电力行业信息化改造（三）(曹伟 曲萍)

图9:有载调压系统的连调监控系统电气接线（资料来源曹伟）

从上图的电气接线看,只有当调压变压器的分接头几乎停下来时去防止连调,而且用继电器触头也很不可靠,但该系统简单,易于设计和施工.而它也有如下功能:1.具有RTU 接口功能;2.光电隔离功能; 3.有调试报警; 4.有遥信功能; 5.光字牌输出功能.

类似的有载调压装置可以做成数字式的接口，对有载调压整个系统进行监控和远调，这样的话，可以弥补调压系统连调控制的不灵敏。

2.3 调度中心

调度中心是供电系统的运行核心，是实时掌握电力系统的运行状况的部门，是对系统的运行进行实时地检测和改变，而使电力系统运行在最佳状态和达到供电部门的要求。

2.3.1 数据监控与采集系统(SCADA)

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）、EMS（Energy Management System）和DMS（Distribute Management System）电力自动化系统主要是针对电力系统的安全、可靠地运行而为调度管理自动化设计的一系列软件系统，在国内的一些厂家生产的主要产品都是在原有的SCADA系统上各有所扩展而组成的电力系统经济调度自动化应用软件。同时，与之相配套的远动装置（RTU[remote terminal unit]，FTU[feeder terminal unit]）、变电站综合自动化装置也相应产生。

电力系统的数据监控系统包括实时数据和视频数据，目前的数据网较为复杂，一般为载波、微波、一点多址等传输方式。当实时和历史的数据经过微机系统处理后，方便主机系统的分析，一般情况下，电力系统的实时业务数据就是建立在对旧数据的处理和未来数据的预测上。一切的数据分析和处理必须建立在SCADA的实时数据的基础上。

电力系统的数据分析如故障数据分析、稳态运行数据分析、暂态数据分析、紧急状态数据分析等，这些数据的产生于SCADA实时数据，从中取出部分或全部进行分析时过程数据或结果数据，在县级以上部门在实时数据的基础上必须进行数据分析，最简单的如电力系统短路电流计算、线路潮流等等。

供电部门把实时检测的数据和分析计算的数据进行综合，把分析的结果驱动电力设备工作而使电力系统在正常有须中运转。

作为电力电网监控软件系统，SCADA 是较早提出来的一种电力自动化系统。此时，SCADA 的功能仍在不断地扩大和完善。SCADA系统功能发展的方向就是EMS 系统，即构成了状态数据的采集、数据的通讯、数据的分析计算与分配、系统设备的操作、能量的运行和管理这一整套电力系统调度管理自动化系统，这种模式的电力自动化系统是当前电力自动化微机形式的发展方向。但在以后的几十年中，将淘汰这种分配比较明确的模式，取尔代之的是模糊化控制设备和智能化设备。那些设备将为电力系统的稳定提供更可靠的保障。

2.3.1.1 SCADA和EMS系统的简单区别

目前SCADA系统在国际各个电力系统自动化学术理论和实践上，仍然存在许多方面的不足，主要的方面是电力传感器的精度不高、反应不灵敏、传输不精确和时间长等方面的影响，使得许多软件不能得到校验，延迟系统自动化地发展；另外一反面是软件的设计方面，一些算法不能满足系统快速的需要，而且误差很大，不利于系统自动化的设施。所以寻求好的算法和高精度的电力传感器是加快发展SCADA/EMS系统的可靠前提。

SCADA 系统作为最先使用的电力系统调度自动化系统发展到今天，其功能已经基本上做的很完善了，但一些厂家仍然在上大做数据库的文章，电力系统的电力标准已明确规定对于使用在10年以上的调度系统应考虑更换，当然这首先指的计算机的飞速发展，同时SCADA 系统上也应该扩展成EMS/DMS系统。

