能量管理係統（EMS）的剖析
科學論壇
作者：劉曉航
[摘 要]無論從國家、電網公司還是用戶的角度，發展智能電網都是解決當前電網發展所麵臨的問題，提高能源利用率和供電水平的必然選擇。能量管理係統（EMS）是一套大型計算機應用軟件，在傳統的垂直一體化的電力係統中，其主要的功能模塊有數據采集與監視（SCADA）、負荷預測、自動發電控製（AGC）、網絡分析（NA）、在線經濟調度、預想事故與潮流分析、發電與輸電計劃、開斷計劃等。本文在簡要概述能量管理係統（EMS）發展曆史及其應用軟件的基礎上，以open3000係統為實例對能量管理係統（EMS）應用進行分析。
[關鍵詞]能量管理係統 EMS 應用軟件
中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0339-01
電網是國家重要基礎設施，電網直接服務於國民經濟和人民生活，電網的安全穩定運行關係著人民生活、經濟發展，也關係著國家安全和社會穩定。各級調度機構是電網運行的控製指揮中心，是電網安全穩定運行的關鍵環節。
1.能量管理係統EMS的發展概述
電力係統自動化經曆了“元件自動化”、“局部自動化”、“單一島自動化”到“綜合自動化（EMS）”的發展階段，能量管理係統將各個自動化孤島連接成為一個有機的整體。20世紀60年代提出的在線安全分析的急迫性，促進了能量管理係統的誕生；20世紀80年代頻繁出現的大型電力係統電壓崩潰事故，使EMS的重要性更為突出；20世紀90年代以來實行的電力市場，使電力係統的運營從壟斷走向開放、走向市場，：EMS的功能子模塊重新麵臨技術改造和補充完善的嚴峻挑戰，突出表現在實時電價計算、最大輸電能力計算、輸電路徑優化、輸電費用計算、輸電服務預調度和實時調度等。
2.能量管理係統EMS主要應用軟件
根據各主要軟件的功能及用途，可將EMS劃分為五大類別：發電控製類、發電計劃類、網絡分析類、調度員培訓模擬類、市場交易與管理類。
2.1 發電控製類軟件
這類軟件主要由自動發電控製、發電成本分析、交換計劃評估和機組計劃組成。
①自動發電控製（AGC）。自動發電控製是一項成熟的技術，它有40多年的曆史而且已經由模擬係統發展到數字係統，由線形反饋控製發展到最優控製。自動發電控製的基本功能包括：負荷頻率控製，維持係統頻率（50Hz）或/和維持區域間聯絡線交換功率為計劃值；經濟調度，確定各機組的經濟基準運行點；係統備用容量監視；AGC係統性能監視。②發電成本分析。在壟斷體製下，該軟件模塊將定期給出每台機組及各區域總的生產成本。在電力市場環境下，每個發電廠都將成為獨立發電運營商（IPP），電網調度或交易中心在分析單個電廠成本及報價的同時，應當把握信息公開的範圍和尺度，做好部分信息的保密工作。③交換計劃評估和機組計劃。前者對發電交換計劃的結果進行評估和AGC再校正，後者確定機組的基點功率計劃和減出力計劃等。
2.2 發電計劃類軟件
發電計劃類軟件主要包括負荷預測、機組組合、水電計劃、交換計劃、火電計劃等。在電力市場機製下，負荷預測應該引入電價彈性的理念；機組組合應該充分考慮不同機組在負荷曲線上的位置及其預期的報價盈利水平；交換計劃應該滿足購電和買電雙方交易的利益均分原則；火電計劃應兼顧綠色能源和環境保護的需要。機組組合是在滿足係統負荷、備用容量、機組容量、最小啟動時間和最小停機時間等約束條件下，考慮機組啟動費用和發電費用特性，確定係統各區域的電廠、機組次日規定時段的開停機計劃，使一定周期內的總費用最小。但在計劃經濟體製下，人為幹預和不確定性因素太多，很難自動實現。在電力市場中，報價麵前人人平等，實現機組組合反而容易了。雖然機組組合功能是在交易管理係統中，目標函數不同了，但其基本算法並沒有根本改變，原來的基礎和經驗仍然有效。