电力系统调度自动化ppt课件

.,第五章电力系统调度自动化,.,第五章电力系统调度自动化,学习目的：通过本章学习，掌握电力系统调度自动化的结构，掌握调度自动化各部分的功能以及实现方法；了解电力系统远动通信的原理及其实现。重点：电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现；电力系统远动通信的原理及实现。难点：电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。,.,回顾：,1、电力系统调度的任务控制整个电力系统的运行方式。（1）保证供电的质量优良（2）保证系统运行的经济性（3）保证较高的安全水平选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式。（4）保证提供强有力的事故处理措施2、电力系统调度自动化的任务综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系统调度管理自动化，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。,第五章电力系统调度自动化,.,3、电力系统调度自动化的特点：“统一调度，分层管理”,第五章电力系统调度自动化,.,二、电力系统调度自动化的功能概述,安全水平是电力系统调度的首要问题在电力系统调度自动化的控制系统中，调度中心计算机必须具有两个功能：其一是与所属电厂及省级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离的可靠性高的双向交换，简称为电力系统监控系统，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；另一是本身应具有的协调功能。具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能量管理系统EMS（EnergyManagementSystem）。,第五章电力系统调度自动化,.,第五章电力系统调度自动化,图5-3表示了EMS信息流程的主线，还给出了远方省级调度及远方电厂与调度中心进行信息交换的功能示意框图。,二、电力系统调度自动化的功能概述,.,三、电力系统调度自动化的发展过程,电力系统调度自动化之前：通信方式-“电话”（1）电网调度自动化的初级阶段（20世纪50年代中期）布线逻辑式远动技术的采用。“四遥”（2）电网调度自动化的第二阶段（20世纪60年代）电子计算机在电力系统调度工作中的应用出现了电网SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition)系统。在SCADA的基础上，又发展为包括许多高级功能的能量管理系统(EnergyManagementSystemEMS)。（3）电网调度自动化系统的快速发展阶段（20世纪80年代）随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADAEMS技术进入了一个快速发展阶段。,第五章电力系统调度自动化,.,四、SCADA/EMS系统的子系统划分1.支撑平台子系统支撑平台是整个系统的最重要基础，有一个好的支撑平台，才能真正地实现全系统统一平台，数据共享。支撑平台子系统包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。2.SCADA子系统包括数据采集，数据传输及处理，计算与控制，人机界面及告警处理等。3.AGC/EDC子系统自动发电控制和在线经济调度是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围。同时，还能使全系统发电成本最低。,第五章电力系统调度自动化,.,4.高级应用软件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系统包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预测等高级应用软件。5.调度员仿真培训系统DTS（DispatcherTrainingSimulator）包括电网仿真、SCADAEMS系统仿真和教员控制机三部分。调度员仿真培训与实时SCADAEMS系统共处于一个局域网上。DTS本身由2台工作站组成，一台充当电网仿真和教员机，另一台用来仿真SCADAEMS和兼做学员机。6.