1.2电力系统自动化基本内容

1.2电力系统自动化基本内容自动化是指机器设备(动力)或者生产过程、管理过程，在没有人直接参与的情况下，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标、目的或完成某种过程。自动化是自动化技术和自动化过程的简称。自动化技术主要有两个方面：①用自动化机械代替人工的动力方面的自动化技术；②在生产过程和业务处理过程中，进行测量、计算、控制等，这是信息处理方面的自动化技术。电力系统自动化也是自动化的一种具体形式，它是指应用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系统和数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、调节和控制，以保证电力系统安全经济地运行和具有合格的电能质量。电力系统自动化基本内容电力系统自动化内容划分为电力系统调度自动化、发电厂自动化和变电站自动化等三部分。调度自动化又可分为发电和输电调度自动化(通常称为电网调度自动化)、配电网调度自动化(通常称为配电网自动化或配电自动化)。大规模联合电网的优点综合利用水力、火力、核能等发电能源，以解决能源资源与负荷分布地域间的不平衡。利用时差和季节错开负荷高峰，减少总的装机容量。采用大容量机组，节省投资和运行费用。发生故障时不同电网间可以互相支援。1.2.1电网调度自动化我国目前的电网状况特点：大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制装机容量超过2000MW电网11个已形成500KV主网架结构1990年华中与华东实现非同期联网（±500KV直流输电线）电网结构大大改善省调以上调度自动化系统已实用化电力专用通信网形成我国目前的电网状况东北电网辽宁吉林黑龙江装机容量35943.9MW华北电网北京天津河北山西内蒙古自治区装机容量40716.2MW年发电量1922.35亿KWh华东电网上海江苏浙江安徽装机容量41986.4MW年发电量2268.9亿KWh华中电网河南湖北湖南江西装机容量43365.4MW年发电量1673.22亿KWh南方联营电网广东广西云南贵州西北电网陕西甘肃青海宁夏自治区装机容量18021.9MW年发电量736.14亿KWh福建电网装机容量9657.4MW年发电量356亿KWh山东电网装机容量18017.8MW年发电量912.05亿KWh四川电网电力系统电压等级220kv～500kv超高压电网。构成大区电网的骨架和大区电网间的联络线110kv～220kv输电网。构成复杂的输电网络，在各地区间传输电能35kv～110kv供电网。由枢纽变电站送电到靠近负荷区的本地变电站10kv配电网。本地变电站送电到居民区的杆上变压器或配电室伴随着中国电力发展步伐不断加快，中国电网也得到迅速发展，电网系统运行电压等级不断提高，网络规模也不断扩大，全国已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架。近年来，我国加快了特高压电网的建设力度，2006年，我国首个特高压电网工程——国家电网公司晋东南——南阳——荆门交流特高压试验示范工程在山西长治隆重奠基，这标志着我国百万伏级电压等级的交流特高压电网工程正式进入建设阶段；2007年12月21日，四川——上海±800千伏特高压直流输电示范工程在四川宜宾开工。到2008年底，全国220千伏及以上输电线路回路长度已达到36.48万公里，220千伏及以上变电容量达到13.8亿千伏安。。2009年我国电网基建投资规模进一步扩大，超过电源基本建设投资。目前电网建设已成为我国电力建设的主要方向，电网建设前景诱人。到2010年底，随着国家电网特高压及500千伏跨区、跨国电网联网的建成，跨区输电容量将达到7000万千瓦，比2005年提高5倍多，占全国合计最大负荷的11%；电量达到3200亿千瓦时，比2005年增长3倍多电力系统运行控制目标1、保证电力系统运行的安全可靠2、保证电能质量3、保证电力系统运行的经济性电力系统自动化内容1、电网调度自动化（输电、配电）2、发电厂自动化3、变电站自动化（配电网自动化）电网调度自动化电力系统调度控制的基本任务保障电网安全、稳定、正常运行和对电力用户安全可靠供电。保证电能质量，保持频率、电压、波形合格。按照公平、公正的原则合理安排发电，实现发电资源的优化利用。电网调度的特点电网调度自动化的特点是统一调度，分层控制。电力系统是一个庞大的产、供、销电能的整体。根据电力生产的特点，电网中的每一环节都必须在调度机构的统一领导下，随用电负荷的变化而协调运行。电网统一调度一般包括如下内容：(1)由电网调度机构统一组织全网调度计划的编制执行，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，统一安排全网的主接线方式，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。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各级调度中心的基本任务国家调度中心在线收集各大区网和有关省网的重点测点工况和全国电网运行状况，作统计分析、生产报表、提供电能情况。进行大区互联系统的潮流、稳定、短路电流及经济运行计算，通过计算机通信，校核计算的正确性，并向下一级传送。作中、长期安全、经济运行分析，并提出对策。各级调度中心的基本任务大区网局调度中心实现电网的数据收集和监控、经济调度和安全分析。进行负荷预测，制定开停机计划、水火电经济调度日分配计划，闭环或开环指导自动发电控制。省(市)间和有关大区网的供受电量的计划编制和分析。