SCADA 系统向EMS系统转变，不仅是数据库更加强大，更重要是功能上完全满足电力系统的电力调度需求。目前，一些电力系统调度自动化系统处于EMS系统和SCADA 系统之间的一个过度阶段，有时候称EMS系统，有时候也称SCADA 系统。现在市场上EMS系统都是这种模式---大功能的SCADA 系统和不完善的EMS系统。

2.3.1.2 SCADA系统数据库及规划

标准的SCADA 系统一般含有几种Data Base，可分为Status Data ,Analog Data , Accumulated Data ,Application Data。主要对应于现场运行的数据库主要是YC、YX状态Data库；YX，YC转发库；功率总加库，电能计算库；功率因数库，历史数据库，采样周期库等。

SCADA 系统的数据是非常庞大的，需要有专门的应用程序来管理它，这样就涉及到数据库的管理和规划了。

SCADA 系统的数据库规划有两方面：一方面是 system硬件配置及功能规划；一方面是直接影响system运行状况和使用值的数据库规则。

SCADA 系统的数据库种类，（1）静态数据：①与控制系统硬/软件配置有关的数据；②构成电力系统的有关设备参数和运行数据；③与接入系统的RTU 硬/软件有关的数据及含有信号的I/O口数据；④与工程项目有关的参数；⑤系统布置的图元数据；（2） 动态数据：①实时采集数据；②控制系统实时数据；③计算值和计算等效点有关数据；④历史归档数据；⑤预测估算和研究开发数据。根据上述的数据分类，我们可以用它来模拟实际电网的运行情况，也可充分地反应电网运行模型的特征，更是有效地利用数据进行计算和分析当前电力系统的运行状况。

SCADA/EMS系统数据库的应用总体规划，需要接入SCADA/EMS系统的监控点是根据电力系统规模和电网调度原则提出的，而往往一个SCADA/EMS系统能够承受的容量和提供的条件有限，需要协调。其方法为：选择接入方式（因数：被监控点的电网结构；被监控点在电网位置；监控点与控制中心及测控点的通道条件；通道间的联系条件；SCADA/EMS系统所能提供连接方式和使用条件限制）监控点组合通常使用MTU（Master Terminal unit）为一单元进行组合。编制接入系统地址数据，进行监控点地址编排（包括MTU和RTU的地址定义）（条件是每个MTU 的出口，应考虑有新的RTU 接入；应能综合运用各种通道；满足各种类型的监控系统）。

2.3.1.3 SCADA系统信息量及处理

SCADA的数据组合方式一般应按以下三种方式划分：（1）以电网设备的属性划分信息；（2）以电网电压等级划分信息（3）以信号的物理属性划分信息，如：P，Q，I。

SCADA 系统的数据库应可在线生成，也可离线生成。

SCADA 系统自然是一整套软件系统，在地级调度上，甚至县级调度上都明确规定了对其系统的各个模块要求。模块包括网络拓扑、状态估计、调度员潮流、负荷预报、无功和电压优化、静态安全分析、安全约束调度、外部网络等值、网损计算、短路电流计算、调度员培训模拟。其中状态估计是为SCADA系统提供实时的信息和网络数学模型拓扑分析结果及相关的数据，这些数据给出了母线的电压的相位、幅值和潮流的最优估计值。潮流的最优估计值在浙江各供电局用于对明日用电负荷的估算，并上报作为预用明日电量。

2.3.1.4 EMS系统基本特点

目前，EMS 技术的发展比较缓慢，一方面是因为电力系统的硬件设备还没有达到实现EMS 技术的水平；另一方面是电力系统的故障算法还没有找到进行快速计算的方法。实际运行的电力系统自动化设备没有达到国家规定的精度，变电站送向主站的遥测数据的采集周期一般在“秒”级左右，就是在几十个周期才采一个点，这样的遥测量是根本不能与每个周波12个点保护故障采样相比，故这种数据量变送是无法满足故障计算的要求。

