电力系统调度自动化课件.ppt

电力系统调度自动化 2013 2014第一学期电气10级 释名 课名 电力系统调度自动化 对象目标方法 教材名 电网监控与调度自动化 安全稳定经济优质可靠N 1原则电网的功能是什么 现代电网具有哪些特点 如何从宏观上对电网进行分析 电网中变电站的作用是什么 可分为哪几种 电力系统通信网的功能是什么 各子系统的作用如何 电力系统电网 组成电力工业的发电及其动力系统 输电 变电 配电 用电设备 也包括调相调压 限制短路电流 加强稳定等的辅助设施 以及继电保护 计量 调度通信 远动和自动调控设备等所谓二次系统的种种设备的总和统称为电力系统 它是按规定的技术和经济要求组成的 并将一次能源转换成电能输送和分配到用户的一个统一系统 一般我们把电力系统中的发电 输电 变电 配电等一次系统及相关继电保护 计量和自动化等二次网络统称为电力网络 俗称电网 什么是电力系统的安全和稳定 经济运行 安全是指运行中所有电力设备必须在不超过它们的允许电流 电压和频率的幅值和时间限额内运行 不安全的后果可能导致电力设备的损坏 稳定是指电力系统可以连续相符合正常供电的状态 电力系统稳定是指当电力系统受到扰动后 能自动地恢复到原来的运行状态 或凭借控制设备的作用过渡到新的稳定状态运行 同步运行稳定性 功角稳定性 频率稳定性电压稳定性同步稳定性 静态稳定性暂态稳定性动态稳定性电网经济运行就是在整个系统发电量一定的条件下 合理分配发电厂的有功功率负荷率 使系统一次能源消耗最少 合理配置无功资源 提供功率因数 改进电网的结构和参数 组织变压器经济运行 以降低电力网电能损耗 N 1准则 判定电力系统安全性的一种准则 又称单一故障安全准则 按照这一准则 电力系统的N个元件中的任一独立元件 发电机 输电线路 变压器等 发生故障而被切除后 应不造成因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电 不破坏系统的稳定性 不出现电压崩溃等事故 当这一准则不能满足时 则要考虑采用增加发电机或输电线路等措施 N 1原则与可靠性分析相比较 它的计算简便 不需搜集元件停运率等大量原始数据 是一种极为简便的安全检查准则 在欧美一些电力公司得到了广泛应用 但对 独立元件 的定义不尽相同 如有的公司规定为一输电元件 线路或变压器 和一发电机组 或者两台发电机组 中国某些电力部门在电网规划中也采用了N 1原则 一般规定一个独立元件为一台发电机组 或一条输电线路 或一台变压器 判断线路是否过负荷 通常使用线路发热条件的载流量极限值 电力系统三道防线 电力系统安全稳定导则 DL755 2001 第一道防线 第一级安全稳定标准保持稳定运行和电网的正常供电 由继电保护装置快速切除故障元件 最直接最有效地保证电力系统暂态稳定 第二道防线 第二级安全稳定标准保持稳定运行 但允许损失部分负荷 采用稳定控制装置及切机 切负荷等措施 确保在发生大扰动情况下电力系统的稳定性 第三道防线 第三级安全稳定标准 当系统不能保持稳定运行时 必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失 当电力系统遇到多重严重故障而稳定破坏时 依靠失步解列装置将失步的电网解列 并由频率及电压紧急控制装置保持解列后两部分电网功率的平衡 防止事故扩大 防止大面积停电 什么是电网的安全自动装置 都有哪些 电网的安全自动装置就是当电力系统发生故障或异常运行时 为防止电网失去稳定和避免发生大面积停电 而在电网中普遍采用的自动保护装置 如自动重合闸 备用电源和备用设备自动投入 自动切负荷 按频率 电压 自动减负荷 发电厂事故减出力或切机 电气制动 水轮发电机自动启动和调相改发电 抽水蓄能机组由抽水改发电 自动解列及自动快速调节励磁等装置 其作用就是以最快的速度恢复电力系统的完整性 防止发生和终止已开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故 如使电力系统失去稳定 频率崩溃和电压崩溃等 安全自动装置按其在电网中的作用包括如下三点 1 维持系统稳定的有快速励磁 电力系统稳定器 电气制动 快关汽门及切机 自动解列 自动切负荷 串联电容补偿 静止补偿器及稳定控制装置等 2 维持频率的有按频率 电压 自动减负荷 低频自启动 低频抽水改发电 低频调相转发电 高频切机 高频减出力等 3 预防过负荷的有过负荷切电源 减出力 过负荷切负荷等 电网的功能是什么 现代电网具有哪些特点 电网是电源和用户之间的纽带 其主要功能就是把电能安全 优质 经济地送到用户 电力工业发展的实践表明 要实现这一目标 这种优越性 就必须建设一个现代化的电网 大电网具有不可取代的优越性 而要充分发挥现代电网的特点主要包括 1 主网架由强大的超高压系统构成 2 各电网之间联系较强 