.1通过进行负荷预报，可使调度员和运行方式人员了解各运行方式下的系统状态，掌握未来的负荷变化趋势，以制定更合理的系统运行方式，降低系统的运行费用。6.3.2商业化运营方面，通过准确的电网电量预测，保证了电网的安全可靠运行，提高了电网经济效
29、益。6.3.3为电网运行人员从经验型上升到分析型调度提供了技术手段，同时又为新人员的培训上岗提供了辅助模拟手段，减少了培训经费的同时，提高了培训效果，缩短了新人员的上岗时间。参考文献： 电力系统稳态分析-南京工学院 陈衍 电力负荷预测技术及其应用-中国电力出版社 牛晓东 高级应用软件技术说明书-东方电子 高级应用软件使用说明书-东方电子 长葛电网2007年度运行方式-长葛市供电公司 电力系统远动及调度自动化-毕胜春 电力系统远动原理-盛寿麟作者简介：李喜堂，男，现年33岁，长葛市供电公司调度通信中心继电保护专责。先后从事过多项调度自动化主分站安装调试及运行维护、变电站通信工程改造，继电保护及安全自动装置定值整定和校验，熟悉相关标准及规程规定。1996至2004年担任远动自动化助工期间，负责本区域调度通信及自动化设备的运行维护，负责对远动通信专业新进人员进行技术培训和指导；2004年至今担任继电保护专责，负责编写本电网继电保护整定方案、自动装置方案及低频减载安案的制订，参与本供电区电网规划、新建扩建工程的设计审查及所辖供电区继电保护定值整定计算工作。