电力调度自动化系统基础.docx

电力调度自动化系统简介第一部分 EMS简介第一章 电力调度自动化系统的构成本章介绍调度自动化系统的构成。通过基本结构形式介绍和基本功能介绍，熟悉调度自动化系统的结构及其设备，掌握电力调度自动化系统的基本功能。 一、电力调度自动化系统的结构 以计算机为核心的电力调度自动化系统的框架结构如图1-1所示。 调度自动化主站系统 图1-1 电力调度自动化系统的框架结构 图1-1中可以看到，调度自动化系统采取的是闭环控制，由于电力系统本身的复杂性，还必须有人（调度人员）的参与，从而构成了完整、复杂、紧密耦合的人一机一环境系统。 （一）子系统构成 电力调度自动化系统按其功能可以分成如下四个子系统：1、 信息采集命令执行子系统该子系统是指设置茬发电厂和变电站中的子站设备、遥控执行屏等。子站设备可以实现“四遥”功能，包括：采集并传送电力系统运行的实时参数及事故追忆报告；采集并传送电力系统继电保护的动作信息、断路器的状态信息及事件顺序报告(SOE)；接受并执行调度员从主站发送的命令，完成对断路器的分闸或合闸操作；接受并执行调度员或主站计算机发送的遥调命令，调整发电机功率。除了完成上述“四遥”的有关基本功能外，还有一些其他功能，如系统统一对时、当地监控等。2、信息传输子系统该子系统完成主站和子站设备之间的信息交换及各个调度中心之间的信息交换。信息传输子系统是一个重要的子系统，信号传输质量往往直接影响整个调度自动化系统的质量。3、 信息的收集、处理与控制子系统该系统由两部分组成，即发电厂和变电站内的监控系统，收集分散的面向对象的RTU(RemoteTerminal Unit)的信息，完成管辖范围内的控制，同时将经过处理的信息发往调度中心，或接受控制命令并下发RTU执行。调度中心收集分散在各个发电厂和变电站的实时信息，对这些信息进行分析和处理，结果显示给调度员或产生输出命令对对象进行控制。4人机联系子系统从电力系统收集到的信息，经过计算机加工处理后，通过各种显示装置反馈给运行人员。运行人员根据这些信息，作出各类决策后，再通过键盘、鼠标等操作手段，对电力系统进行控制。（二）电力调度自动化主站SCADA/EMS系统的子系统划分 1支撑平台子系统支撑平台是整个系统的最重要基础，有一个好的支撑平台，才能真正地实现全系统统一平台，数据共享。支撑平台子系统包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。 2SCADA子系统 SCADA( Supervisory Control and Data Acquisition)子系统包括数据采集、数据传输及处理、计算与控制、人机界面及告警处理等。 3AGC/EDC子系统 自动发电控制和在线经济调度(Automatic Generation Control/Economic Dispatch Control，AGC/EDC)是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围，同时，还能使全系统发电成本最低。 4高级应用软件PAS子系统 PAS（PO-Ner system Application Software）子系统包括网络建模、网络拓扑、状态估计、调度员潮流、静态安全分析、无功优化及短期负荷预报等一系列高级应用软件。 5调度员仿真培训系统DTS子系统 DTS (Dispatcher Training Simulator)子系统包括电网仿真、SCADA/EMS系统仿真和教员控制机三部分。调度员仿真培训(DTS)与实时SCAD/EMS系统共处于一个局域网上，DTS -般由服务器、工作站及一些外设组成。 6调度管理信息子系统OMS OMS (Operater Management System)属于办公自动化的一种业务管理系统，不属于SCADA/EMS系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系，因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务。当然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。 二、调度自动化主站系统的设备 调度自动化主站系统的设备包括主站系统和相关硬件。 （一）主站系统 1双机系统 双机系统共有三种工作方式。 (1)主一备工作方式。通常采用完全相同的两台主机及各自的内、外存储器及输入输出设备。承担在线运行功能的计算机，称值班机；处于热备用状态的计算机，称为备用机。当值班机发生故障，监视设备立即自动把备用机在最短的时间内投入在线运行。采用这种工作方式时，备用机必须保持与值班机相同的数据库，便于软件的维护和开发、运行人员的模拟培训及离线计算等。 (2)主一副工作方式。通常采用一台计算机为主，担负在线运行的主要功能；另一台为副，担负较次要的在线运行功能和辅助的或离线的功能。在主机发生故障时，自动使副计算机承担起主计算机的功能。 (3)完全平行工作方式。通常采用两台计算机同时承担在线运行功能，这种方式不存在主一备机或主一副机切换问题。 为了保证可靠性，在双机系统中，前置机通常也采用双机方式。 2分布式系统 分布式系统是把系统的各项功能分散到多台计算机中去，各台计算机之间用局域网相连并通过局域网高速交换数据。人机联系的处理机也以工作站方式接在局域网上.每台计算机承担特定的任务，如前置机、监控处理机、人机联系、历史文件处理机、电网分析处理机等。对某些重要的实时功能，设置双重化的计算机，如双前置机、双后台机、双网络等。分布式系统结构优点在于资源共享和并行计算，局域网( LAN)通信灵活、数据传输方便。在系统扩充功能时，只需增加新的处理器，无须改造整个系统。分布式系统采用标准的接口和介质，把整个系统按功能分解分布在网络节点上，形成异种机兼容，能相互连接和移植，数据实现冗余分布，组成开放式的分布式系统。 目前，调度自动化系统调度端计算机系统采用基于冗余的开放式分布应用环境，整个软硬件体系结构满足冗余性和模块化是当前电力系统对调度自动化系统技术发展的客观要求。（二）人机联系设备调度自动化主站系统中的人机联系设备就是为了实现人机对话而设立的，是调度自动化中操作人员和计算机之间交换信息的输入和输出设备。这类设备分为通用和专用两种。通用的人机联系设备是指供计算机系统管理和维护人员、软件开发和计算机操作人员所使用的控制台、打印机、控制台终端、程序员终端等。专用的人机联系设备是指专门供电力系统调度人员用以监视和控制电力系统运行的人机联系设备，其中有交互型的调度员控制台、远方操作台和调度员工作站，非交互型的调度模拟屏和计算机驱动的各类记录设备及其他设备等。 人机联系系统的主要功能如下： (1)监视电力系统。 1)在屏幕上以单线图的形式显示电力系统的运行状态。 2)以表格的方式显示电力系统的运行参数以及定时打印、记录。 3)显示趋势曲线、条形图、棒图、饼图等。 4)在某些指定画面上进行某些操作。 (2)监视控制系统。 1)监视计算机系统的运行状态。 2)监视子站设备、通道的运行状态。 3)监视操作系统运行状态。 (3)维护系统。 1)在线维护和生成画面。 2)维护和生成数据库。 3)执行和开发应用软件。 （三）前置机 调度自动化主站系统的数据采集与处理子系统，常称为前置机系统。前置机系统包括从调制解调器到前置机的软、硬件。前置机系统是各厂站远动信息进入主站系统的关口。 前置机的主要功能是接收多个子站信息，其通信口能够绑定不同的规约。 前置机的主要功能如下： (1)接收数据的预处理。遥测量的预处理工作主要包括遥测值的滤波处理、越限检查和遥测归零处理，状态量变位判别，变位次数统计等。发生事故变位时，对相关遥测量进行事故追忆。 (2)向后台机传送信息。前置机预处理后的数据要向后台机传送，由后台机作进一步处理。可以采用有开关变位或遥测值的变化超过设定的死区时再向后台机送数的处理方法，以便减轻后台机的处理负担。 (3)下发命令。接收后台机的遥控、遥调命令，并通过下行通道向子站发送。向下发送电能量冻结命令。接收标准时钟（如天文钟、卫星钟等）或主机时钟，并以此为标准向子站发送校时命令，实现系统时钟的统一。 (4)向调度模拟屏传送实时数据。通过串行口向模拟屏的控制主机、智能控制箱传送数据。 (5)转发功能。从实时数据库中，选择出上级调度主站需要的信息，按规定的转发规约对信息重新进行组帧，向上级调度主站发送。 (6)，通道监视。监视各个通道是否有信号正常传送，统计信道的误码率。 （四）计算机软件系统 计算机软件系统包括系统软件、支持软件和应用软件。