调度管理信息子系统DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不属于SCADA/EMS系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系,因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务。当然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。,第五章电力系统调度自动化,.,第五章电力系统调度自动化,五、电力系统调度自动化基本结构,.,二、信息采集和命令执行子系统（远动终端RTU）,1、作用采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。,.,2、功能可以实现“四遥”功能：遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和遥调(YT).遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；遥信:采集并传送电力系统中开关量的实时信息；遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作；遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。,二、信息采集和命令执行子系统（远动终端RTU）,.,三、信息传输子系统（信道）,作用：信息传输子系统是调度中心和厂站端(RTU)信息沟通的桥梁。将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命令可靠、准确地传输。,.,信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。由于现代电力系统往往跨区域，由许多发电厂和变电所组成，为了实现对整个电网的监视和控制，调度中心需要收集分散在各个发电厂和变电所的实时信息。由于传输到调度中心的实时信息不可避免地包含各种误差，如测量误差、传输误差等，同时还由于设备条件的限制，有些电力系统运行所需的参数无法收集到，为了减小误差，信息处理子系统可以利用收集到的冗余信息，采用状态估计技术，对无法收集到的参数进行估计，从而得到精确而完整的运行参数。运行人员根据分析计算的结果，通过分析、综合、判断，从而决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。该子系统是以计算机为主要组成部分。,四、信息收集处理与控制子系统（调度端）,.,电网调度自动化系统的设备构成,.,第二节远方终端RTU,一、RTU的任务1数据采集（1）模拟量。采集电网重要测点的P、Q、U、I等运行参数，称为“遥测”（2）开关量。如断路器的开或关状态，自动装置或继电保护的工作状态，称为“遥信”（3）数字量。如水电厂坝前水位、坝后水位等（由数字式水位计输入），也属于“遥测”（4）脉冲量。如脉冲电能表的输出脉冲等。,.,一、RTU的任务,2、数据通信按照预定通信规约的规定，自动循环（或按调度端要求）地向调度端发送所采集的本厂站数据，并接收调度端下达的各种命令。3、执行命令根据接收到的调度命令，完成对指定对象的遥控、遥调等操作。4、其它功能(1)当地功能：对有人值班的较大站点，如果配有CRT、打印机等，可完成显示、打印功能；越限告警功能；事件顺序记录功能等。(2)自诊断功能：程序出轨死机时自行恢复功能；自动监视主、备通信信道及切换功能；个别插件损坏诊断报告等功能。,.,二、RTU的结构,1、RTU的硬件结构(1)单CPU结构的RTU硬件基本构成框图,适用于小型的发电厂或变电站！,.,多CPU结构的RTU硬件结构框图,(2)多CPU结构的RTU硬件基本构成框图,.,2、RTU的软件结构,多CPU结构的RTU软件结构框图,以多CPU结构的RTU为例：软件组成：由一个主管理系统程序和多个子系统程序组成。,.,三、模拟量输入通道“遥测”,.,（一）基于A/D变换的模拟量输入电路,基于A/D转换的模拟量采集原理图,.,1、电压形成电路的典型原理图,（1）电量采集的两种采样方式,基于A/D变换的模拟量输入电路,.,1）直流采样,直流采样方式原理：,电量变送器交流电压变送器和交流电流变送器有功功率变送器和无功功率变送器有功电能变送器和无功电能变送器频率变送器功率因数变送器直流电压变送器和直流电流变送器微机电量变送器,电量信号,非电量信号,电量变送器/非电量变送器,A/D转换,计算机,直流电信号,非电量变送器温度变送器压力变送器流量变送器水位变送器等,.,电量变送器,05V的直流输出电压,交流电压变送器,交流电流变送器,.,直流采样的优点：软件设计简单，计算简便。