电力系统调度自动化

第五章电力系统调度自动化第五章电力系统调度自动化学习目的：通过本章学习，掌握电力系统调度自动化的结构，掌握调度自动化各部分的功能以及实现方法；了解电力系统远动通信的原理及其实现。重点：电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现；电力系统远动通信的原理及实现。难点：电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。回顾：1、电力系统调度的任务控制整个电力系统的运行方式。（1）保证供电的质量优良（2）保证系统运行的经济性（3）保证较高的安全水平——选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式。（4）保证提供强有力的事故处理措施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。第五章电力系统调度自动化3、电力系统调度自动化的特点：“统一调度，分层管理”第五章电力系统调度自动化二、电力系统调度自动化的功能概述安全水平是电力系统调度的首要问题在电力系统调度自动化的控制系统中，调度中心计算机必须具有两个功能：其一是与所属电厂及省级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离的可靠性高的双向交换，简称为电力系统监控系统，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；另一是本身应具有的协调功能。具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能量管理系统EMS（EnergyManagementSystem）。第五章电力系统调度自动化第五章电力系统调度自动化图5-3表示了EMS信息流程的主线，还给出了远方省级调度及远方电厂与调度中心进行信息交换的功能示意框图。二、电力系统调度自动化的功能概述三、电力系统调度自动化的发展过程电力系统调度自动化之前：通信方式---“电话”（1）电网调度自动化的初级阶段（20世纪50年代中期）布线逻辑式远动技术的采用。“四遥”（2）电网调度自动化的第二阶段（20世纪60年代）电子计算机在电力系统调度工作中的应用出现了电网SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition)系统。在SCADA的基础上，又发展为包括许多高级功能的能量管理系统(EnergyManagementSystemEMS)。（3）电网调度自动化系统的快速发展阶段（20世纪80年代）随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADA／EMS技术进入了一个快速发展阶段。第五章电力系统调度自动化四、SCADA/EMS系统的子系统划分1.支撑平台子系统支撑平台是整个系统的最重要基础，有一个好的支撑平台，才能真正地实现全系统统一平台，数据共享。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.AGC/EDC子系统自动发电控制和在线经济调度是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围。同时，还能使全系统发电成本最低。第五章电力系统调度自动化4.高级应用软件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测等高级应用软件。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三部分。调度员仿真培训与实时SCADA／EMS系统共处于一个局域网上。DTS本身由2台工作站组成，一台充当电网仿真和教员机，另一台用来仿真SCADA／EMS和兼做学员机。6.调度管理信息子系统DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不属于SCADA/EMS系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系,因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务。当然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。第五章电力系统调度自动化第五章电力系统调度自动化五、电力系统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二、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。二、信息采集和命令执行子系统（远动终端RTU）三、信息传输子系统（信道）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，是整个电力调度自动化系统的核心。由于现代电力系统往往跨区域，由许多发电厂和变电所组成，为了实现对整个电网的监视和控制，调度中心需要收集分散在各个发电厂和变电所的实时信息。由于传输到调度中心的实时信息不可避免地包含各种误差，如测量误差、传输误差等，同时还由于设备条件的限制，有些电力系统运行所需的参数无法收集到，为了减小误差，信息处理子系统可以利用收集到的冗余信息，采用状态估计技术，对无法收集到的参数进行估计，从而得到精确而完整的运行参数。运行人员根据分析计算的结果，通过分析、综合、判断，从而决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。该子系统是以计算机为主要组成部分。