基于实时数据的孤岛电网在线仿真分析的实现方法

黄浩军

摘   要：旨在提高孤岛电网的安全稳定性，对其电网能效和电能质量实现实时在线监测分析与控制具有重要意义。本文首先介绍了ETAP软件简介，阐述了关于电力系统仿真分析几个常用功能模块，如：潮流分析、优化潮流分析、短路分析、暂态稳定分析、可靠性评价分析;然后分析了ETAP实时在线功能的系统架构、实现方法，最后给出了基于ETAP实时在线功能的孤岛电网在线仿真分析操作流程。

关键词：ETAP实时系统  OPC服务器  在线仿真  孤岛电网

中图分类号：TP31                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0060-02

孤岛电网是指由多组小型发电系统联合构建形成的局域性电网，其发电系统及负荷构成一个可自主运行的孤岛电力系统，且处于与其余电力系统在电气上分离的一种电网运行状态。孤岛电网受负荷运行的影響较为明显，由于其各种调频手段限制以及无功补偿控制手段不足，静态稳定性和动态稳定性都较差。尤其是海上油田孤岛电网，考虑未来油田生产能力的增强和新油田平台的建设，海上孤网系统的容量和范围将逐渐扩展，而安全稳定性和运行效率亦需不断提升，为了提高孤岛电网的安全稳定可靠性，有必要对电网能效与电能质量进行实时在线监测与仿真分析，发现其变化规律，找到其变化原因，并能及时通过远程控制及管理。

1  电力系统仿真分析功能模块概述

ETAP软件（Electrical Transient Analysis Program）是由美国OTI公司（Operation Technology Inc）研发的综合型电力及电气计算分析和电能管理智能软件，主要应用于电力系统规划设计、运行分析、模拟优化、监测控制和自动化等场景，能够为企业提供智能电力监测、能量管理、系统优化、自动化和实时预测等全面的分析平台和解决方案[1]。

ETAP的电力系统基本功能包括潮流分析、短路分析、电动机起动分析、暂态稳定分析、继电保护配合、谐波分析、接地网系统等，计算分析结束后ETAP不但能够在图中直观地显示一些基本数据，还能形成多份不同类型的详细数据报告。ETAP除了基本的运行分析功能之外，还包含其他实用性功能，特别是ETAP实时系统的发布，满足了在线监控、仿真、控制和自动化的增长需求，在大型工矿企业、电力生产及调度部门得到广泛性的应用，为政府和企业推进智能电网、微电网的发展。

ETAP软件的仿真分析模块功能齐全、种类繁多[2]。针对海上孤岛电网系统，可完成潮流分析、短路分析、弧闪分析、谐波分析、继电保护设备配合分析、电机起动分析、发电机起动分析、暂态稳定分析、优化潮流分析、不平衡潮流分析等仿真分析[2]。

2  孤岛电网实时在线分析

2.1 ETAP实时在线功能

ETAP的实时在线功能是通过电力系统监控和仿真软件（Power System Monitoring and Simulation，PSMS）来实现的[3]。PSMS是ETAP电力系统分析软件的一个实时在线的扩展，具有高级监控、实时仿真、在线控制、事件回放、系统趋势、预警和报警、能量管理分析等高级功能。PSMS可与计算机工作站、历史数据库、智能测量仪表、PLC以及其他SCADA系统的任意组合进行接口连接，主要实现以下功能。

（1）在线监测。

在监测模式下，PSMS根据预设的刷新率定期从采集设备中获取电气数据，并将实时测量数据及状态估计数据显示在单线图上，同时可以对电压、电流、功率越限进行预、报警。

（2）在线分析。

可以瞬时读取系统实时数据，进行拓扑分析以及各种模拟仿真计算（如潮流计算、短路计算、暂态稳定计算、优化潮流、负荷预报、可靠性分析、继电保护设备配合分析等），并将操作结果直接显示在系统单线图上。

（3）在线控制。

PSMS对系统中的电能使用及分配实施监控和追踪，并且根据电网中的各种电气量变化和波动、网络拓扑和控制逻辑确定适当的对策，在此条件下，ETAP实时系统可确定潜在问题的根源并且推荐纠正措施以避免系统故障。

2.2 孤岛电网在线仿真分析的系统架构及实现方法

在线仿真分析系统可以通过OPC服务器与现场采集设备或SCADA系统连接，以按需提供所需的数据。OPC是为了连接数据源（OPC服务器）和数据的使用者（ETAP实时服务器）之间的软件接口标准。OPC配置包括客户端和服务器，请求程序或应用程序称为OPC客户端，单个OPC客户端应用程序可以与多个OPC服务器应用程序通信。ETAP实时服务器是OPC客户端，可以同时与多个系统通信。

孤岛电网在线仿真分析功能，主要过程包括：实时分析服务器通过OPC服务器从SCADA或测量仪表获取实时数据，并将实时数据分发到所有ETAP控制台，它的基本架构如图2所示，标准配置下需要ETAP实时服务器、控制台以及OPC服务器。

此外，ETAP实时服务器中需配置以下项目：

（1）ETAP实时服务器软件;

（2）ETAP实时OPC客户端;

（3）ETAP实时控制台应用程序权限。

2.3 孤岛电网在线分析流程

基于ETAP软件实现孤岛电网在线仿真基本流程如图2所示。

第1步：使用所有离线元素（负载，电源，变压器，电缆等）在ETAP中构建电力系统电气模型，该模型能够执行潮流计算，短路计算等;

第2步：添加ETAP实时组件，如：多功能表、电压表、电流表、电流互感器、电压互感器、标签链接;

第3步：将ETAP模型导入ETAP SCADA集成器;

第4步：将导入到ETAP SCADA 集成器中的ETAP组件部分链接到设备模型，更新设备模型特定属性;

第5步：申请最后修改，确认模型及各参数设置无误;

第6步：提交程序;

第7步：实现ETAP实时在线，系统会自动完成电力网络状态估计，并根据状态估计结果可根据实时数据进行相关计算分析。图3为实现了实时在线功能后电力系统的电气一次图。

3  结语

ETAP实时系统是一套全面的技术解决方案综合性分析软件工具，通过对海上电网在线分析，可实现基于运行、操作和故障的海上电网在线仿真分析，丰富了提高海上电网稳定可靠运行的辅助决策手段，同时可以为电力系统提供最优化方案以提高电网安全可靠性。

参考文献

[1] 朱慧.ETAP仿真软件在“电力系统分析”教学中的应用[J].中国电力教育，2014（9）：64-65，80.

[2] 冯煜珵，陈陈.电力系统分析软件ETAP～的特点与功能简介[J].上海电力，2004（5）：417-420.

[3] 冯煜珵，王雷，陈陈.电力系统仿真软件ETAP的特性与功能简介[J].供用电，2005，22（5）：23-26.