进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性并上报下传。各级调度中心的基本任务省级调度中心实现电网的数据收集和监控。必须对电网中的开关状态，电压水平，功率进行采集计算，进行控制和经济调度。进行负荷预测，制定开停机计划、水火电经济调度日分配计划，编制地区间和省间有关网的供受电量的计划，闭环或开环指导自动发电控制。进行记录如功率总加，开关变位，存档和制表打印。进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性并上报下传。各级调度中心的基本任务地区调度中心采集当地网的各种信息，进行安全监控。进行有关站点（直接站点和集控站点）的远方操作，变压器分接头调节，电力电容器的投切等。用电负荷的管理。各级调度中心的基本任务县级调度中心根据不同类型实现不同程度的数据采集和安全监视功能。有条件的县调可实现机组起停、断路器远方操作和电力电容器的投切。有条件的可实现负荷控制。向上级调度发送必要的实时信息。由此可见，分层控制有如下优点：a.从电力系统调度控制的角度来看，信息可以分层采集，只需把一些必要的信息转发给上一级调度部门，如地区调度控制中心可以采集本地区的出力和负荷，并把地区出力和负荷总和后送到上一级调度部门。对出力和负荷的控制也同样，上一级调度只对下一级调度发出出力和负荷的总指标，由下一级调度进行控制。这样既减轻了上一级的负担，又加速了控制过程，同时减少了不必要的信息流量。b.分层控制的电力系统中，若局部的控制系统发生故障，一般不会严重影响电力系统的其他控制部分，并且每个分层间可以部分地互为备用，从而提高了电力系统运行的可靠性。在电力系统中，即使在紧急状态下部分电网与系统解列，也可以分别地独立运行，因为局部地区也有相应的调度自动化系统，可以对电网实现监控。c.实现分层控制以后，可以大大地降低信息流量，因而减少了对通信系统的投资。d.分层控制的自动化系统，结构灵活，可适应电力系统变更或扩大的需要。总之，采用分层控制后可以使电力系统的监视和控制更加可靠有效。各级电网调度自动化系统的功能根据电网调度自动化系统的任务和职责，电网调度自动化系统应包括如下功能：①数据采集与监控(SCADA)功能。。②以SCADA功能为基础而实现的自动发电控制AGC(AutomaticGenerationControl)功能。③与AGC相配套的在线经济调度控制EDC(EconomicDispatchControl)。④能量管理系统EMS(EnergyManagementSystem)。由于各级调度中心的职责不同，因而对其调度自动化系统的功能要求也不同。另外，调度自动化系统的功能也有一个层次之分，高一级功能往往是建立在某一级功能基础之上的。电网调度自动化的发展电网调度自动化系统概念的提出是在20世纪50年代中期，这标志着现代电网自动化的开始。当时的基于模拟计算机和模拟通信信道的自动发电控制(AutomaticGenerationControl，AGC)，主要包括负荷－频率控制(LFC)和经济调度(ED)。20世纪60年代数字计算机首次应用于电力系统控制中心，出现了电网SCADA系统。发电厂，变电所所设的RTU将所收集到的信息通过双向信道传送给主站。其主要运行信息可及时自动地传送给控制中心，调度员可通过遥控装置直接远距离操作发电厂、变电所开关;80年代,AGC系统不再独立存在，而是以AGC软件包的形式和SCADA系统结合，形成能量管理系统(EnergyManagementSystemEMS)，很快EMS的作用已超出AGC。电网调度自动化系统是确保电网安全、优质、经济地发供电，提高电网调度运行管理水平的重要手段，是电力生产自动化和管理现代化的重要基础。电力调度自动化系统简图如图所示。第2、3章介绍1.2.2电厂自动化发电厂自动化系统主要包括动力机械自动控制系统和自动发电量控制(AGC)系统和自动电压控制(AVC)系统。火电厂需要控制的锅炉汽机等热力设备，大容量火力发电机组自动控制系统主要有计算机监视和数据系统、机炉协调主控系统和锅炉自动控制系统。水电厂则需要控制的是水轮机、调速器以及水轮发电机力励磁控制系统等。一般而言，水电厂的自动化程度比火电厂要高。第4、5、6、7章变电站综合自动化的概念变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信技术、信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护、与上级调度通信的综合性自动化功能。变电站综合自动化是在变电站应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬件系统或自动化装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。传统变电站控制的问题安全、稳定性不够。难以保证供电质量。占地面积大。无法满足快速计算、实时控制的要求。维护工作量大。变电站综合自动化的特点利用微机和大规模集成电路组成的自动化系统代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏。利用微机保护代替常规保护。能采集完整的运行信息，利用计算机的高速计算与逻辑判别能力实现监视、控制、运行报告等功能。功能综合化、结构微机化、监视屏幕化、运行管理智能化。综合自动化的优越性提高安全稳定性。提高电压合格率。提高运行管理水平。缩小占地面积。提高设备可靠性，减小维护工作量。无人值班是管理模式，综合自动化是技术水平。我国变电站综合自动化研究起步于80年代末，目前已进入实用阶段1.2.4配电自动化配电是电力系统直接面向用户的功能，是电力系统的重要组成部分。配电