CN110635572B - 一种电网监控管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网监控管理系统，包括：监控告警装置、电网控制装置和电网分析装置。对电网运行情况各项指标进行全覆盖监控，同时在发电控制和电压控制上增加了协调控制能力，对电网进行建模运算，为调度运行及分析提供支持。

Description

一种电网监控管理系统

技术领域

本发明涉及电网监控领域，具体涉及一种电网监控管理系统。

背景技术

电网监控主要是指电力调度自动化系统，根据电网的规模不同，可以分为不同级别的电力调度自动化系统；如地区电力调度自动化系统、县市级电力调度自动化系统。根据电网性质不同，还有电力综合自动化系统、配网调度自动化系统等。

现有的电网监控系统仅能实现基本的监测和告警，监测的场景不够丰富，控制和分析能力也较弱。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种电网监控管理系统，其特征在于，包括：监控告警装置、电网控制装置和电网分析装置；其中。

所述监控告警装置，用于。

（1）对电网实时运行稳态信息的监视和设备控制，包括数据处理、计算和统计、人工数据输入、历史数据保存、顺序事件记录、断面监视、备用监视、设备负荷率监视、事故追忆和反演、事件和报警处理、遥控和遥调、动态着色、图形显示和趋势曲线。

（2）对电网广域实时动态过程的监视，包括相角差的监视和预警，实时相量数据分析处理和存储归档和越限报警。

（3）对继电保护装置和安全自动装置运行信息、动作信息、录波信息、测距信息的分析处理，为用户提供告警、分析、统计和査询。

（4）综合电网稳态信息和动态信息，实时监视电网电压、电流、功率、频率、角度的越限及突变和开关动作信息，实现对电网短路、潮流突变、机组甩负荷、频率和电压跌落等扰动的识别，提供告警信息并保存当前的动态数据。

（5）根据发电机有功功率、功角和转速变化率，以及联络线有功功率、母线电压、母线功角差等连续的动态过程数据，分析功角和线路有功功率的振荡模式，确定功角振荡模式和机组的关系，实现对系统低频振荡的监测、预警和分析。

（6）在线智能告警，判断电网故障并推出事故画面，综合分析电网一、二次设备的运行信息，包括电网开关动作、设备量测信息、继电保护和安全自动装置动作信息、故障录波信息、同步相量测量装置PMU量测信息。

所述电网控制装置包括发电控制模块和电压控制模块。

所述发电控制模块通过控制调度区域内发电机组的有功功率使发电自动跟踪负荷变化，维持系统频率为额定值，维持电网联络线交换功率，监视备用容量，实现负荷频率控制、备用容量计算、控制区域和机组性能考核。

所述发电控制模块接收和处理实时遥测和遥信数据，包括系统频率、联络线交换功率、时差、上级调度下发的区域控制偏差、机组有功功率、机组调节上下限、机组受控状态和机组升/降功率闭锁信号。

所述发电控制模块的运行状态包括在线状态、离线状态和暂停状态。所述在线状态为所有功能都投入正常运行，进行闭环控制；所述离线状态不对机组下发控制命令，但数据处理、区域控制偏差计算、性能监视等功能均正常运行；所述暂停状态由于某些量测数据异常导致区域控制偏差计算错误时，暂停计算；三种状态可根据量测数据情况和电网状态进行切换。

所述发电控制模块的控制模式包括。

定频率控制，维持系统频率恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含频率分量。

定联络线交换功率控制，维持联络线交换功率的恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含联络线交换功率分量。

联络线和频率偏差控制，同时控制系统频率和联络线交换功率，此时，区域控制偏差计算公式中同时包含频率分量和联络线交换功率分量。

所述发电控制模块在控制过程中纠正系统频率偏差产生的时钟误差和净交换功率偏离计划值时所产生的无意交换电量，时差校正和电量偿支持人工或自动两种启动方式。

所述电压控制模块用于对电网母线电压、发电机无功功率、电网无功潮流监视和自动控制；利用电网实时数据和状态估计提供的实时方式进行分析计算，对无功可调控设备进行在线闭环控制，并进行无功优化。

所述无功优化在满足电网运行和安全约束的前提下，以整个电网的网损最小化为优化目标，给出各分区中枢母线电压和关键联络线无功的优化设定值，同时支持运行监视、控制决策、协调控制、控制执行及闭锁。

