基于三维协调的新一代电网能量管理系统研究

论文摘要

随着大区电网的互联,大容量、特/超高压电力设备和新型电力元件通过超大规模电网连接在一起,形成了超级电网。超级电网对能量管理系统EMS提出了更高、更多的要求。一部分要求是和电网本身的技术特性相关的,在超级电网中的各电力元件相互制约,相互影响,其表现异常复杂,需要EMS去准确分析和控制;另一部分要求是非电网本身技术特性的,是由于现有的分级调度体制、电力市场和节能调度等因素对EMS提出的新要求。技术层面、管理层面、市场层面和政策层面的问题交织在一起,需要将新的理念、新的分析和控制技术引入新一代EMS。超级电网在空间、时间和控制目标等三个维度表现出复杂性,新一代EMS必须与之相适应。新一代EMS是在线分析、自动预警、自动运行的系统,是能适应电网在空间、时间和目标等三个维度上的特点进行多方面协调的综合预警和智能辅助决策系统,是基于全局优化的实时闭环控制系统。本论文采用以点带面的研究方式,着重对构建新一代EMS过程中几个研究热点和重点进行探讨和研究,从而为研制新一代EMS提供新思路和解决方案。主要研究内容和结论如下:1)基于CIM的电力系统建模研究。通过对CIM中的拓扑模型、物理设备模型、量测模型、控制模型和保护模型及其信息获取方式进行研究,可知除机电暂态分析外,CIM在网络分析中已基本具备了实用化的能力,如果能在实际应用中加以完善和补充,同时妥善解决控制模型中的缺陷和理解上的二义性问题,CIM模型应能适应更高要求的网络分析应用。2)基于CIS的应用软件移植研究。阐述了基于CIS方式的短路电流软件移植,说明通过CIS接口可实现异构的应用软件与平台之间即插即用,应用软件的独立性和通用性可以得到保证,能有效保护软件资源。为了实现开关遮断容量的在线校核,对现有的短路电流算法进行了改进,通过并联负阻抗支路以避免重新节点优化编号,有效地提高了计算速度。3)基于IEC 61970标准的EMS系统间信息交互研究。以在线外网等值软件为例说明调度中心的EMS之间如何进行基于IEC 61970标准的信息交互。通过对等值效果的测试,说明了EMS间的信息交互可有效地提高网络分析软件的计算精度。4)基于目标、空间和时间三个维度上分解协调控制的有功闭环自动控制系统研究。在时间维上,一次调频、AGC、实时调度和目前作为研究热点的节能调度构成了时间序列上的分解协调控制;在空间维上,网调、省调、电厂和机组间构成了空间上的分解协调控制;在目标维上,频率质量、发用电平衡、安全约束等电网本身的技术特性和电力市场、节能调度等非电网的技术特性交织在一起,要求在有功闭环控制时全部满足,构成了基于多目标的分解协调控制。进行了基于CPS的AGC控制策略和基于超短期负荷预测的实时调度算法的研究,研究成果已付诸工程实践,取得显著实效。5)基于目标、空间和时间三个维度上分解协调控制的无功(电压)闭环自动控制系统研究。在时间维上,分解协调控制体现在各级AVC系统应选择合适的控制周期以及离散型控制设备和连续型控制设备在响应时间特性上的差异,应结合短期和超短期负荷预测结果进行离散型设备的控制;在空间维上,网调、省调和地调AVC系统之间以及AVC主站和电厂AVC子站之间通过选择合适的协调控制变量构成了分解协调控制;在目标维上,通过无功优化数学模型以及静态电压稳定和AVC的协调实现了分解协调控制。6)基于DTS互联的联合反事故演习模式研究。通过对各种联合反事故演习模式进行介绍和比较,得出基于多级DTS系统互联的联合反事故演习模式具备较多的优点,在工程上较强的可操作性,可通过在时间维和空间维上的信息交互来实现。在时间维上,需要DTS系统间在联合反事故演习前、演习中和演习后进行相关信息的交互:在空间维上,通过省、地、县三级调度机构间的信息交互实现联合反事故演习,省、地之间通过DTS系统间的信息交互来实现,地、县之间通过WEB访问的方式来实现。