对采样值只须作一次比例交换，即可得到被测量的数据，因而采样周期短。在微机应用的初期，此方法得到了广泛的应用。直流采样的缺点：采样结果实时性较差；直流采样输入回路，因要滤去整流后的波纹，往往采用R-C滤波回路，其时间常数较大，无法反映被测模拟量的波形，更不能及时反映被测量的突变。测量精确度受直流变送器的精确度和稳定性的影响。设备复杂，增加系统的造价。,1）直流采样,.,2）交流采样,交流采样是直接对交流电压和电流的波形进行采样，然后通过一定算法计算出其有效值，并计算出P、Q等值。,.,交流采样的优点：,A、实时性好；它能避免直流采样中整流、滤波环节的时间常数大的影响。B、能反映原来电流、电压的实际波形，便于对所测量的结果进行波形分析；C、设备简单，可以节约投资。有功功率和无功功率是通过采样得到的u、i计算出来的，因此可以省去有功功率和无功功率变送器，可以节约投资并缩小测量设备的体积。,2）交流采样,.,交流采样中电压形成电路的典型原理图,电压电流变换器的作用：1、进一步降低电压或电流。2、将一次设备的电流互感器TA、电压互感器TV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。,.,低通滤波（ALF）限制输入信号的最高频率，以降低采样频率。采样保持器（S/H）采样保持器（S/H）的基本原理：A/D转换器完成一次完整的转换需要的一段时间里，模拟量不能变化。，S/H可将瞬间采集的模拟量保持一段时间，以保证A/D转换的实时性。,2）交流采样,采样保持器的基本组成原理图,.,多路转换开关（MUX）,2）交流采样,模/数转换器（A/D）,.,2）交流采样,模拟量的处理：A/D转换后的数字量经接口送往计算机后，必须对数据进行滤波、标度变换等一系列处理方能内存的数据区。,交流采样的算法：U、I有效值，P、Q等需要一定的算法来计算。,.,举例：基于单片机的模拟量输入系统的设计：,程控增益放大器,多路开关,在系统可编程逻辑器件,.,（二）基于V/F转换的模拟量输入回路：,原理：将输入的电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频率，使产生的脉冲频率正比于输入电压的大小，然后在固定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，供CPU读入。,电压-频率转换模拟量采集原理图,.,四、模拟量输出通道“遥调”量输出单元设计,遥调是一个连续作用的调节过程。,.,五、开关量输入通道（简称“开入”）“遥信”量采集单元设计,1、遥信采集的量及其表示方法:（国际电工委员会IEC标准）“1”表示闭合或动作，“0”表示断开或未动作。2、开关量输入子系统原理图,开关量输入子系统原理图,.,1）信号隔离与电平转换电路,注意：T型RC网络构成低通滤波器，用来滤掉遥信回路的高频干扰，电阻R3还起到限流的作用，使进入发光二极管的电流限制在毫安级，两个二极管V1、V2起保护光耦合器的作用。光电耦合器可以实现现场开关量与CPU总线之间的完全隔离，隔断它们之间公共地的电气联系。,.,2）消颤除噪电路,有时断路器虽已合闸，但其辅助触点可能有一段时间会抖动，或因其他干扰使输入信号上下波动，而输出也会跟着相应变化，造成计算机对断路器位置的错误判断。加入消颤除噪电路，则能较好地抑制开关的抖动。,(a)施密特触发器的图形符号(b)施密特触发器的工作波形,(a)施密特触发器的图形符号(b)施密特触发器的工作波形,.,六、开关量输出通道（简称“开出”）“遥控”量输出单元设计,典型的遥控输出电路,继电器的作用：一方面可起到信号隔离作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信号的通断。,二极管的作用：保护继电器的线圈。,.,断路器控制回路图,YKH为遥控合触点YKT为遥控跳触点,.,一、信息传输基础（一）模拟通信和数字通信,第三节电力系统远动通信,1、通信系统模型,.,3、数字通信的优点(1)抗干扰能力强。(2)便于进行信号加工与处理。(3)传输中出现的差错(误码)可以设法控制，提高了传输质量。(4)数字信息易于加密且保密性强。