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方案

本发明专利技术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；本发明专利技术可实现对电网安全、经济、电能质量的综合协调的闭环控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术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)，该专利技术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)，本专利技术通过预测未来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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伯明，吴文传，孙宏斌，郭庆来，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]