1.2 电网监控与调度自动化系统的结构与功能

第二节电网监控与调度自动化的结构与功能第二节电网监控与调度自动化的结构与功能从物理设备的角度理解的调度自动化系统的结构按层次展开的电力系统自动化系统及其功能 一从物理设备的角度理解的调度自动化系统的结构按其功能可分为四个子系统：1信息采集和命令执行子系统2信息传输子系统3信息的采集处理和控制子系统4人机联系子系统一从物理设备的角度理解的调度自动化系统的结构厂站设备信息采集与发送命令执行信息传输信息接收命令下发信息处理人机联系调度自动化主站系统厂站端RTU信道信息采集和命令执行子系统指设置在发电厂和变电站中的远动终端，包括变送器屏和遥控屏等远动终端与主站配合可以实现四遥功能：遥测：主要功能是采集并传送电力系统运行的实时参数，如母线电压、有功负荷和无功负荷、线路电流、电度量等。遥信：采集并传送保护的动作信息，断路器状态信息、形成事件顺序记录。遥控：接收并执行从主站发送的遥控命令完成断路器的分合闸。遥调：接收并执行主站发送的遥调命令，调整发电机的有功和无功功率。信息传输子系统功能：传输采集的信息。信息传输子系统按信道的制式不同，可分为模拟传输系统和数字传输系统两类。对于模拟传输系统(其信道采用电力线载波机、模拟微波机等)，远动终端输出的数字信号必须经过调制后才能传输。模拟传输系统的质量指标可用其衰耗一频率特性，相移一频率特性、信噪比等来反映，它们都将影响到远动数据的误码率。对于数字传输系统(其信道采用数字微波、数字光纤等)，低速的远动数据必须经过数字复接设备，才能接到高速的数字信道。随着通信技术的发展，数字传输系统所占的比重将不断增加，信号传输的质量也将不断的提高。信息的采集处理和控制子系统为了实现对整个电网的监视和控制，需要收集分散在各个发电厂和变电站的实时信息。功能：分析、处理和处理采集来的信息，并将结果显示给调度员或产生输出命令对系统进行控制。人机联系子系统高度自动化技术的发展要求调度人员在先进的自动化系统的协助下，充分、深入和及时地掌握电力系统实时运行状态，作出正确的决策和采取相应的措施，使电力系统能够更加安全、经济地运行。从电力系统收集到的信息，经过计算机加工处理后，通过各种显示装置反馈给运行人员。运行人员收到这些信息作出决策后，再通过键盘、鼠标、显示屏触摸等操作手段，对电力系统进行控制，这就是人机联系。功能：是调度人员掌握电力系统实时运行状态二电网监控与调度自动化的基本功能二电网监控与调度自动化系统的基本功能调度自动化系统的统一调度、分级管理、分层控制；针对分层控制，按照管理控制对象范围的不同，调度自动化系统可使用的一种层次型结构描述。能量管理系统配电管理系统变电站自动化电力系统DMS（DistributionSystemManagement）SA（SubstationAutomation）控制对象又称输电网管理系统EMS（EnergyManagementSystem）(一)变电站自动化（SA）二次系统

完成变电站内的一次设备监视控制。通过分布于各电气设备的远动终端完成对运行参数与设备状态的数字化采集处理继电保护微机化监控计算机与各远动终端和继电保护装置的通信，完成对变电站运行的综合控制完成遥测和遥信数据的远传，与控制中心协作，完成对变电站电气设备的遥控及遥调，实现变电站的无人值守采用分布式系统结构、组网方式、分层控制(二)配电网管理系统（DMS）

