摘　要：隨著大容量機組和高電壓電網的發(fā)展，對電網的安全穩(wěn)定運行提出了更高的要求，為滿足電力調度對自動化系統(tǒng)日益增長的需求，陜西電網新一代自動化系統(tǒng)OPEN3000在全國率先將EMS功能和WAMS功能集成在一起進行一體化設計。本文從一體化系統(tǒng)的結構入手，介紹了陜西電網的EMS/WAMS系統(tǒng)的應用實例，指出了存在的問題并提出了改進的建議。事實證明新一代EMS/WAMS系統(tǒng)的投入運行，較好地滿足了當前陜西電網運行的實際需要，已成為電網運行和電力生產的必不可少的現(xiàn)代化工具。
關鍵詞：EMS　WAMS　DSA　一體化　平臺
前言
　　由于原有的陜西電網電能量管理系統(tǒng)（EMS）是原西北電管局于1995年從加拿大CAE公司引進的，運行已近十余年，系統(tǒng)硬件老化，系統(tǒng)可靠性逐年降低，難以對其進行功能升級和擴充，已無法滿足電力發(fā)展和調度生產的需求。2006年結合陜西電力公司調度大樓的搬遷，急需建設一套技術先進、功能完善的新一代EMS系統(tǒng)。
　　電力系統(tǒng)的商業(yè)化運行使輸電系統(tǒng)的某些重要輸電斷面經常運行于滿負荷或接近滿負荷的狀態(tài)，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題日益突出。加強對互聯(lián)電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測成為我國互聯(lián)電網面臨的一項重要任務。目前，電網中的EMS系統(tǒng)以正常運行時的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測為主，缺乏實時動態(tài)監(jiān)測的功能。電網安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)作為防止電網發(fā)生穩(wěn)定破壞和崩潰的防線，也不能及時反映大電網受擾動前后的動態(tài)行為。這些因素限制了調度運行部門快速確定電網的動態(tài)擾動性質，不利于調度運行部門及時選擇正確的控制措施。因此，很有必要建立電網實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
　　由于SCADA 系統(tǒng)只能提供穩(wěn)態(tài)的、低采樣密度的、不同步的電網時間斷面信息，不能根據(jù)這些信息跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，準確掌握系統(tǒng)運行的動態(tài)情況。而被稱為電力系統(tǒng)三項前沿課題之一的基于GPS技術的廣域向量測量技術已日趨成熟，電網實時動態(tài)監(jiān)測（Wide-AreaMeasurement System，WAMS）系統(tǒng)的研究與應用已成為電力技術研究的熱點，并發(fā)揮著越來越重要的作用。由此建立陜西電網動態(tài)分析與控制系統(tǒng)是必要和可行的。在此基礎上陜西電網新一代自動化系統(tǒng)OPEN3000在全國率先將EMS功能和WAMS功能集成在一起進行一體化設計，以滿足電力調度對自動化系統(tǒng)日益增長的需求。
1 EMS-WAMS一體化系統(tǒng)簡介
圖1為EMS-WAMS一體化系統(tǒng)結構圖：