系统软件包括操作系统、语言编译和其他服务程序，是计算机制造厂为便于用户使用计算机而提供的管理和服务性软件。支持软件主要有数据库管理、网络通信、人机联系管理、备用计算机切换等各类服务性软件。应用软件是实现调度自动化各种功能的软件，如SCADA软件、自动发电控制和经济运行、安全分析、状态估计和对策、优化潮流、网络建模、拓扑分析、负荷预报等一系列电力应用软件等。 调度自动化的计算机软件需满足开放式分布系统的应用环境，遵守开放式标准，支持多厂家硬件平台，为应用系统提供面向对象的开发环境，支持应用层的开放。 （五）图形系统 图形是直观地显示电力系统运行状况的重要手段。SCADA系统软件模块中的图形系统，能绘制出电力系统运行状况的各种图形。 (1)网络潮流图：用来表示电网的潮流分布。 (2)厂站主接线图：由代表各种电气设备的图形符号和连接线组成，实时、直观地反映出电网的接线方式。 (3)曲线图：历史曲线图或实时动态曲线图。历史曲线图用曲线显示遥测量在某一历史时间内的变化情况。实时动态曲线图是对某一遥测量按规定的时间间隔采样，显示从过去某一时间到当前时间的曲线。 (4)扇形图：以扇形图的大小显示出若干个相关的遥测量数据大小的比例关系，一般用百分比表示。 (5)棒图：将数据显示成棒的形式，并以棒的长短显示遥测值的大小。 (6)地理接线图：用来表示厂、站和线路的地理位置和走向。 （六）数据库系统 调度自动化系统的数据库分为实时数据库和历史数据库。实时数据库主要用于实时数据的储存，由于其对实时性要求较高，一般采用专用的数据库。历史数据库主要用于对历史数据的储存，一般采用商用数据库，如Oracle、Sybase等。 三、电力调度自动化系统的基本功能 电力系统调度自动化按功能划分为电力调度自动化和配电自动化两类。 （一）电力调度自动化 1数据采集和监视控制( SCADA) 数据采集与监视控制是调度自动化系统最基本的功能，实现对电力系统实时数据的采集和运行状态的监控。监视指对电力系统运行信息的采集、处理、显示、告警和打印，以及对电力系统异常或事故的自动识别；控制则是通过人机联系设备对断路器、隔离开关等设备进行远方操作的开环性控制。 SCADA系统的主要功能如下： (1)数据采集（遥测、遥信）。数据采集的主要任务是和各子站设备交换信息。SCADA系统进行数据采集的过程为：子站设备扫描并快速更新子站设备内部数据；调度主站周期查询子站设备；子站设备向调度主站计算机传送所要求的数据；调度主站计算机进行数据校验、检错、纠错；将数据转换成标准形式并送入主机数据库。 (2)数据预处理。由信息传输系统直接送来的信息被存入数据库以前，必须对这些数据进行合理性检查和可信性校验及处理等。 (3)信息显示（监视器或动态模拟屏）和越限报警。将系统运行的动态参数和设备状态进行显示，以供调度员监视系统的运行状态。当运行参数越限或设备状态发生非预定变化时及时告警。电力系统监视的内容如下： 1)电能质量监视。监视系统的运行频率、各选定点的电压值，观察系统是否运行在给定频率和电压范围内。 2)安全限值监视。监视系统的运行频率和各选定点的功率、电压、电流、水位等是否在允许范围内。 3)断路器状态监视。监视断路器、隔离开关的开合状态，检查是否有非计划动作。 4)停电监视。线路和母线的停电状况监视。 5)计划执行情况监视。监视地区用电、电厂出力、区域交换功率等是否超计划值。 6)设备状态监视。监视各电厂机炉的启、停、备用、检修和各变压器的运行或检修。 7)保护和自动装置监视。监视系统主要设备的保护动作情况和自动装置的动作。 报警的方法很多，如画面闪光、变色、音响、自动推出报警画面等。 (4)遥控、遥调操作。调度员利用计算机系统进行远方断路器倒闸操作及远方模拟量调节。为避免误操作，通过返信校验法检查命令是否正确。当子站设备收到控制命令后并不立即执行，而是在当地先校核一下命令是否合理，如果命令正确，子站设备将返校信息送回主站，主站将发出的信息和回收的信息进行比较，当两者一致时再发出执行命令。子站设备执行了遥控命令后再发回确认执行信息。同时，在画面上打开窗口或者在另一屏上显示操作提示信息，按此提示信息一步一步地操作。 (5)信息储存和报表。信息储存是系统运行的一项任务。根据要保存数据的性质，选择不同的存储时间。例如月、年的累积数据，典型日的实时和统计数据，负荷预测用的负荷样本，事故历史资料等，存储的数据能方便地检索和修改。