电网调度自动化

1第二章电网调度自动化第一节电力系统运行状态及控制策略1、电力系统性能定义①可靠性（reliability）：电力系统供给所有用电点符合质量标准和所需数量的电力的能力。（包含充裕性和安全性）②充裕性（adequacy）：电力系统在静态条件下，并且系统元件的负载不超出其定额，母线电压和系统频率维持在允许范围内，考虑系统元件计划和非计划停运的情况下，供给用户要求的总电力和电量的能力。③安全性（security）：电力系统在运行中，如出现特定可承受事件（电网设计和运行时规定的可承受的偶发事件），不至引起损失负荷、系统元件的负载超出其定额、母线电压和系统频率超越允许范围、系统稳定破坏、电压崩溃或连锁反应的能力。④稳定性（stability）：电力系统在扰动（如阻抗或功率变化）后返回静态运行的能力。（含功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性）2⑤完整性（integrity）：发输电系统（bulkpowersystem）保持互联运行的能力。2、电力系统扰动分类①小扰动：由于负荷正常波动、功率及潮流控制、变压器分接头调整和联络线功率自然波动引起的扰动。②大扰动：指系统元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动。分为三类：a)第I类：单一故障（出现概率较高）任何线路单相瞬时性接地故障并重回成功；同级电压的双回或多回线或环网，任一回线单相永久接地故障重回不成功或三相短路故障不重合；任一台发电机跳闸或失磁；任一台变压器故障退出运行；任一大负荷突然变化；任一回交流联络线故障或无故障断开；直流输电线路单级故障。b)第II类：单一严重故障（出现概率较低）单回线路永久故障重回不成功及无故障三相断开不重合；3任何类型母线故障；同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障不重合，双回线三相同时断开；向特别重要的受端系统输电的双回及以上的任意两回线同时无故障或故障断开；直流输电线路双级故障。c)第III类：多重严重故障（出现概率很低）故障时断路器拒动；故障时继电保护及自动装置误动或拒动；多重故障；失去大电源；其他偶然因素。3、电力系统的状态表达式电力系统正常状态运行（静止）满足：不等式约束：①频率约束（有功约束）：minmaxfff②电压约束（无功约束）：.min.maxiiiUUU③发电机有功出力约束：.min.maxGiGiGiPPP④发电机无功出力约束：.min.maxGiGiGiQQQ⑤支路潮流约束：.min.maxijijijSSS等式约束条件：4111111nmlGiLjskijknmlGiLjskijkPPPQQQ4、电力系统运行状态定义电力系统6种运行状态：正常、紧戒、紧急、极端紧急、崩溃、恢复。①正常状态（nomalstate）电力系统能够保持充裕性和安全性的运行状态。即满足充裕性和安全性。满足全部约束条件，提供合格电能，（发电、输电）具有适当的安全储备，可实施经济运行。②紧戒状态（alertstate）电力系统潜在不充裕和/或不安全状态，在此状态下，如出现特定可承受事件将导致损失负荷、系统元件的负载超出其定额、母线电压和系统频率超越允许范围、功角不稳定、连锁反应、电压不稳定或某些其他不稳定。原因：I类故障引起。负荷增加或机组计划外停运等原因，导致系统安全储备系数大为降低（约束条件仍满足），已不能承受新的干扰，否则将导致约束的打破。5措施：调度中心通过安全分析（SA）预知系统的安全水平，提前采取预防性控制措施（如增加出力、调整负荷、改变运行方式等，有功功率预防控制、无功功率预防控制、发电机励磁附加控制、HVDC功率调制），使系统恢复到正常状态。③紧急状态（emergencystate）电力系统的异常状态，在此状态下，某些系统元件的负载超出其定额，某些母线电压或系统频率超越允许范围，出现稳定危机，可能损失部分负荷。（某些不等式约束破坏，但等式约束仍然满足）导致原因：正常状态发生II类故障或警戒状态再发生I类故障。