(5)能够传输话音、电视和数据等多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性。,（一）模拟通信和数字通信,.,（二）数字通信传输方式,（2）串行传输串行传输仅需要一回传输线（2根），是根据一个字节中码元的顺序一位一位地传过去。,并行传输特点：传输速度快；传输距离短；软件及通信规约简单；成本高。,串行传输特点：传输速度较慢；传输距离长；软件及通信规约复杂；成本低。,（1）并行传输：如果用8根线（另有1根公共线）将数字通信双方连接起来，每根线传一位码元将这组信息传送过去，这种方式就称为并行传输。,.,1、信息传输速率（1）码元：数据通信中，传送的是一个个离散脉冲信号，把每个信号脉冲称为一个码元。（2）码元速率：每秒传送的码元数，以Bd（波特）为单位。（3）信息速率：系统每秒传送的信息量。单位是bit/s（比特/秒）在信息用二进制表示时，每个码携带1bit信息量，这时的数码率与信息速率是相同的。2、误码率数据经传输后发生错误的码元数与总传输码元之比。,（三）信息传输的质量指标,.,单工、半双工、双工通信,（四）数字通信的工作方式,.,二、远距离数据通信系统的基本模型,第三节电力系统远动通信,远距离数据通信系统的基本模型,.,（1）信源是电网中的各种信息源。（2）信源编码：把各种信源转换成易于数字传输的器件（3）信道编码器：其作用是为了保护所传送的信息内容，增加保护码元。（4）调制解调器(MODEM)：信道编码器输出的信号都是二进制的脉冲序列，即基带数字信号。这种信号传输距离较近，在长距离传输时往往因电平干扰和衰减而发生失真。为增加传输距离，将基带信号进行调制传送，这样即可减弱干扰信号。（5）信道。它是信号远距离传输的载体，如专用电缆、架空线、光纤、微波空间等。（6）解调器。它是调制器的逆过程，用以恢复基带信号。（7）信道译码器。它是编码器的逆过程，除去保护码元，获得发送侧的二进制数字序列。（8）信源译码器。它是将二进制信号恢复到模拟信号的过程，例如DA转换器。（9）信宿。它是信息的接收地或接收入员能观察的设备，如电网调度自动化系统中的模拟屏、显示器(cRT)等，均为信宿。,第三节数据通信的通信规约,.,（一）电力载波通信PLC（PowerLineCarrier）电力载波通信是利用电力线作为高频信号的传输介质，用于调度中心与厂站端的通信，它是电力系统特有的，应用最广泛的一种通信方式。,三、远动信息传输通道,利用高压输电线路传输高频电流具有以下特点：线路衰减小；输电线路机械强度很高，具有较高的传输可靠性；不需要另建通信线路的投资和日常维护费用等。,.,电力载波通信的基本原理,.,图中M是远动装置或数据传输装置的外接调制解调器，它是将数字信号调制成音频信号，然后再经电力载波终端设备调制成高频信号。电力线载波通信两端(A端和B端)均具有远动和数据信号发送和接收功能。耦合电容器和结合滤波器的作用：两者共同构成高频信号的通路，并将电力线上的工频高电压和大电流与通信设备隔开，以保证人身和设备的安全。结合滤波器主要用来抵消耦合电容器的高频容抗，减小高频电流在结合滤波器通带内的衰减；另外，还具有对高频电流起阻抗变换作用。使高频电流与电力线的阻抗得到良好的匹配。线路阻波器主要用来阻止高频信号进入电力设备。,电力载波通信的基本原理,.,（二）光纤通信,光纤通信是目前认为最有前途的一种有线通信方式,优点：具有很好的抗电磁干扰能力；光纤的通信容量大、功能价格比高；安装维护简单；光纤是非导体，可以很容易地与导线捆在一起敷设于地下管道内；也可固定在不导电的导体上，例如电力线架空地线复合光纤；还可以采用与电力线向杆架设的自承式光缆。,缺点:强度不如金属线；连接比较困难；,.,光纤通信的原理,目前光纤通信技术已经成熟，在电力系统得到了广泛应用。,.,（三）微波中继通信与卫星通信,波长为0.0011.0m，频率为300MHZ300GHZ的无线电波称为微波，微波基本上沿直线传播。优点：微波频段的频带很宽，可以容纳数量很多的无线电频道且不致互相干扰；微波收发信机的通频带可以做的很宽，用一套设备可做多路通信；不易受工业的干扰，通信稳定；方向性强，保密性好；每公里话路成本比有线通信低。缺点：中继设备复杂，技术水平要求较高。,（1）微波通信,.,微波通信系统的构成,.,特点：与一般微波通信相比，卫星通信不受距离和地形的限制，容量大，可靠性高。目前使用的频率：上行（地球到卫星）：59256425MHZ;下行（卫星到地球）：37004200MHZ;适用：偏远的发电厂或变电站。