圖1 EMS-WAMS一體化系統(tǒng)結構圖

　　陜西電網EMS/WAMS一體化系統(tǒng)是建立在統(tǒng)一支撐平臺OPEN-3000上的，其應用軟件功能配置圖如圖2所示：


圖2 EMS/WAMS一體化系統(tǒng)應用軟件功能配置圖

　　由圖1及圖2所示可以看出EMS-WAMS系統(tǒng)均在安全防護一區(qū)，具有各自獨立的數(shù)據(jù)前置完成數(shù)據(jù)采集功能，但共用歷史數(shù)據(jù)庫存儲EMS和WAMS的各種數(shù)據(jù)，WAMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元（Phasor Measurement Unit，PMU）采集的動態(tài)數(shù)據(jù)的存貯（包括穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)的存貯），由于這些數(shù)據(jù)都有各自的系統(tǒng)存貯，在WAMS中不需要對這些數(shù)據(jù)作長期的存貯，只要存貯最近7天的數(shù)據(jù)供分析時快速調用即可。存貯內容含所有PMU采集或匯集的電網動態(tài)相量數(shù)據(jù)，至于電網異常狀態(tài)下有關測點的三態(tài)（穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)）數(shù)據(jù)則需長期保存。
2 EMS-WAMS一體化平臺的優(yōu)點
　　WAMS/EMS一體化系統(tǒng)主要體現(xiàn)在：共享網絡模型和參數(shù)；共享廠站圖形；共享實時數(shù)據(jù)；統(tǒng)一的系統(tǒng)配置和管理；統(tǒng)一的人機界面和支撐工具（圖形、告警、實時庫、網絡和通信等）；統(tǒng)一的API編程接口等。實時數(shù)據(jù)顯示和歷史數(shù)據(jù)保存采用統(tǒng)一的機制，在同一幅廠站畫面上可以切換顯示EMS和WAMS的數(shù)據(jù)。
　　采用一體化支撐平臺的優(yōu)點有：
　?。?）降低了系統(tǒng)總的硬件投資和維護費用：EMS現(xiàn)有的各種硬件資源可以充分共享，如歷史數(shù)據(jù)庫服務器、人機工作站及維護工作站；
　　（2）集成各種量測數(shù)據(jù)，簡化接口設計：在同一幅畫面上既可以顯示EMS的靜態(tài)數(shù)據(jù)，又可以顯示WAMS動態(tài)數(shù)據(jù)，無須用多余的接口去實現(xiàn)。給調度員同時監(jiān)控電網穩(wěn)態(tài)和動態(tài)運行提供了極大的方便； 來源:http://www.tede.cn
　?。?）實現(xiàn)一體化維護，減輕工作量，減少出錯：一體化維護后可大大減輕日常的維護工作，各種靜態(tài)數(shù)據(jù)和圖形均可以共享，模型、圖形和實時數(shù)據(jù)只需一處維護，避免了因維護不及時造成的潛在不一致；
　　
　?。?）方便運行人員使用：統(tǒng)一的界面和支撐工具降低了培訓費用，易于熟悉和使用；調度臺上一臺終端通過簡單切換應用就可實現(xiàn)EMS和WAMS的不同監(jiān)視功能運行監(jiān)控。
　?。?）有助于整合EMS和WAMS，實現(xiàn)綜合在線分析：現(xiàn)陜西電網EMS/WAMS系統(tǒng)已很方便將三態(tài)數(shù)據(jù)整合在一起，實現(xiàn)了在線監(jiān)視及在先安全穩(wěn)定評估。
3 EMS-WAMS的具體應用
　　陜西電網的WAMS系統(tǒng)是分兩期建設的，即WAMS1（主要包括數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)分析和監(jiān)視功能），WAMSII（在線動態(tài)安全評估功能，Dynamic Security Assessment，DSA）。目前已具備以下功能模塊:：電網運行動態(tài)監(jiān)視；快速故障分析；電網擾動識別；三態(tài)數(shù)據(jù)整合；低頻振蕩監(jiān)視；計及PMU量測的狀態(tài)估計；DSA功能等。
　　陜西電網目前投運的PMU廠站數(shù)為22個（其中5個電廠），在近一年的運行過程中，其應用已初見成效。主要表現(xiàn)在：
　?。?）WAMS系統(tǒng)已經解決了SCADA部分量測方面的問題，在改善電力系統(tǒng)狀態(tài)估計精度方面發(fā)揮了積極的作用。目前陜西電網EMS-WAMS一體化系統(tǒng)的狀態(tài)估計能夠組合EMS系統(tǒng)中的SCADA量測數(shù)據(jù)和WAMS系統(tǒng)中的PMU動態(tài)數(shù)據(jù)共同參與計算，經過一段時間的運行觀察,有PMU數(shù)據(jù)參與的狀態(tài)估計,其計算精度、計算收斂率等都有所提高。
　?。?）WAMS系統(tǒng)在實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀況方面發(fā)揮了良好的作用。WAMS數(shù)據(jù)具有以下特點：可記錄系統(tǒng)完整的動態(tài)過程；以連續(xù)相量數(shù)據(jù)描述電網狀態(tài)；采樣密度為25、50、100幀/秒；采用基波數(shù)據(jù)；嚴格時間同步；所有數(shù)據(jù)帶有時標；各類數(shù)據(jù)和電氣/地理位置無關。而EMS數(shù)據(jù)只記錄狀態(tài)空間中的一個點；以潮流和狀態(tài)估計描述電網狀態(tài)；采樣密度幾秒鐘一個點；數(shù)據(jù)采用有效值；不同步；數(shù)據(jù)不帶時標。PMU及以其為基礎的WAMS系統(tǒng)可在更精細的時間尺度上對電力系統(tǒng)進行同步觀測，利用這些精細數(shù)據(jù)對電力系統(tǒng)進行全新的分析已成為可能，從而彌補了SCADA系統(tǒng)的不足。
　　在陜西電網WAMS系統(tǒng)投運初期便經受了西北電網東西斷面大擾動試驗的檢驗，成功地記錄并保存了擾動期間的實驗數(shù)據(jù),并且準確計算分析出了大擾動期間所發(fā)生的短路等故障類型及故障參數(shù),為進一步分析總結電網故障發(fā)生的機理及模型校核發(fā)揮了關鍵的作用。如果此次大擾動實驗沒有WAMS系統(tǒng)僅憑EMS系統(tǒng)，由于EMS數(shù)據(jù)的采集速率是以秒級為單位，根本無法撲捉瞬間發(fā)生的擾動數(shù)據(jù)，如2007年4月19日11點42分西北大擾動實驗：西電東送950MW，PSS退，渭大線渭側單瞬故障發(fā)生時的電網數(shù)據(jù)。
　　如圖3所示為WAMS系統(tǒng)記錄的擾動數(shù)據(jù)波形圖：
　　擾動發(fā)生時，WAMS系統(tǒng)可自動召喚子站的PMU裝置的100幀/秒的動態(tài)數(shù)據(jù)及錄波數(shù)據(jù)文件，連同主站的25幀/秒的實時數(shù)據(jù)一并長期保存至與EMS系統(tǒng)一體化的歷史數(shù)據(jù)庫中，同時可對保存的數(shù)據(jù)進行故障分析，可分析出故障類型（單相瞬時或永久性短路故障、相間瞬時或永久性短路故障、兩相接地瞬時或永久性短路故障、三相瞬時或永久性短路故障、手合故障等）、發(fā)生時間、故障相別等參數(shù)。
　　該系統(tǒng)中的WAMS數(shù)據(jù)可方便的在EMS/WAMS一體化系統(tǒng)中的同一幅畫面上進行切換，即同一幅畫面既可以顯示EMS的靜態(tài)數(shù)據(jù)，又可以顯示WAMS動態(tài)數(shù)據(jù)，無須用多余的接口去實現(xiàn)。





