二章电力系统调度自动化

第二章电力系统调度自动化电力系统调度（自动化）的基本任务调度自动化系统的基本构成调度自动化系统的工作原理调度自动化的主要功能电力系统的分层调度控制电力系统状态估计引言：电电力系统统调度的的基本任任务保证供电电安全、、可靠保证供电电优良的的质量保证系统统运行经经济性保证强有有力的事事故处理理措施控制电力力系统运运行方式式，使之之在正常常和事故故情况下下，安全全、可靠靠、优质质、经济济和环保保的供电电．一、电力力系统调调度自动动化的任任务综合利用用电子计计算机、、远动、、计算机机、网络络等技术术，实现现电力系系统调度度管理自自动化，，有效帮帮助电力力系统调调度员完完成调度度任务1保证证供电安安全，承承受事故故冲击（1）事事故原因因外因雷雨、风风暴、雪雪鸟兽内因设备内部部隐患人员操作作水平欠欠佳（2）预预想事故故分析系统庞大大，数据据繁杂，，且负荷荷随机波波动，预预想事故故有利于于避免事事故的发发生对运行的的系统，，预想若若干事故故进行分分析、计计算，选选择适当当运行方方式。2保证供电电优良的的质量（1）电电能质量量要求电压U=UN,频率f=fN，波形（2）措措施∑Pg=∑Pload∑Qg=∑Qload3保证证系统运运行经济济性（2）在在确定的的网络结结构下，，系统运运行经济济性取决决于调度度方案大机组比比小机组组效率高高新机组比比旧机组组效率高高高压输电电比低压压输电相相对经济济（1）规规划是系系统运行行经济性性的前提提电厂选址址、输电电线路的的长度与与电压等等级计及新能能源？（3）经经济调度度：是能能量管理理系统((EMS)的主主要内容容，是一一项实时时性很强强的工作作，如机机组组合合、水火火电计划划、交换换计划、、检修计计划和燃燃料计划划4保证证强有力力的事故故处理措措施紧急状态态下，保保证强有有力的事事故处理理措施故障发生生后，快快速、有有选择地地切除故故障，依依靠继电电保护和和安全自自动装置置恢复运行行故障切除除后，防防止事故故扩大和和保持系系统稳定定，使系系统恢复复到警戒戒状态或或正常状状态。稳稳控装置置。二、电力力系统调调度自动动化的发发展历程程起始阶段段60年代模拟屏四遥远动技术术电话无法法满足调调度需求求发展阶段段70年代SCADA系统计算机系系统计算机技术四遥无法法处理实实时状况况成熟阶段段80年代EMS系统计算机技术监视转为为预防、、决策二、电力力系统调调度自动动化的发发展历程程当前阶段段网络技术基于标准准化平台台的集成系统统五遥远动技术术计算机技术多源数据据处理先进的AGC逼真的调调度员培培训仿真真(DTS)二、电力力系统调调度自动动化的发发展历程程当前阶段段南瑞OPEN3000调度自自动化系系统智能化建建模操作界面面易用支持实时时监控、、培训软件标准准化、模模块化、、组件化化和易用用性第一阶段段：布线逻辑辑式远动动技术四遥：遥遥测、遥遥信、遥遥控、遥遥调第二阶段段：计算算机技术术SCADA———EMS第三阶段段：计算算机技术术、通信信技术、、网络技技术集中式——分布式——开放式二、电力力系统调调度自动动化的发发展历程程从技术上上看三、电力系统统调度自自动化的的结构电力调度度自动化化系统包包括三大大部分：：调度中中心、厂厂站端((RTU)和信信息传输输通道根据所完完成功能能的不同同，可以以将此系系统划分分为数据采集集与命令令执行子子系统、信息传输输子系统统、信息收集集处理与与控制子子系统、人机联系系子系统统数据采集与命令执行子系统信息传输子系统信息收集、处理、控制子系统人机联系子系统调度自动化系统的总体结构三、电力系统统调度自自动化的的结构三、电力力系统调调度自动动化的结结构1.