论文目录

致谢

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 能量管理系统概述

1.2.1 EMS的技术发展

1.2.2 EMS的总体结构

1.2.2.1 数据采集类

1.2.2.2 能量管理类

1.2.2.3 网络分析类

1.2.2.4 培训模拟类

1.3 IEC 61970标准概述

1.3.1 公用信息模型（CIM）

1.3.1.1 CIM规范概述

1.3.1.2 CIM类之间的关系

1.3.2 组件接口规范（CIS）

1.3.3 可缩放矢量图形（SVG）

1.4 新一代EMS的发展方向

1.5 实现新一代EMS的主要难点

1.6 论文研究内容

1.7 论文的特点和创新点

参考文献

第二章基于CIM/CIS的电力系统网络分析软件研究

2.1 引言

2.2 基于CIM的电力系统建模

2.2.1 网络分析应用的数据需求

2.2.2 网络拓扑模型

2.2.2.1 CIM中的拓扑模型

2.2.2.2 静态拓扑模型的获取

2.2.2.3 动态拓扑模型的获取

2.2.2.4 实用性评价

2.2.3 物理设备模型

2.2.3.1 CIM中的物理设备模型

2.2.3.2 物理设备特性的获取

2.2.3.3 实用性评价

2.2.4 量测模型

2.2.4.1 CIM中的量测模型

2.2.4.2 量测量的获取

2.2.4.3 实用性评价

2.2.5 控制模型

2.2.5.1 CIM中的控制模型

2.2.5.2 实用性评价

2.2.6 保护模型

2.2.6.1 CIM中保护模型

2.2.6.2 保护策略的获取

2.2.6.3 实用性评价

2.3 基于CIS的短路电流软件移植

2.3.1 实施背景

2.3.2 软件结构

2.3.3 短路电流算法

2.3.3.1 对称分量法

2.3.3.2 故障电路的对称分量模型

2.3.3.3 规范化故障分析

2.3.4 CIS接口设计

2.4 信息交互应用实例──在线外网等值软件

2.4.1 实施背景

2.4.2 基本原理

2.4.2.1 相关的CIM扩展

2.4.2.2 等值计算

2.4.2.3 模型数据下发流程

2.4.2.4 实时数据下发流程

2.4.3 等值效果测试

2.4.3.1 测试方案设计

2.4.3.2 测试结果

2.5 本章小结

参考文献

第三章基于三维协调的AGC/实时调度系统构建

3.1 引言

3.2 一次调频

3.3 基于CPS的AGC控制策略研究

3.3.1 控制性能评价标准CPS及其优越性

3.3.1.1 CPS标准简介

3.3.1.2 CPS标准的优越性

3.3.2 两套标准下的理想控制效果比较

3.3.3 区域总调节功率的计算

3.3.4 区域总调节功率的修正

3.3.5 AGC控制区域划分

3.3.6 AGC与SCD的闭环

3.3.6.1 预防控制

3.3.6.2 校正控制

3.3.7 应用效果分析

3.4 基于超短期负荷预测的实时调度软件研究和实现

3.4.1 日前电力市场对实时调度提出的非技术性要求

3.4.2 超短期实时调度的研究和实现

3.4.2.1 原理

3.4.2.2 算法及分配策略

3.4.2.2.1 按日前计划进行分配

3.4.2.2.2 辅助分配策略

3.4.2.2.3 指定单机和全厂出力

3.4.2.2.4 负荷预测的干预

3.4.2.3 实时计划的下发

3.4.3 关键问题的处理

3.4.3.1 与SCD闭环实现预防和校正控制

3.4.3.2 紧急控制协助提高CPS指标

3.4.3.3 翻牌机制防止破坏CPS指标

3.4.3.4 抗干扰措施提高系统的鲁棒性

3.4.4 控制效果评估

3.5 节能调度初探

3.5.1 主站端节能调度软件

3.5.2 电厂端全厂负荷优化控制软件

3.6 本章小结

参考文献

第四章基于三维协调的AVC系统研究

4.1 引言

4.2 总体结构和控制流程

4.3 优化模型和协调控制策略

4.3.1 无功优化数学模型

4.3.2 时间维的分解协调控制

4.3.2.1 负荷预测中的几个概念

4.3.2.2 基本思想

4.3.2.3 基于负荷预测的离散型设备控制策略

4.3.3 空间维的分解协调控制

4.3.3.1 网省地AVC系统之间的协调控制

4.3.3.2 与电厂AVC子站间的协调控制

4.4 静态电压稳定与AVC的协调

4.5 本章小结

参考文献

第五章基于DTS系统互联的联合反事故演习模式研究

5.1 引言

5.2 各种联合反事故演习模式比较

5.2.1 基于WEB方式的联合反事故演习

5.2.2 分散建模、各自仿真、多头操作、手工联动

5.2.3 统一系统、统一建模、统一仿真

5.2.4 统一系统、分散建模、统一仿真

5.2.5 分散系统、分散建模、交互仿真

5.2.6 统一仿真支持平台

5.3 基于DTS系统互联的联合反事故演习模式研究

5.3.1 省、地DTS中的网络模型分层维护

5.3.2 省、地DTS的电力系统模型的协调

5.3.3 简化的省、地DTS交互方式

5.3.3.1 基本概念

5.3.3.2 联合反事故演习前的模型交互

5.3.3.3 联合反事故演习前的教案同步

5.3.3.4 联合反事故演习中数据交互

5.3.3.5 联合反事故演习后数据交互

5.3.3.6 图形的交互

5.4 本章小结

参考文献

第六章结论与展望

作者简历

攻博期间参加的科研工作和发表的论文

基于三维协调的新一代电网能量管理系统研究

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