储存的数据可以通过报表的形式表现，如日、月、年报表。 (6)事件顺序记录和事故追忆。 1)事件顺序记录( Sequence OfEvents，SOE)。当电力系统发生事故后，运行人员从遥信中能及时了解断路器和继电保护的状态改变情况。把事故时各种断路器、继电保护、自动装置的状态变化信号按时间顺序排队，并进行记录，这就是事件顺序记录。 2)事故追忆( Post Disturbance Review，PDR)。为了分析事故，调度自动化系统在电力系统发生事故时，将事故发生前和事故发生后一段时间（时间可调）事故的全过程记录下来，作为事故分析的依据，这种功能称为事故追忆。 2自动发电控制( AGC)系统 自动发电控制系统是完整的功率闭环调节控制系统，包括实时发电控制系统、联络线交易计划、机组计划与实时经济调度、备用监视和性能评价等功能。在满足系统发电约束的各项条件下，自动调节参加AGC机组的有功功率，在系统发电费用优化的前提下，保持系统频率或联络线功率在某个控制范围内。 3网络分析应用软件（Network Analysis Application SoftwareNAS） NAS是EMS在电力系统的网络分析应用功能，主要功能如下： (I)网络建模与网络拓扑分析。根据电力系统元件的连接关系来决定实时网络结构，创建网络母线模型。将从SCADA获取最新的逻辑设备状态或人工设置的逻辑设备的状态，进行网络分析，确定网络接线模型，建成网络母线模型和电气岛模型，并提供给网络分析的其他应用软件使用。 (2)状态估计(SE)。采用当前的网络模型、冗余的实时状态和量测值、预测与计划值及调度员键入值，同时获取母线负荷预报数据作为后备伪量测，对电网的不良、可疑数据进行检测、辨识，补充不可观测岛数据，来求取电网运行情况的状态量解，维护一个完整而可靠的实时网络状态数据库，为其他网络分析软件提供实时运行方式数据。 (3)调度员潮流(DPF)。提供一种可靠、快速的潮流算法进行在线潮流计算，生成某一给定网络条件下的潮流问题的解决方法。 (4)静态安全分析(SA)。静态安全分析给电力系统调度员提供对预想事故下的电力系统稳态安全信息。 (5)安全约束调度(SCD)。安全约束调度是在保证电网安全稳定运行的基础上，以系统控制量最小或燃料（水耗）费用最低、网损最小为目标，解除系统的有功、无功、电压越限等情况。它为AGC等应用功能提供满足系统约束条件的机组经济出力。 (6)电压无功优化控制(AVC)。无功和电压的自动控制是一项综合的系统控制技术。AVC有两种类型：一是集中控制型，即在电力调度自动化系统( SCADA/EMS)与现场调控装置间闭环控制实现AVC;二是分散控制型，即单独在现场电压无功控制装置(VQC)上的计算模块与调控模块间闭环控制实现AVC。 电压无功优化控制能通过调整发电机母线电压、有载调压变压器抽头、同步调相机、静止补偿器等无功补偿设备，或投切电容器、电抗器组等，使电网运行达到安全性和经济性。 (7)负荷预测。按照未来负荷预测的时段长短，可分为电力系统超短期负荷预报、短期负荷预报、中期负荷预报和长期符合预报。超短期负荷预报用于预报下一小时系统负荷，最小时间间隔为Smin。短期负荷预报可分为日负荷预报和周负荷预报。中期负荷预报分为月负荷预报和年负荷预报。一年以上的负荷预报是长期负荷预报。 (8)短路电流计算。短路电流计算能计算电网中任意电气设备及元件不同类型短路时的电流情况。短路电流计算结果能直接用于继电保护的整定。 4调度员培训仿真（Dispatcher Training Simulator，DTS） 调度员培训仿真系统是EMS的有机组成部分，与EMS相连，实时地使用EMS数据。也可作为独立系统存在。DTS具有网络拓扑、动态潮流和动态频率计算、电力系统全动态过程仿真、继电保护仿真、数据采集系统仿真等完整的计算模块，可仿真各级电压电网及母线；可设常见事故及复杂事故，并计算出假想事故发生后继电保护的联锁动作和电网潮流的变化，显示越限设备的报警提示等。 调度员通过DTS熟悉电网结构，掌握基本运行操作及调度规程，并可进行全网反事故演习。DTS能实时模拟电力系统正常、事故和恢复时的运行情况，重现在线系统的用户界面和运行动作过程，可用作电网调度运行人员和方式人员分析电网运行的工具。 