圖3 擾動實驗數(shù)據(jù)記錄圖
　?。?）作為WAMS系統(tǒng)建設一部分的DSA系統(tǒng)，在陜西電網也實現(xiàn)了在在線動態(tài)安全評估的功能。建立在陜西電網一體化平臺上的DSA系統(tǒng)同樣可共享EMS系統(tǒng)的網絡模型、圖形數(shù)據(jù)，同時針對基于PMU狀態(tài)估計應用提供的潮流斷面進行系統(tǒng)動態(tài)安全評估。
　　在計及PMU動態(tài)數(shù)據(jù)參與的狀態(tài)估計基礎上，結合電網安全穩(wěn)定計算的模型和參數(shù)，對預想故障場景（電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則中第一級標準的故障）進行數(shù)值仿真。采用暫態(tài)安全穩(wěn)定量化分析方法對仿真曲線進行數(shù)據(jù)挖掘，給出每個預想故障的暫態(tài)功角、電壓和頻率安全穩(wěn)定裕度及其模式。其中包括功角穩(wěn)定定量分析、電壓安全定量分析、頻率安全定量分析等；暫態(tài)功角穩(wěn)定模式以臨界發(fā)電機群的形式表示，暫態(tài)電壓和頻率安全穩(wěn)定模式分別以電壓薄弱母線集合和頻率薄弱母線集合來表示。系統(tǒng)安全情況下可對關鍵斷面的極限功率進行搜索（目前包括陜南、陜北）?，F(xiàn)陜西電網共定義101個故障集，采用的是周期運行的模式，約兩分鐘一次。
　　為實現(xiàn)電力系統(tǒng)動態(tài)安全在線評估及預警和安全穩(wěn)定計算用模型及參數(shù)校核兩項功能，陜西電網現(xiàn)已配置12臺PC服務器和兩臺用戶工作站及相應的網絡設備等，其中12臺PC服務器用于電力系統(tǒng)動態(tài)安全在線評估及預警，兩臺用戶工作站用于模型及參數(shù)校核計算。
圖4為DSA系統(tǒng)動態(tài)安全評估及預警的計算數(shù)據(jù)斷面：


