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调度自动化系统基础 调度自动化系统技术讲座提纲 一 概述 二 远动终端设备 三 通信系统 四 调度主站系统 SCADA 五 调度主站系统 PAS 六 调度自动化系统的新发展 一 概述 基本术语 远动 teiecontrol 的含义是 利用远程通信技术进行信息传输 实现对远方运行设备的监视和控制 遥测即远程测量 telemetering 应用远程通信技术 传输被测变量的值 遥信即远程指示 远程信号 teleindication telesignalization 对诸如告警情况 开关位置这样的状态信息的远程监视 遥控即远程命令 telecommand 应用远程通信技术 使运行设备的状态产生变化 遥调即远程调节 teleadjusting 对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令 一 概述 基本术语 电力系统是一个分散的大系统 系统中的设备和运行状态 参数是大量多变的 为了保护电力系统最大可能地安全而经济地运行 必须实时地将各处的大量数据迅速准确地采集起来 并送到各级调度中心去处理 无论哪一级的调度系统 都具有一些最基本的功能 就是监视 控制 数据查询 又称SCADA系统 SupervisoryControlAndDataAcquisition RTU RemoteTerminalUnit 即远方终端处理装置 它是调度自动化系统的基础设备 负责收集电网的各种信息 执行上级命令 调度自动化系统的基本结构 一 概述 调度自动化系统的主要任务 针对电力系统运行的各种状况 电力系统调度控制的基本任务 就是要根据电力系统实时运行状态和相应的目标 正确而且实时地提出调度控制的策略 以满足用户供电需要 提供高质量的电能 保证系统安全运行 同时使发电成本最省 具体而论 电力系统调度的任务包括以下几个方面 保证电力系统运行的安全 安全对于电力系统来说是头等大事 系统一旦发生事故 其危害是难以估量的 因此 努力保证电力系统安全运行 一直处于正常的运行状态 是调度的首要任务 要做到这一点 一方面要增加系统的发电能力 增强系统自身的抗干扰能力 另一方面 要提高电力系统调度自动化的水平 使运行人员具有扎实的技术水平 丰富的实践经验 一 概述 调度自动化系统的主要任务 保证电力质量 反应电能质量的三个参数就是电压 频率 波形 稳定电压的关键是调节系统中的无功功率平衡 稳定频率是调节系统中的有功功率的平衡 另外 谐波会造成正弦波畸变 对电气设备造成不良影响 故对于波形也要引起重视 保证电力运行的经济性 除安全和质量外 电力调度还要尽可能地降低成本 减少损失 使整个电力系统的运行经济性最优 电力系统中有火力发电 水力发电 核力发电 各机组的效率也有差别 线路网络也错综复杂 在这些复杂性情况下 如何调度发电方案 合理安排水火机组的配合 使线损最少 这也是调度好坏的一个重要指标 一 概述 调度自动化系统的发展 电话调度 SCADA PAS EMS DTS的基本概念SCADA数据采集和监视控制PAS电力系统 高级 应用软件系统EMS能量管理系统DTS调度员培训仿真系统 一 概述 调度自动化系统的组成 一 概述 1 1我国的分层调度模式 国家调度中心 一 概述 1 2调度自动化系统的定义 综合利用电子计算机 远动和远程通信技术 对电网运行的一次设备进行监视 控制 调度的自动化系统 以实现电力系统调度管理自动化 有效地帮助调度员完成调度任务 一 概述 1 3调度自动化系统的发展 电话调度 一 概述 1 4调度自动化系统的组成 一 概述 1 5调度自动化系统各部分功能1 5 1现场信息转换与控制机构电信号物理量的变换 电量变送器 电流 电压 功率 电度开关状态量非电量信号的变换 非电量变送器 变压器油温直流控制母线电压被控对象的执行机构 一 概述 1 5调度自动化系统各部分功能1 5 2远动终端RTU数据采集模拟量 遥测 脉冲量 遥脉 开关量 遥信 遥控为控制执行机构回路提供继电器节点遥调为调节执行机构回路输出控制信号通信 一 概述 1 5调度自动化系统各部分功能1 5 3通信系统为远动系统中调度端与各终端RTU之间的传输远动数提供通信信道1 5 4调度主站系统接受各厂站RTU数据数据处理运行监视控制命令下发 二 远动终端设备 RTU 2 1RTU的基本分类2 1 1按装置构成分类集中式 由一个CPU来管理其他模块 实现所有的系统功能 单CPU并行总线集中组屏分布式 由多个CPU协调工作实现系统功能 多CPU串行总线可分散布置 二 远动终端设备 RTU 2 1RTU的基本分类2 1 2按体系结构分类集中式集中组屏测量信息集中连接到RTU分散式分散的测控装置 可装设到设备间隔通过现场总线与总控单元连接总控单元与远方或者后台通信 二 远动终端设备 RTU 2 2RTU的基本结构 集中式 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 1状态量采集 遥信 通过接口电路 光电隔离 采集状态量状态量包括开关位置 闸刀位置 保护信号等所有能提供空接点的位置信号 