DTS的主要功能如下： (1)对学员进行电力系统正常操作的训练。 (2)对学员进行事故处理的训练。 (3)对学员进行调度自动化系统的SCADA/EMS使用的训练。 (4)提供计划及运行方式人员分析检修和电力系统新增设备投入的对策。 (5)对教员有灵活的培训支撑功能。 (6)培训过程的记录和控制、培训结果的评估等。 （二）配电自动化 通常把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统，称为配电管理系统(DMS)，主要针对配电和用电系统，用于lOkV以下的电网。其内容包括配电网数据采集和监控（SCADA，包括配电变电站自动化、馈线自动化）、地理信息系统、需方管理（包括负荷监控及管理和远方抄表及计费自动化）、配电网分析软件( DPAS)、配电工作管理系统等，即包括所有管理和控制功能。 一般认为，DMS是和输电网自动化的能量管理系统EMS处于同一层次。二者不同之处是EMS管理发电，而DMS管理供用电。EMS和DMS在电力系统中的关系示意如图GYZD00101003-2所示。图GYZD00101003-2 EMS和DMS在电力系统中的关系 现代配电管理系统采用分层集结的策略，大城市的配电自动化系统一般分为四个层次，其结构如图GYZD00101003-3所示。图GYZD00101003-3配电自动化系统的结构 1配电自动化组成 配电自动化主要由调度自动化系统，变电站、配电所自动化，馈线自动化(FA)，自动制图设备管理地理信息系统（AM/FM/GIS），用电管理自动化，配电系统运行管理自动化，配电网分析软件(DPAS)等组成。 2配电自动化系统( Distribution Automation System，DAS) (1)配电调度SCADA。配电SCADA应包括数据采集（遥测YC、遥信YX）、报警、状态监视、遥控(YK)、遥调(YT)、事件顺序记录、统计计算、趋势曲线、事故追忆、历史数据存储和制表打印等常规内容。还支持无人值班变电站的接口，实现馈线保护的远方投切、定值远方切换、线路动态着色、地理接线图与信息集成等功能。 (2)配电网电压管理系统。根据配电网电压、功率因数或无功电流等参数，自动控制无功补偿电容器投切和变压器有载调压开关分接头的挡位，实现电压、无功自动闭环控制。 (3)配电网故障诊断和断电管理系统。根据远传信息、投诉电话和故障报告的分析，实现故障诊断、故障定位、故障隔离、负荷转移、恢复供电和现场故障检修安排、检修操作票管理、事故报告存档、事故处理信息交换等。 3配电网分析软件( Distribution Power Application Sofiware，DPAS) (1)网络接线分析（又称网络拓扑）。网络接线分析用于确定配电网设备连接和带电状态，用来检查辐射网络是否合环，并给出报警。 (2)配电网潮流分析（包括三相潮流）。配电网潮流分析是配电网各种分析的基础，用于电网调度、运行分析、操作模拟和规划设计等。包括计算系统或局部的电压、电流、线损、多相平衡，不平衡潮流，仿真变压器有载调压和电容器操作的结果。 (3)短路电流计算。短路电流计算主要是在配电网出现短路故障情况下，确定各支路的电流和各母线上的电压，故障包括单相、两相、三相及接地等类型。在正常运行方式下检查保护特性和检查现行系统开关的遮断能力。在接线方式变化时，能自动计算、校核和告警。 (4)负荷模型的建立和校核。负荷模型的建立和校核，使网络负荷点的负荷（有功和无功）与在变电站馈线端口记录的实测负荷相匹配。对变电站馈线出口总电流采用实测数，对馈线各分段区间的负荷电流采用估计和按一定比例分配的办法。 (5)配电网状态估计。配电网状态估计分两大部分：一是主配电网估计，有实时量测量，属一般状态估计模型；二是沿馈线的潮流分量，无实时量测量，即在已知馈线始端功率和电压（估计值）的条件下，利用母线负荷预测模型，将其分配到各负荷点用于测量计算。 (6)配电网负荷预测。配电网负荷预报分地区负荷预报（用于购电计划及供电计划）和母线负荷预报（用于状态估计或潮流计算）两类。 (7)安全分析。中压配电网用N-1安全准则进行分析。 1)高压变电站中失去任一回路进线或一组降压变压器时，必须保证向下一级配电网供电。 