是一种对变电、配电到用电过程进行监视、控制、管理的综合自动化系统。配电自动化（DA）是配电管理系统中最重要的一部分。

包括配电站自动化和馈线自动化配电网图资系统（AM/FM/GIS）配电信息管理系统（MIS）需方管理（DSM）配电网应用分析功能（DPAS）配电站自动化（类比变电站自动化）数据采集与监视（DSCADA）系统通过安装于变电站，开闭所的终端装置（RTU）安装于线路分段开关的馈线终端（FTU）安装在配电变压器的数据终端(TTU)采集配电网的运行数据和故障数据。经过数据的变换与处理，由通信通道传至控制中心，DSCADA对收集到的数据进行综合分析，对当前配网的运行状态进行判断，相应发出维护配电网安全运行的控制操作。

正常运行时检测线路状态，如电流、电压、开关状态及进行相关操作;当线路发生故障时，能准确确定故障所在线路，跳开故障线路开关，使故障线路被隔离，并恢复非故障线路的供电；通过网络重构实现负荷控制和降低网络损耗。

馈线自动化的概念

地理信息系统:一种为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统，是介于信息科学、空间科学和地球科学的交叉学科和技术，它将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立，操作与模型分析，产生所需的有用信息。

主要功能：能综合分析与检索空间数据，利用数据库技术可以把空间数据和属性数据一一对应起来。地理信息系统(GIS)

自动绘图（AM）功能：包括制作、编辑、修改与管理图形，这些图形可以是地图、设计图或各种其它图形。自动绘图是可以通过扫描仪将地图图形输入计算机。

设备管理（FM）功能：包括各种设备的管理和其属性的管理。如在计算机的地理图上标上各种电力设备和线路的符号，并可以检索其坐标位置以及包括实物图片在内的全部有关技术档案。

GIS系统中的AM/FM功能配电信息管理系统(MIS)

配电网信息管理系统的对象为配电网运行数据、历史数据库、用户设备及负荷变动。可进行业扩、供电方式与路径、统计分析等的数据显示与建议。需方管理（DSM）

提供电力供需双方对用电市场进行共同管理的手段，内容包括：供电合同下的负荷监控削峰和降压减载远方抄表用户自发电管理以达到提高供电质量与可靠性，减少能源消耗及供需双方的公用电费用支出的目的。(三)能量管理系统（EMS）

能量管理系统是电力系统监视与控制的硬件及软件的总成。主要包括：数据采集和监控SCADA、自动发电控制与经济调度控制AGC/EDC、高级应用PAS（电力系统状态估计与安全分析SE/SA）以及调度员模拟培训DTS这四部分构成。EMS系统构成硬件(ALPHA/IBM/SUN/PC)操作系统(UNIX/WINDOWS)应用软件数据库、分布式支撑系统等支持平台图形工具、报表工具、系统管理等服务工具SCADAAGCNASDTS系统软件层：

操作系统、语言等；

支撑软件层

数据库（ORACLE、MySQL）、人机界面、应用接口（Corba、COM+）等应用软件层

数据收集级

SCADA

能量管理级

发电控制类发电计划类

网络分析级

拓扑分析、状态估计、安全性评估、调度员潮流、短路电流计算、无功电压控制、发电控制类等又被称为PAS（PowerApplicationSystem）。1.数据采集和监控（SCADA）是EMS得以实现的基础，EMS其它功能均从SCADA得到电力系统实时的运行信息。主要功能为：(1)数据采集DA(DataAcquisition)。(2)数据预处理及报警(Calculation&Alarm)。(3)事件顺序记录SOE(SequenceOfEvents)。(4)事故追忆PDR(PostDisturbanceReview)。(5)远方控制(Control)。(6)远方调整(Adjustment)。(7)趋势曲线(Trend)和棒图(Bargraph)。(8)历史数据存储(History)和制表打印(Report)。(9)系统统一时钟(Clock)。(10)模拟盘接口(MimicboardInterface)。2.自动发电控制(AGC)和经济调度控制（EDC）自动发电控制(AGC)对电网的发电机组出力自动进行二次调整，满足控制目标（频率、交换功率、旋转备用等）的要求。频率一次调整频率二次调整频率三次调整在线经济调度控制EDC通常都与AGC相配合进行。当系统在AGC下运行较长时间后，就可能会偏离最佳运行状态，这就需要按一定的周期(通常可设定为5～10min)，启启动EDC程序重新分配机组工作，以维持电网运行的经济性，并恢复调频机组的调节范围。状态估计（SE：StateEstimation）：由于收到的厂站RTU传来的YC、YX数据存在可能的错误数据、精度不高以及数据不齐全等情况，因此要进行检错与识别处理，排出可能的错误数据，提高数据的精度，补足缺少的数据，以获得表征系统运行状态的完整、准确的数据（完备数据集：数据的内容？？）。SE根据SCADA提供的实时信息，给出电网内各个母线电压和功率的估计值。经过状态估计后的YC、YX值，比SCADA提供的数据更为完整、准确和可靠，产生的“可靠数据集”才能用于其它应用功能。

