第五章 电力系统调度自动化

电力系统自动化第五章电力系统调度自动化第五章电力系统调度自动化5.1概述5.2远方终端（RTU）5.3电力系统状态估计5.4安全分析与安全控制5.5自动发电控制电力系统自动化第五章电力系统调度自动化一、电力系统调度控制的基本任务《电力法》规定，电网运行实行统一调度、分级管理；各级调度机构对各自调度管辖范围内的电网进行调度，依靠法律、经济、技术并辅之以必要的行政手段，指挥和保证电网安全稳定经济运行，维护国家安全和各利益主体的利益。基本原则：安全、优质、经济5.1概述电力系统自动化第五章电力系统调度自动化二、电力系统调度的主要任务保障供电的质量优良。保证系统运行的经济性。保证较高的安全水平－选用具有足够承受事故冲击能力的运行方式。保证提供强有力的事故处理措施。监视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。电力系统自动化第五章电力系统调度自动化１、保证供电质量的优良（1）电能质量要求U=UN,f=fN（2）措施∑PG=∑Pload∑QG=∑Qload电力系统自动化第五章电力系统调度自动化2、保证系统运行经济性（2）在确定的网络结构下，系统运行经济性取决于调度方案大机组比小机组效率高新机组比旧机组效率高高压输电比低压输电经济（1）规划是系统运行经济性的前提电厂选址、输电线路的长度与电压等级电力系统自动化第五章电力系统调度自动化3、保证供电安全，承受事故冲击（1）事故原因•外因雷雨、风暴、雪鸟兽•内因设备内部隐患人员操作水平欠佳（2）预想事故分析对运行的系统，预想若干事故进行分析、计算，选择适当运行方式。电力系统自动化第五章电力系统调度自动化4保证强有力的事故处理措施•保证强有力的事故处理措施•恢复运行电力系统自动化第五章电力系统调度自动化三、电力系统的分区分级调度《电网调度管理条例》明确，调度机构分为五级即国家调度机构跨省、自治区、直辖市调度机构省、自治区、直辖市级调度机构省辖市级调度机构县级调度机构目前我国已建立了较完备的五级调度体系，分别是国家电力调度通信中心，简称国调；东北、华北、华东、华中、西北、南方电力调度通信中心，简称网调；各省（直辖市、自治区）电力调度通信中心，简称省调；还有270个地调和2000多个县调电力系统自动化第五章电力系统调度自动化国家调度中心网局调度中心地区调度中心省级调度中心县级调度中心直属电厂地方电厂省属电厂直属变电站地方变电所变电所省属变电站电力系统自动化第五章电力系统调度自动化能量管理系统（EMS）•监控功能：现场测量、状态信息及控制信号的双向交换•协调功能：安全监控、调度管理、计划四、电力系统调度自动化系统的功能电力系统监控系统（SCADA）电力系统自动化第五章电力系统调度自动化SCADA/EMS子系统划分及功能:SCADA最基本的功能：数据采集和监视控制。1、支撑平台子系统包括：数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。2、SCADA子系统包括：数据采集、数据传输及处理、计算与控制、人机界面及告警处理等。3、PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系统包括：网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预报等。电力系统自动化第五章电力系统调度自动化4、AGC/EDC（AutomaticGenerationControl/EconomicDispatchControl）子系统自动发电控制和在线经济调度（AGC/EDC）。5、调度员仿真培训系统DTS（DispatcherTrainingSimulator）包括：电网仿真、SCADA/EMS系统仿真和教员控制机。6、调度员管理信息子系统（DMIS）(DispatcherManagementInformationSystem)属于办公自动化的一种业务管理系统，通常不归入SCADA/EMS系统，但与调度自动化系统关系非常密切。SCADA/EMS子系统划分及功能:电力系统自动化第五章电力系统调度自动化EMS构成（三级）：①数据收集级（SCADA）②能量管理级③网络分析级电力系统自动化第五章电力系统调度自动化1、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，再现）⑤远方控制（Control）⑥远方调整（Adjustment）⑦趋势曲线和棒图（Trend&Bargraph）⑧历史数据存储和制表打印（History&Report）⑨系统统一时钟（Clock）⑩模拟盘接口（MimicBoardInterface）电力系统自动化第五章电力系统调度自动化2、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。能量管理级分为二类：发电控制类、发电计划类①发电控制类:自动发电控制、发电成本分析、交换计划评估、机组计划等。其核心是AGC/EDC。自动发电控制：AGC（AutomaticGenerationControl）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。经济调度控制（EDC：EconomicDispatchingControl）可与AGC配合使用。②发电计划类：负荷预测、机组启停计划、水火电协调计划、交换功率计划、火电计划等。负荷预测（LF：LoadForecasting）：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。电力系统自动化第五章电力系统调度自动化3、网络分析类级网络分析级的特点：利用电力系统全面信息（母线电压和角度）进行分析与决策，目标的提高电网运行的安全性。网络分析级的基础是经过网络拓扑分析和外部网络等值后形成的简化网络模型。