,（2）卫星通信（中继站设在同步卫星上）,.,四、现场总线（20世纪80年代中期提出）,目前几种有影响的现场总线有：基金会、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等。,现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的控制网络。,.,是一种在较小的区域内使各种数据通信设备互联在一起的通信网络。,五、局域网（LocalAreaNetworks),(1)覆盖的地理范围可以在一幢大楼或一个建筑群里.(2)数据传输速率高.(3)误码率很低.,.,（一）RTU与调度中心通信的特点,六、电力系统通信规约,.,（二）RTU与调度中心的通信规约,1、通信规约的定义在电力系统远动中，主站与远方终端之间进行实时数据通信时必须事先做出约定，制订必须遵守的通信规则，并共同遵守。这必须共同遵守的规则与约定，即通信规约。,.,2、我国电网调度自动化的两大通信规约,（二）电力系统远动通信规约,.,1、CDT规约的特点：厂站RTU按预先约定，周期不断的向调度端发送信息，享有发送信息的主动权。信息以帧为单位，按信息重要程度不同，分为A、B、C、D、E帧5种帧类别；每帧长度可变；多种帧类别循环传送；上帧与下帧相连，信道永无休闲的循环传送；信息按重要性和实时性不同，规定有不同的优先级和循环更新时间。遥信变位优先传送，重要遥测量更新时间较短。由调度中心发给RTU的各种遥控、遥调或其它命令，由上行通道随时传送（全双工方式，上、下行通信可同时进行），不是循环的。,（三）循环式通信规约,.,对时的子站信息及遥控命令的返送控核信息均随时插入传送；遥信变位信息及子站工作状态变化信息均随时插入传送，并要求1s内送达主站；重要遥测量安排在A帧传送，循环更新时间3S；次要遥测量安排在B帧传送，循环更新时间6S；一般遥测量安排在C帧传送，循环更新时间20S；一般遥信量安排在D1帧传送，循环时间为几分钟至几十分钟；电能脉冲量安排在D2帧传送，循环时间为几分钟至几十分钟；事件顺序记录信息安排在E帧传送，以帧插入方式传送。,上行信息的优先级：,2、CDT中信息的优先级顺序,.,下行信息的优先级：召唤子站时钟，设置子站时钟校正值，设置子站时钟。遥控选择、执行、撤销命令，设定命令。广播命令复归命令。,2、CDT中信息的优先级顺序,.,3、CDT规约的帧格式及字格式,同步字。一帧开始的标志，应当很特殊。同步字按通道传送顺序分为三组EB90H，即1110、1011、1001、0000共48位。(2)控制字。控制字用来说明本帧信息的有关情况，共有六个字节48位。如图3.27所示。,图3.26循环式远动规约帧结构,.,图3.27循环式远动规约控制字结构,控制字节：E扩展位，当E=0时，使用标准的定义帧类别；当E=1时，帧类别可另行定义，以便扩展功能。L帧长定义位，当L=0时，表示本帧没有信息字；当L=1时，表示本帧有信息字。S源站址定义位，S=1表示控制字中源站址有内容，源站址字节即代表信息始发站的站号。D目的站址定义位。D=1表示目的站址字节有内容，即代表信息到达站的站号；D=0表示目的站址字节内容为FFH，即代表广播命令，所有站同时接收并执行此命令。以上所述的上行信息和下行信息中若同时S=0，D=0，则表示源站址和目的站址无意义。,.,帧类别本规约定义的帧类别码及其含义见表3-4。,信息字数n表示该帧中所含信息字数量，n=0表示无信息字。,.,(3)信息字,每个信息字由六个字节构成：功能码一个字节，信息、数据码四个字节和校验码一个字节，其通用格式如图3.28所示。,图3.28循环式远动规约信息字结构,其中功能码有256个(00HFFH)，分别代表不同的信息用途，具体分配见表3-5：,.,.,重要数据发送周期短，实时性强；一般数据发送周期长，主站对其响应慢。采用信息字校验方式，当某个字符出错时，只需丢弃相应的字，其他可以正常接收；数据传送以现场端为主，因此若发生暂时性通信失败，当通信恢复时，未发出的数据仍有机会上报，而不至于造成显著危害；循环式较应答式规约容量大，可传送512路遥信量，256路遥测量。,循环式通信规约的特点：,.,问答通信方式由调度中心掌握遥测、遥信通信的主动权。问答式规约特点是：RTU有问必答：RTU收到主机查询命令时，必须在规定的时间内应答，否则视为通信失败；RTU无问不答：当RTU未收到主机查询命令时，决不允许上报信息。,（四）问答式通信规约,.,问答规约的优点：允许多台RTU以共线的方式共用一个通道。采用变化信息传送策略，压缩了数据块的长度，提高了数据传送速度；通道适应性强。