2)高压配电网中一条架空线或一条电缆或变电站中一组降压变压器发生故障停运时，在正常情况下，除故障段外其他段不能停电，并不得发生电压过低和设备不允许的过负荷；在计划停运情况下又发生故障停运时，允许部分停电，但应在规定时间内恢复供电。 3)低压电网中当一台变压器或电网发生故障时，允许部分停电，但应尽量将完好的区段在规定时间内切换至邻近电网恢复供电。 (8)网络结构优化和重构。按照网络线损率最小、配电变压器之间负荷尽可能均匀分配、合格的电压质量、最少的停电次数、对重要用户尽可能平衡供电等目标函数，对网络结构进行优化和重构。 (9)配电网电压调整和无功优化。无功电压优化，首先按变电站进行优化，在具备条件时，按网络结构进行优化。 4工作管理系统（Distribution Work Management System，DWMS） 工作管理系统主要包括负荷监控与管理、远方抄表及计费自动化以及需方用电管理等。 (1)负荷监控与管理。负荷控制与管理是实现计划用电、节约用电和安全用电的技术手段，通过对负荷的控制来达到改善负荷质量的目的，是电力部门对分散用户以实时方式集中监测和控制，为计量监测、营业抄收、线损管理等工作提供丰富的电网和用户供电参数。 (2)远方抄表及计费自动化。远方自动抄表及计费自动化系统主要包括具有自动抄表功能的电能表、抄表集中器、抄表交换机和中央信息处理机四个部分。 (3)需方用电管理。业扩报装、查表收费、负荷管理等是供电部门最为繁重的几项用电管理业务。通过配电地理信息系统（AM/FM/GIS）可以加快新用户报装的速度，可以按街道的门牌编号为序建立用户档案，查询起来非常方便。同时根据用户的地理位置和负荷可控情况，实现对负荷的调峰、错峰和填谷。第二章 EMS的安全分区体系结构本章介绍EMS的体系结构。通过图文结合和功能介绍，了解能量管理系统的发展，熟悉能量管理系统在安全I区和安全II区的功能和体系结构及其在III区的应用功能。一、能量管理系统(EMS)的发展能量管理系统(EMS)是随着通信技术、计算机技术、控制技术、电力系统分析技术的进步而发展起来的。在国内，能量管理系统（调度自动化系统）的发展已经历经了四代。第一代系统为20世纪70年代基于专用机和专用操作系统的SCADA系统；第二代系统为20世纪80年代基于通用计算机和集中式的SCADA/EMS系统，部分EMS应用软件开始进入实用化；第三代系统为20世纪90年代基于RISC/UN的开放分布式EMS（含SCADA应用），采用的是商用关系型数据库和先进的图形显示技术，EMS应用软件更加丰富和完善，第三代系统的主要特征是基于RISC图形工作站的统一支持平台的功能分布式系统；第四代电网调度自动化集成系统是一套支持EMS、DMS、WAMS和公共信息平台的集成系统，为调度自动化提供了一揽子的集成方案，以遵循IEC 61970力主要特征，采用了大量的先进技术，包括CORBA中间件技术、CIMCIS技术、SVG技术等。二、 能量管理系统(EMS)的体系结构随着二次系统安全防护要求的出台，能量管理系统的体系结构发生了变化。按照电网调度的核心业务和生产需求分为安全I区的调度实时监控类功能、安全II区的调度计划类功能、安全III区应用功能。能量管理系统为调度中心的监视、分析、预警、控制等提供支持，是一套面向调度生产业务的集成的、整体的集约化系统。1实时监控类功能的体系结构位于安全I区的实时监视控制类功能可实现对电力系统稳态运行状态的监视、分析和控制，对电力系统动态运行状态的监视、分析和预警，以及对稳态、动态、继电保护和安全自动装置等实时信息的综合利用。其中的实时调度计划功能将调度计划由短期扩展到实时，提高了电网运行的经济性，为特大电网安全稳定经济运行提供了全面和完善的监视、分析、控制手段和工具。安全I区体系结构如图2-1所示。安全I区体系结构图系统安全I区采用基于高速总线的架构，为电网实时监视控制类软件提供支撑与服务，为实时监视控制、网络安全分析、动态稳定预警、实时调度计划类功能提供模型、图形、数据的交换服务。泵统高速总线独立于调度应用服务总线，满足了电网监视控制类应用功能对服务总线安全、稳定、高速、可靠的要求。同时，独立的系统高速总线还能够确保安全I区内数据交换服务畅通无阻。系统高速总线结构如图2-2所示，水电调度、电能量计量等模块也属于该体系结构。系统高速总线结构图在安全I区系统高速总线下，各个应用子系统之间会提供一些服务，这也是面向服务的系统高速总线在设计过程中需要考虑的重要方面。