所述电压控制模块基于采集的电网实时运行数据，对发电机无功功率、有载调压变压器分接头、可投切无功补偿装置、静止无功补偿装置等无功电压设备进行在线优化闭环控制，实现无功电压分级控制模式。

所述无功电压分级控制模式为无功电压三级协调控制模式。

(1)第一级电压控制即厂站控制，由电压控制模块子站来实现，通过协调控制本厂站内的无功电压设备，满足第二级电压控制给出的厂站控制指令。

(2)第二级电压控制用于分区控制决策，通过协调控制本分区内的无功电压设备，给出各厂站的控制指令。将中枢母线电压和重要联络线无功控制在设定值上，实现分区内母线电压合格和无功储备。控制周期为1〜5min。

(3)第三级电压控制用于全网在线无功优化，通过优化给出各分区中枢母线电压和重要联络线无功的设定值，输出给第二级电压控制使用。降低全网网损。无功优化可周期启动，周期为15min〜lh。

(4)第三级电压控制和第二级电压控制由电压控制模块主站实现。

所述电网分析装置利用电网运行数据和其他应用软件提供的结果数据来分析和评估电网运行情况，确定母线模型，为运行分析软件提供实时运行方式数据,同时分析实时方式和各种预想方式下电网的运行情况；分析电力系统中元件或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行产生的影响。

所述电网分析装置，用于。

(1)对网络进行拓扑分析，确定网络接线模型，建立网络母线模型和电气岛模型，并提供给其他应用和模块使用。

(2)根据网络接线信息、网络参数、冗余的模拟量测值和开关量状态，求取母线电压幅值和相角的估计值，检测可疑数据，辨识不良数据，校核实时测量的准确性，并计算全部支路潮流，为电力系统的可观测部分和不可观测部分提供电网潮流解。状态估计生成完整的实时网络状态数据，为其他应用和模块提供实时运行方式数据。

(3)分析实时方式和各种假想方式下电网运行状态，在网络拓扑模型基础上，根据给定的注入功率及母线电压计算各母线的状态量、网络各支路的有功和无功功率。

(4)利用电网运行数据和方式数据计算机组有功功率对线路有功潮流、机组有功功率对断面潮流、机组无功功率对母线电压、无功补偿设备投切对母线电压、变压器抽头对母线电压的灵敏度；计算网络有功损耗对机组有功功率、区域交换功率、联络线功率等的灵敏度和罚因子。

(5)评估电力系统中元件或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行产生的影响，计算故障发生后引起元件越限时系统的运行状态，对整个电网的安全水平进行评估，对电网安全运行构成威胁的故障进行警示，评价故障对系统安全运行的影响。

(6)计算实时和未来的基态或N-1条件下系统联络线、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。

(7)对规定的故障条件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。

(8)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。

(9)对电网运行的动态化运行评估，利用实时监控与预警应用的输出结果，对电网安全经济运行水平、计划执行及技术支持系统运行情况进行统计分析，为调度运行及分析提供支持。

本发明对电网运行情况各项指标进行全覆盖监控，同时在发电控制和电压控制上增加了协调控制能力，对电网进行建模运算，为调度运行及分析提供支持。

附图说明

图1为本发明一种电网监控管理系统的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种电网监控管理系统，包括：监控告警装置、电网控制装置和电网分析装置；其中。

所述监控告警装置，用于。

（1）对电网实时运行稳态信息的监视和设备控制，包括数据处理、计算和统计、人工数据输入、历史数据保存、顺序事件记录、断面监视、备用监视、设备负荷率监视、事故追忆和反演、事件和报警处理、遥控和遥调、动态着色、图形显示和趋势曲线。

（2）对电网广域实时动态过程的监视，包括相角差的监视和预警，实时相量数据分析处理和存储归档和越限报警。

（3）对继电保护装置和安全自动装置运行信息、动作信息、录波信息、测距信息的分析处理，为用户提供告警、分析、统计和査询。

（4）综合电网稳态信息和动态信息，实时监视电网电压、电流、功率、频率、角度的越限及突变和开关动作信息，实现对电网短路、潮流突变、机组甩负荷、频率和电压跌落等扰动的识别，提供告警信息并保存当前的动态数据。

