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电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社内容提要第3章现代电力系统中的自动化技术现代电力系统自动化是对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理的系统。本章围绕现代电力系统所具有的“多输入、多输出、复杂大系统”特点，介绍现代电力系统中的自动化新技术。现代电力系统自动化的目标是保证供电电能质量，保证电力生产和输送的安全、经济、可靠、稳定运行，提高经济效益和管理效能。我国电力系统自动化的目标是实现主干通道光纤化、信息传输网络化、电网调度智能化、运行指标国际化、管理手段现代化。根据智能电网的建设要求，通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；形成数据的整合体系和数据的收集体系；依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社第3章现代电力系统中的自动化技术电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社序20世纪50年代以前，电力系统自动化多限于单项自动装置，且以安全保护和过程自动调节为主。20世纪60年代，电力系统开始装设模拟式调频装置和以离线计算为基础的经济功率分配装置，并广泛采用远动通信技术。开始推广使用晶体管保护装置、可控硅励磁调节器、电气液压式调速器等。20世纪70～80年代，电力系统开始采用计算机电网实时监控系统，过程控制开始使用集中式数字控制系统CCS；随着微处理机的发展，又产生了分布式过程控制系统DCS。20世纪90年代，新一代过程控制体系结构是厂站综合自动化系统，300MW及以上容量机组已全面采用分布式过程控制系统DCS，逐步形成了数据采集、模拟量控制、顺序控制、燃烧器管理及电气控制等五大系统，形成现代电力系统自动化系统。电力系统自动化系统大致可分为电力系统信息化系统、能量管理系统、发电厂综合自动化系统、变电站综合自动化系统、配电网自动化系统等，各系统之间通过通信网络进行通信，也可以根据需要将各系统集成。电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力信息化技术数据是系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力信息化是信息化技术在电力工业中的应用，实现各电力企业信息化是电力信息化的主要内容。电力信息化的目的是提高电力企业的生产运行和管理水平，增加企业的竞争能力，最终提高企业的综合效益。电力企业信息化包括生产过程自动化和管理信息化系统两大范畴，每个范畴下根据功能和对象的不同又划分为若干的应用系统，核心是建立在生产过程自动化基础上的企业内部管理信息系统MIS，以及企业资源计划ERP，重点是信息资源开发利用，由操作层向管理层延伸，实现信息化管理。MIS是一个利用现代计算机及网络通信技术，由人、计算机及其他外围设备等组成的能进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统，是一个原则框架。ERP是电力行业管理信息化的具体实现模式，都属于广义的企业管理信息系统的范畴。电力信息化技术电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力企业信息系统的典型结构模型电力企业MIS是电力工业信息化技术的核心，计算机信息网络是MIS的基础。逻辑上分为四层：宏观决策层、经营管理层、生产管理层和作业设备控制层。主要功能有数据处理、预测、计划、控制和辅助决策功能。电力企业信息系统的典型结构模型电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力ERP电力ERP是一种面向供应链管理的现代企业管理思想和方法。应用电力ERP的目的是建立符合市场经济体制的现代企业管理模式。包括供应链和信息集成两方面的内容。电力ERP的基本框架电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电网调度自动化电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电网调度自动化电网调度自动化系统的基本结构包括调度端SCADA/EMS系统（控制中心）、主站系统、厂站端(RTU)和信息通道三大部分。根据所完成功能的不同,可以将此系统划分为信息采集和执行子系统、信息传输子系统、信息处理子系统和人机联系子系统。主要包括：数据采集和控制（SCADA）、发电自动控制（AGC）、经济调度运行（EDC）、电网静态安全分析（SA）以及调度员培训模拟（DTS）在内的能量管理系统。厂站端RTU，功能：实现“四遥”。信息传输通道，功能：信号传送时的通道。控制中心调度计算机系统实时收集各个厂站RTU采集的数据，显示并监视系统运行参数和系统状态，向厂站端发动送控制和调节命令，协助调度员完成电网调度任务。主站系统构成：包括①硬件层：计算机、网络、通信、远动等；②系统软件层：操作系统、语言等；③支撑软件层：数据库、人机界面、应用接口等；④应用软件层：SCADA/EMS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力中心调度所控制室电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社能量管理系统EMSEMS构成：①数据收集级（SCADA），②能量管理级，③网络分析级数据收集级（SCADA）功能：完成实时数据的收集和系统监控，包括：①数据采集（DA），②数据预处理和报警，③事件顺序记录SOE，④事故追忆PDR，⑤远方控制，⑥远方调整，⑦趋势曲线和棒图，⑧历史数据存储和制表打印，⑨系统统一时钟，⑩模拟盘接口。