包括：状态估计、（优化）潮流计算、安全分析、短路电流计算、电压稳定性分析等。其核心软件为状态估计和潮流计算。一般均可工作在二种模式下：实时型和研究性。电力系统自动化第五章电力系统调度自动化①状态估计（SE：StateEstimator）②最优潮流（OptimalPowerFlow）③安全分析（SA：SecurityAnalysis）a)静态安全分析b)(暂态）动态安全分析④调度员模拟培训系统（DTS：DispatcherTrainingSimulator）电力系统自动化第五章电力系统调度自动化•第一阶段：布线逻辑式远动技术四遥：遥测、遥信、遥控、遥调•第二阶段：计算机技术SCADA——EMS•第三阶段：计算机技术、通信技术、网络技术集中式——分布式——开放式五、调度自动化的发展电力系统自动化第五章电力系统调度自动化调度模拟屏显示器、打印机键盘、鼠标主计算机前置机12N远动信道信道远动终端1~N信道调度端(主站端)厂站端（RTU）六、调度自动化系统组成电力系统自动化第五章电力系统调度自动化电力调度自动化系统简图如图所示电力系统自动化第五章电力系统调度自动化一、远方终端的概念远方终端（RTU）又称远动终端，是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置，检测并传输各终端（发电厂或变电站）的信息，并执行调度中心发给厂、所的命令。5.2远方终端（RTU）电力系统自动化第五章电力系统调度自动化二、远方终端的任务•数据采集•数据通信•执行命令•其他功能电力系统自动化第五章电力系统调度自动化1、数据采集（1）模拟量：P、Q、U、I（2）数字量：电厂坝前、坝后水位等（3）脉冲量：脉冲电能表的输出脉冲（电能计量）（4）开关量：断路器、隔离开关、继电保护的状态YCYX电力系统自动化第五章电力系统调度自动化2、数据通信•向调度中心发送采集的本厂、所数据•接收调度端下达的各种命令电力系统自动化第五章电力系统调度自动化3、执行命令根据接收的命令，完成YK、YT操作•YK：YX•YT：YC电力系统自动化第五章电力系统调度自动化4、其他功能•当地功能：显示、打印•自诊断功能：死机自动恢复，自动监视主、备用通信信道及切换功能电力系统自动化第五章电力系统调度自动化三、RTU的结构主CPU分CPU地址总线：选通电力系统自动化第五章电力系统调度自动化四、模入模出通道1、模入通道•逐次逼近式•V/F转换式电力系统自动化第五章电力系统调度自动化（1）逐次逼近式电压形成回路采样保持低通滤波多路转换开关A/D转换电力系统自动化第五章电力系统调度自动化电压形成回路•采样定理：采样频率≥2倍输入信号最高频率•限制输入信号最高频率，降低采样频率低通滤波•电量变换•强弱电信号隔离电力系统自动化第五章电力系统调度自动化A/D转换：模拟天平称重法，最高电压砝码与之比较电压砝码总和多路转换开关：受CPU控制的高速电子切换开关，被选通的一路可进入A/D转换器电力系统自动化第五章电力系统调度自动化五、开入开出通道开入：光电耦合器开出：光敏三极管电力系统自动化第五章电力系统调度自动化1、网络拓扑的基本功能•基本功能：根据开关的开合状态（遥信信息）和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系，即节点－支路的连通关系，为其它高级应用做好准备。为什么要进行网络拓扑？•将网络物理模型转化为计算模型。•物理模型：对网络的原始描述（节点模型）•计算模型：面向网络计算方程的模型。一、PAS概述5.3电力系统状态估计电力系统自动化第五章电力系统调度自动化1、网络拓扑的基本功能•其它功能：电网解列，网络拓扑可以给出各子系统的拓扑结构用于标识电网元件的带电状态，进行网络着色，直观表示其连通性。•由开关变位事件驱动或召唤启动。•地位：是其它高级应用软件的基础，为其他高级应用软件提供了基础的结构信息。网络拓扑分析是高级应用软件的结构基础，状态估计则是高级应用软件的数据基础。电力系统自动化第五章电力系统调度自动化网络拓扑分析是高级应用软件的结构基础，状态估计则是高级应用软件的数据基础。1.状态估计的必要性•数据不齐全：投资的限制，很多情况下不可能在所有厂站中都设置RTU。•数据不精确：数据采集和传输的各个环节都可能产生误差，而误差会逐步积累。•数据受干扰：干扰不可避免，有可能造成数据的错误。•数据不和谐：数据相互之间不符合建立数学模型所依据的基尔霍夫定律。“去粗存精”，“去伪存真”－－状态估计二、状态估计电力系统自动化第五章电力系统调度自动化状态估计定义•对电力系统的某一时间断面采集的遥测量和遥信量信息进行实时处理，目的是排除错误数据，提高数据的精确度，补充缺少的数据，从而得到表征电力系统运行状态的完整而准确的信息。•状态估计是EMS的基本功能电力系统自动化第五章电力系统调度自动化2.状态估计的功能•对生数据（SCADA实时断面数据）进行计算，以得到最接近于系统真实状态的最佳估计值。（获得可靠的已知数据）•对生数据中的不良数据进行检测和辨识。（搜索错误的坏数据）•推算齐全而精确的电力系统运行参数。（估算可靠的未知或难于测量数据）•纠正可能的开关状态错误。•估计某些可疑或未知的设备参数。•确定合理的测点数量和合理的测点分布。•预测未来的趋势。“生数据”－－－“可靠数据库”电力系统自动化第五章电力系统调度自动化电力系统状态估计示意图电力系统自动化第五章电力系统调度自动化3.状态估计的基本原理（1）测量冗余度•状态估计算法必须建立在实时测量系统有较大冗余度的基础之上。•一般要求是：•测量系统的冗余度＝系统独立测量数/系统状态变量数＝（1.5～3.0)电力系统自动化第五章电力系统调度自动化3.状态估计的基本原理（1）测量冗余度例如：对直流电路中：U、I、P、R任意知道两个量可以判断出两外两个量。当若已知量有错，无法判断。若已知3个量或4个量，可以判断是否有错，采用一定的算法，可以知道哪个量出错。这就是状态估计中