数数据采集集与命令令执行子子系统远动终端端：RemoteTerminalUnit，简简称RTU作用：采采集各发发电厂、、变电所所中各种种表征电电力系统统运行状状态的实实时信息息，并根根据运行行需要将将有关信信息通过过远动终终端传送送到调度度中心，，同时也也接受调调度端发发来的控控制命令令，并执执行相应应的操作作。功能：完完成四遥（遥测、、遥信、、遥控、、遥调））、事件件顺序记记录、事事故追忆忆、故障障录波和和当地监监控等。。上传下达1.数据采集集与命令令执行子子系统任务数据采集集数据通信信执行命令令其他功能能任务1、数据采采集（1）模拟量：：采集并并传送运运行参数数，P、Q、U、I（2）开开关量：：断路器器、隔离离开关、、继电保保护的状状态YCYX任务2、数据通通信上传：向向调度中中心发送送采集的的本厂、、所数据据下达：接接收调度度端下达达的各种种命令任务3、执行命命令根据接收收的命令令，完成成YK、YT操作YK：YX———分合闸，，对远程程的一些些开关控控制设备进行远远程控制制。YT：YC———对远程的的控制量量设备进进行远程程调试，如调调节发电电机输出出功率任务4、其他功功能当地功能能：显示示、打印印自诊断功功能：死死机自动动恢复，，自动监监视主、、备用通通信信道道及切换换功能1.数据采集集及命令令执行子子系统RTU的的结构主CPU分CPU地址总线线：选通通1.数据采集集及命令令执行子子系统模拟量采采集系统统原理结结构框图图数字量输输入系统统原理结结构框图图1.数据采集集及命令令执行子子系统三、电力力系统调调度自动动化的结结构2.信信息传输输子系统统调度中心心厂站端信息交换换三、电力力系统调调度自动动化的结结构2.信信息传输输子系统统功能：完成信息息上传、、下达分类：信息传输输子系统统按其信信道的制制式不同同，可分分为模拟传输输系统和数字传输输系统两类类。三、电力力系统调调度自动动化的结结构2.信信息传输输子系统统模拟传输输系统：：传输通道道为电力线载载波通道道、微波通道道和特高频通通道等。发送端发发出的数数字信号号必须经经过调制制，变成成模拟信信号后，，才能在在信道中中传输；；在接受受端，模模拟信号号必须经经过解调调成数字字信号，，才能被被接受。。缺点：容容易受到到各种噪噪声的干干扰，影影响数据据传输的的精度；；同时，，模拟信信号传输输效率低低，不利利于信息息及时、、可靠地地传输。。随着电力力系统的的发展，，要求采采集和监监控的参参数越来来越多，，精度、、通信速速率与可可靠性越越来越高高，模拟拟传输系系统逐渐渐被数字字传输系系统所取取代。2.信信息传输输子系统统数字传输输系统：：传输通道道为电缆、光缆等。在数字传传输系统统中，数数字信号号必须经经过信道道编码，，成为适适合信道道传输的的信息；；而在接接受端，，需经解解码成计计算机能能接受的的二进制制信息。。由于数字字传输系系统具有有速率高高、不易易受干扰扰等优点点，在电电力系统统通信中中，越来来越被广广泛地应应用。三、电力力系统调调度自动动化的结结构2.远动和信信息传输输系统信号源变换器信道噪声源反变换器信宿通信系统统模型框框图数字通信信传输方方式12.远动和信信息传输输系统2.远动和信信息传输输系统并行传输输机理：8位二进进制，8+1根根线，每每根线传传送一位位码元特点：传传输速度度快（百百兆字节节/s）），通信信规约简简单所需信号号线多，，成本高高应用：传传输距离离短、高高速的场场合串行传输输机理：一一回传输输线（2根），，一个一一个码元元传输特点：所所需信号号线少，，成本低低传输速度度慢，通通信规约约复杂应用：厂厂、所与与调度普普遍应用用2.