4.状态估计（SE）

4.状态估计（SE）状态估计（SE：StateEstimation）：状态估计给出的数据集为：电网内各母线电压（幅值和相角）和功率的估计值。（熟数据）主要完成：遥信和遥测的初检、网络拓扑分析、量测系统可观测性分析、不良数据辨识、母线负荷预报模型维护、变压器分接头估计、量测误差估计等功能。它比由SCADA系统得到的数据（生数据）更完整、可靠和准确，并为其它应用功能提供电网状态及参数。

4.安全分析（SA）安全分析（SA：SecurityAnalysis）：a)静态安全分析：对多种给定运行方式进行预想事故分析，对引起线路过负荷、电压越限、发电机功率越限等故障进行警告，评估电网的安全水平，找出薄弱环节。仅仅考虑假想事故后稳态运行状态的安全性，不考虑状态转移过程中的稳定性。以判断当前状态是否有足够的安全储备。b)(暂态）动态安全分析：在当前、历史或预想运行方式下，给定预想事故集，判断系统是否失去暂态稳定，给出系统失稳的故障元件的极限切除时间和系统的稳定裕度，筛选出严重故障。考虑假想事故后状态转移过程中是否失去稳定的问题。

5.调度员模拟培训（DTS）调度员模拟培训系统（DTS:DispatcherTrainingSimulator）对电网的模拟仿真，用于培训调度员在正常状态下的操作能力和事故状态下的快速反应能力，也用于电网调度运行人员和方式分析人员分析电网运行的工具。既可用当前的运行数据可用历史或假想数据。EMS的几种构成形式

SCADA（初级）

SCADA+AGC/EDC（不完备的EMS系统）

SCADA+AGC/EDC+NA+DTS（EMS）*（选学）数据库系统应用软件包含五项内容：数据库、画面、程序、信息和保存方式。*（选学）EMS中的数据源EMS的数据主要有以下几个来源：实时数据、预报与计划数据、基本数据、历史性数据和临时性数据。1、实时数据

是自动量测的数据，实时数据主要反映当前的电力系统运行状态。遥信——反映开关开合或设备使用状态，也称为状态量；遥测——反映电力系统及设备的运行状态，如有功功率、无功功率、电压和频率等，也称为模拟量；电量——这是对时间的积分量，主要用于统计与记帐。*（选学）EMS中的数据源2、预报和计划数据

是由EMS本身形成的或人工输入的数据，例如：负荷预测、发电计划、机组组合、水电计划、燃料计划、交换计划和电压计划等。它们向EMS提供当时或未来的电力系统运行状况数据。3、基本数据

是电力系统运行中基本不变或缓慢变化的数据，例如：发电设备及其控制系统的参数、变电与传输设备的配置及其参数、量测设备的配置及其参数等等。这些关联信息及参数是人工输入并在运行中由人工修改的。*（选学）EMS中的数据源4、历史性数据

一种是正常运行方式的保存，一种是非常运行状态的保存（事故记录）。EMS可以按周期和规定的条件自动进行记录，也可以人工启动记录。历史数据主要用于电力系统运行状态的分析、预测和培训。5、临时性数据

