第四章-电力系统自动化技术概论-《电力系统自动装置(第2版)》教学课件

第四章电力系统自动化技术概论电力工程系电力系统自动装置课程组§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

一、电力系统运行控制的复杂性及控制自动化

控制指挥这样巨大复杂的电力系统，绝不是一个人或几个人可以承担得了的。实际上，每时每刻控制驾驭着这个巨大系统的，是各级调度中心（所）的调度人员和遍布各地的发电厂、变电站值班运行人员。他们凭借各种各样的仪表和自动化监控设备，齐心协力严密配合，共同完成对电力系统的运行控制。

电力系统运行控制的目标可以概括为八个字：安全、优质、经济、环保。

现代电力系统不断扩大，结构日趋复杂监视控制所需的实时信息越来越多，仅凭人的知识技术经验是越来越难于应付了。只有采用由当代最新技术装备起来的电网调度自动化系统，才能使调度人员真正做到统观全局，科学决策，正确指挥，保证电力系统安全运行。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

一、电力系统运行控制的复杂性及控制自动化和其它任何产品一样，电能也有严格的质量标准，即频率、电压和波形三项指标。要加强对波形的自动化监测和采取有效的自动化消除谐波措施。要始终保持系统频率合格，必须依赖一整套自动化的调节控制系统。现代电力系统必须有一整套自动化的无功电压调控系统，才能满足各行各业对电压稳定越来越高的要求。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

一、电力系统运行控制的复杂性及控制自动化最优方案并不是一劳永逸的，因为它是根据某一时刻的负荷分布计算出来的，而负荷又是随时处在变化之中，所以每隔几分钟就要重新计算新的最优方案，这样才能使系统运行始终处于最优状态。这种计算实时性很强，涉及的因素多，计算量很大。显而易见，采用人工计算是无法胜任的，必须依靠功能强的计算机系统。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

一、电力系统运行控制的复杂性及控制自动化“节能即环保”！在这方面，电力系统调度也同样肩负着重要的责任。采用先进的调度自动化系统，开发加入环境指标的优化运行高级应用程序，一定可以为保护人类环境做出贡献。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

一、电力系统运行控制的复杂性及控制自动化§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

二、调度管理的重要性及其基本工作

分类运行管理方面的问题占事故总数的百分数（%）

静态

稳定

破坏对正常或检修运行方式未进行应有的稳定计算分析，在负荷增长或售电侧发电厂减少出力时，未能控制潮流16.6由于无功不足、线路长、负荷重或将发电机自动调整励磁装置退出运行，或误减励磁造成运行电压大大下降，电压崩溃

10.5

暂态稳定破坏对发电机失磁是否引起稳定破坏未作分析计算，未采取预防措施15.7高低压环网运行方式考虑不当，或环网运行时未采取有效的解列措施14.8未考虑严重的故障（主要是三相短路），又未能采取有效措施5.7未考虑低压电网对故障的影响8.6合计71.9根据电力工业的基本任务和电力系统调度的工作任务，电力系统调度的几项基本工作如下：（1）负荷预测（2）编制发电计划（3）指挥倒闸操作

（4）事故处理（5）经济调度（6）其它一些综合性计划§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

二、调度管理的重要性及其基本工作对电力系统运行方式编制的要求（1）要有预计性（2）要选择最优运行方式（3）要组织系统内所有单位协同配合（4）应符合国民经济基本方针§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

三、电力系统运行方式的编制电力系统运行方式编制的内容（1）负荷预测（2）发电计划（3）检修安排（4）能源平衡（5）系统接线方式（6）潮流计算（7）安全分析§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

三、电力系统运行方式的编制1、电网调度自动化系统与电力系统综合自动化

电力系统的运行控制需要自动化。在电力系统中早已有了许多自动化装置：如快速准确切除故障的继电保护装置和自动重合闸装置，保持发电机电压稳定的自动励磁调节装置，保持系统有功平衡和频率稳定的低频自动减载负荷装置等。这些自动装置大多“就地”获取信息，并快速做出响应，一般不需要远方通信的配合，这既是其优点，也是其缺点。因为它们功能单一，不能从系统运行全局进行优化分析，互相之间无法协调配合，更无法做出超前判断，采取预防性措施。

电网调度自动化系统则是基于对全系统运行信息的采集分析，做出综观全局的明智判断和控制决策，因此必须依赖一套可靠的通信系统。在电力系统自动化的进一步发展中，电网调度自动化系统可以和火电厂自动化、水电厂自动化、变电站综合自动化、配电自动化及前述各种自动化装置进行协调、融汇和整合，实现更高层次上的电力系统综合自动化。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统2、电网调度自动化系统按功能的分类

电网调度自动化系统是一个总称，由于各个电网的具体情况不同，可以采用不同规格，不同档次，不同功能的电网调度自动化系统。其中最基本的一种称为监视控制与数据采集系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA），而功能最完善的一种被称为能量管理系统（EnergyManagementSystem，EMS）。也有的是在SCADA的基础上，增加了一些功能，如自动发电控制（AutomaticGenerationControl，AGC），经济调度（EconomicDispatchControl，EDC）等。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统（1）监视控制与数据采集系统（SCADA）SCADA系统主要包括以下一些功能：①数据采集（遥测、遥信）；②信息显示；③远方控制（遥控、遥调）；④监视及越限报警；⑤信息的存储及报告；⑥事件顺序记录（SequenceofEvents，SOE）；⑦数据计算；⑧事故追忆（DisturbanceDataRecording，DDR），也称扰动后追忆。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统（2）SCADA+AGC/EDCAGC/EDC是为了实现下列目标：①使全系统的发电出力紧紧跟踪系统负荷；②将电力系统的频率误差调整到零；③在所控制的区域内分配系统发电出力，保持与其它系统的联络线潮流为合理预定值；④在所控制的区域内向各发电机组分配出力，使本区域运行成本为最小。AGC/EDC可以实现实时闭环控制。AGC程序几秒钟执行一次。经济调度最初仅是利用计算机进行离线计算，而现在也成为几分钟就运算一次的在线程序了。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统（3）能量管理系统（EMS）