圖4 動態(tài)安全評估及預警的計算數(shù)據(jù)斷面

4 存在的問題及改進建議
目前，陜西電網實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)存在著如下需進一步解決的主要問題：
　?。?）WAMS數(shù)據(jù)共享的問題：
　　由于我國電網實行分級調度，陜西省調自建的WAMS系統(tǒng)只能觀察到省內330kV的電網，而陜西電網僅為西北電網的一部分，共有四條聯(lián)絡線與西部電網相連，為進行穩(wěn)定性分析，除關心區(qū)內運行情況外還應關心區(qū)域邊界對側、甚至相鄰區(qū)域重要電源的運行情況。目前西北網調對其區(qū)域內的PMU數(shù)據(jù)并未實現(xiàn)共享，陜西電網若要進行穩(wěn)定性分析必須整合成西北電網規(guī)模的數(shù)據(jù)進行計算。目前的陜西電網采用的方法是：狀態(tài)估計結果作為內網數(shù)據(jù)，外網數(shù)據(jù)是四套典型方式（冬大、冬小、夏大、夏小）數(shù)據(jù)，陜西內網和外網的聯(lián)絡線實測功率在一定誤差范圍內作為數(shù)據(jù)匹配條件。但這種模式并未涵蓋陜西電網可能出現(xiàn)的所有運行方式，正常運行方式情況下，計算結果出現(xiàn)偏差已不可避免，甚至已經出現(xiàn)過由于運行方式不匹配而無法得出計算結果的現(xiàn)象。如果實現(xiàn)西北電網PMU數(shù)據(jù)的實時共享,一方面可充分發(fā)揮廣域測量技術的特點，另一方面可滿足各省調進行安全穩(wěn)定分析的需要。WAMS監(jiān)測的區(qū)域電網越廣闊,WAMS技術的優(yōu)勢將越突出。
　　（2）WAMS系統(tǒng)廠站端PMU裝置的問題：
　　陜西WMAS系統(tǒng)廠站端PMU裝置的問題主要體現(xiàn)在兩個方面：
　　本身產品的質量問題：出現(xiàn)過PMU傳輸數(shù)據(jù)無效、頻率失步等導致PMU數(shù)據(jù)不可用；發(fā)電機并未實現(xiàn)絕對相角的測量；無法判定PMU測量裝置本身量測數(shù)據(jù)的誤差；
　　施工監(jiān)督不力：陜西電網普遍出現(xiàn)過主變中壓側接線有誤，造成數(shù)據(jù)相反的情況，還出現(xiàn)過相序相反造成數(shù)據(jù)不合理的現(xiàn)象；
　　因此有必要建立PMU的質量檢測體系：包括相量測量的精度檢測；角度和頻率、靜態(tài)和動態(tài)、通信協(xié)議標準化檢測；實時數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、相量測量的時效性檢測；數(shù)據(jù)處理時間和相量存儲功能的檢測等。
　　（3）應盡快完成模型及參數(shù)校核計算工作，建立WAMS電網事故分析的管理制度,使仿真計算模型校核與修正工作制度化。
　　（4）目前WAMS系統(tǒng)的計算結果并不能直接提供給調度員進行操作。WAMS系統(tǒng)的應用受本學科發(fā)展的影響，只給出了電網可能出現(xiàn)的問題，并不能給出直接的判斷結果。下一步應繼續(xù)深入研究以期用最簡單直觀的方式輔助調度員決策,使其真正成為調度人員的好幫手。
5 結論
　　陜西電網實現(xiàn)了EMS和WAMS系統(tǒng)的一體化建設：公用一個實時信息系統(tǒng)平臺，所有應用統(tǒng)一建模，任何一個電力系統(tǒng)設備只需維護一次。該系統(tǒng)技術含量高，應用需求高，集成度高，信息量大。不僅減少了硬件設備的投資，簡化了接口設計，而且提高了系統(tǒng)運行維護的效率。通過三態(tài)數(shù)據(jù)整合，該系統(tǒng)提供了涵蓋穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)的電網全過程實時監(jiān)視及預警功能，大大提高了對電網的預測能力。新一代OPEN3000平臺的EMS/WAMS系統(tǒng)的投入運行，較好地滿足了當前電網運行的需要，使陜西電網的運行水平跨上了一個新的高度，已成為電網運行和電力生產的必不可少的現(xiàn)代化工具。
參考文獻
　　[1] 南瑞電網：OPEN3000平臺技術手冊；
　　[2] 南瑞電網：WAMS技術手冊；
　　[3] 南瑞電網：PMU數(shù)據(jù)采集服務技術手冊；
　　[4] 南瑞穩(wěn)控所：陜西WAMSDSA系統(tǒng)技術報告；
　　[5] 陜西電力調度中心：陜西電網調度自動化系統(tǒng)用戶報告