第七章 EMS能量管理系统

U i − U ilim Qi − Qilim Pl λ p ∑ Wl ( lim ) 2 n + λUQ (∑ Wvi PI = p + ∑ WQ lim Pl Ui Qilim a β r )
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2．用于故障扫描的快速计算方法 预想故障分析一般采用快速分解法 根据叠加原理，求开断支路ab后的网络 潮流解
解非线性方程7－4－15 求△x(l)及maxi|△xi|
N
Y
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4。P—Q分解法状态估计 P—Q分解法状态估计沿用稳态潮流计算 中P—Q分解法的思路： 高压系统有功功率主要与各结点电压向 量的角度有关； 无功功率主要受各节点电压幅值影响。 将雅可比矩阵进行简化。
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（二）网络的化简与等值
外部网络的静态等值 定义
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（二）网络的化简与等值
外部网络的静态等值
Pi
EQ
jQiEQ 等值注入 +
联络线 内部系统 等值支路
边界节点
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（三）预想事故分析 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： （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。
不良数据辨识的思路： 检测出不良数据； 找出这个不良数据； 在测量向量中将其排除； 再重新进行状态估计。
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（五）不良数据的辨识
排列、按序、试探法 残差搜索辨识法 非二次准则法 零残差法 总体型估计辩识法 逐次型估计辨识法
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三、实时调度与事故预想
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Pp0-△P 有源 线性 网络
bpq Pq0+△P
△P a △b
Pp0
a
a
有 源 线 性 网络
b Pq0
＋
有 源 线 性 网络
△P b
△b
b
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（四）安全约束调度 (Security Constrain Dispatch) 安全约束调度是在状态估计、调 度员潮流、静态安全分析等软件检 测出发电机、线路过负荷或电压越 限时，为电网调度提出安全对策。
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一、调度自动化系统结构
信息采集 与发送
厂 站
设 备
命令 执行
信 息 传 输
信息 接收
信 息 处 理
人 机 联 系
命令 下发 调度自动化 主站系统
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SCADA/EMS/DTS一体化的分布式 调度自动化主站系统配置
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（四）安全约束调度 (Security Constrain Dispatch) 在以系统控制量调整最小或生产费用 最低或网损最小为目标的前提下，提出 解除系统有功、无功、电压越限情况以 使电网回到安全状态的对策。如调节发 电机出力、交换功率、负荷、变压器分 接头挡位、无功功率补偿量等。
ˆ max ∆x
i
(l )
(l ) i
≤εx
( l −1)
（2）
ˆ ˆ J (x ) − J (x
) < εJ
式中，下标i表示向量x中分量的序号；εx、εJ收 敛标准。第一种标准最为常用，εx可取基准电压的 10－6～10－4。
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测量值 测量值修正 结构修正
状态估计的过程
前置滤波、极 限值校验等
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预想事故分析内容包括： 1。故障定义 由软件根据电网结构和运行方式 等定义的事故集合，该集合的元素 可以由调度员根据需要进行人工增 删或修改；
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2。故障筛选 对故障定义的事故集合按事故发 生的概率及严重性进行排序，形成 一个顺序表，故障筛选的方法分直 流法和交流法等； 3。故障分析 对故障顺序表中对系统安全运行 构成威胁的故障逐一进行分析。
ˆ ) = min ∑ ( z − z ) 2 = min ∑ ( z − h( x )) 2 ˆ ˆ J (x
i =1 i于某些准确度较高的量测量给与较高的 k 权值。 2
ˆ J ( x) = min
ˆ ∑ ( z − h( x))
i =1
（二）网络的化简与等值
N
G
I
B
E
原网络的节点用集合N表示。 欲化简掉的部分称为外部网络， 节点集用E表示。 保留部分网络的节点用保留集 G表示。有G十E＝N。 在保留集中和外部网络节点相 关联的节点组成边界节点集，用 B表示。 不和外部节点集关联的部分为 内部节点集，用I表示，