EMS主要包括SCADA，AGC/EDC，状态估计，网络拓扑，网络化简，偶然事故分析，静态和动态安全分析，在线潮流，最佳潮流以及调度员培训仿真等一系列功能。一般把状态估计及其后面的一些功能称为电网调度自动化系统的高级应用功能，相应的这些程序被称为高级应用软件（PAS）。能量管理系统EMS并没有一个确切的功能目录，随着新技术新要求的出现，加入到这个系统中的功能还会不断增加。一般认为，增加了状态估计功能之后系统才可能运行安全分析等高级软件，也才可以称为能量管理系统。§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统§4-1电力系统运行控制及其自动化概述

四、电网调度自动化系统所谓配电自动化系统，按美国电气电子工程学会（IEEE）的定义，是指一种可以使电力企业在远方以实时方式监控、协调和操作各种配电设备的系统。其具体功能可分为三类：（1）监视：采集电压、电流等模拟量和线路开关状态等开关量，判定配电系统的实时状态。（2）控制：必要时可以自动控制断路器等配电设备，改变当前配电系统的运行工况，使之更加适合用户的需要，如无功/电压控制和故障后网络重构等。（3）保护：可以自动识别配电系统中的故障点，并进行故障隔离。§4-2配电自动化系统

一、配电自动化系统概述经历了三个阶段：第一阶段由自动重合器和自动分段开关来消除瞬时性故障，隔离永久故障。第二阶段在上述基础上增设遥控装置实现在变电站或配电控制中心的远方控制。第三阶段再进一步利用现代通信及计算机技术，实现集中的遥测、遥信和遥控功能，并对配电网各种信息进行自动化的处理和应用。从全国来看，配电自动化工业还刚刚兴起。正处于研制设备，培养人才，由点到面，逐步推广的阶段。在计算机技术飞速发展的推动下，已经出现了与电网调度自动化系统集成在一起的SCADA/EMS/DMS系统，前述的面向对象的开放式系统的概念也应当涵盖配电自动化领域。§4-2配电自动化系统

一、配电自动化系统概述§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统馈电线路自动化（FeederAutomation，FA）简称馈线自动化，按照IEEE对配电自动化的定义，馈线自动化系统是对配电线路上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统，是配电自动化的重要组成部分之一，也是提高配电网可靠性的关键技术之一。馈线自动化的作用是：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。§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统在配电网中实现馈线自动化有如下优点：（1）减少停电时间，提高供电可靠性（2）提高供电质量（3）节省总体投资（4）减少电网运行与检修费用目前馈线自动化大致可分为以下三种模式：（1）简易模式（2）基于重合器模式（3）基于远方终端FTU模式§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统重合器是指具有多次重合功能和自具功能的断路器。是一种能够检测故障电流，并能在给定时间内遮断故障电流并进行给定次数重合的控制装置。§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统线路自动分段器（AutomaticLineSectionalizer）简称分段器，是一种与电源侧前级开关设备相配合，在无电压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。过流脉冲计数型分段器通常与前级开关设备（重合器或断路器）配合使用，它不能开断短路故障电流，但具有“记忆”前级开关设备开断故障电流动作次数的能力。在预定的记录次数后，当前级开关设备将线路从电网短时切除的无电流间隙内分段器才分闸，隔离故障线路段，使前级开关设备如重合器或断路器可重合到无障碍线路，恢复线路运行。如果故障时瞬时的或未达预定记忆次数，分段器在一定的复位时间之后会“忘记”其所作的记忆而恢复到预先整定的初始状态，为新的故障发生准备另一次循环操作。§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统电压—时间型分段器是凭借加压、失压的时间长短来控制其动作的，失压后分闸，加压后合闸或闭锁。电压—时间型分段器有三个重要参数，分别为x时限、y时限、z时限。x时限：为延时合闸时限，即指从分段器电源侧加电压至该分段器合闸的时间。y时限：又称为故障检测时间或延时分闸时限，其含义是：若分段器合闸后在未超过y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态，待下一次再得电时也不再自动重合。z时限：闭锁合闸时限，为分段器从失压到自动跳闸之间的短暂延时。若设重合器或断路器的保护动作时间为t，为使分段器可靠工作，对于x，y，z时限的整定必须满足如下关系：（t+z）<y<x。§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统§4-2配电自动化系统

二、配电自动化通信系统电力系统状态估计是电力系统高级应用软件的一个模块（程序），只有增加了该功能后，系统才可能运行安全和经济分析等高级软件，这是由于许多安全和经济方面的功能都要用可靠数据集作为输入数据集，而可靠数据集就是状态估计程序的输出结果。所以，状态估计是一切高级应用软件的基础，真正的能量管理系统必须有状态估计功能。§4-2配电自动化系统

第三节电力系统状态估计SCADA系统收集了全网的实时数据，汇成实时数据库—SCADA数据库，而SCADA数据库存在下列明显缺点：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§4-2配电自动化系统

第三节电力系统状态估计“状态估计”是一种计算机程序，有时也按硬件的说法称其为“状态估计器”。状态估计能实现以下这些功能：1、给出电网和谐、完整、准确的运行断面数据。2、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，提高数据的可靠性。3、推算出齐全而精确