第12章自动化-4

1第12章继电保护和安全自动装置及调度自动化（不含变压器保护、发电机保护及发电机励磁系统自动装置）212.4电力系统调度自动化的功能及配置调度管理现代电网的任务复杂而繁重。为使调度人员统观全局，运筹全网，有效地指挥电网安全、优质和经济运行，实现电网调度自动化已成为调度现代电网必不可少的重要手段。12.4.1调度自动化的基本功能312.4.1.1数据采集与安全监控(SCADA)通过调度端主站的前置系统及厂所端的远动终端实现数据采集;通过主站的前置及后台计算机系统实现数据处理与存储;通过人机联系系统中的屏幕显示器。大屏幕投影及动态调度模拟屏等设施对电网的运行工况实现在线监视;以及实现打印制表、越限报警、模拟量记录、事件顺序记录、事故追忆、画面拷贝、系统自检及远动通道质量监测等功能。在实现监视的基础上，通过前置与后台计算机、人机联系系统及远动终端，对厂所端的断路器、发电机组与调相机组、带负荷调压变压器、补偿设施等实现遥控或遥调，以及完成对时、召唤、查询等功能。412.4.1.2自动发电控制和经济调度控制(AGC/EDC)为对电网安全经济运行实现闭环控制，即自动发电控制和经济调度控制(AGC/EDC)，用以控制到各调频电厂的各调整机组并计入线损修正，在多厂联调的基础上，进而实现联合电力系统的负荷与频率控制。512.4.1.3电力系统高级应用功能(PAS)包括安全分析和对策等在内的一系列高级应用功能是保障各级电网安全、优质和经济运行的重要手段。通过SCADA系统虽然获得并处理了实时信息数据，但要实现对电网复杂运行的调度和事故处理还很不够，调度自动化系统还必须对电网的运行进行实时分析、计算并提出对策。以期将电网调度工作从经验型调度提高为分析型的调度。PAS电力高级应用功能是能量管理系统水平的标志，不仅在我国大区网级及省级电网中逐步得到应用，在地区电网及配电网的调度自动化中也十分重要。612.4.1.4调度员培训仿真(DTS)用以仿真电力系统的静态和动态响应及事故恢复过程。使调度员在与监控中心完全相同的调度环境中进行正常操作、事故处理及系统恢复的培训，从而掌握调度自动化系统的各项功能。此外还可用于电网运行方式、保护与安全自动装置整定、配置等多项研究，所以DTS是培训调度员的最佳工具。7具有包括以SCADA功能为基础的上述四大基本功能的电网调度自动化系统，通常称为能量管理系统(EMS)，并常用SCADA/EMS来表示基于配电网的特点，对配电管理系统则用SCADA/DMS来表示。12.4.2SCADA功能SCADA是调度自动化系统的基础，技术含量很高。12.4.2.1实时数据采集采集模拟量、数字量、状态量、带时间标志的事件顺序记录量、脉冲量、完整的电能量数据及调度自动化系统需要的其他数据(如继电保护及安全自动装置数据、通信道运行质量数据等)。812.4.2.2数据处理、运算和存储事件分类处理异常数据处理数据合理性检查处理多源数据处理历史数据处理;支持完成各种运算(算术、代数、三角、逻辑、虚点及调度参数运算等);子站发送的带时标事件顺序记录信息处理及存贮;继电保护及安全自动装置信息处理及存贮;电能量数据的处理及存贮。12.4.2.3遥控对厂站内可控制设备(断路器、隔离开关、电容器、电抗器、有载调压变压器分接头、人工设置和标志操作)，进行遥控。遥控具有返送校核、超时取消、判断闭锁、成组设定及不同厂站并发执行遥控命令等功能。912.4.2.4遥调对厂站内可调节设备(有载调变压器分接头、机组功率成组调节器、电压无功控制装置等)进行远方调节，遥调通过设定值或升降命令的方式实施。12.4.2.5数据库管理对历史与实时数据库有机协调统一管理，向用户提供统一的访问接口;支持并灵活设定历史数据存贮周期和不少于一年的历史数据存贮能力、灵活的统计计算与方便的查询能力;对数据库中的数据按电网中的设备为对象进行组织。