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1能量管理系統EMS的發展概述

電力系統自動化經歷了“元件自動化”、“局部自動化”、“單一島自動化”到“綜合自動化(EMS)”的發展階段，能量管理系統將各個自動化孤島連接成為一個有機的整體。20世紀60年代提出的在線安全分析的急迫性，促進了能量管理系統的誕生；20世紀80年代頻繁出現的大型電力系統電壓崩潰事故，使EMS的重要性更為突出；20世紀90年代以來實行的電力市場，使電力系統的運營從壟斷走向開放、走向市場，：EMS的功能子模塊重新面臨技術改造和補充完善的嚴峻挑戰，突出表現在實時電價計算、最大輸電能力計算、輸電路徑優化、輸電費用計算、輸電服務預調度和實時調度等。

能量管理系統的開發和應用可大致劃分為四個階段，如表1所示。

2能量管理系統EMS主要應用軟件

根據各主要軟件的功能及用途，可將EMS劃分為五大類別：發電控制類、發電計劃類、網絡分析類、調度員培訓模擬類、市場交易與管理類。

2.1發電控制類軟件

這類軟件主要由自動發電控制、發電成本分析、交換計劃評估和機組計劃組成。

①自動發電控制(AGC)。自動發電控制是一項成熟的技術，它有40多年的歷史而且已經由模擬系統發展到數字系統，由線形反饋控制發展到最優控制。自動發電控制的基本功能包括：負荷頻率控制，維持系統頻率(50Hz)或／和維持區域間聯絡線交換功率為計劃值；經濟調度，確定各機組的經濟基準運行點；系統備用容量監視；AGC系統性能監視。

②發電成本分析。在壟斷體制下，該軟件模塊將定期給出每臺機組及各區域總的生產成本。在電力市場環境下，每個發電廠都將成為獨立發電運營商(IPP)，電網調度或交易中心在分析單個電廠成本及報價的同時，應當把握信息公開的范圍和尺度，做好部分信息的保密工作。

③交換計劃評估和機組計劃。前者對發電交換計劃的結果進行評估和AGC再校正，后者確定機組的基點功率計劃和減出力計劃等。

2.2發電計劃類軟件

發電計劃類軟件主要包括負荷預測、機組組合、水電計劃、交換計劃、火電計劃等。在電力市場機制下，負荷預測應該引入電價彈性的理念；機組組合應該充分考慮不同機組在負荷曲線上的位置及其預期的報價盈利水平；交換計劃應該滿足購電和買電雙方交易的利益均分原則；火電計劃應兼顧綠色能源和環境保護的需要。

機組組合是在滿足系統負荷、備用容量、機組容量、最小啟動時間和最小停機時間等約束條件下，考慮機組啟動費用和發電費用特性，確定系統各區域的電廠、機組次日規定時段的開停機計劃，使一定周期內的總費用最小。但在計劃經濟體制下，人為干預和不確定性因素太多，很難自動實現。在電力市場中，報價面前人人平等，實現機組組合反而容易了。雖然機組組合功能是在交易管理系統中，目標函數不同了，但其基本算法并沒有根本改變，原來的基礎和經驗仍然有效。

2.3網絡分析類軟件

網絡分析類軟件主要由網絡拓撲、狀態估計、外部網絡等值、調度員潮流、安全約束調度、最優潮流、靜態安全分析、暫態安全分析、電壓穩定分析、無功優化、短路計算等。

網絡拓撲和外部等值是EMS應用軟件中最基本的功能。拓撲分析的作用在于將網絡的物理模型實時轉化為計算的數學模型，根據數據采集與監視系統中斷路器和隔離開關的信息確定電網的電氣連接狀態，并將網絡的物理模型轉換為數學計算模型；外部等值(有靜態和動態等值之分)的作用是簡化計算，提高求解速度。它是對調度范圍或計算范圍以外的網絡進行簡化，以便考慮這部分網絡對本區域電網的影響。兩者作為公共模塊廣泛應用于狀態估計、調度員潮流、安全分析、無功優化等程序中。