2调度计划类功能的体系结构调度计划类功能全面综合考虑电力系统的经济特性与电网安全，将经济调度与静态和动态安全校核有机结合，实现电网运行经济与安全性的协调统一，为特大电网安全稳定和经济运行、实现资源优化配置提供有力的技术支撑。调度计划类的核心功能是调度计划，其他功能包括调度员培训模拟、继电保护及故障信息管理等。其体系结构（安全II区体系结构）如图2-3所示。安全II区体系结构图3、区应用功能（1）调度管理。区的调度管理为企业领导和其他生产管理部门在区提供与区相同的SCADA、EMS、WAMS功能应用。(2)网络分析功能。区网络分析功能与I区类似，是I区网络分析功能向III区的拓展延伸。调度中心各业务专业人员可在安全区办公PC中使用网络分析软件。 第三章 EMS主要子系统的功能本章介绍EMS主要子系统的功能。通过功能介绍，了解EMS的子系统分类及各子系统的功能。按照系统二次防护的要求，EMS应用功能可以分为I区实时监视控制类应用功能、II区调度计划类应用功能、III区应用功能和公共应用功能四大类。一、I区实时监视控制类应用功能实时监视控制实现对电力系统稳态和动态运行状况的监视，使电网调度人员能及时、准确和全面地掌握电网的实际运行状况，提供全面和完善的监视控制手段和工具，保证电网的安全稳定经济运行。实时监视控制功能主要包括实时数据采集和监控、广域相量测量、继电保护装置和安全自动装置在线监视管理、自动发电控制、自动电压控制、网络安全分析和电网预警决策等。（一）实时数据采集和监视子系统功能该系统通过RTU和计算机通信等多种方式对实时数据（秒级稳态数据）进行采集和处理，实现对电力系统实时运行状态的监视和控制，主要包括数据采集、数据处理、数据计算和统计、人工数据输入、历史数据保存、事件顺序记录、断面监视、备用监视、设备负载率监视、事故追忆和反演、事件和报警处理、遥控和遥调、图形显示、趋势曲线、系统配置及权限设置以及人机联系、电网信息与运行信息考核统计等功能。数据采集和监控功能面向网络模型，自动完成所有设备的动态拓扑着色、自动旁路代、自动对端代、自动平衡率计算等。（二）广域相量测量子系统功能该系统通过PMU数据的采集，对动态数据进行整合，实现电网广域测量功能。该系统可实现低频振荡在线识别与分析、电网频率特性分析、电网扰动识别、快速和详细故障分析和PMU状态估计计算。广域相量测量完成电网实时动态相量信息（几十毫秒级动态数据）的采集和处理，实现对大型互联电网的动态过程监视。主要功能包括PMU信息的采集和通信、数据处理、实时相量数据分析处理和存储归档、越限报警、低频振荡监测等。广域相量测量能准确记录电力系统在故障扰动、低频振荡和系统试验等情况下的动态过程及行为特性，为电力系统动态运行状态的监视、事故分析、参数辨识、辅助服务质量监测提供支持。综合利用实时动态相量信息、电力系统静态实时信息、继电保护和安全自动装置动作信息，实现在线智能故障报警和故障诊断。（三）继电保护装置和安全自动装置在线监视管理子系统功能该系统对电力系统二次设备的信息进行采集和处理，对继电保护、故障录波装置和安全自动装置的运行状态（工况、连接片状态、告警）、投运情况、动作信息进行在线监视和管理，可进行连接片投退、切换定值区和在线定值下发修改等操作。（四）自动发电控制子系统功能该系统提供对发电的监视、调度和控制。通过控制调度区域内发电机组的有功功率使机组发电自动跟踪系统负荷变化，使系统频率偏差和区域联络线交换功率偏差在规定的范围内，监视和调整备用容量，还具备时钟校正和无意交换电量的返回功能。该系统与超短期负荷预测、安全约束经济调度结合可实现超前闭环控制。自动发电控制功能包括负荷频率控制、经济调度、备用监视、性能评价等。该系统与优化调度系统结合，可实现基于安全约束调度和超短期负荷预测的控制调节功能。（五）自动电压控制子系统功能该系统提供对电网母线电压、发电机无功、电网无功潮流进行自动监视和控制。通过调节发电机无功出力、控制变压器分接头和无功补偿设备的投切，自动控制电网电压在安全和合格的范围内，降低系统网损，保证电网安全稳定经济和优质运行。上级调度自动电压控制系统具备和下级调度自动电压控制系统的上、下协调分层控制功能。（六）网络安全分析( NAS)子系统功能该系统利用电力系统实时或计划信息对电网进行分析与决策，提高系统运行的安全性，使决策能兼顾电网的安全与经济。