（5）根据发电机有功功率、功角和转速变化率，以及联络线有功功率、母线电压、母线功角差等连续的动态过程数据，分析功角和线路有功功率的振荡模式，确定功角振荡模式和机组的关系，实现对系统低频振荡的监测、预警和分析。

（6）在线智能告警，判断电网故障并推出事故画面，综合分析电网一、二次设备的运行信息，包括电网开关动作、设备量测信息、继电保护和安全自动装置动作信息、故障录波信息、同步相量测量装置PMU量测信息；实现电力系统在线故障诊断和智能告警，利用形象直观的方式展示故障诊断和智能告警结果。

所述电网控制装置包括发电控制模块和电压控制模块。

调度应用中的电网控制是指利用电网实时信息，结合实时调度计划信息、实时方式信息自动调整可调控设备，实现电网的闭环调整，主要包括发电控制和电压控制。

所述发电控制模块通过控制调度区域内发电机组的有功功率使发电自动跟踪负荷变化，维持系统频率为额定值，维持电网联络线交换功率，监视备用容量，实现负荷频率控制、备用容量计算、控制区域和机组性能考核。

可以按北美电力可靠性委员会的Al、A2标准及CPS1、CPS2标准进行控制和评估。

所述发电控制模块接收和处理实时遥测和遥信数据，包括系统频率、联络线交换功率、时差、上级调度下发的区域控制偏差、机组有功功率、机组调节上下限、机组受控状态和机组升/降功率闭锁信号。

所述发电控制模块的运行状态包括在线状态、离线状态和暂停状态。所述在线状态为所有功能都投入正常运行，进行闭环控制；所述离线状态不对机组下发控制命令，但数据处理、区域控制偏差计算、性能监视等功能均正常运行；所述暂停状态由于某些量测数据异常导致区域控制偏差计算错误时，暂停计算；三种状态可根据量测数据情况和电网状态进行切换。

所述发电控制模块的控制模式包括。

定频率控制，维持系统频率恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含频率分量。

定联络线交换功率控制，维持联络线交换功率的恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含联络线交换功率分量。

联络线和频率偏差控制，同时控制系统频率和联络线交换功率，此时，区域控制偏差计算公式中同时包含频率分量和联络线交换功率分量。

所述发电控制模块在控制过程中纠正系统频率偏差产生的时钟误差和净交换功率偏离计划值时所产生的无意交换电量，时差校正和电量偿支持人工或自动两种启动方式。

所述电压控制模块用于对电网母线电压、发电机无功功率、电网无功潮流监视和自动控制；利用电网实时数据和状态估计提供的实时方式进行分析计算，对无功可调控设备进行在线闭环控制，并进行无功优化。

所述无功优化在满足电网运行和安全约束的前提下，以整个电网的网损最小化为优化目标，给出各分区中枢母线电压和关键联络线无功的优化设定值，同时支持运行监视、控制决策、协调控制、控制执行及闭锁。

上述功能可协调国家电网、区域电网、省级电网、地级电网等各级电网的电压控制，保证整个互联电网的电压安全和质量，实现无功的分层分区平衡。另外还可提供历史记录和考核统计信息，便于用户对无功电压控制效果进行查询、分析和评价，同时也作为电网无功电压管理的依据。

所述电压控制模块基于采集的电网实时运行数据，对发电机无功功率、有载调压变压器分接头、可投切无功补偿装置、静止无功补偿装置等无功电压设备进行在线优化闭环控制，实现无功电压分级控制模式。

所述无功电压分级控制模式为无功电压三级协调控制模式。

(1)第一级电压控制即厂站控制，由电压控制模块子站来实现，通过协调控制本厂站内的无功电压设备，满足第二级电压控制给出的厂站控制指令。

(2)第二级电压控制用于分区控制决策，通过协调控制本分区内的无功电压设备，给出各厂站的控制指令。将中枢母线电压和重要联络线无功控制在设定值上，实现分区内母线电压合格和无功储备。控制周期为1〜5min。

(3)第三级电压控制用于全网在线无功优化，通过优化给出各分区中枢母线电压和重要联络线无功的设定值，输出给第二级电压控制使用。降低全网网损。无功优化可周期启动，周期为15min〜lh。

(4)第三级电压控制和第二级电压控制由电压控制模块主站实现。

所述电网分析装置利用电网运行数据和其他应用软件提供的结果数据来分析和评估电网运行情况，确定母线模型，为运行分析软件提供实时运行方式数据,同时分析实时方式和各种预想方式下电网的运行情况；分析电力系统中元件或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行产生的影响。

