chap5-5 能量管理系统

4、电力系统运行状态转换关系图
（三）静态安全分析 1、定义：指只考虑事故后稳态运行的安全性，而 不考虑从当前运行状态向事故后稳定运行状态的 动态转移过程。 静态安全分析的重点在预想事故分析。 2、预想事故分析内容 （1）故障定义 根据电力系统结构和运行方式等定义事故集合。
（2）故障筛选 预想故障可能比较多，应当把这些故障按其对电 网的危害程度进行筛选和排队。 （3）故障分析 是对预想故障集合里的故障进行快速仿真潮流计 算，以确定故障后的系统潮流分布及其危害程度。 3、静态安全分析方法 （1）直流潮流法 将电力系统的交流潮流用等值的直流电流代替， 用求解直流网络的方法计算电力系统的有功潮流， 而完全忽略无功分布对有功潮流的影响。
（4）长期负荷预测 i>指未来数年至数十年的用电负荷预测； ii>受地区社会经济、人口、气候等多方面因 素的影响； iii>使用对象：规划工程师 iv>应用：电源的发展规划和网络规划等 2、负荷预测按行业分类 一般可以分为：城市民用负荷、商业负荷、 农村负荷、工业负荷以及其它负荷。
（二）负荷预测的要求及影响负荷预测的因 素 1、指标：负荷预测的精度 2、影响因素：用电设备的类型、地区性、工 业发展、气象等。 （三）负荷预测的模型 1、基本正常负荷（典型负荷分量）B(t) 与气象无关，具有线性变化和周期变化的特 点。线性变化描述日平均负荷变化规律， 而周期变化描述以24小时为周期的变化规 律。
在实际使用中，根据兰州电网的特点（如大 工业以及农灌电量占大部分比例），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负荷预测模型。
三、安全分析 （一）概述
（二）电力系统的运行状态 1、电力系统运行的等式约束条件
P
i 1 n i 1
n
（3）紧急状态 紧急状态下等式约束条件满足，某些不等式约 束条件不满足； 紧急状态下的电力系统是危险的。 （4）崩溃状态 崩溃状态下的电力系统不满足所有的等式和不 等式约束条件； 崩溃状态下自动解列装置可能动作，调度员也 可以进行调度控制。 （5）恢复状态 通过自动装置和调度人员的调度控制，在崩溃 系统大体上稳定下来以后，可使系统进入恢复 状态。
式中 f、fmax、fmin——系统频率及其上下限值； Ui、Uimax、Uimin——母线i的电压及其上下限值； PGi、PGimax、PGimin——第i台发电机有功出力及其上下限值； QGi、QGimax、QGimin——第i台发电机无功出力及其上下限值；
3、电力系统的运行状态 目前，电力系统运行状态一般分为正常状态、警戒状 态、紧急状态、崩溃状态和恢复状态。 （1）正常状态 正常状态下电力系统满足所有等式和不等式约束条件； 系统内发电设备和输电设备均有足够的备用容量，还 有适当的安全储备，能承受系统正常干扰而不致造成 不良后果，使系统迅速过渡到新的正常运行状态。 正常状态下的电力系统是安全的，可以实施经济调度。 （2）警戒状态 警戒状态下的电力系统满足所有的等式和不等式约束 条件； 警戒状态下的电能质量与正常状态相比与不合格更接 近了；电力设备的运行参数与上下限值更接近了。 警戒状态下的电力系统是不安全的。
4.加权最小二乘法估计
5.状态估计的步骤
（1）假定数学模型 （2）状态估计计算 （3）检测 （4）识别
二、负荷预测 负荷预测实际上是根据系统的允许特性、增 容决策、自然条件与社会影响等诸多因素， 在满足一定精度要求的条件下，确定未来 某特定时刻的负荷数据。其中负荷指的是 电力需求量（功率）或者用电量的值。 （一）负荷预测的分类 1、负荷预测按时间分类 按照系统负荷预测的周期来分：超短期、短 期、中期和长期负荷预测。
2、天气敏感负荷分量W(t) 天气敏感负荷分量与一系列天气因素有关， 如温度、湿度、风力、阴晴等。不同天气 因素影响负荷的方式不同，一年中不同时 期天气因素影响负荷的方式也不同，这就 形成负荷季节性周期变化的规律. 3、特别事件负荷S(t) 特别事件负荷分量明显偏离典型负荷特性， 如政治事件、系统故障限电、特别电视节 目等。由于这类事件的随机性，需要由调 度人员参与判断。在各种负荷预测模型中 这部分分量往往通过人工修正得以改进。
2、卡尔曼滤波法 把负荷作为状态变量建立状态空间模型，用 卡尔曼滤波算法实现负荷预测。这种算法 是在假定噪声的统计特性一致的情况下得 出，事实上估计噪声的统计特性是该方法 应用的难点所在。此算法适用于在线负荷 预测。 3、回归分析法 回归预测是根据负荷过去的历史资料，建立 可以进行数学分析的数学模型（经验回归 方程式），对未来的负荷进行进行预测。