远动和信信息传输输系统数字通信信的传输输方式2广播与收收音机对讲机电话、手手机2.远动和信信息传输输系统数字通信信的传输输方式3（按同同步方式式）：同步通信信：要求求收发双双方具有有同频同同相的同同步时钟钟信号异步通信信：发送送端可以以在任意意时间发发送一个个帧，而而帧与帧帧之间的的时间间间隔也可可以是任任意的2.远动和信信息传输输系统数字通信信系统框框图2.远动和信信息传输输系统形式上为为有线通通信方式式优越的通通信性能能可靠性高高经济性好好，无需需单独架架设和维维护线路路电力系统统基本通通信方式式频带宽，，300MHz~300GHz抗干扰性性强，通通信稳定定方向性强强设备复杂杂，技术术要求水水平高载波通信信光纤通信信微波通信信2.远动和信信息传输输系统数字式远远动系统统基本结结构图2.远动和信信息传输输系统局域网的的典型拓拓扑结构构2.远动和信信息传输输系统差错控制制方式2.远动和信信息传输输系统RTU原原理框图图2.远动和信信息传输输系统远动装置置的软件件结构框框图3.信信息收集集处理与与控制子子系统地位：信息收集集处理与与控制子子系统，，是整个个电力调调度自动动化系统统的核心心。原因：由于现代代电力系系统往往往跨区域域，由许许多发电电厂和变变电所组组成，为为了实现现对整个个电网的的监视和和控制，，调度中中心需要要收集分分散在各各个发电电厂和变变电所的的实时信信息。三、电力力系统调调度自动动化的结结构3.信信息收集集处理与与控制子子系统运行人员员根据分分析计算算的结果果，通过过分析、、综合、、判断，，从而决决定控制制策略，，并通过过控制子子系统予予以执行行。状态估计计技术：：由于传输输到调度度中心的的实时信信息不可可避免地地包含各各种误差差，如测测量误差差、传输输误差等等，同时时还由于于设备条条件的限限制，有有些电力力系统运运行所需需的参数数无法收收集到，，为了减减小误差差，信息息处理子子系统可可以利用用收集到到的冗余余信息，，采用状态估计计技术，对无法法收集到到的参数数进行估估计，从从而得到到精确而而完整的的运行参参数。三、电力力系统调调度自动动化的结结构3.信信息收集集处理与与控制子子系统软件组成成：该子系统统是以计计算机为为主要组组成部分分，包含含大量的的直接面面向电网网调度、、运行人人员的计计算机应应用软件件，对采采集到的的信息进进行各种种处理及及分析计计算，从从而实现现对电力力设备的的自动控控制与操操作。硬件构成成：信息收集集与控制制子系统统由前置置机和后后台处理理机两部部分组成成，前置置机完成成数字信信号的接接收及预预处理等等功能；；后台处处理机完完成数据据的进一一步处理理、存储储、系统统监视与与分析等等高级功功能。三、电力力系统调调度自动动化的结结构4.人人机联系系子系统统为完成下下述任务务，调度度自动化化系统必必须能够够实现人人机对话话：电力系统统采用调调度自动动化系统统后，要要求调度度人员不不断地监监视调度度自动化化系统本本身的工工作，全全面、深深入并及及时地掌握电力力系统的的运行状状况。根据系统统运行的的不同情情况，做出相应应的决策策或发出出各种控控制命令令，以保证证电力系系统的安安全、可可靠优质质和经济济地运行行。三、电力力系统调调度自动动化的结结构4.人人机联系系子系统统人机联系系子系统统将传输输到调度度控制中中心的各各类信息息进行加加工处理理，通过过各种显显示设备备、打印印设备和和其他输输出设备备，为调调度人员员提供完完整实用用的电力力系统实实时信息息。