电力系统调度自动化-陈思媛.ppt

陈思媛班级0903D学号21060729 电力系统调度自动化系统 电力系统调度自动化 1 前言电力系统是指由进行电能生产 变换 输送 分配 消费的各种设备按照一定的技术和经济要求有机组成统一系统的总称 它包括由发电厂 变电站 输配电线路及各种用电设备等电力系统的一次设备 以及为了确保一次设备安全 可靠 经济运行的继电保护 自动装置 通信 调度自动化及自动监测和控制系统等二次设备 从而实现电能的生产到消费的过程 电力系统结构复杂 运行方式多变并分布在辽阔的地理区域 电力系统的自动化系统是为了保证电力系统安全 优质 经济运行和向用户提供可靠 合格电能的许多二次系统的总称 没有电力系统自动化的参与 现代电力系统是无法运行的 电力系统调度自动化系统是电力系统自动化系统之一 电力系统调度自动化 2 电力系统运行状态及调度控制2 1 电力系统运行状态电力系统调度控制与运行状态是相关的 电力系统运行状态可分正常状态和非正常状态及故障状态 在发生故障时 继电保护等装置的快速反应 及时切除故障的线路或元件 按频率降低自动减负荷装置是防止系统频率崩溃的基本措施 这些装置都是系统稳定运行必不可少的手段 但以现代电力系统的运行要求来看 仅依靠这些手段还不能保证电力系统的安全 优质 经济运行 因为这些装置往往都是根据局部的 事后的信息来处理电力系统的故障 而不是以全局的 事先的信息来预测 分析系统的运行情况和处理系统中出现的各种情况 所以电力系统调度自动化系统有着它独特的不可取代的作用 电力系统调度自动化 2 2电力系统运行调度控制现代电网必须实行统一调度 分级管理 统一调度 分级管理是不可分割的整体 统一调度是分级管理基础上的统一调度 分级管理是统一调度下的分级管理 电力系统运行的统一调度 不仅是电能生产的要求 也是发挥现代大电网优越性的要求 其目的就是为了有效保证电网的安全 优质 经济运行 最终为了维护社会的公共利益 电力系统调度自动化 目前我国采用五级分层调度管理 国家电力调度中心 国调 大区电网调度中心 网调 省电网调度中心 省调 地区电网调度中心 地调或市调 县级电网调度中心 县调 电力系统调度自动化 电力系统调度自动化 调度管理的主要任务是 充分利用发供电设备和调节手段向用户提供合格的电能 在不发生超过设计规定的条件下 使电力系统安全运行和对用户不间断供电 合理使用燃料 水力等资源使电力系统在安全稳定运行的前提下达到最大的经济性和减少对环境的污染 调度管理的主要内容是 1 电力系统运行计划的编制 2 电力系统运行控制 3 电力系统运行分析 4 继电保护 通信和调度自动化等设备的运行管理 5 有关规程的编制和人员培训等专业管理 3 电力系统调度自动化系统电力系统调度自动化系统也就是信息集中处理的自动化系统 它是通过设置在各变电站和发电厂的远动终端 RTU 采集电网运行的实时信息 通过信道传输至设置在调度中心的主站系统 以供调度员使用 且主站可根据收集到的电网信息 对电力系统运行状态进行安全分析 负荷预测以及经济调度控制等 电力系统调度自动化系统能保证供电的质量优良 电力系统运行的经济性 安全性 以及提供强有力的事故处理措施 电力系统调度自动化 3 2 电力系统调度自动化的发展概述3 2 1 早期阶段当时电力系统调度主要靠电话 调度员通过电话向系统内各发电厂和变电站运行值班员了解表征电网运行状态的信息然后根据这有限的信息 加上自己的知识和经验作出调度决策 再用电话将决策通知发电厂和变电所的运行值班员 由他们在现场进行操作 这种模式使调度的实时性和正确性受到限制 不能满足要求 为了解决这时性问题 出现了远距离信息传输装置 电力系统调度自动化 3 2 2 远动技术的应用我国在60年代中期开始研制晶体管数字综合远动装置 由于采用了模一数转换技术 实现了数字遥测 遥测精度大为提高 由于采用了时分多路复用技术 遥测的路数也增多了 由于采用了抗干扰编码技术 传输的可靠性也得到了提高 电力系统调度自动化 3 2 3 以计算机技术为基础的调度自动化技术的应用微机技术应用于远动技术后 