4、随机负荷分量V(t) 随机负荷分量是负荷中的不可解释成分，可 通过负荷预测的模型和算法来考虑这些随 机分量。 由此，系统总负荷预测模型为
（四）负荷预测算法 定性的经验预测技术：依靠专家或专家组的判断， 仅给出一个方向性的结论，当然预测结果也不 可能是数值型的。 依赖于数量模型定量的预测技术：时间序列法、 卡尔曼滤波法、线性回归法、模糊预测法、人 工神经网络法等。 1、时间序列法： 是对给定的过去一段时间的历史负荷记录提取出 基本负荷分量、天气敏感负荷分量和特别事件 负荷分量后，剩余的残差即为各时刻随机负荷 分量，可以看成是随机时间序列。
（1）数据不齐全 （2）数据不精确 （3）受干扰时会出现错误数据 （4）数据不和谐
（三）状态估计的基本原理 对一个参数进行估计涉及三个值，即参数的 真值、测量值和估计值。 1、测量方程式： 一个物理量的测量值可用下式表示： Z=hx+v 式中x—被测量物的真值 v—测量值的随机测量误差 h—v=0时，x与z之间的比例系数
（四）动态安全分析 1、定义 分析电力系统出现预想事故时是否会失去稳 定。 2、方法 （1）模式识别法 （2）李雅普诺夫法 （3）扩展等面积法
Gi
PLj PSk
j 1 m k 1 l
m
l
Q
Gi
QLj QSk
j 1 k 1
2、电力系统运行的不等式约束条件
f min f f max U i min U i U i max P Gi min P Gi P Gi max QGi min QGi QGi max Sij min Sij Sij max
（2）短期负荷预测 i〉通常指24h的日负荷预测和168h的周负荷 预测； ii〉短期负荷预测模型中主要考虑负荷的周期 性变化规律及天气影响因素； iii〉使用对象：编制调度计划的工程师； iv〉应用：在电力系统的火电分配、水火电 协调、机组紧急组合和交换功率计划，需 要1日—1周的负荷值。
（3）中期负荷预测 i〉指未来一年之内的用电负荷预测； ii〉预测指标：月平均最大负荷、月最大负荷 和月用电量。 Iii>使用对象：编制中长期运行计划的工程师。 iv>应用：主要用于水库调度、机组检修、交 换计划和燃料计划，需要1月—1年的负荷 值。
第五节
能量管理系统EMS
EMS是现代电网调度自动化系统硬件和 软件的总称，它主要包括SCADA、 AGC/EDC、以及状态估计、负荷预测、 安全分析和调度员模拟培训等。
一、状态估计 （一）状态估计 1、定义 对电力系统的某一时间断面的遥测量和遥信 信息进行实时数据处理，通过状态估计程 序，输出可靠数据集。 状态估计是一切高级软件的实现基础。 2、状态估计的必要性 SCADA系统采集的全网实时数据汇成的实时 数据库存在下列明显缺点：
（2）P-Q分解法 利用电力系统潮流计算的P-Q分解法进行安全分析 的一种方法。此法不仅可以解出在预想故障下各 联络线的潮流分布，用以估计是否过负荷，而且 还能求出各节点的电压幅值，用以估计是否过电 压。 （3）等值网络法 安全分析时有可能把电力系统分成两部分，一部 分为对安全影响较大应主要关心的部分（待研究 系统）；一部分为对安全性较小不必过多关心的 部分（外部系统）。安全分析时就只分析在某些 预想事故下，待研究系统的内部反应，看是否有 越限发生。认为该事故下外部系统不发生越限。
4、模糊预测法 应用模糊逻辑和预报人员的专业知识，将数 据和语言形成模糊规则库，然后选用一个 线性模型，选取过去一段时 间的负荷作为训练样本，然后构造适宜的 网络结构，用某种训练算法对网络进行训 练，使其满足精度要求，之后用ANN作负 荷预测。
（1）超短期负荷预测 i〉指未来1小时以内的负荷预测 ii〉在正常情况下，一般不考虑气象条件的影响， 但是对于天气的突变和其它一些对负荷影响的突 发事件必须考虑在内； iii〉超短期负荷预测模型主要在于反映负荷在短时 间内的变化规律，即反映负荷的上升下降或水平 趋势及变化值。 iv〉使用对象：调度员 v〉应用：用于质量控制需5-10s的负荷值，用于安 全监视需1-5min的负荷值，用于预防控制和紧急 状态处理需10-60min的负荷值。
2、测量值及其误差的概率性质 3、最小二乘法估计 （1）误差的二乘值 （2）对一个物理量的真值是多少进行估计应 具备以下两个条件 i>对这个物理量进行多次测量，并已有多个 测量值 Ii〉测量值的分布密度服从正态分布 （3）最小二乘法估计的计算步骤
（4）例题 设有一直流电路如图示，已知R=10Ω，用电 流表测得I1=1.04A，用电压表测得U1=9.8V， 求电路的电流与电压的估计值. (电路的电 流与电压的真值为1A和10V)