调度度人员发发出的遥遥控、遥遥调指令令也可通通过此系系统输入入、传送送给执行行机构。。人机联系系子系统统中的输输出设备备主要包包括：模模拟屏、、图形显显示器、、声光报报警装置置、记录录仪、制制表或图图形打印印设备；；输入设设备主要要由键盘盘、鼠标标和声控控设备等等。三、电力力系统调调度自动动化的结结构SCADA系统涵义：监控与数数据采集集系统，，SupervisoryControlandDataAcquisition，有有些文献献也简称称监控系系统。一一般而言言，SCADA系统特特指分布布式计算算机测控控，利用用各类测测点分散散、范围围广泛的的测控装装置，实实现对生生产过程程或设备备的监控控对电力系系统来说说，SCADA系统就就是以计计算机为为基础，，来实现现生产过过程控制制与调度度自动化化。功能：对现场运运行设备备进行监监视、控控制，以以实现数数据采集集、设备备控制、、测量、、参数调调节以及及各类信信号报警警等。作用：SCADA系统统，已成成为能量量管理系系统EMS最主主要的子子系统，，对于提提高系统统运行可可靠性、、减轻调调度员负负担、提提高调度度水平作作用巨大大。电压互感器局域网发电厂变电站RTU变送器传输信道电压变送器发信机电流互感器电流变送器功率变送器多路采样模数转换抗干扰编码调制解调器一次系统模拟盘二次系统彩色监视器主机主机前置机前置机智能接口调制解调器收信机调度中心主站计算机监控传输媒体SCADA数据流程程SCADA系统硬件件结构配配置图四、电力力系统调调度自动动化的功功能P27★电力系系统监视视和控制制★电力系系统状态态估计★电力系系统安全全分析和和安全控控制★电力系系统稳定定控制★电力系系统潮流流优化★电力系系统实时时负荷预预测★电力系系统频率率和有功功功率自自动控制制★电力系系统电压压和无功功功率自自动控制制★电力系系统经济济调度控控制★电力系系统负荷荷管理讲解功能一、、电力力系统监监视和控控制涵义：通过SCADA系统统对系统统运行状状态进行行监视，，及对远远方设备备进行操操作控制制。监视：对系统统运行信信息的采采集、处处理、显显示、告告警和打打印，以以及对系系统异常常和事故故进行自自动识别别。控制：指通过过人机联联系设备备对断路路器、隔隔离开关关、电容容器组等等设备进进行远方方操作的的开环性性控制该功能是是调度自自动化的的基本功功能，为为AGC、EDC、安安全分析析等提供供基础性性数据支支持和实实用性支支持，如如画面管管理、人人机交互互、打印印等。功能二、、电力系系统状态态估计在2.6中讲解解功能三、、电力系系统安全全分析和和安全控控制功能六、、电力系系统频率率和有功功功率自自动控制制功能七、、电力系系统电压压和无功功功率自自动控制制五、电力力系统的的分层调调度控制制集中调度度控制就是把电电力系统统内所有有发电厂厂和变电电站的信信息都集集中在一一个调度度控制中中心，由由一个调调度控制制中心对对整个电电力系统统进行调调度控制制。分层调度度控制就是把全全电力系系统的监监视控制制任务分分配给属属于不同同层次的的调度中中心，下下一层调调度完成成本层次次的调度度控制任任务外，，还接受受上一级级调度组组织的调调度命令令并向上上层调度度传递所所需信息息。分层调度度与集中中调度相相比，它它的优点点是：便于协调调控制；；提高系系统可靠靠性；改改善系统统响应。。