远动技术发生了重大的变化 原来许多不易实现的功能 采用微机技术后便迎刃而解 所以与常规远动相比 微机远动功能强 体积小 可靠性高 如在微机远动终端上 可以方便地实现事件顺序记录 主站与远动终端对时 以及当地打印制表等功能 在主站则可以方便地实现1 N的接收以及转发等功能 电力系统调度自动化 电力系统调度自动化 电力系统调度自动化 3 3电力系统调度自动化的主要功能和技术指标电力系统调度自动化系统由电力系统中的各个监控与调度自动化的硬件和软件组成 按其分布特点与实现的功能又可以分成一定的层次 而其高一级的功能往往建立在一定的基础功能之上 3 3 1数据采集和监视控制SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 基本功能1 监视 对电力系统运行信息的采集 处理 显示 告警和打印 也包括对异常或事故的自动识别 2 控制 通过人机联系工具 对断路器 隔离开关 静电电容器组等设备进行远方操作的开环性控制 电力系统调度自动化 3 监视和控制的主要内容 1 数据采集 信息测量 信息传输 数据检查 下行命令信息 系统对时 远动参数下装 远方诊断 控制和调节 信息压缩 2 数据预处理 测量量处理 状态量处理 数据计算 监视点状态标记 3 安全监视和告警处理 信息展现 越限判断 报警处理 失电元件处理 故障判断和定位 4 气象信息的接收和处理 6 人工远方操作 单个开关的操作 预定义控制序列成长 操作决策指导 5 制表打印 7 故障过程信息记录 事件顺序记录 事故追忆记录 故障波形记录 8 统计计算 负荷率 电压合格率等 9 计算机网络数据交换 10 人机联系 11 数据管理 实时数据库 历史数据库 电力系统调度自动化 3 3 2自动发电控制 经济调度控制AGC EDC AutomaticGenerationControl EconomicDispatchingControl 主要针对电厂控制1 AGC 1 SCADA功能 2 控制发电机组出力 跟踪负荷变化 使频率不变 3 控制发电机组出力 使联络线交换功率恒定不变 4 同时满足 电力系统调度自动化 2 EDC在给定的电力系统运行方式中 在保证频率质量的条件下 以全系统的运行成本最低为目标 将有功负荷需求分配于各可控机组 并在调度过程中考虑安全可靠运行的约束条件 例如 电力负荷变化负荷分布变化网损变化发电出力调整 网损最小等指标达最优 电力系统调度自动化 3 3 3能量管理系统EMS EnergyManagementSystem 在SCADA基础上 增加电力系统功能更强的应用软件 其主要内容为 1 AGC EDC 2 电力系统状态估计SE 根据冗余的测量值 估计电网的实际状态 获得完备的数据 提供给高级应用软件使用 3 电力系统安全分析SA 静态安全分析 动态安全分析 4 电力系统安全控制 5 电力系统稳定控制 6 电力系统潮流优化 7 电力系统实时负荷预报 长期预报 中长期预报 短期预报 超短期预报 8 调度员模拟培训DTS 电力系统调度自动化 3 4电力系统调度自动化信息及实时性要求3 4 1电力系统调度自动化信息内容1 实时信息 1 遥信信息 断路器分合状态 隔离开关分合状态 变压器分接头位置 继电保护动作和自动装置动作状态 事故总信号等 2 遥测信息有功功率P 无功功率Q 母线电压U 线路电流I 系统频率F 电能脉冲M 变压器油温T等 3 遥控命令 断路器合闸 分闸命令 发电机开机 停机命令 电容器投入 切除命令 其他命令 3 遥调命令 发电机有功出力调整 变压器分接头位置调整 其他电力设备的调整2 批次信息 运算结果 管理服务数据等 3 水情信息 水情气象信息等 电力系统调度自动化 3 4 4 2信息传输的实时性要求 调度等级不同 时间指标也不同 1 断路器变位信息 1秒内送到主站 3秒内上显示器显示 2 遥测量采集周期 重要量3秒 次要量6秒 一般量20秒 慢变量若干分钟 3 事件顺序记录SOE 站内 10ms 通常要求2ms为周期进行遥信状态检测 