所述电网分析装置，用于。

(1)对网络进行拓扑分析，确定网络接线模型，建立网络母线模型和电气岛模型，并提供给其他应用和模块使用。

(2)根据网络接线信息、网络参数、冗余的模拟量测值和开关量状态，求取母线电压幅值和相角的估计值，检测可疑数据，辨识不良数据，校核实时测量的准确性，并计算全部支路潮流，为电力系统的可观测部分和不可观测部分提供电网潮流解。状态估计生成完整的实时网络状态数据，为其他应用和模块提供实时运行方式数据。

(3)分析实时方式和各种假想方式下电网运行状态，在网络拓扑模型基础上，根据给定的注入功率及母线电压计算各母线的状态量(电压的相角及幅值)、网络各支路的有功和无功功率。

(4)利用电网运行数据和方式数据计算机组有功功率对线路有功潮流、机组有功功率对断面潮流、机组无功功率对母线电压、无功补偿设备投切对母线电压、变压器抽头对母线电压的灵敏度；计算网络有功损耗对机组有功功率、区域交换功率、联络线功率等的灵敏度和罚因子。

(5)评估电力系统中元件(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产生的影响，计算故障发生后引起元件越限时系统的运行状态，对整个电网的安全水平进行评估，对电网安全运行构成威胁的故障（如线路过载、电压越限和发电机功率越限等）进行警示，评价故障对系统安全运行的影响。

(6)计算实时和未来的基态或N-1条件下系统联络线、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。

(7)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。

(8)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。

(9)对电网运行的动态化运行评估，利用实时监控与预警应用的输出结果，对电网安全经济运行水平、计划执行及技术支持系统运行情况进行统计分析，为调度运行及分析提供支持。

其中，上述监控告警装置、电网控制装置和电网分析装置均可通过相应模块实现其功能，监控告警装置、电网控制装置和电网分析装置之间及各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体功能可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。

本发明对电网运行情况各项指标进行全覆盖监控，同时在发电控制和电压控制上增加了协调控制能力，对电网进行建模运算，为调度运行及分析提供支持。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种电网监控管理系统，其特征在于，包括：监控告警装置、电网控制装置和电网分析装置；其中，

所述监控告警装置，用于：

（1）对电网实时运行稳态信息的监视和设备控制，包括数据处理、计算和统计、人工数据输入、历史数据保存、顺序事件记录、断面监视、备用监视、设备负荷率监视、事故追忆和反演、事件和报警处理、遥控和遥调、动态着色、图形显示和趋势曲线；

（2）对电网广域实时动态过程的监视，包括相角差的监视和预警，实时相量数据分析处理和存储归档和越限报警；

（3）对继电保护装置和安全自动装置运行信息、动作信息、录波信息、测距信息的分析处理，为用户提供告警、分析、统计和査询；

（4）综合电网稳态信息和动态信息，实时监视电网电压、电流、功率、频率、角度的越限及突变和开关动作信息，实现对电网短路、潮流突变、机组甩负荷、频率和电压跌落扰动的识别，提供告警信息并保存当前的动态数据；

（5）根据发电机有功功率、功角和转速变化率，以及联络线有功功率、母线电压、母线功角差连续的动态过程数据，分析功角和线路有功功率的振荡模式，确定功角振荡模式和机组的关系，实现对系统低频振荡的监测、预警和分析；

（6）在线智能告警，判断电网故障并推出事故画面，综合分析电网一、二次设备的运行信息，包括电网开关动作、设备量测信息、继电保护和安全自动装置动作信息、故障录波信息、同步相量测量装置PMU量测信息；

所述电网控制装置包括发电控制模块和电压控制模块；

所述发电控制模块通过控制调度区域内发电机组的有功功率使发电自动跟踪负荷变化，维持系统频率为额定值，维持电网联络线交换功率，监视备用容量，实现负荷频率控制、备用容量计算、控制区域和机组性能考核；

所述发电控制模块接收和处理实时遥测和遥信数据，包括系统频率、联络线交换功率、时差、上级调度下发的区域控制偏差、机组有功功率、机组调节上下限、机组受控状态和机组升/降功率闭锁信号；