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 2模拟量采集 遥测 交流采样有功 无功 线电压 相电压 电流 工频频率 功率因素 基波及高次谐波分量等变送器采样直流变送器 主变油温 直流控制母线电压等其他变送器遥测越死区传送 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 3脉冲量采集和处理 遥脉 采集脉冲电度表脉冲输出累计脉冲电度量 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 4执行控制命令 遥控 接收调度端遥控指令遥控选择遥控执行 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 5事件顺序记录 SOE 当某个开关量发生变位后 记录测量对象编号 变位时刻 变位后的状态SOE精确记录测控对象发生事故时各设备及包含的精确动作时序 辅助调度员进行运行决策和事故分析站内SOE分辨率小于5ms 站间小于10ms 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 6通信功能与远方调度端进行通信按一定的规约组织传输报文 向主站端发送按一定的规约接受主站端的控制或者问答命令与本地监控系统进行通信通过串口接入站内智能通信设备智能电度表直流屏五防微机保护通过MODEM进行远程维护 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 7对时功能采用全球定位系统GPS在RTU装设处安装GPS 通过RS232接口与RTU进行通信采用软件对时某些规约提供了软件对时功能 但要考虑通道时延进行修正 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 8自恢复与自检测事故情况下当RTU可以自动恢复运行为了维护方便 要求RTU含有自检程序 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU的基本功能2 3 9人机界面测量信息当地显示参数查询报文监视运行方式设置 二 远动终端设备 RTU 2 4RTU实例 DEP 1000RTU DEP 168测量接口装置 DEP 100总控装置 DEP 180遥控遥调装置 二 远动终端设备 RTU 2 4RTU实例DEP 1000的主要功能遥测遥脉遥控通信人机界面 二 远动终端设备 RTU 2 4RTU实例DEP 1000的主要特点标准4U插箱为一层 每层完成各自功能 结构明了 紧凑 组屏方便多CPU分布式结构每周波32点同步采样 极高的遥测精度完整的通信规约库支持各种数据传送通道 电话拨号 以太网 远方修改装置内部工作参数 远程维护连接站内各种智能设备通过LONWORK与分散失测控装置通信可串接多级RTU 三 通信系统 3 1电力系统主要的通信模式3 1 1有线通信音频电缆 电话线 RS 232接口 调制解调电力线载波RS 232接口 载波机 高频调整解调光纤多种接口 RS 232 485 以太网 光端机 光电转换 三 通信系统 3 1电力系统主要的通信模式3 1 2无线通信微波终端站 中继站以微波为传输媒介进行调制解调卫星租用卫星通道利用同步卫星作为中继站无线扩频扩频无线调制解调 三 通信系统 3 2远动通信系统的结构 三 通信系统 3 3远动通信规约3 3 1问答式规约 Polling 特点RTU有问必答RTU无问不答优点多台RTU共线变化信息传送 压缩数据块长度 提高速度全双工 半双工通道点对点 一点多址 环形结构 通道适应性强缺点响应慢对通道要求高整帧校验 常见的Polling规约如SC1801 U4F 三 通信系统 3 3远动通信规约3 3 2循环式规约特点RTU不断地循环上报现场数据 主站被动接收以帧为传输单位 帧长度可变 可有不同优先级优点对通道要求不高信息字校验 大大提高数据利用率遥信变位优先传送容量大多个子站和多个主站同时通信缺点只能用点对点方式连接一般遥测量变化相应慢 常见的循环式规约如CDT 三 通信系统 3 3远动通信规约3 3 3对等方式规约特点支持ISO7层网络协议模型的子集 物理层 数据链路层 传输层 应用层等 支持点对点 一点多址 多点多址 对等通信方式支持问答式和自动上报数据传输方式支持通信冲突碰撞避免 检测支持带时标的量规约实例DNP3 0IEC 60870 5 101 三 通信系统 3 3远动通信规约3 3 4网络通信规约特点支持TCP IP协议可基于局域网 广域网进行通信一般是对等通信协议的网络化封装规约实例TASE2IEC 60870 5 104 四 调度主站系统 SCADA 4 1概述4 1 1调度SCADA系统的发展过程单机 网络文件存储 数据库文字 图形硬件前置 软件前置冗余结构 客户服务器数据交换 WEB监视控制 系统管理远动模型 电网模型SCADA EMS 四 调度主站系统 SCADA 4 1概述4 1 2国内调度自动化系统的应用现状省级电网调度中心SCADA AGC PAS DTS地区电网调度中心SCADA PAS