第4章电网调度自动化

第四章电网调度自动化前言：1、电网调度的任务控制整个电力系统的运行方式。（1）使电力系统在正常状态下能满足安全、优质和经济地向用户供电的要求；（2）在缺电状态下做好负荷管理；（3）在事故状态下迅速消除故障的影响，及时恢复供电。2、电力系统调度自动化的任务综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系统调度管理自动化，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。3、电力系统调度自动化的特点：“统一调度，分层管理”统一调度，其内容一般是指：１、由电网调度机构统一组织全网调度计划（或称电网运行方式）的编制和执行。其中包括：统一平衡和实施全网发电、供电调度计划；统一平衡和安排全网主要发电、供电设备的检修进度；统一安排全网的主结线方式；统一布置和落实全网安全稳定措施等。２、统一指挥全网的运行操作和事故处理；３、统一布置和指挥全网的调峰、调频和调压；４、统一协调和规定全网继电保护、安全自动装置、调度自动化系统和调度通信系统的运行；５、统一协调水电厂水库的合理运用；６、按照规章制度统一协调有关电网运行的各种关系。在形式上，统一调度表现为在调度业务上，下级调度必须服从上级调度的指挥。分级管理，是指根据电网分层的特点，为了明确各级调度机构的责任和权限，有效地实施统一调度，由各级电网调度机构在其调度管理范围内具体实施电网调度管理的分工。电网运行的统一调度、分级管理是一个整体，统一调度以分级管理为基础，分级管理是为了有效地实施统一调度。统一调度、分级管理的目的是为了有效地保证电网的安全、优质、经济运行，最终目的是为了维护社会的公共利益。电网调度自动化基本结构发电厂变电站信息采集和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厂站端（RTU）信息传输通道调度中心信息采集和命令执行子系统（远动终端RTU）1、作用采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。2、功能可以实现“四遥”功能：遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和遥调(YT).遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；遥信:采集并传送电力系统中开关量的实时信息；遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作；遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。信息传输子系统作用：信息传输子系统是调度中心和厂站端(RTU)信息沟通的桥梁。将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命令可靠、准确地传输。信息收集处理与控制子系统信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。信息处理的内容（1）发现并纠正错误数据和信息（2）提高数据精度（3）补齐缺少的数据信息收集与控制子系统的组成（1）前置机（2）后台处理机人机联系子系统2、人机联系系统的功能：（1）输出功能（2）输入功能3、人机联系系统的硬件组成（1）输出设备：模拟屏、图形显示器、声光报警装置等（2）输入设备：键盘、鼠标等1、人机联系系统的必要性：第一节电力系统运行状态和相应的调度控制由于电力负荷始终是变动的，而且系统故障具有不可预见性，为了有效地控制电力系统，需要将电力系统的运行状态进行分类，以便在不同运行状态时对电力系统实行控制。电力系统的运行状态可以用一组包含电力系统状态变量(如各节点的电压幅值和相位角)、运行参数(如各节点的注入有功功率)和结构参数(网络连接和元件参数)的微分方程组描述。一、电力系统的正常运行状态和非正常运行状态电力系统的运行状态可分为正常状态和非正常状态。电力系统正常运行时，运行参数在允许的上、下限值之内。如果有一个或几个运行参数在允许的上、下限之外时，电力系统就处于不正常状态了。如果左式成立，则电力系统运行正常，否则就不正常。左式也称为电力系统运行的不等式约束条件。minmaximiniimaxGiminGiGimaxGiminGiGimaxijminijijmaxfffUUUPPPQQQSSS≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤正常状态用数学式描述：正常状态预警状态紧急控制状态崩溃状态恢复状态电力系统运行状态由两种约束条件可将系统的运行分为以下五种状态：在负荷变化时，系统频率和电压值在规定的范围之内，并向系统用户供应合格的电能。GiLjLSGiLjLS00kkPPPQQQ正常运行状态：（电力系统是安全的。）GiminGiGimaxGiminGiGimaxijminijijmaximiniimaxminmaxPPPQQQSSSUUUfff≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤特点：满足所有等式和不等式约束条件。电力系统有一定的安全水平，在正常干扰下，能从一个正常状态连续变化到另一个正常状态。调度措施：采取经济运行。发电机有一定的旋转备用容量；输变电设备也有一定的富余容量；预警状态：当电力系统中的某些电力设备的备用容量减少到使电力系统的安全水平不能承受正常干扰的程度时，电力系统进入预警状态。GiminGiGimaxGiminGiGimaxijminijijmaximiniimaxminmaxPPPQQQSSSUUUfff≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤GiLjLSGiLjLS00kkPPPQQQ调度措施：应采取预防控制使系统恢复到正常状态。