靜態安全分析的作用在于，對多種給定運行方式進行預想事故分析，模擬元件或線路越限或開斷故障，找出薄弱環節，評估整個系統的靜態安全水平。當發現有危及系統靜態安全的預想事故時，調用安全約束調度軟件，以系統控制量調整最小或生產費用最低或網損最小為目標函數，提出解除有功、無功、電壓越限并使系統進入新的安全狀態的對策。

暫態安全分析是在給定的或預想的運行方式下，針對預想事故集中的故障或繼電保護裝置動作情況，判斷系統是否會失去暫態穩定并確定故障的最長持續時間。電壓穩定性分析可以給出預想運行方式下各個節點的電壓穩定性指標、功率極限和臨界電壓。

最優潮流的計算目的是優化電力系統的靜態運行條件，通過調節控制變量使目標函數達到最小，實現發電費用最小或購電總成本最低的經濟運行目標。無功優化則是在調度員潮流分析基礎上，通過改變無功設備，在滿足安全約束和電壓質量的條件下，使系統的有功總網損達到最小。

2.4調度員培訓模擬

這主要用于培訓調度員在正常狀態下的操作能力和事故狀態下的快速反應能力，也可用作獨立系統調度員(ISO)分析電網運行狀況的工具。

2.5市場交易與管理類

這主要包括實時電價計算、最大輸電能力計算、輸電路徑優化、輸電費用計算、輸電服務預調度和實時調度等軟件。這類軟件在功能上如何與現有EMS軟件整合與分工，有待進一步研究和探索。

4實例分析——以SE-9000系統為例

電力市場機制給EMS帶來了巨大挑戰，其主要軟件模塊在功能和內涵上將發生重大的變化，如SCADA、AGC、負荷預測、機組組合、調度員潮流、安全分析、無功優化、數據庫結構、人機界面等。當今主流能量管理系統以SE-9000為典范，SE-9000系統以開放、穩定、實用、先進、功能完善、易維護、易擴充為主要設計目標，在系統設計中進行了圖模庫一體化、SCADA/PAS/FA設計一體化、人機界面一體化、開發接口一體化、維護一體化一體化設計。

4.1軟件系統分析

SE-9200系統支撐平臺是整個系統的核心，平臺為各應用子系統提供統一的系統運行管理、數據訪問、模塊間通信、圖形界面、權限管理、告警處理等公共服務，使各應用只需專注于各自業務邏輯的實現，如圖1。

系統支撐平臺可以歸納為集成總線層、數據總線層、公共服務層三層，如圖2。集成總線層提供各公共服務之間、各應用子系統以及第三方軟件之間規范化的交互機制；數據總線層提供適當的數據訪問服務；公共服務層為各應用子系統提供公共服務，如圖形界面、報表工具、告警服務等。

在應用軟件方面，SE-9000系統的大型軟件應用子系統除了包含常規的電網監控子系統外，還集成有集控中心子系統、電網高級應用軟件子系統、電量管理子系統、調度管理子系統、配網自動化子系統等。

4.2結語

通過實際操作應用，SE-9000在操作上比較簡單，擁有智能化的系統建模，界面比較人性化；在系統上采用全新的一體化設計，并適合混合平臺操作。而且日常維護工作量大大減少，在數據處理上支持ORACLE等商用數據庫，保證了其安全性，具有全方位的監視和管理功能。

參考文獻：

[1]杜松懷.電力市場[M].北京:中國電力出版社,2006.

摘要：能量管理系統(EMS)是一套大型計算機應用軟件，在傳統的垂直一體化的電力系統中，其主要的功能模塊有數據采集與監視(SCADA)、負荷預測、自動發電控制(AGC)、網絡分析(NA)、在線經濟調度、預想事故與潮流分析、發電與輸電計劃、開斷計劃等。本文在簡要概述能量管理系統(EMS)發展歷史及其應用軟件的基礎上，以SE-9000系統為實例對能量管理系統（EMS）應用進行分析。

關鍵詞：能量管理系統；EMS；應用軟件；SE-9000