电网EMS系统遥测数据跳变的原因及对策 - 全文

　　EMS系统简介

　　EMS（Energy Manage System），能量管理系统，是在SCADA系统的功能之上，在对电网的实时遥测和遥信信息采集处理的基础上，对电网进行科学的安全、经济分析，以便电网运行质量更加优质、稳定的高级应用软件。

　　由衡水供电公司与清华大学电机系联合开发的衡水地区电网调度EMS系统是一个基于WINDW0S NT平台，采用面向对象的V C十十可视化编程语言，嵌入SQL Server商用数据库，具有良好开放性的电网分析软件。

　　该系统自投入运行以来，大大地方便了电网调度人员和运行方式人员以及保护人员及时准确地了解电网，同时应用在线分析功能，根据分析的结果对电网的运行方式进行及时精确的调整，以保证电网在任意时刻均运行于最优状态下，极大地提高了电压质量合格率，确保了电网的安全、稳定、经济运行，取得了良好的经济效益和社会效益。

　　遥测数据“跳变”现象（ 俗称“毛刺”）长期以来普遍存在于变电站监控系统和调度自动化系统之中，是有关专业技术和管理人员最头痛的问题之一。随着近几年基于SCADA 遥测数据的实时控制功能软件，如AGC、AVC 等的开发和应用，其问题的严重性也日益突出。由遥测数据“跳变”千扰所引起的系统误调、误控事件已屡见不鲜，已成为威胁电网安全稳定运行的危险源之一。

　　电网EMS系统遥测数据跳变的原因及对策

　　一、电网调度对EMS的两个指标：实时性和正确性

　　电网自动化系统（EMS）所提供的遥测数据，必须具备实时性和正确性两个最基本的指标，才能满足调度人员及时掌握和准确调整电网工况的要求。

　　所谓实时性，就是电网中一次设备的状态发生变化后，相关信息立即就能反映到调度中心，其滞后的最长时延，一般不应该超过3秒;所谓正确性，就是所有一次设备的状态信息，都要完全符合电网现时的实际工况：对于遥信数据，不能有误动、拒动和抖动;对于遥测数据，综合误差不应超过0.5%。

　　要达到上述指标，并不容易。经过了20多年的持续改进，目前电网自动化系统的实时运行水平，已经有了很大提高。目前一般省一级系统，在大多数时段，基本上能够达到上述指标。

　　但在某些特定的时间区间，以上两种指标都达不到，几乎每个省调，每月都会收到来自上级调度的统计警示：列出了贵省总加数据的跳变情况，要求采取措施改进之。

　　然而，这种事件是电网EMS的一种固有特征，因为它的发生与电网实时数据的获取方式紧密相关，确切地说，我们只能改善它，却无法根除它。而且这两种指标的超限，不能够单独处理，它们联系在一起，很难分开，我们只能找到满足实际需要的平衡点。这是由什么原因引起的呢？

　　二、电网调度对遥测数据跳变的耐受性

　　大多数省级EMS系统的汇总数据，比如水电总加、火电总加、风电总加等等，都会在通常平稳的运行曲线上，发生2-3次跳变。这种异常数据跳变的持续时间差别很大，短的几分钟，长的几小时。事实上，还有更短的数十秒钟的事件，由于历史数据存储的过滤作用，大多数已经被忽略。

　　如上所述，一个系统发生数据跳变现象不可避免，因为其发生的原因深嵌于远程数据采集的机制之中。如果要完全根绝遥测数据跳变，系统的实时性就不得不降低，但实时性对于调度人员更加重要，许多紧急事件的处理要在数秒数十秒之内立即决定，因此不可能通过付出降低实时性的代价来换取根除跳变。

　　在上述两难处境当中，调度人员的选择很明确：实时性一定不能降低，至于遥测跳变，不发生当然最好，如果实在做不到，只要限制在较短的时间段内，我们也是可以容忍的。

　　根据我国目前自动化系统的设计水平，从我们的经验判断，一般要求遥测跳变的持续时间不超过5秒，最长时延不超过10秒，还是可以做到的。在这样短的时区内，调度人员大致能够判断，这种异常的暂时性，对调度命令的下达影响不是很大。

　　然而我们看到，目前各省的数据跳变统计表明，实际系统的跳变持续时间大大超出了上述区间，原因是：

　　1、对跳变的机制、原因还没有进行深入的研究;

　　2、没有采取措施，改善系统的通信设置。

　　三、遥测数据发生跳变的原因

　　EMS主站对厂站设备的大多数采集命令，都有一旦执行不可中断的性质。以全数据请求（简称：总召）为例，对一个具有几千个数据点的RTU的全部数据采集一遍，往往需要几十帧报文，花费几十秒钟时间，具体视信道带宽的不同而有不同。