对于大电网，其数据结构比较复杂、数据类型比较多，但对计算机来说都不是问题，问题在于电网结构的实时采集数据的采集装置其精度不完善、通讯速率低，所以不能在短暂的时间内完成数据的计算、统计和分配。

实时系统的数据结构一直都是力求简单的，采用的算法也要求明了、快捷。在目前的电力系统中，SCADA 系统的潮流计算模块大多数还是采用经典的newton 算法，但对付潮流优化newton 算法便远远地不够了，寻求新的算法是解决计算机计算和分析大型数据库的一种途径。另一方面在故障分析、短路电流计算也需要新的算法。

2.3.1.5 SCADA系统向EMS系统地扩展

在SCADA的基础上应用开发实施的EMS应用软件应具备以下条件：

（1）网络拓扑：为状态估计、调度员潮流提供网络结构；（2）状态估计：给出网络的各母线U和实时潮流（大小、方向）；（3）调度员潮流；（4）潮流优化： Q电容补偿、机组调相；（5）电压/无功/频率优化：启动调峰和调频电厂（<5分钟）；（6）静态安全分析和与校正；（7）故障定位和后备式微机监控远方保护动作；（8）短路电流计算：根据实际电网；（9）负荷预报；（10）上网电价统筹；（11）调度员培训模拟；

对于SCADA应用软件，其数据库应为开放式结构，以便二次开发的方便和功能的扩展，今后全开放性数据库结构的EMS系统将是EMS的发展方向。

2.3.2 能量管理系统EMS

2.3.2.1 EMS概述

EMS软件的开发是基于电力系统电网调度自动化SCADA系统。对于EMS软件的开发，由于目前国内、国际上还没有固定标准，所以EMS的模块化设计可能存在许多困难。在表象上，EMS和SCADA都是电网系统管理模式，在内部结构上，EMS有电力系统的潮流的流向、流量和流形控制计算，即如何使用软件模块实现电力系统调度经济化及电网的管理。

EMS软件设计主要的方面是数据的输入输出、统计、运算和管理，故EMS 的数据库是庞杂的，在了解EMS数据库的同时，确认EMS数据库所包含的内容和建立该数据库的实际意义。电力系统中如何计算故障和非故障情况下的电量、如何传送信号量是建立数据库的作用，同时也应注意数据库的管理工作。在电力系统中，如何如何管理数据库和计算潮流及分布的数据库也是EMS数据库设计的两个最主要的方面。

在EMS软件地开发上，其数据库一般是基于ODBC数据库，这样虽然是麻烦一点，但在开放式的数据库的管理上会存在许多优点。

在电力系统中EMS 系统技术的主题主要与计算机的软件有关，计算机的软件应用地好坏及软件编制地全面性（功能）、可靠性（EMS系统）、灵活性（使用）、开放性（数据库）是主要的方面。

当电力系统正常运行时，计算电网的线路电流、功率和母线电压是EMS的必须具备的功能，用什么样的算法计算这些潮流和静态电量也是EMS 软件设计主要方面。而简单的SCADA系统仅仅是对电力系统的一些简单的电量上送和扼要的分析，以提供电力系统的运行状况供观察（如系统的功率总加）。

当电力系统发生故障时，作为电网调度的SCADA系统仅仅提供告警信号和设备的故障特征，其SCADA系统本身并不对故障作出任何的操作和保护控制措施，还是由保护去出口跳闸和重合闸，来切除和隔离系统故障，但是故障时的短路电流、潮流的流向和流量等系统电量也都没有被系统采集和记录下来，所以不能给调度提供经济性。

EMS的软件设计的内容涉及较广，其中包括电力系统的故障分析（暂态和次暂态）、稳态分析、计算机软件设计、数据库录入和管理、数据的控制和比较、数据的计算和输出、规约类型的解释等等模块（设计思路见图1）。EMS在电力系统的应用上主要是用于发电和输配电等方面。