问答规约的缺点：由于需要询问，因此主站对数据的采集速度较慢；由于采用变化信息传送方式，对信道的要求高。一次通信失败会影响后续信息；采用整帧校验，数据多、出错几率大，且若出错就丢失整帧，信息量丢失量大；出错弃帧后须经重新询问RTU才重发出错信息。,第三节电力系统远动通信,.,第四节调度中心的计算机系统,一、调度中心的计算机系统1、调度计算机系统的任务2、对计算机系统的基本要求数值计算和逻辑判断能力；输入输出中断处理能力；实时操作系统能力；高可靠性、可维护性和可扩展性。3、计算机系统的专用接口（1）远动终端接口一种专用接口，按远动终端的通信规约接收来自RTU的信息和将调度决策送往RTU。远动终端接口的硬件一般是以微处理器为基础的专用通信控制器。,.,（2）人机联系接口（CRT显示器）（3）计算机远程通信接口计算机系统的硬件一般采用支持某一标准规约的智能接口板插入主计算机，也可采用专用的通信节点计算机承担所有远程通信和规约转换等工作，以减轻主计算机的负载。（4）统一时钟接口一般在一个调度中心设置一个精确时钟，再由计算机向发电厂和变电站的RTU下发对时信号。各级调度所之间对准时间只能通过共同接收国家或地域的无线电对时信号解决。,第四节调度中心的计算机系统,.,4、计算机软件系统（1）系统软件系统软件是计算机制造厂家为了用户使用方便和充分发挥计算机能力而提供的管理和服务性软件，是最底层的软件。它包括：为用户编制程序提供的各种工具和手段，如各种程序设计语言(FORTRAN语言、C语言、PASCAL语言等)的编译程序，各种便于调试程序的工具等；（2）支持软件支持软件是为计算机的在线、实时应用开发服务的服务性软件，主要有数据库管理、人机联系管理、故障切除及备用管理等。,第四节调度中心的计算机系统,.,（3）电网高级应用软件PAS应用软件是利用系统软件和支持软件提供的服务编制的实现电力系统调度自动化各项功能的软件。,第四节调度中心的计算机系统,电网高级应用软件,.,5、调度中心计算机系统的配置前置机：完成数字信号的接收及预处理等功能。担负着与厂所RTU和各分局的数据通信及通信规约解释等任务，是SCADA/EMS系统的桥梁和基础。后台处理机：完成数据的进一步处理、存储、系统监视与分析等高级功能。,第四节调度中心的计算机系统,.,例：Open-2000系统前置机系统结构示意图：1前置机值班前置主机担负以下任务：与系统服务器及SCADA工作站通信。,第四节调度中心的计算机系统,与各RTU通信及通信规约处理。控制切换装置的切换动作。设置各终端服务器的参数。备用前置机可能担负以下任务中的部分或全部：监听前置主机的工作情况，一旦前置主机发生故障，立即自动升格为主机，担负起主机的全部工作。监听次要通道的信息，确定该通道的运行情况。,.,2终端服务器每台终端服务器有16个串行通信口，可与16路厂/所RTU通信。另外，终端服务器也应双备份。运行中一组与前置主机协同工作，另一组则与备用机通信。终端服务器的参数及其切换由前置主机控制。3切换装置切换装置可以完成对上行双通道信号及下行信号的选择切换。4通道设备作用是与各种不同的通道信号适配。,第四节调度中心的计算机系统,.,二、调度中心SCADA/EMS系统结构（一）系统结构SCADA/EMS系统结构配置见图5-31。2000系统采用三网机制。主网双网配置可实现负荷热平衡及热备用双重使命。,第四节调度中心的计算机系统,.,第四节调度中心的计算机系统,.,（二）主网各节点功能简介1系统服务器（Server）负责保存所有历史数据、登陆各类信息。2SCADA工作站双机热备用，主要运行SCADA软件及AGC/EDC软件。3PAS工作站（电力系统高级应用软件）用于各项PAS计算以实现各项PAS功能。4调度员工作站承担对电网实时监控和操作的功能，实时显示各种图形和数据，并进行人机交互。,第四节调度中心的计算机系统,.,5配电自动化工作站完成配电自动化管理功能。6DTS工作站调度员仿真培训。7调度管理工作站负责与调度生产有关的计划和运行设备的管理。8电量管理工作站实现电量的自动查询、记录、奖罚电量的计算等功能。9、网络网络是分布式计算机系统的关键部件，2000系统采用高速双网结构，保证信息能高速可靠传输。,第四节调度中心的计算机系统,.,第五节自动发电控制,一、AGC的基本功能在正常的系统运行状态下，AGC的基本功能是：使发电自动跟踪电力系统负荷变化；响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为额定值；在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率为计划值；对周期性的负荷变化按发电计划调整发电功率；监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。