PAS在石化企业的应用

成月良 高远 潘正闩 王广林

(南瑞集团有限公司 江苏南京 2100061;

国电南瑞南京控制系统有限公司 江苏南京 2100061)

摘要:

基于石化企业电网运行的实际情况，详细阐述了石化电力调度中PAS高级应用软件网络建模、状态估计、调度员潮流、静态安全分析、短路故障计算模块的设计原理和用途。最后具体分析了PAS高级应用中状态估计模块的实施步骤和常见问题，并给出了详细的解决方法。

1  引言

随着电网规模的不断扩大和电力系统的迅速发展，电网调度人员的自动化水平也不断提高，为保证电力系统安全、稳定、经济、高效的运行，要求调度人员能够快速准确掌握电力系统运行的状态，对运行中发生的各种问题提出决策。高级应用软件（Power Application System, PAS）应运而生，并逐渐成为电网安全运行的科学分析工具，高级应用软件是一组应用簇，它主要有网络建模，状态估计，调度员潮流，静态安全分析和短路电流计算等模块构成[1]。

目前，石化企业大多采用面向对象的分层分布式架构的模式，针对SCADA、PAS、DTS的特点进行一体化方案实施，提供统一的支撑环境。本文详细阐述了PAS软件的设计原理和在石化企业具体运用。

2  调度自动化高级软件概述

2.1 网络建模

网络建模是在SCADA平台的基础上，根据电网的拓扑结构和实际状态录入相关设备的电气参数，将电网的实际模型和所建立的模型一一对应，通过节点入库建立全系统的电气网络图，将SCADA模型复制给PAS模型[2]，网络建模的流程如图2.1所示。网络建模能够通过开关刀闸的实际变化，实时反应整个网络的结线情况，正确划分网络计算用的节点数、电气岛以及解列情况，并根据注入的量测信息判断整个网络的可观测性。

图2.1网络建模示意图

在石化企业中，大部分电力系统的结构是110kV和35kV电压等级的电网，整个电力系统是从电厂经过变电站再到负荷的一个网络，因而再建立模型时需要进行适当的等值以方便处理计算，等值的原则是：外网边界统一等值成机组，内网和下级联络的边界等值成负荷[3-4]。

2.2 状态估计

状态估计模块的功能是根据SCADA量测信息估计出系统的整个运行状态，由于RTU采集精度的限制以及数据传输过程中的干扰，主站往往无法获得完整和精确的数据。为提高量测的可靠性和完整性，通过状态估计能够计算出比SCADA量测数据更为准确的运行方式以及未监测的设备潮流，为电力系统高级应用的在线运用提供可靠的数据，状态估计与其他应用软件的关系如图2.2所示。

图2.2状态估计关系图

状态估计利用实时量测系统的冗余度来提高系统的精度，自动排除随机干扰引起的错误信息，估计和预报系统的运行状态[4]。状态估计采集的量测有：支路量测、节点量测、单相母线电压幅值以及相角。同时结合最小二乘法、快速分解法进行计算。

状态估计可以实现快速结线分析、开关错误状态辨识、逻辑法可观察分析、网络监视、变压器抽头估计、量测误差分析、数据辨识等功能[5]。

2.3 调度员潮流计算

调度员潮流计算也称为调度工程师潮流，是面向调度人员的一种高级软件分析工具，潮流计算是基于电力系统稳态条件下计算给定条件的网络功率流动和节点电压的相关信息。调度员可以通过潮流计算研究当前电力系统可能出现的运行状态，计划工程师可以用它校核调度计划的安全性，分析近期运行方式的变化。

在石化领域内，调度员可以在当前电网运行状态下分析计算出改变电网运行状态时系统潮流的分布情况，并对潮流重新计算和分析判断。调度员常见的操作有：模拟系统解列、并网、合环解环；模拟发电机启停操作，增减机组出力；模拟开关刀闸投退，并且各种模拟操作可以随机组合；模拟电容等无功补偿装置投退；模拟主变调挡等操作；同时可以研究修改系统元器件的关键参数对潮流分布的影响[6-8]。

2.4静态安全分析

静态安全分析是用来辅助调度员确定紧急情况下系统安全性的高级应用软件，和潮流计算不一样，其着眼点在于预防事故的发生。静态安全分析针对预先设定的电力系统的故障集，通过预想故障分析，确定这些故障集对电力系统安全运行产生的影响，使调度员对电网中可能发生的故障以及后果有预测性认识。

静态安全分析针对实际运用的需求，提供了众多实用的功能，主要包括：

（1）方便实时获取状态估计、调度员潮流的数据作为静态安全分析的启动方式；

（2）针对设备进行N-1以及更为复杂的预想事故集扫描分析；

（3）提供实时模式和研究模式供调度员在不同的环境中模拟分析；

（4）提供按周期性、人工触发、事件触发等方式启动静态安全分析；

（5）统计分析事件的越限情况，并对事故的严重程度自动排列，并给出校正对策。

2.5短路故障计算

故障分析计算的作用是按照电力系统的运行方式和网络元件的参数，模拟计算电力网络在系统发生故障时故障电流的分布。计算结果可以用来整定保护定值，还可以作为运行方式和决策人员对电网运行方式的研究工具。