④极端紧急状态（extremeemergencystate）电力系统的故障状态，在此状态下系统不能维持稳定但可实现有计划解列，部分负荷中断供电，部分系统元件的负载超出其定额，部分母线电压或系统频率超越允许范围。（某些不等式约束破坏，某些等式约束不满足）。导致原因：正常状态发生III类故障，或警戒状态再发生II、III类故障，或紧急状态发生I～III类故障。（极端）紧急状态的措施：及时采取有效的紧急控制策略（如低频减载、自动重合闸、自动制动、自动6快关气门、自动加大直流输电负载等），使系统恢复到警戒状态乃至正常状态。⑤崩溃（collapse）电力系统一种严重故障过程，包括稳定破坏、连锁反应、电压或频率崩溃，导致大范围中断供电，被解列的部分系统或机组需要较长时间才能重新起动及恢复供电。紧急（极端紧急）状态下故障如不能及时切除或紧急控制策略无效，功率平衡（等式约束）被打破，电力系统可能失去稳定（稳定破坏），导致系统大面积停电。因此要实施系统解列控制策略（自动解列装置），部分发电机、线路、负荷等被切除，维持部分供电，此时各个解列子网的不等式约束、等式约束均不满足⑥恢复过程（restorationprocess）重建电力系统充裕状态采取的一系列控制作用，包括发动机快速起动，再同步并列，输电线重新带电，负荷供电和电力系统解列部分的再同步运行。极端紧急或崩溃状态后，系统转入恢复状态。并列已经解列的机组，增加出力，并列到系统,恢复用户供电。系统恢复到紧戒或正常状态。恢复状态由调度进行指挥控制。5、电力系统安全防御系统的三道防线7①三道防线电力系统安全防御系统的三道防线。第一道防线是指正常运行方式下的电力系统受到I类故障扰动后，由一次系统设施、继电保护装置、安全稳定预防性控制措施等，迅速切除故障，保持电力系统稳定运行和电网的正常供电。第二道防线是指正常运行方式下的电力系统受到II类故障扰动后，继电保护装置正确动作后，由紧急控制措施（切机、快控汽门、发电机励磁紧急控制、动态电阻制动、串并补电容器强行补偿、HVDC紧急控制、切负荷）稳定控制措施构成第二道防线，保持电力系统稳定运行。第三道防线是指电力系统的稳定破坏后，由防止事故扩大的稳定控制措施构成第三道防线，采取解列电网、再同步、频率电压紧急控制等措施防止系统全部崩溃，保证部分重要用户供电，避免长时间、大面积停电。②黑启动是指某个电网因故障全部停运后，通过启动系统中具有自启动能力的机组或外来电源来带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的供电范围，最终实现整个系统的恢复。黑启动方案就是针对这种情况预先编制8的实施方案。③电磁环网亦称高低压电磁环网，是指两组不同电压等级的线路通过两端变压器磁回路的联接而并联运行。高低压电磁环网中高压线路断开引起的负荷转移很有可能造成事故扩大、系统稳定破坏。910第二节电网调度的主要任务电网调度的任务：控制整个电网的运行方式，使电网无论在正常或故障情况下，都能满足安全、经济和高质量供电的要求。1、保证优质电能保证有功功率平衡，维持系统频率在额定值附近。保证无功功率（就地）平衡，维持母线电压在额定值附近。安排合理的运行方式和检修计划。2、保证运行经济性电力系统经济性取决于二个方面：（前）系统规划设计、（后）调度运行方式。运行方式安排：机组出力大小、备用机组和容量、网损计算分析等。通过负荷预测、潮流计算、安全校核决定基本运行方式，电网调度自动化可自动完成实时经济调度。3、选用有较高安全水平的运行方式预想若干事故进行分析和计算后，选用后果较轻的运行方式，即安全水平较高的运行方式。应用现代电子计算机可以实现实时安全分析。4、保证提供强有力的事故处理措施对于非正常运行状态，调度要采取相应措施使之恢11复到正常状态。特别是紧戒状态和紧急状态情况下，要采取及时、正确的措施。12第三节电网的分层调度控制1、集中调度控制策略把系统内全部发电厂、变电站信息集中在一个调度控制中心，以完成整个系统的调度控制。