网络分析的应用软件利用电力系统采集的数据和其他应用软件提供的数据来分析和评估电力系统。网络安全分析子系统的主要功能包括网络拓扑分析、状态估计、调度员潮流、静态安全分析、可用输电能力、安全约束调度、最优潮流、短路电流计算、网损计算和统计、在线外网等值等。1网络拓扑分析网络拓扑分析是指根据电力系统元件的连接关系以及开关状态，将网络物理模型转化为计算用的数学模型并确定各设备的带电状态。网络拓扑分析是电力系统计算的前提，是拓扑着色及其他网络分析应用软件的公用模块。2状态估计状态估计是指根据网络接线的信息、网络参数、一组有冗余的模拟量测值、开关量状态，求取可以描述电网稳定运行情况的状态量母线电压幅值和相角的估计值，并校核实时量测量的准确性。状态估计的主要目的是维护一个完整而可靠的实时网络状态数据库，为其他应用软件提供实时运行方式数据（网络模型和状态）。该功能是调度自动化系统的基本应用，是自动电压控制、动态稳定分析、其他网络分析应用以及调度员培训仿真的基础。3调度员潮流调度员潮流为调度员和运行分析人员提供一种方便的工具，用于研究分析实时方式和各种假想方式下电网可能出现的运行状态，也可以用于计划的安全校核和分析近期运行方式的变化，可实现实时、预想和历史方式的潮流计算。调度员潮流功能操作方便、灵活，收敛性好。4静态安全分析静态安全分析是指当电力系统中的某些元件（包括线路、变压器、发电机、负荷、母线等）或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行可能产生的影响进行评估。该功能可用于实时方式和研究方式，也可以用于调度计划的安全校核。静态安全分析提供灵活直观的预想故障定义手段，模拟故障类型包括单重故障、多重故障和条件故障，具有电网预想故障分析和N-l安全分析功能。5可用输电能力可用输电能力( ATC)用于计算实时和未来一段时间基态或-1条件下电网运行的安全和稳定裕度，包括系统联络线、大电厂出线断面、重要线路或断面的有功潮流及其输送能力，并提供图形界面对有功潮流及其输送能力进行监视，为减少阻塞发生、保证电力系统的安全可靠运行提供技术支持。6安全约束调度安全约束调度根据实时或计划的运行方式，按照给定的控制目标（控制量调整最小或适应调度交易要求），在满足约束集合条件下，提出系统中的可控量（发电机有功功率、负荷）的控制措施或优化策略，以消除或缓解电网设备或断面有功过负荷，使之恢复到安全状态，为电网的安全运行提供有效的决策支持。7最优潮流最优潮流针对不同的约束集合，通过调整不同的控制变量来优化相应的目标函数。最优潮流的目标函数可以是极小化生产成本（或节能发电调度、电力交易等目标）、极小化有功网损、消除有功和无功越限的调整量最小和全局优化，其约束条件包括机组输出功率、区域间交换功率、线路潮流、母线电压等，可调节的控制量包括机组有功功率、机组无功功率、有载调压变压器的抽头、电容器电抗器、移相器、负荷。8短路电流计算短路电流对规定的故障条件（包括各种短路故障和断线故障）计算故障后各支路电流和各母线电压，用来校核开关遮断容量。如果超过某些开关额定值，则对操作员发出警告。预想的故障状态是实时状态估计或者研究方式下的潮流解。9网损计算和统计网损计算和统计包括网损计算、分析、统计与管理的功能，利用EMS和电能量计量数据等资源，基于实时数据、状态估计、潮流计算结果和理论线损进行网损统计和计算，对系统网损进行综合分析。10.在线外网等值为了解决下级调度外网模型的难题，提高分析精度，应实现上下级调度之间的联合网络等值，上级调度实现各下级调度的外部网络的在线静态等值，下级调度支持外网等值模型的接入及处理。等值可根据需要是否保留缓冲网，采用符合IEC 61970标准的接口规范进行等值模型的交互。（七）电网预警决策子系统功能电网预警系统在线监视和分析电网运行的安全隐患，利用电网运行数据进行电网动态稳定预警，实现在线稳定分析及预警、调度辅助决策、计划校核，并为未来实现闭环稳定控制奠定基础。主要应用功能包括静态安全综合预警、动态稳定分析预警、调度辅助决策、稳定裕度评估、电网稳定控制等。1静态安全综合预警静态安全综合预警软件是网络分析软件的整合升华，实现传统被动分析型EMS向主动预警型调度决策支持系统的过渡，预警内容包括静态安全预警、遮断容量预警、电压稳