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能量管理系统EMS
变电站自动化 配电管理系统（DMS） 主站SCADA功能； SCADA 自动发电控制； 经济运行功能； 网络分析功能； 调度管理和计划
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二、电力系统状态估计
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的缺点： （1）数据不齐全； （2）数据不精确； （3）受干扰时会出现错误数据；
T
∂x X = Xˆ
[R ]
V
−1
ˆ [z − h( X )] = 0
∂h(x) 令 H(x) = ∂x
得
ˆ ˆ H (x)R [z − h(x)] = 0
T −1
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3。 电力系统加权最小二乘法状态估计求解 在电力系统中，h（x）为非线性函数，这就需要 迭代的方法求解。先假定状态量初值为x（0），采 用泰勒级数展开的方法，经过推导可得。基本加权 最小二乘法状态估计的迭代修正公式：
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（一）状态估计 (State Estimation) 根据SCADA提供的实时信息，给出电网内 各母线电压(幅值和相角)和功率的估计值。为 其他应用功能提供电网运行状态及参数。 遥信及遥测初检； 网络拓扑分析； 量测系统可观测性分析； 不良数据辨识； 母线负荷预报模型的维护； 变压器分接头估计； 量测误差估计等功能。
2n
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1．故障严重程度的性能指标 （2）电压-无功功率行为指标。该指标 用以衡量无功和电压的过负荷情况。可 表示为：
PI UQ = ∑ Wvi
β
ui − u u
lim i
lim i
+ ∑ WQi
r
Qi − Q Q
lim i
lim i
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（3）有功功率与无功功率综合行为指标： 该指标综合了前两种指标，并考虑事故 发生的可能性。可表示为：
（五）不良数据的辨识
电力系统中测量系统的标准误差 σ大约为正常测量范围的0.5～2%， 因此误差大于±3σ的测量值就可称 为不良数据，实用中通常把误差达 到±（6～7）σ以上的数据称为不良 数据。
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（五）不良数据的辨识
对状态估计结果 判断是否存在不良数据并指出具 体可疑量测数据的过程称之为不良 数据检测。 对检测出的可疑数据验证真正不 良数据的过程称之为不良数据的辨 识。
θ ij = θ i − θ j
Ui
X=
θi
Uj
状态变量
θj
对变压器同样可以列出状态变量及与因变量的关系
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2。 电力系统状态估计的数学描述 量测量：
z = [ Pij , Qij , Pi , Qi ,Vi ]
T
状态估计的量测量主要来源： SCADA的实时数据 SCADA 在量测不足之处使用预测及计划型数 据做伪量测量； 根据基尔霍夫定律得到部分必须满足 的伪量测量。
ˆ x
(l +1 )
T
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ∆x = [H (x)R H(x)] H xR [z − h(x)]
−1 −1 T −1
ˆ ˆ = x + ∆x
(l)
(l)
式中，为第l次迭代状态修正向量；H为量测方程 的雅可比矩阵。
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牛顿—拉夫逊解法进行迭代修正，直到目标函数 接近于最小为止。所采用的迭代收敛判据可有 （1）
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实时调度与事故预想 预想故障集合 故障组 故障 主开断元件 条件监视元件 条件开断元件 规则集
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预想事故筛选 1．故障严重程度的性能指标 （1）有功功率行为指标。该指标用以衡 量线路有功功率过负荷程度。表达式为：
Pl PLP = ∑ Wl ( lim ) Pl a
假定的模型
假定（1）没有结构误差 （2）没有不良数据 （3）没有参数误差
估计
求出状态估计值和残差
检测 无
是否有结构误差和不良数据
有 识别
确定不良数据和结构误差的位置
结束 修正输入
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加权最小二乘法状态估计框图
输入测量信息给定初值
l＝1
l=l+1
计算H(x(l)),h(x(l)) 计算HTR-1H 计算HTR-1[z-h(x(l))]
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（五）不良数据的辨识 除了不良数据点的残差呈现出超过检测 阈值外，还有一些正常测点的残差也超过 阈值，这种现象称为残差污染。 在多个不良数据情况下，由于相互作用 可能导致部分或全部不良数据测点上的残 差近于正常残差现象，这称为残差淹没。