,.,第五节自动发电控制,.,第五节自动发电控制,二、AGC的一般过程从AGC的功能来看，它主要完成系统区域间交换功率的限制和系统频率的维持功能。,.,第五节自动发电控制,二次调频由AGC实现区域调节控制确定机组的调节分量PR。区域跟踪控制的目的是按计划提供机组发电基点功率（basepoint）Pi.将PR加到基点功率Pi上，它们共同形成的期望发电量P作用于调频机组的控制系统。控制调速器的nREF，形成机组出力的闭环控制。,.,第五节自动发电控制,三、AGC与其它应用软件的关系AGC是EMS的有机组成部分，需要在其它应用软件的支持下工作:,.,第五节自动发电控制,四、发电计划发电计划是EMS的核心软件。向AGC提供基点功率值。发电计划也称火电系统经济调度（EDC），即在已知系统负荷、机组组合、水电计划、交换计划、备用监视计划、机组经济特性、网络损失特性和运行限制等条件下，按照等耗微增率准则，编制火电机组发电计划，使整个系统的发电费用最低。,.,第五节自动发电控制,（一）电力系统负荷预测的分类电力系统的负荷预测可以分为系统的负荷预测和母线的负荷预测两类。按照系统负荷预测的周期来分，电力系统的负荷预测可分为：超短期负荷预测：通常包括用于质量控制需要510s的负荷值，用于安全监视需15min的负荷值，用于预防控制和紧急状态处理需要1060min的负荷值。超短期负荷使用的对象是调度员。,.,第五节自动发电控制,短期负荷预测：主要应用在电力系统的火电分配、水火电协调、机组紧急组合和交换功率计划，需要1日1周的负荷值，使用对象是编制调度计划的工程师。中期负荷预测：主要用于水库调度、机组检修、交换计划和燃料计划，需要1月1年的负荷值。使用对象是编制中长期运行计划的工程师。长期负荷预测：用于电源的发展规划和网络规划等，需要数午甚至是数十年的负荷值，使用对象是系统规划工程师。,.,第五节自动发电控制,(二)负荷预测的要求及影响负荷预测的因素衡量电力系统负荷预测软件和方法的主要指标是负荷预测的精度。电力系统负荷预测的精度，首先是决定于对具体电力系统负荷变化规律的掌握，其次才是模型和算法的选择。,.,第五节自动发电控制,.,第五节自动发电控制,2、负荷预测算法目前比较实用的算法主要有：线性外推法、线性回归法、时间序列法、卡尔曼滤波法、人工神经网络法、灰色系统和专家系统方法等。各种方法都有一定的使用场合，可以说没有一个算法是既适用于各种负荷预测模型而精度又都比其它的算法要高。,.,第六节EMS的网络分析功能,一、网络接线分析（网络拓扑）（一）网络拓扑的定义及基本功能网络拓扑分析的基本功能是根据开关的开合状态（遥信信息）和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系。在网络拓扑分析之前需要进行网络建模。网络建模是将电力网络的物理特性用数学模型来描述，以便用计算机进行分析。网络拓扑分析是其它高级应用软件的基础；网络拓扑分析软件应可靠、方便、快速。,.,第六节EMS的网络分析功能,（二）网络拓扑的基本术语网络元件（Component）：开关、机组、负荷、电容器、电抗器、变压器和线路等均称为网络元件。其中变压器、线路和开关等称为双端元件；机组、负荷、电容器或电抗器等称为单端元件。节点（Node)：网络元件的连接点称为节点。元件通过相互公共的节点连接成电网。逻辑支路（LogicBranch）：即开关元件。开关只有开合两种状态。连接两节点的逻辑支路(开关)不是呈零阻抗(开关闭合)就是呈无穷大阻抗(开关断开)，因此开关在结线分析得到的计算模型中已经消失了。,.,第六节EMS的网络分析功能,保留元件（RetainedComponents）：在计算模型中，所有非逻辑支路被保留下来，其中包括零阻抗支路，这些保留下来的元件称为保留元件。零阻抗支路（ZeroimpedanceBranch）：阻抗为零的特殊支路，在计算模型中用于隔离母线。母线：是被闭合逻辑支路联系在一起的节点集合，即保留支路的连接点。活岛和死岛：由闭合支路连接起来的母线集合，并包含发电机、电压调节母线和负荷，即包括电源的拓扑岛，称为活岛。活岛中元件都处于带电状态。反之，不包括电源的拓扑岛称为死岛。死岛内的元件不带电。主母线：当开关即逻辑支路全部闭合时，建立的编号母线称为主母线。