能量管理级分为发电控制类和发电计划类。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。发电控制类:自动发电控制AGC、经济调度控制EDC、发电成本分析、交换计划评估、机组计划等，核心是AGC/EDC。AGC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。EDC可与AGC配合使用。电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社能量管理系统EMS发电计划类：负荷预测LF、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：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。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。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SE、（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。一般均可工作在实时型和研究性二种模式下。状态估计SE：根据SCADA提供的实时信息，给出电网内各个母线电压和功率的估计值。经过状态估计后的YC、YX值，比SCADA提供的数据更为完整、准确和可靠，产生的“可靠数据集”才能用于其它应用功能。电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社能量管理系统EMS最优潮流：满足电网各种约束的条件下，使目标函数（总发电成本、总损耗等）最小的优化计算，得出系统最优运行方式。安全分析SA：静态安全分析和动态安全分析静态安全分析：对多种给定运行方式进行预想事故分析，对引起线路过负荷、电压越限、发电机功率越限等故障进行警告，评估电网的安全水平，找出薄弱环节。仅仅考虑假想事故后稳态运行状态的安全性，不考虑状态转移过程中的稳定性。以判断当前状态是否有足够的安全储备。动态安全分析：在当前、历史或预想运行方式下，给定预想事故集，判断系统是否失去暂态稳定，给出系统失稳的故障元件的极限切除时间和系统的稳定裕度，筛选出严重故障。考虑假想事故后状态转移过程中是否失去稳定的问题。一般EMS硬件平台由数据库服务器、通信服务器、前置服务器、SCADA服务器、高级功能软件服务器、Web服务器、调度员工作站、工程师维护工作站、DTS培训仿真工组站、AGC工作站，以及打印设备、网络通信设备、物理隔离设备等组成。电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社EMS的硬件结构地级调度主站典型配置示意图电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社调度室南方电网新调度室采用了国际先进的大屏幕投影墙系统，该系统由24块67in一体化三片多晶硅反射式背投单元和一套多屏拼接控制器构成，整个大屏按21°弧形排列，每列屏幕之间成3°角；以局域网连接方式接入EMS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社调度员模拟培训系统DTS调度员模拟培训系统DTS：对电网的模拟仿真，用于培训调度员在正常状态下的操作能力和事故状态下的快速反应能力，也用于电网调度运行人员和方式分析人员分析电网运行的工具。既可用当前的运行数据也可用历史或假想数据。电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS智能电子设备IED电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SASIEC61850标准定义的SAS的功能包括控制、监视和保护变电站的设备及其馈线，同时，还包括变电站自动化系统的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能，它包含变电站的高压电气设备监视、继电保护、故障录波、自动装置及远动装置等设备，是集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术实现信息共享，实现变电站自动运行监视和操作，完成变电站运行任务的一种集成化二次设备及系统。IEC61850标准将变电站自动化系统中的设备定义为智能电子设备IED，并定义IED是一个或者多个处理器协调工作的设备，它具有从或到一个外部源接受和发送数据/控制（如电子式多功能表计、数字继电保护、控制器）的能力。采用IEC61850标准将使传统变电站自动化系统中的“保护”和“自动化”及设备的界限发生根本变化。智能电子设备IED电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社电力新技术概论王仁祥编著中国电力出版社变电站自动化SAS现代变电站自动化系统是一种数字化变电站自动化系统，其物理结构特征是一次设备智能化、二次设备网络化，在逻辑上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作。数字化变电站自动化系统在逻辑结构上分为变电站层、间隔层和过程层3层。各层内部及层次之间是一种高速通信网络。包括计算机监控、间隔继电保护、间隔控制器、自动装置、电能质量自动控制等多个子系统。在各个子系统中，又由多个智能模块组成。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范、以太网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的IED均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。智能化一次设备的信号回路和操作回路采用智能控制