是高级应用软件运行中自动形成和自动消除的数据，例如：潮流计算中产生的导纳矩阵和雅可比矩阵等等，虽然用户不需要了解这些数据，但对应用软件维护人员来说却是非常重要的诊断信息。*（选学）数据库系统对EMS各应用软件用到的数据进行全面的分析，尽量提出“公因子”，这是整个EMS交换数据的基础，也是EMS数据库设计的关键。*（选学）EMS中主要的数据库系统EMS最主要的公用数据可以划分为四个部分：SCADA部分、能量管理（或发电）部分、网络部分和培训模拟部分。*（选学）人机交互系统1、人机交互统构成软件系统和硬件系统2、硬件系统的构成人机交互的硬件组成主要是显示器、键盘、轨迹球或鼠标、打印机和绘图仪等，也可以将调度模拟盘包含在内。通常又将显示器、键盘、轨迹球或鼠标等直接操作的部分称为控制台，并将显示器屏幕上可控制的光点称为光标。*（选学）人机交互系统（3）软件系统的构成EMS人机的主要功能：将屏幕上的画面与数据库联系起来；通过画面观察数据和系统状态；通过画面进行操作；动态刷新画面；开发和生成画面；

*（选学）人机界面模拟屏图形显示设备用户控制台报警设备打印设备*（选学）前置机系统

EMS/DMS主站系统的数据采集与处理子系统，习惯称为前置机系统。前置机系统包括主站端从调制解调器到前置机的软件硬件。

主要承担了调度中心与各所属厂站之间、与各个上下级调度中心之间、与其它系统之间以及与调度中心内的后台系统之间的实时数据通信处理任务，也是这些不同系统之间实时信息沟通的桥梁。信息交换、命令传递、规约的组织和解释、通道的编码与解码、卫星对时、采集资源的合理分配都是前置子系统的基本任务，其它还有象通讯报文监视与保存、站多源数据处理、为站端设备对时、设备或进程异常告警、SOE告警、维护界面管理等任务。*（选学）高级应用软件——能量管理级功能：利用电网总体信息（频率、时差、机组功率、联络线功率等）进行调度决策，主要目标是提高控制质量和改善电网运行的经济性。发电控制类发电计划类*（选学）发电控制类自动发电控制AGC（AutomaticGenerationControl）发电成本分析

（PowerGenerationCostAnalysis）交换计划评估

（TransactionEvaluation）机组计划

（UnitScheduled）其核心是AGC/EDC。*（选学）

发电成本分析和交换计划评估

发电成本分析

（PowerGenerationCostAnalysis）按指定周期给出每台机组的发电成本以及各区域总的发电成本。交换计划评估

（TransactionEvaluation）对发电计划类交换计划结果进行评估和再次校正，用于AGC运算。

*（选学）机组计划（UnitScheduled）包括基点功率计划和机组减出力计划等。基点功率计划视为承担基荷的机组指定的出力计划，每台基荷机组必须有一个基点功率计划，该基点功率计划数据也可从发电计划模块中获得，并可人工接入修改；机组减出力计划用于机组维修或机组不能满发的情况。计划中规定某一段时间按减低出力，以便AGC使用。*（选学）发电计划类

负荷预测（LoadForecasting）机组启停计划（UnitCommitment）水电计划（HydroPowerScheduled）交换功率计划（TransactionScheduled）火电计划（ThermalPowerScheduled）按时间划分：超短期（几分钟～1小时）、短期（日～1周）、中期（月～1年），用于安全监视和负荷控制、运行计划、检修计划等。

*（选学）负荷预测（LoadForecasting）在满足系统负荷、备用容量、机组容量、最小启动时间和最小停机时间等约束条件下，考虑机组启动费用和发电费用特性，确定系统各区域的电厂、机组次日规定时段的开停机计划，使一定时间周期内总费用最小。*（选学）机组组合（UnitCommitment）*（选学）水电计划（HydroPowerScheduled）对规定的调度周期（日