故障分析计算采用的核心算法是多口网络理论，综合阻抗矩阵和转移矩阵。故障软件可以计算的故障类型包括：短路故障、接地故障、断线故障、并且故障的特殊项可以是A、B、C三相的任意相。同时算法中还考虑了变压器移相和零序互感的影响。

3  状态估计在石化企业的运用

PAS的出现增加了调度人员的自动化程度，但PAS强大功能导致其维护难度有所上升。状态估计是PAS高级应用功能实现的基础，针对石化企业中高级应用的状况，本文提出状态估计的排查方法，这些方法将进一步提高调度人员的自动化水平。

3.1 状态估计的实施方法

状态估计实施的整体原则是：先调节整体，再调节局部；先调节高电压等级，再调节低电压等级；先调节有功功率，再调节无功功率。状态估计调节的过程首先从高电压等级开始，在确保主干网络正确的情况下往低电压等级的网络进行调节。其次，对于误差较大的厂站，先检查其源头的高电压等级是否正确，再人为的进行分析量测和参数中存在的问题。

3.2 状态估计的拓扑问题排查

状态估计程序根据网络建模给定的设备间的静态连接关系和SCADA获取的实时量测状态进行拓扑分析，形成逻辑母线、逻辑支路、电气岛等计算模型，因而设备之间的连接关系和开关刀闸状态的错误会导致拓扑结果不正确，从而导致状态估计的约束方程错误。比如当发电机的刀闸和断路器开关连接错误时，即使所有的开关刀闸都闭合，状态估计也会判断系统没有活岛，所有状态估计的值都为0。

另一种常见问题是维护人员没有及时更新系统的模型，在PAS软件中，当SCADA部分的模型发生变化，而网络建模中没有将模型变化进行更新，状态估计无法计算变化的量测数据，因此导致其拓扑计算错误。

同时，系统也提供了遥信遥测预处理技术，在进行状态估计时，对系统预处理过程中列出的结果一一进行检查。当系统出现活岛，而负荷的量测都为0时，需要对其状态进行检查，根据实际情况在PAS应用下人为设置成伪遥信。

3.3 状态估计量测问题排查

在状态估计计算结果出现局部不合理时，首先检查连接关系的正确性，其次分析遥测数据的合理性和参数的正确性。由于SCADA应用下量测数据来源于现场的RTU，SCADA之间的数据相互独立，缺乏制约性。状态估计的结果是在满足约束条件下对SCADA数据的最大逼近，约束的结果比SCADA更为准确，因而SCADA中一些异常的量测会对状态估计中的合理数据进行污染，这就需要检查SCADA数据的正确性和规范性。

状态估计同时提供了坏数据辨识的功能，对坏数据可以明显的识别出来，而针对一些稍微异常的数据状态估计就无法通过粗查将其筛除。对于这类数据，状态估计提供权重的手段，通过设置其权重来改变其对状态估计的影响程度，影响的大小和权重的比例有关，通过减少其权重就可以减少坏数据对状态估计的影响。

有些调度人员只关注SCADA量测的数值而忽略了SCADA的极性，这是由于以往的潮流方向往往依靠调度员人为判断，但是当电力系统越发复杂时，通过人为的判断潮流的方向就很难满足要求。状态估计对所有的遥测方向有着统一的定义，如果SCADA方向不准确，必然影响状态估计计算的结果。

3.4 状态估计收敛性排查

状态估计结果不收敛一般表现在无功不收敛和有功不收敛。对于有功发散的情况，在迭代计算的过程中，某条母线的相角过大，需要检查其母线周围的拓扑结构是否正常，参数和量测是否正常。而无功发散则是母线电压过大或者过小导致，需要检查该条母线周围的拓扑及量测是否正常。

对于有功发散的解决办法，需要检查是否有多个电气岛参与计算，哪些电气岛发散；检查主变和线路是否存在很小的阻抗；检查线路、主变两端是否有潮流符号不匹配的情况；或者通过设置伪遥信的方式将最大有功偏移的母线从电网中筛除，从而找到电网模型中有问题的部分。

无功发散的解决办法，需要检查变压器绕组的额定电压、档位是否有异常；检查电容电抗器单位是否正确，电容电抗器周围是否有很大的不合理无功。

4  结语

大量实验证明，PAS应用的产生使得石化企业电力调度从过去的经验式调度转换为科学分析型调度，PAS应用的出现大大提高了石化企业调度人员的自动化水平，减少调度人员的工作强度。但是PAS系统在应用中暴露的问题以及维护的复杂程度仍需要我们这些电力科研工作者不断努力，随着PAS软件在石化企业电网调度的进一步应用，将不断解决石化企业电网的实际问题，为提高石化企业电网调度自动化水平发挥积极的作用。

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