1012.4.2.6图形系统及人机界面支持全图形、多窗口、具有世界图、层次显示、画面缩放、漫游、平面叠加变焦及导游;文持各种图形如表格、曲线、棒图、饼图、接线图、潮流图等;支持显示地理信息图、动态着色、颜色区分停电范围等;可在报警时推出画面、音响及支持多种字体汉字等。12.4.2.7前置系统前置系统采用终端服务器方式接收远方数据信息，可接收多座厂所RTU的信息，按同/异步方式均可接入系统。前置系统软件可灵活配置。1112.4.2.8制表打印(1)制表:可在CRT上以交互方式定义报表格式与数据、显示实时及历史数据、在窗口中提供平移与滚动等在线操作功能。(2)打印:分正常和异常打印、定时启动、人工启动、事件驱动和召唤打印，并具有软拷贝功能;支持多种打印机、支持汉字化。12.4.2.9报警与告警抑制在正常、异常及事故情况下，可能发生各类报警。报警时推出画面、音响及提示窗口、告警检索，并可有选择地实现告警抑制。1212.4.2.10网络互连通信能与各子站、上下级电网调度自动化主站及AMRAS、MIS等相关系统互连和交换数据，支持多种网络协议。12.4.2.11通道质量监视可按通信不成功次数评估通道质量，并发出提示信号及通信中断时发出告警信号。12.4.2.12防误操作能识别和防止带负荷拉、合隔离开关、带电挂地线牌、带地线合闸等误操作并发出提示。12.4.2.13远程维护及诊断可对调度自动化系统子站进行远程维护及故障诊断。1312.4.2.14系统对时能接收卫星全球定位系统GPS的标准信号，同步主站的各工作站时钟;向不具备GPS的子站发送对时信号。12.4.2.15事故追忆可设定事故前后记录的长度及密度、设置追忆的起动点、反演事故全过程及可长期保存随时调用数据与画面。12.4.2.16接入模拟屏可接人机电型镶嵌式模拟屏，支持数字量及状态量显示、不下位屏上操作、灯光及音响告警;也可接入电子式模拟屏，支持多屏组合及大屏幕投影显示等。1412.4.3AGC/EDC功能AGC/EDC是现代电网运行控制的基本技术，是EMS系统中发电层的高级应用功能。电网频率是电网运行生产的主要品质指标，与国计民生以及发电设备本身的安全、发电企业的效益有着密切的关系。我国规定，300OMW及以上装机容量的电网频率偏差控制在±0.2Hz以内、跨省电网的频率偏差要控制在±0.1Hz以内的目标。AGC技术就是用以维持发电功率和负荷功率的平衡，保障电能质量和电网稳定运行的重要手段。调频是调整机组出力维持频率恒定，为使调整出力既满足频率的要求，又满足经济运行的要求，所以将AGC与在线经济调度结合起来，形成一个闭环系统，故称为AGC/EDC。15在我国为适应电网商业化运营发展的需要在有省际联络线的电网中，AGC的控制目标是维持联络线交换功率的恒定与频率的稳定。即各电网负责自己的功率恒定，并同时保障与相连系统的联络线功率恒定。1612.4.3.1电力系统负荷与频率控制的功能在稳态情况下，电力系统的频率是一个全系统一致的运行参数，当电力系统的总出力与总负荷发生不平衡时，电力系统的频率就要发生偏差，导致频率波动。频率调节的任务就是当系统有功功率不平衡而使频率偏离额定值时，调节发电机的出力，使电力系统的有功功率得到新的平衡，因此调频与有功功率的调节是不可分开的，所以调频就是对负荷和频率的控制。17电力系统的自动调频是按照负荷变动的周期长短和幅度大小来区别对待的。1.第一种幅度很小，周期又短，其变动周期小于10s，具有随机性能，称为微小变动分量。2.第二种周期短变动幅度较大，周期约在10s至2~3min之间，属于这一种的是电炉，压延机械，电气机车等带有冲击性的负荷变动。3.第三种是周期长，变化幅度大，周期约在2~3min至10-2Omin之间，它是由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动，有其规律性，可预测。针对这三种差别很大的负荷变动分量，电力系统调频相应划分为一次、二次和三次调频(离线经济调度)。