四、信息收集处理与控制子系统（调度端）电网调度自动化系统的设备构成第二节远方终端RTU一、RTU的任务1．数据采集（1）模拟量。采集电网重要测点的P、Q、U、I等运行参数，称为“遥测”（2）开关量。如断路器的开或关状态，自动装置或继电保护的工作状态，称为“遥信”（3）数字量。如水电厂坝前水位、坝后水位等（由数字式水位计输入），也属于“遥测”（4）脉冲量。如脉冲电能表的输出脉冲等。一、RTU的任务2、数据通信按照预定通信规约的规定，自动循环（或按调度端要求）地向调度端发送所采集的本厂站数据，并接收调度端下达的各种命令。3、执行命令根据接收到的调度命令，完成对指定对象的遥控、遥调等操作。4、其它功能(1)当地功能：对有人值班的较大站点，如果配有CRT、打印机等，可完成显示、打印功能；越限告警功能；事件顺序记录功能等。(2)自诊断功能：程序出轨死机时自行恢复功能；自动监视主、备通信信道及切换功能；个别插件损坏诊断报告等功能。CPURAMROM接口接口接口接口MODEM与调度通信打印机键盘/显示器屏幕显示器总线接口A/D模拟量输入模拟量信号接口状态量输入状态量信号接口数字量输入数字量信号接口脉冲量输入脉冲量信号接口数字量输出遥控输出接口D/A模拟量输出遥调输出单CPU结构RTU基本框图二、RTU的结构1、RTU的硬件结构(1)单CPU结构的RTU硬件基本构成框图适用于小型的发电厂或变电站！多CPU结构的RTU硬件结构框图(2)多CPU结构的RTU硬件基本构成框图2、RTU的软件结构多CPU结构的RTU软件结构框图以多CPU结构的RTU为例：软件组成：由一个主管理系统程序和多个子系统程序组成。三、模拟量输入通道—“遥测”模拟量采集的两种方法A/D转换方式电压-频率变换技术（一）基于A/D变换的模拟量输入电路基于A/D转换的模拟量采集原理图1、电压形成电路的典型原理图（1）电量采集的两种采样方式电量信号非电量信号电量变送器或传感器A/D转换计算机标准电信号直流采样交流采样基于A/D变换的模拟量输入电路1）直流采样直流采样方式原理：电量变送器①交流电压变送器和交流电流变送器②有功功率变送器和无功功率变送器③有功电能变送器和无功电能变送器④频率变送器⑤功率因数变送器⑥直流电压变送器和直流电流变送器⑦微机电量变送器电量信号非电量信号电量变送器/非电量变送器A/D转换计算机直流电信号非电量变送器温度变送器压力变送器流量变送器水位变送器等电量变送器0~5V的直流输出电压交流电压变送器交流电流变送器直流采样的优点：软件设计简单，计算简便。对采样值只须作一次比例交换，即可得到被测量的数据，因而采样周期短。在微机应用的初期，此方法得到了广泛的应用。直流采样的缺点：采样结果实时性较差；直流采样输入回路，因要滤去整流后的波纹，往往采用R-C滤波回路，其时间常数较大，无法反映被测模拟量的波形，更不能及时反映被测量的突变。测量精确度受直流变送器的精确度和稳定性的影响。设备复杂，增加系统的造价。1）直流采样2）交流采样交流采样是直接对交流电压和电流的波形进行采样，然后通过一定算法计算出其有效值，并计算出P、Q等值。交流电压交流电流电压传感器（TV）电流传感器（TA）A/D转换计算机交流电信号交流采样的优点：A、实时性好；它能避免直流采样中整流、滤波环节的时间常数大的影响。B、能反映原来电流、电压的实际波形，便于对所测量的结果进行波形分析；C、设备简单，可以节约投资。有功功率和无功功率是通过采样得到的u、i计算出来的，因此可以省去有功功率和无功功率变送器，可以节约投资并缩小测量设备的体积。2）交流采样①交流采样中电压形成电路的典型原理图电压电流变换器的作用：1、进一步降低电压或电流。2、将一次设备的电流互感器TA、电压互感器TV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。②低通滤波（ALF）•限制输入信号的最高频率，以降低采样频率。③采样保持器（S/H）•采样保持器（S/H）的基本原理：A/D转换器完成一次完整的转换需要的一段时间里，模拟量不能变化。，S/H可将瞬间采集的模拟量保持一段时间，以保证A/D转换的实时性。2）交流采样采样保持器的基本组成原理图④多路转换开关（MUX）2）交流采样⑤模/数转换器（A/D）2）交流采样模拟量的处理：A/D转换后的数字量经接口送往计算机后，必须对数据进行滤波、标度变换等一系列处理方能内存的数据区。交流采样的算法：U、I有效值，P、Q等需要一定的算法来计算。一点采样算法；多点算法；全周傅里叶算法等。几种常用的算法举例：基于单片机的模拟量输入系统的设计：程控增益放大器多路开关在系统可编程逻辑器件（二）基于V/F转换的模拟量输入回路：原理：将输入的电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频率，使产生的脉冲频率正比于输入电压的大小，然后在固定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，供CPU读入。电压-频率转换模拟量采集原理图四、模拟量输出通道－－“遥调”量输出单元设计遥调是一个连续作用的调节过程。五、开关量输入通道（简称“开入”）－－“遥信”量采集单元设计1、遥信采集的量及其表示方法:（国际电工委员会IEC标准）“1”表示闭合或动作，“0”表示断开或未动作。2、开关量输入子系统原理图开关量输入子系统原理图1）信号隔离与电平转换电路注意：T型RC网络构成低通滤波器，用来滤掉遥信回路的高频干扰，电阻R3还起到限流的作用，使进入发光二极管的电流限制在毫安级，两个二极管V1、V2起保护光耦合器的作用。光电耦合器可以实现现场开关量与CPU总线之间的完全隔离，隔断它们之间公共地的电气联系。2）消颤除噪电路有时断路器虽已合闸，但其辅助触点可能有一段时间会抖动，或因其他干扰使输入信号上下波动，而输出也会跟着相应变化，造成计算机对断路器位置的错误判断。加入消颤除噪电路，则能较好地抑制