,.,.,网络计算模型（母线模型）,.,第六节EMS的网络分析功能,.,第六节EMS的网络分析功能,二、电力系统状态估计（一）状态估计的必要性SCADA数据库存在下面明显缺点：1.数据不齐全2.数据不精确3.受干扰时会出现不良数据4.数据不和谐数据不和谐是指数据相互之间不符合建立数学模型所依据的基尔霍夫定律。原因有二：一是前述各项误差所致，二是各项数据并非是同一时刻采样得到。这种数据的不和谐影响了各种高级应用软件的计算分析。,.,第六节EMS的网络分析功能,（二）状态估计的功能得到最接近于系统真实状态的最佳估计值。对生数据进行不良数据（或叫坏数据）的检测与辨识，删除或改正不良数据。推算出齐全而精确的电力系统运行参数。例如根据周围相邻变电所的遥测量推算出某个未装远方终端的变电所的各种运行参数，或者根据现有类型的遥测量推算出另外类型的难于测量的运行参数。,.,第六节EMS的网络分析功能,根据遥测量估计电网的实际结构，纠正偶尔会出现的开关状态遥信错误，保证数据库中电网结构数据的正确性。估计某些可疑或未知的设备参数。以现有数据预测未来的趋势和可能出现的状态。例如电力系统负荷预测和水库来水预测等。确定合理的测点数量和合理的测点分布。将新的量测点设置在关键点，全面优化量测配置，使之达到某一量测指标而付出成本最小。,.,.,第六节EMS的网络分析功能,（三）状态估计的基本原理1.测量的冗余度状态估计算法必须建立在实时测量系统有较大冗余度的基础之上。一般要求是：测量系统的冗余度=系统独立测量数/系统状态变量数=（1.53.0）电力系统的状态变量是指表征电力系统特征所需最小数目的变量。一般取各节点电压幅值及其相位角为状态变量,若有N个节点，则有2N个状态变量。由于可以设某一节点电压相位角为零，所以对一个电力系统，其未知的状态变量数为2N-1；,.,第六节EMS的网络分析功能,.,第六节EMS的网络分析功能,2、状态估计的步骤（1）假定数学模型。是在假定没有结构误差、参数误差和不良数据的条件下，确定计算所用的数学方法。可选用的数学方法有加权最小二乘法、快速分解法、正交化法和混合法等。（2）状态估计计算根据所选定的数学方法，计算出使“残差”最小的状态变量估计值。所谓残差，就是各量测值与计算的相应估计值之差。（3）不良数据的检测。检查是否有不良测值混入或有结构错误信息；如果没有，此次状态估计即告完成。如果有，转入下一步。（4）识别，或叫辨识。是确定具体的不良数据或网络结构错误信息的过程在除去或修正已识别出来的不良测值和结构错误后，重新进行第二次状态估计计算，这样反复迭代估计，直至没有不良数据或结构错误为止。,.,第六节EMS的网络分析功能,.,第六节EMS的网络分析功能,三、安全分析与安全控制1安全监视对电力系统的实时运行参数(频率、电压和功率潮流等)以及断路器、隔离开关等的状态进行监视。当出现参数越限和开关变位时即进行报警，由运行人员进行适当的调整和操作。2安全分析在安全监视的基础上，对电力系统的运行状态做出安全评价。对发生的假想事故进行快速的计算分析，如发现在可能发生的事故巾会出现不安全的状态，则由运行人员根据显示出的分析结果进行必要的调整摔制，以改善运行水平。包括静态安全分析和动态安全分析。3安全控制安全控制是为保证电力系统安全运行所进行的调节、校正和控制。,.,（一）电力系统的运行状态衡量电力系统是否正常运行的条件：（1）等式约束条件系统发出的总的有功功率和无功功率应在任一时间与总的消耗的有功和无功负荷(包括网损)相等。,为发电机i的有功功率和无功功率；为负荷j的有功功率和无功功率；为电力系统中各种配电和输电线路及设备的总有功功率和无功功率损耗。,.,(2)不等式约束条件,为了保证系统安全运行，有关电气设备的运行参数都应处于运行允许值范围内。,.,(3)电力系统的运行状态,正常状态警戒状态紧急状态崩溃状态恢复状态,由两种约束条件可将系统的运行分为以下五种状态：,.,表明发电机有一定的旋转备用容量；输变电设备也有一定的富余容量；在负荷变化时，系统频率和电压值在规定的范围之内，并向系统用户供应合格的电能。,正常运行状态：,特点：满足所有等式和不等式约束条件。,电力系统是安全的。,电力系统有一定的安全水平，在正常干扰下，能从一个正常状态连续变化到另一个正常状态。,采取的调度措施：可实行经济调度,.,警戒状态：当电力系统中的某些电力设备的备用容量减少到使电力系统的安全水平不能承受正常干扰的程度时，电力系统进入预警状态。特点：满足所有等式和不等式约束条件。但是备用储备减少，某些干扰可能导致不等式约束破坏(如设备过载)，使系统安全受到威胁。应采取的调度措施：应采取预防控制使系统