18(1)电力系统频率的一次调整功能。一次调频，是针对第一种负荷变动成分。由发电机调整系统完成的自动调节，各发电机负荷和频率的对应关系由调速器的调节静态特性决定。一次调整的特点是由发电机组本身调速系统直接调节，因而响应速度最快，但由于调节器为有差特性，所以当负荷变动幅度大时，系统的频差也大，因此靠一次调整不能满足频率质量的要求。19(2)电力系统频率的二次调整功能。二次调整，是针对第二种负荷变动的频率调整。这种调整需要通过自动方式或手动方式改变调频发电机的同步器来实现，同步器位置的改变，会平移调速系统的调节静态特性，从而改变发电机的出力以达到调频之目的，如果参加调频机组的容量足够大，就要实现无差调节以保证系统的频率质量要求。二次调整除了对系统的热备用容量有要求外，还要求调整速度能适应负荷的变化，调节过程要稳定。频率的二次调整就是手动或自动地操作调频器使发电机的频率特性曲线平行地上下移动，从而使负荷变动引起的频率偏移可保持在允许范围内。20在完成自动调频功能时自动调频器的调整方式有3种。1)比例调节:按频率偏差的大小控制调频器比例地减少机组功率的调整方式，采用这种调整方式时，调频机组的功率变化追随系统频率的变化。因此，这种调节方式只能减少系统频率偏移，不能做到消除频率的偏差。2)积分调节:按频率偏移对时间的积分控制调频器增减机组功率的调整方式，采用这种方式时，机组功率变化ΔPgn∞∫Δfdt。调整机组的功率不断增加或减少，直到∫Δfdt=0，采用这种调节方式可做到无差调节，但缺点在负荷变动后的最初阶段∫Δfdt不够大，调频机组功率的增减也不够大，以致在这段时间内的频率偏差较其他方式大。213)微分调节:按频率偏移对时间的微分控制调频器增减机组功率的调整方式，采用这种方式时ΔPgn∞d∫Δfdt，调频机组的功率在负荷变动后的最初阶段，由于系统频率变化比较快，增减较快，从而可减少这段时间内的频率偏移，但随着时间的推移，频率趋于一稳定值，d∫Δfdt趋近于零，调频器的调节作用也就逐步消失，因此，微分调节与积分调节相反，只能在负荷变动后的最初阶段发挥作用，随后就逐渐减少，最后则和没有二次调整时完全一样。以上三种方式各有优缺点，可采用取长补短将三者结合起来的方式。为达到无差调节，其中积分调节是不可缺少的部分。22(3)电力系统频率的三次调整(离线经济调度)功能由系统中所有按给定负荷曲线发电的发电机组来分担调节任务，并以系统总耗量最小为目标，而不是针对一台机组来实现调整，所以称为三次调整，即离线经济调度。水电厂的最大可调节容量为O~Pmax(不考虑航运等因素)。火电厂的最大可调节容量为(70~100%)Pmax。只有30%可调节容量。如果系统中没有水电厂只有火电厂，而火电厂只有30%可调节容量，则全部可调节容量也难以满足35%的峰谷羞。对30000MW系统、20%的爬坡容量，火电厂需20min才能完成，而水电厂仅需60s即可从0升至Pmax。23火电厂的主要问题反映在锅炉上，所以要求机炉协调。同样，负荷的突然下滑(滑坡)也有协调问题。因此必须考虑机组组合及经济调度。安排机组的开停机计划与一天96点的发电机计划值(离线经济调度)，进行三次调频，即频峰由经济调度来完成，调频由二次调频来完成，这样才能真正实现频率负荷的控制，满足调频要求。2412.4.3.2在线经济调度功能除了离线经济调度以外，还需要实时的，可以按系统负荷的变化随时进行调整的快速经济分配，即在线经济调度控制的功能。在线经济调度又称为实时经济负荷分配，是电力调度自动化的重要组成部分。AGC系统的功能是迅速平稳地将频率偏差及联络线功率偏差调整至规定的范围内，没有考虑完整的经济负荷分配。系统长时间在自动发电控制下运行时，非常需要按一定的周期或按偏离程度启动实时经济调度程序，按照经济特性分配机组负荷，保证系统运行的经济性和恢复调频机组的调节。25实时经济调度经过快速计算得到调整方案后即可由调度人员确认执行，也可直接自动执行，比离线经