DTS县级电网调度中心SCADA 四 调度主站系统 SCADA 4 2系统硬件结构 以太网 WEB服务器 通讯服务器 数据服务器 数据服务器 调度工作站 维护工作站 PAS工作站 MIS系统 图形服务器 MODEM 调度工作站 DTS工作站 远程工作站站 公用电话网 电量采集装置 路由器 大屏幕投影系统 网络打印机 通道柜 双机切换 MODEM池 RTU FTU 公用电话网 四 调度主站系统 SCADA 4 3系统软件结构 历史数据库 客户端应用 WEB服务器 实时数据库 实时数据库管理系统 数据服务 告警服务 控制服务 服务器网络服务接口 客户端网络服务接口 客户端应用 浏览器 ODBC ADO 数据库应用 实时服务器 实时客户机 前置网络服务接口 通信管理 采样服务 实时前置机 网络接口 TCP IP 规约处理 四 调度主站系统 SCADA 4 4运行平台Unix可靠性高投资大开发 维护 使用困难Windows可靠性比Unix系统低投资小开发 维护 使用容易混合平台服务器端用Unix客户端用Windows 四 调度主站系统 SCADA 4 5数据库系统4 5 1商用数据库和实时数据库 实时数据库 数据文件 文件模式 内存 磁盘 商用关系型数据库 数据库模式 实时数据库 历史数据保存在商用关系型数据库中 实时刷新的数据保存在实时数据库中 四 调度主站系统 SCADA 4 5数据库系统4 5 2常见的商用关系型数据系统Oracle Oracle公司 Sybase Sybase公司 DB2 IBM公司 SQLServer 微软公司 四 调度主站系统 SCADA 4 6体系结构 四 调度主站系统 SCADA 4 7前置通信 四 调度主站系统 SCADA 4 7前置通信 GPS MODEM池及双通道切换装置 终端服务器 交换机 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 1数据库管理实时数据库装载实时数据库备份实时数据维护实时数据浏览实时数据编辑 新建 删除 修改 实时数据库访问接口 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 2前置通信管理规约配置通信端口配置通信报文查看通信报文记录和规约处理程序交换数据和服务器交换数据 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 3数据处理数据采样计算量处理生数据处理限值处理统计量处理积分量处理 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 4图形系统设备图元制作画面制作实时画面显示画面浏览显示遥控 挂牌 人工置数 变位确认等 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 5告警系统越限定义系统告警文本图形音响打印事件记录与查询 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 6历史与计划数据管理历史采样数据查询计划数据编辑历史数据编辑历史数据处理 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 7报表管理报表制作报表生成报表打印报表查询统计 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 8保护管理远方调定值远方复归远方设定值 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 9用户管理用户权限管理 四 调度主站系统 SCADA 4 8系统功能4 8 10WEB系统实时画面显示报表查询统计事件查询统计历史数据查询统计计划数据录入WEB用户权限管理 五 调度主站系统 PAS 5 1概述5 1 1PAS系统和SCADA系统的关系SCADA系统面向远动模型PAS系统面向电网模型PAS系统需要SCADA系统中的实时数据SCADA系统完成数据采集与初步处理PAS系统在网络模型上进行高级分析PAS和SCADA系统构成EMS系统 五 调度主站系统 PAS 5 1概述5 1 2PAS系统的主要功能建立电网模型网络实时拓扑分析状态估计获得网络实时运行方式调度员潮流计算负荷预测无功电压优化其他网络分析功能 五 调度主站系统 PAS 5 2网络建模网络设备参数模型网络设备拓扑模型网络设备测量模型 五 调度主站系统 PAS 5 3拓扑分析电气岛分析合并零阻抗支路由设备关联模型生成母线支路模型 五 调度主站系统 PAS 5 4状态估计实施状态估计的原因测量系统存在误差数据不可能完全采集到状态估计的主要原理利用冗余测量与网络运行方程联合求解 目标为测量误差最小状态估计的结果获得每一节点的电压和相角获得全网的潮流分布 五 调度主站系统 PAS 5 5调度员潮流实施调度员潮流的原因改变运行方式是否安全调度员潮流计算的主要原理获取状态估计实时断面假设操作前后系统负荷不变改变运行方式进行潮流计算 观察模拟操作后的网络运行是否安全调度员潮流计算的结果模拟操作后全网的潮流分布 六 调度自动化系统的