优点：当系统规模较小时可以有效实现调度控制缺点：系统规模庞大时，1)（集中信息）投资运行费用高。2)数据长距离传输可靠性差；3)数据量巨大，调度人员和计算机很难处理。2、分层调度控制策略将全电力系统的分层调度监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心实现。下级调度中心除完成本层次的调度控制任务外，还接收上一级调度中心的调度命令并向上一级调度中心传递所需信息。主要优点：1)便于协调控制：调度任务分散化，提高工作效率和处理能力。2)提高系统可靠性：局部故障不会影响全局系统。3)改善系统响应性能：任务分散和并行处理，加快了调度决策的处理速度。133、我国的分层调度控制五级调度：①国家级（未形成）：全国发电量及其负荷，大区之间的联络线，安全。②大区级：维持系统频率，执行水火电联合调度和调峰，保证系统安全和稳定。③省级：经济运行，AGC，安全分析和控制④地区级：监控和负荷分配，电压和无功优化运行。⑤县级：分配和控制负荷目前，我国真正起作用的是三级调度，大区调度（网调）、省调、地调1415第四节电网调度自动化的发展历史1、原始阶段电力工业发展初期，电话通信，实时性差，人工方式，劳动强度大，全凭经验，效率低下。2、远动技术应用阶段20世纪40～50年代，布线逻辑式远动RTU的采用（电子管、晶体管、集成电路）。远动“四遥”功能的实现，极大地提高了调度效率，减轻了劳动强度。3、计算机应用阶段20世纪60～80年代，数字计算机技术开始逐步应用于电网调度（主站和子站）。基于计算机的电网调度自动化系统取代了传统的基于布线逻辑式的电网调度自动化系统，类似于给电网调度中心装备了“大脑”，系统可靠性和数据分析能力极大提高，调度效率得以进一步提高，EMS系统逐渐形成。4、SCADA/EMS阶段20世纪90年代开始，第三代开放分布式的电网调度自动化系统（SCADA/EMS）的应用，配备完善的高级应用（PAS）、网络分析（NA）、调度培训（DTS）、以及调度管理信息系统（DMIS）等，全面采用面向对象技术、通信中间件技术、WEB技术、国际标准等，16实现真正的开放系统。高性能计算机以及完善的能量管理系统（EMS）在电网调度自动化系统的应用，将电网调度自动化水平提高到一个新的阶段。17第五节电网调度自动化的结构电网调度自动化系统的结构：1、厂站端RTU功能：实现“四遥”功能：①遥测（YC）：RTU采集并传送电网实时参数，如：P、Q、I、U、DD、PDR等②遥信（YX）：RTU采集并传送电网的状态信息，如：保护信息、断路器状态等。③遥控（YK）：RTU接收和执行调度端下达的控制18命令，如：断路器分合、机组启动等。④遥控（YT）：RTU接收和执行调度端下达的调节命令，如：AGC命令，分接头调整。2、信息传输通道信号传送时的通道。3、调度端SCADA/EMS系统调度计算机系统，基本任务是实时收集各个厂站RTU采集的YC、YX数据，显示并监视系统运行参数和系统状态，向厂站端发动送控制和调节命令，协助调度员完成电网调度任务。电网调度自动化主站系统构成：分4部分①硬件层：计算机、网络、通信、远动等；②系统软件层：操作系统、语言等；③支撑软件层：数据库、人机界面、应用接口等；④应用软件层：SCADA/EMS19第六节SCADA/EMS功能简介术语：①SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)：数据采集和监控。②EMS（EnergyManagementSystem）能量管理系统。EMS构成（三级）：①数据收集级（SCADA）②能量管理级③网络分析级一、数据收集级：数据采集和监控（SCADA）功能：完成实时数据的收集和系统监控。基本功能包括：①数据采集（DA，DataAcquisition）②数据预处理和报警（Calculation&Alarm）③事件顺序记录SOE（SequenceOfEvents）④事故追忆PDR（PostDisturbanceReview）（YC、YX值，前10min，后5min，