特点：满足所有等式和不等式约束条件。但是备用储备减少，某些干扰可能导致不等式约束破坏(如设备过载)，使系统安全受到威胁。电力系统是不安全的。紧急状态:一个处于正常或警戒状态的电力系统，如果受到严重干扰，比如短路或大容量电机组的非正常退出工作，系统可能进入紧急状态。特点：某些不等式约束条件遭到破坏，等式约束条件仍能满足。此时，系统是危险的。GiminGiGimaxGiminGiGimaxijminijijmaximiniimaxminmaxPPPQQQSSSUUUfff≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤GiLjLSGiLjLS00kkPPPQQQ调度措施：采取紧急控制措施，应尽快消除故障的影响，争取使系统恢复到警戒或正常状态。（1）频率下降。在紧急状态下，发电机和负荷间的功率严重不平衡，会引起电力系统频率突然大幅度下降，如不采取措施，使频率迅速恢复，将使整个电厂解列，其恶性循环将会产生频率崩溃，导致全电力系统瓦解。电力系统紧急状态事故有哪几个方面？（2）电压下降。在紧急状态下，无功电源可能被突然切除，引起电压大幅度下降，甚至发生电压崩溃现象。这时，电力系统中大量电动机停止转动，大量发电机甩掉负荷，导致电力系统解列，甚至使电力系统的一部分或全部瓦解。（4）出现稳定问题。在紧急状态下，如不及时采取相应的控制措施或措施不够有效，则电力系统将失去稳定。所谓电力系统稳定，就是要求保持电力系统中所有同步发电机并列同步运行。电力系统失去稳定就是各发电机不再以同一频率，保持固定功角运行，电压和功率大幅度来回摇动。电力系统稳定的破坏会对电力系统安全运行产生最严重后果，将可能导致全系统崩溃，造成大面积停电事故。（3）线路和变压器过负荷。在紧急状态下，线路过负荷，如不采取相应技术措施，会连锁反应，出现新的故障，导致电力系统运行进一步恶化。崩溃状态：在紧急状态下，如不能及时消除故障，电力系统可能失去稳定。为了不使事故扩大并保证对重要用户的供电，自动解列装置动作，将一个并联运行的电力系统解列成几部分。特点：解列后的各子系统中等式与不等式约束条件均不成立。GiLjLSGiLjLS00kkPPPQQQGiminGiGimaxGiminGiGimaxijminijijmaximiniimaxminmaxPPPQQQSSSUUUfff≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤通过自动装置或调度人员的控制，在崩溃系统大体稳定下来以后，可使系统进入恢复状态。将已解列的系统重新并列。根据实际情况可恢复到预警状态或正常状态。恢复状态：二、电力系统运行状态及其相应的调度控制电力系统运行状态及转换框图1.正常运行状态正常运行状态时，系统满足所有的约束条件，即有功功率和无功功率都保持平衡，给所有负荷正常供电。电压、频率均在正常的范围内，各种电力设备都在规定的限额内运行，同时还有足够的备用裕度。能够承担各种预计的扰动(如一条输电线路或一台发电机断开等)，而不产生任危险何有害的后果(如设备过载等)。2.警戒状态电力系统受到严重的扰动或者一系列小扰动(如负荷持续升高等)逐步积累，使电力系统总的备用裕度减少、安全水平降低后，就可能进入警戒状态。在警戒状态下，各种约束条件也能满足，但随时都有可能由于一个偶然故障或渐进性的负荷增加，使某些不等式约束条件被破坏，而校正越限时会导致丢失负荷。因而处于警戒状态的电力系统是欠安全的，应及时采取预防性控制措施，使电力系统恢复到正常状态。3.紧急状态一个处于正常状态或警戒状态的电力系统，如果受到严重干扰，例如短路和大容量机组被切除，使运行极限被破坏，系统就进入了紧急状态。这时系统频率、电压和某些线路潮流都可能严重越限，但系统中的发电机组仍然可继续同步运行。紧急状态下的电力系统是危险的，如不及时采取有效的控制，系统可能失去稳定，导致大量发电机组跳闸或甩掉大量负荷，使等式约束条件也遭破坏。这时电网调度控制应尽快采取紧急控制措施，争取使电力系统恢复到警戒状态或正常状态。4.崩溃状态在紧急状态下，如果不能及时消除故障和采取适当的控制措施，或者措施不得力，电力系统可能失去稳定。在这种情况下为了不使事故进一步扩大并保证对部分重要负荷供电，自动解列装置可能动作，调度人员也可以进行调度控制，将一个并联运行的电力系统解列成几部分。这时电力系统进入了崩溃状态。系统崩溃时，在一般情况下，解列成的各个子系统中等式约束条件和不等式约束条件均不能成立。一些子系统由于电源功率不足，不得不切除大量负荷;而另一些子系统可能由于电源功率大大超过负荷而不得不让部分发电机组解列。5.恢复状态通过自动装置和调度人员的调度控制，在崩溃系统大体上稳定下来以后，可使系统进入恢复状态。这时调度控制应重新并列己解列的机组，增加并联运行机组的出力，恢复对用户供电，将己解列的系统重新并列。根据实际情况将系统恢复到警戒状态或正常状态。①三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单一故障扰动后，由继电保护装置正确动作，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较严重的故障扰动后，继电保护装置正确动作后，由切除发电机和切除负荷等稳定控制措施构成第二道防线，保持电力系统稳定运行。3、关于电网安全的一些术语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。三、电网调度的任务保证供电优良的质量保证系统运行经济性保证供电安全保证强有力的事故处理措施电力系统调度的基本任务：控制电力系统运行方式，使之在正常和事故轻况下，安全经济高质量的供电。电网调度是电力系统生产运行的一个重要指挥部门，负责领导电力系统内发电、输电、变电和配电设备的运行，负责