站间 20ms 4 遥测总误差 E 1 5 5 画面响应时间 T 3 5秒 80 以上画面小于3秒 6 远动设备的平均故障间隔时间 MTBF 8760小时 7 系统可用率 99 8 8 比特差错率 P 10 4 海明距离d 4 电力系统调度自动化 3 5电力系统调度自动化系统结构调度自动化系统的远动终端结构简图如图 电力系统调度自动化 主站 MasterStation MS 安装在调度所 远方终端 RemoteTerminalUnit RTU 安装在各发电厂和变电站 MS和RTU之间通过远动通道相互通信 实现数据采集 监视和控制 电力系统调度自动化 3 5 1 RTU是调度自动化与电力系统相连接的装置 其主要功能 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 RTU的任务 1 数据采集 2 数据通信 3 执行命令 4 其他功能RTU的分类 RTU DTU FTU TTU ERTU 电力系统调度自动化 RTU结构图 电力系统调度自动化 3 5 2远动通道远动通道是指主站与远方终端间进行数据通信的设备 也称信道 通信介质包括有线 专用有线通道 复用电力线载波 光纤 无线 微波 无线扩频 移动通信 卫星通信 等 通道质量的好坏直接影响信号传输的可靠性 为加强电力系统的信道建设 我国现已建成以光纤为主干的国家电力调度数据网络 StatePowerDatanetwork SPDnet 和电力数据通信网络 StatePowerTelecommunicationnetwork SPTnet 构成的四级数据网 为远动信息传输提供了良好的基础 数据传输的工作方式 全双工 可同时进行双向通信 单工 只能进行单向通信 半双工 双方交替进行发送和接收 电力系统调度自动化 数据传输通道类型 传统的远动通道和网络通道 传统的远动通道见图 电力系统调度自动化 3 5 3调度自动化系统主站结构 如图 电力系统调度自动化 从硬件结构来看 整个系统分布在三个安全区中 分别为安全区 安全区 和安全区 主系统位于安全区 DTS子系统位于安全区 WEB子系统位于安全区 安全区 与安全区 使用防火墙 安全区 与安全区 之间设置正向与反向电力专用隔离装置隔离 主系统包括双冗余局域网子系统 数据采集与通讯子系统 各种应用服务器与工作站 电力系统调度自动化 1 局域网子系统系统采用冗余的双交换式局域网结构 大型用户可采用具备三层交换功能的企业级或部门级交换机 重要的服务器还可采用1000M速率接入 普通用户可采用中档交换机 构成功能分布的开放系统 2 实时数据采集子系统数据采集服务器通过两块网卡分别联到主干网 网上传输的为经过数据采集服务器处理的 向SCADA应用服务器传输或接收的数据报文 以及各工作站间进行交换的报文 它还通过第三 四块网卡与数据采集专用网段相联 采用主网和数据采集网段分离的最大优点是能减轻主网负荷 提高整个系统的安全性及可靠性 连接在第三 四网段的有数据采集前置设备和有双重化冗余配置的交换式路由器 终端服务器 调制解调器 数字隔离板以及监视切换设备等 电力系统调度自动化 3 SCADA AGC子系统 SCADA子系统完成遥信 遥测量的处理 越限判断 计算等电网的实时监控功能 AGC子系统完成自动发电控制功能 这两个子系统配置在同一组物理服务器上 采用两台服务器以热备用方式运行 4 历史数据服务子系统该子系统主要完成历史数据存储 管理 系统按指定周期将实时数据服务器中的数据转储到该服务器中 实现实时数据的长期存档 历史数据管理的所有功能都基于关系型商用数据库来实现 系统一般采用两套RISC服务器及磁盘阵列作为系统管理及历史数据服务器 两台服务器按热备用方式运行 双服务器直接接入系统双LAN上 历史数据库中的实时记录数据取自SCADA处理后的数据 SCADA平台发生切换时 不会造成历史数据库的数据丢失和数据库损坏 电力系统调度自动化 5 PAS应用服务子系统 该子系统用于实现电网的发电计划和网络分析功能 可配置两套RISC服务器 