国家调度度中心大区电网网调度中中心大区电网网调度中中心大区电网网调度中中心大型火电电厂、水电厂和和核电厂厂主网枢纽纽变电所所（500kv以上）省调度中中心省调度中中心省调度中中心地区调度度所县级调度度所地区调度度所地区调度度所县级调度度所县级调度度所一般变电电站地方火电电和水电电中型火电电厂、水电厂和和核电厂厂省直接调调度变电电站枢纽变电电站梯形水电电站控制制中心掌握全国国发电量量和负荷荷协调大区区之间的的功率传传输了解各大大区的安安全状况况负荷预测测、发电电计划频率—有功控制制电压—无功控制制安全监视视、校正正控制区网检修安排排、事故故处理安全经济济运行执行自动动发电控控制安全分析析与安全全控制实时监控控、分配配负荷电压和无无功优化化控制、分分配负荷荷倒闸操作作五、电力力系统的的分层调调度控制制各级调度度中心的的控制和和管理任任务：大区电网网调度中中心（网网调）：：1.区网负荷荷预测、、安排系系统结构构和发电电计划2.频率——有功功率率控制、、经济运运行调度度控制3.区主网枢枢纽点电电压监视视和无功功功率控控制4.区网安全全监视、、预防事事故分析析和校正正控制5.区网正常常操作和和事故处处理6.区网检修修计划7.调度记录录、统计计业务省调度中中心（省省调）：：1.省网负荷荷预测并并按经济济原则作作出省网网系统结结构的调调度及所所属发电厂厂发电计计划2.省主网和和110kv系统枢纽纽点电压压监视和和无功控控制3.省主网和和110kv系统安全全监视和和控制4.不影响区区网的局局部性正正常操作作和事故故处理5.管理范围围内的网网损计算算和检修修计划6.水库调度度、水电电厂发电电计划7.调度记录录报告（（对上级级）、统统计业务务五、电力力系统的的分层调调度控制制地区调度度所（地地调）或或中间控控制所（（即某些些厂、站站承担对对其附近子厂厂、站得得控制和和信息传传递）：：1.局部110KV系统枢纽纽点电压压监视和和控制2.局部110KV系统安全全监视和和控制3.局部110KV系统正常常操作和和事故处处理4.管理范围围内的网网损计算算和检修修计划5.对所属供供电局的的业务联联系6.统计业务务五、电力力系统的的分层调调度控制制电力系统统状态估估计原因因、目的的和内容容电力系统统状态估估计的基基本概念念电力系统统最小二二乘法状状态估计计电力系统统状态估估计简介介六、电力力系统状状态估计计原因：远远动传输输到调度度中心的的信息有有问题有错误精精度度不高不不齐全目的：通通过计算算机处理理自动排排除偶然然出现的的错误数数据和信信息、提提高实时时数据的的准确性性、补足足缺少的的数据和和信息内容：检检错纠纠错1电力系统统状态估估计原因因、目的的和内容容一、测量方程程式z——测量量读值；；h——比例例系数；；x——被测测量的真真值；v——测量量值的随随机测量量误差；；c——固定定误差（（系统误误差），，可以消消除。2电力系统统状态估估计基本本概念二、测量值及及其误差差的概率率性质测量值Z的测量密密度：对对一物理理量进行行多次测测量，每每一个测测量值读读到的次次数占总总次数的的百分比比——服服从正态态分布2电力系统统状态估估计基本本概念二、测量值及及其误差差的概率率性质测量误差差v密度：也也服从正正态分布布2电力系统统状态估估计基本本概念常用的衡衡量准确确度的指指标有两两种：一一是是误差二二乘值，，一是方方差值。。1）误差差二乘值值zi——第i次测量量读值；；n——测测量次数数。2电力系统统状态估估计基本本概念2）方差值值1）对估计值值的要求求第一、估估计应该该是无偏偏的，即即满足第二、估估计值应应该有很很高的准准确度，，即估计计的方差差值或误误差的二二乘值应应该最小小。2）最小小二乘法法估计式中：hi——所用用仪表的的量程比比例，为为常数。。vi——各次次测量的的随机误误差。三、最小小二乘法法估计①求出出误差的的二乘值值②