所述发电控制模块的运行状态包括在线状态、离线状态和暂停状态；所述在线状态为所有功能都投入正常运行，进行闭环控制；所述离线状态不对机组下发控制命令，但数据处理、区域控制偏差计算、性能监视功能均正常运行；所述暂停状态由于量测数据异常导致区域控制偏差计算错误时，暂停计算；三种状态根据量测数据情况和电网状态进行切换；

所述发电控制模块的控制模式包括：

定频率控制，维持系统频率恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含频率分量；

定联络线交换功率控制，维持联络线交换功率的恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含联络线交换功率分量；

联络线和频率偏差控制，同时控制系统频率和联络线交换功率，此时，区域控制偏差计算公式中同时包含频率分量和联络线交换功率分量；

所述发电控制模块在控制过程中纠正系统频率偏差产生的时钟误差和净交换功率偏离计划值时所产生的无意交换电量，时差校正和电量偿支持人工或自动两种启动方式；

所述电压控制模块用于对电网母线电压、发电机无功功率、电网无功潮流监视和自动控制；利用电网实时数据和状态估计提供的实时方式进行分析计算，对无功可调控设备进行在线闭环控制，并进行无功优化；

所述无功优化在满足电网运行和安全约束的前提下，以整个电网的网损最小化为优化目标，给出各分区中枢母线电压和关键联络线无功的优化设定值，同时支持运行监视、控制决策、协调控制、控制执行及闭锁；

所述电压控制模块基于采集的电网实时运行数据，对发电机无功功率、有载调压变压器分接头、可投切无功补偿装置、静止无功补偿装置无功电压设备进行在线优化闭环控制，实现无功电压分级控制模式；

所述无功电压分级控制模式为无功电压三级协调控制模式：

(1)第一级电压控制即厂站控制，由电压控制模块子站来实现，通过协调控制本厂站内的无功电压设备，满足第二级电压控制给出的厂站控制指令；

(2)第二级电压控制用于分区控制决策，通过协调控制本分区内的无功电压设备，给出各厂站的控制指令；将中枢母线电压和重要联络线无功控制在设定值上，实现分区内母线电压合格和无功储备；控制周期为1〜5min；

(3)第三级电压控制用于全网在线无功优化，通过优化给出各分区中枢母线电压和重要联络线无功的设定值，输出给第二级电压控制使用；降低全网网损；无功优化周期启动，周期为15min〜lh；

(4)第三级电压控制和第二级电压控制由电压控制模块主站实现；

所述电网分析装置利用电网运行数据和其他应用软件提供的结果数据来分析和评估电网运行情况，确定母线模型，为运行分析软件提供实时运行方式数据,同时分析实时方式和各种预想方式下电网的运行情况；分析电力系统中元件或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行产生的影响；

所述电网分析装置，用于：

(1)对网络进行拓扑分析，确定网络接线模型，建立网络母线模型和电气岛模型，并提供给其他应用和模块使用；

(2)根据网络接线信息、网络参数、冗余的模拟量测值和开关量状态，求取母线电压幅值和相角的估计值，检测可疑数据，辨识不良数据，校核实时测量的准确性，并计算全部支路潮流，为电力系统的可观测部分和不可观测部分提供电网潮流解；状态估计生成完整的实时网络状态数据，为其他应用和模块提供实时运行方式数据；

(3)分析实时方式和各种假想方式下电网运行状态，在网络拓扑模型基础上，根据给定的注入功率及母线电压计算各母线的状态量、网络各支路的有功和无功功率；

(4)利用电网运行数据和方式数据计算机组有功功率对线路有功潮流、机组有功功率对断面潮流、机组无功功率对母线电压、无功补偿设备投切对母线电压、变压器抽头对母线电压的灵敏度；计算网络有功损耗对机组有功功率、区域交换功率、联络线功率的灵敏度和罚因子；

(5)评估电力系统中元件或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行产生的影响，计算故障发生后引起元件越限时系统的运行状态，对整个电网的安全水平进行评估，对电网安全运行构成威胁的故障进行警示，评价故障对系统安全运行的影响；

(6)计算实时和未来的基态或N-1条件下系统联络线、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；

(7)对规定的故障条件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；

(8)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；

(9)对电网运行的动态化运行评估，利用实时监控与预警应用的输出结果，对电网安全经济运行水平、计划执行及技术支持系统运行情况进行统计分析，为调度运行及分析提供支持。

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