两台服务器安装相同的操作系统 电力应用及网络分析软件 同时运行 或单独运行 自动均衡负载和自动平衡请求任务以完成各种应用功能 服务器接在系统双LAN上 LAN网络上的各种切换不会影响服务器功能和数据丢失 6 调度员培训模拟子系统 DTS系统自成一个局域网 用于对调度人员和EMS系统维护人员进行各种操作技能和应用技能的培训 配置1台电网仿真服务器 1台学员工作站 1台教员工作站 该子系统是相对独立于EMS系统 其局域网通过一台网络接口设备与EMS主局域网相连接 同时具备与大屏幕投影仪的接口 电力系统调度自动化 7 安全WEB子系统 遵照有关电力二次系统安全防护文件的要求 将WEB子系统与主系统相对独立 WEB服务器可配置一到两台 在安全区 与安全区 之间布置正向与反向专用电力专用隔离装置 正向隔离用于从内向外的通讯 传送实时数据 历史数据及图形文件等 反向隔离用于从外向内的通讯 传送计划值等 在安全区 与安全区 之间布置经过有关部门认可的国产硬件防火墙 8 人机界面子系统 工作站一般配置UNIX工作站 也可配置高档PC图形工作站 由于系统采用了C S结构 主要任务都在服务器上处理 所以工作站的配置可以相对低一些 电力系统调度自动化 3 5 4信息分层处理及责任区域管理调度中心 控制中心的调度员 值班员一般都会根据不同岗位有不同的职责范围 针对这一情况 EMS系统应具有责任区域管理和信息分层处理功能 针对不同的信息 根据责任区域 操作权限按级别分层次处理 每个工作站只处理责任范围内需要处理的信息 且只能监视 操作 控制责任区域内的相关设备和信息 其他无关设备的信息将被屏蔽 不仅起到各个工作站节点之间信息分层和安全有效隔离的作用 而且在对信息进行了有效的分流和分层处理之后 网上的报文流量大大减轻 响应速度得到相应的提高 从而整个系统的性能和信息吞吐量也得到了提高 电力系统调度自动化 3 6调度自动化系统分层与调度管理体制相适应 我国实行五级调度自动化系统 不同系统承担不同功能 3 6 1国调EMS 通过计算机数据通信与各大区电网控制中心相联 协调 确定大区间的联络线潮流和运行方式 监视统计和分析全国电网运行情况 1 采集各大区网和有关省网信息 监视大区电网的重要测点工况及全国电网运行概况 并进行统计分析 2 进行电力互联系统的潮流 稳定 短路电流及经济运行计算 校核计算的正确性 并通过计算机数据网向下传达 3 处理所采集的有关信息 作长期安全经济运行分析 并提出对策 电力系统调度自动化 3 6 2大区网调EMS 按统一调度 分级管理原则 负责超高压电网的安全运行 并按规定的发电计划及监控原则进行管理 提高电能质量和经济运行水平 1 数据采集和监控 经济调度以及有实用效益的安全分析 2 进行负荷预测 制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划 闭环或开环AGC 3 省 市 间和有关大区网的供受电量计划编制和分析 4 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 并上报和下传 电力系统调度自动化 3 6 3省调EMS 负责省网的安全运行 并按规定的发电计划及监控原则进行管理 提高电能质量和运行水平 独立省网和大区网内作为一个独立的控制区域 与相邻的省网实行联络线控制的省级调度 1 数据采集和监控 经济调度以及有实用效益的安全分析 2 进行负荷预测 制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划 闭环或开环AGC 3 地区间和有关省网的供受电量计划编制和分析 4 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 并上报和下传 并提供给运行方式部门作为计划编制的依据 电力系统调度自动化 3 6 4地调 一般是SCADA系统加部分PAS DTS功能 不包括AGC 1 实现所辖地区的安全监控 2 对所辖有关站点 直接站点和集控站点 开