　　在全数据采集过程中，当RTU某个刚刚被采集过的数据内存的数据发生变化时，这种变化不能立即被送往主站，必须等到本轮全数据请求全部完成后，在接下来的变化数据请求中被送往主站。

　　如果这个站的全数据采集需时40秒，在它刚刚采集到10秒钟的时候，刚才10秒内已被采集过的某个数据内存的数据发生变化，那么这个变化了的数据，起码要在30秒钟以后，才能被送往主站。

　　我们当然可以在规约的编程上来改变这个总召不可中断的局面，比如，在10秒时中断总召命令，先传送上面所说这个刚变化了的数据，这是能够做到的。但请注意，我们为什么要发全数据请求命令？因为在经过了很长一段时间的变化数据请求以后，主站数据库中这一块数据是否还与厂站保持一致？我们是有疑问的，很多数据在12个小时内都没有被刷新一次，在他们被主站的各种应用程序几十次地读取、比对、处理中，会不会出错？为了保险，这个时候，妥当的做法是把这个站的数据全部刷新一遍，以确信，这时候主站数据与厂站实际状态是一致的，如果不这样做，很可能更多的面上的错误会发生在这个厂站的数据中。所以，每隔一段时间对一个站的整个数据刷新一遍，也是很重要的，不可偏废。再说，在调度可以接受的限度内，这个变化了的数据稍微延后一点送上去，又有何妨？比较利弊得失，还是不中断的好。

　　现在再来探讨这个延迟上送的变化了的数据带来的问题。

　　如果这个数据变化不大，虽然已经越过了死区，必得上送，也只是平稳负荷曲线上的一个小小的波动，虽然延迟了30秒才到达主站的数据库，但在当前一轮的汇总计算中，基本上显示不出什么来。事实上，对于平稳的负荷，你一小时上送一次也没有什么问题。

　　问题在于：如果这次数据的变化是由于一回50万KW供电线路的跳闸，或者一台60万KW发电机组的切机（据报道，目前的风电机组常常发生莫名其妙的切机事件），那么，在1秒钟内，全网负荷一下子骤降50万KW;或者，全网机组出力一下子骤降60万KW。这就是一个非同小可的事件。

　　如果这个数据能及时上送，切机或跳闸的事实，就会反映在最近一轮的数据汇总之中。如果象上面那样，这个数据要在延迟了30秒钟才到达数据库参加汇总计算，那么在这30秒之内的所有汇总数据就是不正确的了。因为，一次侧的负荷或出力变化，已经在实际的电网中真实反映，但你的这个汇总数据里面还没有反映，这样的汇总数据肯定就是不平衡的。

　　这时候，这个延迟数据的延时长短，对于调度来说就显得十分重要。假如我们的自动化系统维护得很好，延时5秒后，这个系统的数据重新回归平衡，那么这样一次数据跳变事件还能够承受;如果延时30秒以上，对调度的判断就已经是一种考验，一种压力。我要你这个系统干嘛的？当我无法从你这个系统获得正确的信息时，我有理由提出投诉啊。

　　事实是，我们的好些EMS系统，类似上述的数据汇总的不平衡，甚至持续一两个小时或更长，有些局部的数据汇总，比如小水电总发、风电总发，持续几天地不平衡的都有！可见，对于优化自动化系统的运行方面，我们还有很多工作要做。

　　从上面我们可以知道，大数据的跳变刚刚发生、偏又遇上总召而发生延时的情况，实际中不会频繁发生，概率是不大的。但大量的小的负荷波动遇上总召延时的情况，则是经常会发生的，但因为汇总数据并未“跳变”，大家也就忽略过去了。正如你粗心的邻居，其实他家曾经发生过多次火警，却只有真正烧起来的那次被人看到了一样。

　　除了上面所说的全数据请求会机会性地导致变化数据延时到达主站以外，还有多种可能导致类似延时的发生，不过其影响的概率和程度各有不同。

　　四、降低遥测跳变概率的对策

　　遥测数据跳变，对于EMS的维护人员是一个头痛的问题。

　　首先我们看到，采集延时客观存在，根除这种现象是不可能的。其次我们看到，影响延时的因素很多，我们能够改善的方面有：

　　1、提高信道质量，减少重访次数;

　　2、加大信道带宽，提高访问速度;

　　3、修改通信设置，降低重访等待;

　　4、根据实际需要，减少总召次数;

　　5、提高死区门限，缩短报文长度。