3 电压等级简化和供电电压提高 4 具有足够的调峰 调频 调压容量 能实现自动发电控制 AGC 5 具有较高的供电可靠性 6 具有相应的安全稳定控制系统 7 具有高度自动化的监控系统和电能量自动计量系统 8 具有高度现代化的通信系统 9 具有适应电力市场运营的技术支持系统 10 有利于各种能源的合理利用 11 具有高素质的职工队伍 如何从宏观上对电网进行分析 组成电网的发电 输电 变电 配电 用电等设备 从电路原理上理解 无外乎是由电阻 电抗和电容三个元件组成的多重环网电路 由于发电设备是旋转设备 电路中建立的电压和流动的功率 包括有功功率和无功功率 是交流分量 因此分析电路中的电压 电流 功率的关系就必须以基尔霍夫定律和矢量分析为基础 在掌握好电阻 电抗和电容间的电气关系前提下 用电路基本定律和矢量图的分析方法即可对电网中的诸如电压 势 电流 功率和损耗进行分析 如何从宏观上对电网进行分析 组成电网的发电 输电 变电 配电 用电等设备 从电路原理上理解 无外乎是由电阻 电抗和电容三个元件组成的多重环网电路 由于发电设备是旋转设备 电路中建立的电压和流动的功率 包括有功功率和无功功率 是交流分量 因此分析电路中的电压 电流 功率的关系就必须以基尔霍夫定律和矢量分析为基础 在掌握好电阻 电抗和电容间的电气关系前提下 用电路基本定律和矢量图的分析方法即可对电网中的诸如电压 势 电流 功率和损耗进行分析 电网中变电站的作用是什么 可分为哪几种 变电站是电网中的线路连接点 是用于变换电压 接受和分配电能 控制电力的流向和调整电压的电力设施 变电站是联系发电厂和用户的中间环节 它通过其变压器将各级电压的电网联系起来 是电力网的枢纽 其包含的设施主要是起变换电压作用的变压器设备 除此之外 变电站的设施还有开闭电路的开关设备 汇集电流的母线 计量和控制用的互感器 仪表 继电保护装置和防雷保护装置 调度通信装置等 有的变电站还有无功补偿设备 一般我们把其中变压器 母线 断路器 隔离开关 电缆等传送和分配负荷的一次设备及继电保护 自动化控制 直流系统等二次设备叫做变电站的主设备 其他如架构 建筑等叫做变电站的辅助设备 变电站可分为枢纽变电站 区域变电站和地区变电站 当枢纽变电站全站停电时 将引起地区电网瓦解 造成大面积停电 严重时甚至影响整个电网的几个省 市的正常供电 电网中变电站的作用是什么 可分为哪几种 变电站是电网中的线路连接点 是用于变换电压 接受和分配电能 控制电力的流向和调整电压的电力设施 变电站是联系发电厂和用户的中间环节 它通过其变压器将各级电压的电网联系起来 是电力网的枢纽 其包含的设施主要是起变换电压作用的变压器设备 除此之外 变电站的设施还有开闭电路的开关设备 汇集电流的母线 计量和控制用的互感器 仪表 继电保护装置和防雷保护装置 调度通信装置等 有的变电站还有无功补偿设备 一般我们把其中变压器 母线 断路器 隔离开关 电缆等传送和分配负荷的一次设备及继电保护 自动化控制 直流系统等二次设备叫做变电站的主设备 其他如架构 建筑等叫做变电站的辅助设备 变电站可分为枢纽变电站 区域变电站和地区变电站 当枢纽变电站全站停电时 将引起地区电网瓦解 造成大面积停电 严重时甚至影响整个电网的几个省 市的正常供电 电网中变电站的作用是什么 可分为哪几种 电力系统通信网的任务是为电网生产运行 管理 基本建设等方面服务 主要功能应满足调度电话 行政电话 电网自动化 继电保护 安全自动装置 计算机联网 传真 图像传输等各种业务的需要 电力系统通信网的子系统及作用为 1 调度通信子系统 该系统为电网调度服务 2 数据通信子系统 这个系统为调度自动化 继电保护 安全自动装置 计算机联网等各种数据传输提供通道 3 交换通信子系统 这个系统为电力生产 基建和管理部门之间的信息交换服务 电力系统通信网 电力系统通信网的任务是为电网生产运行 管理 基本建设等方面服务 主要功能应满足调度电话 行政电话 电网自动化 继电保护 安全自动装置 计算机联网 传真 图像传输等各种业务的需要 电力系统通信网的子系统及作用为 1 调度通信子系统 该系统为电网调度服务 2 数据通信子系统 这个系统为调度自动化 继电保护 安全自动装置 计算机联网等各种数据传输提供通道 3 交换通信子系统 这个系统为电力生产 基建和管理部门之间的信息交换服务 第一章概述 第一节电力系统运行及监控与调度自动化第二节电网监控与调度自动化系统的结构与功能 第一节电力系统运行及监控与调度自动化 一电力系统的运行状态 1 进行电力系统运行状态划分的目的2 电力系统运行状态划分的标准 视角和范围 2 1设备角度各设备均运行于参数允许范围之内 2 2系统角度 电力系统运行中的约束条件 1 系统负荷需求 等式约束 未计及网损 E 2 运行约束 无潮流电压越限 不等式约束 C 3 可靠性约束 预想事故分析检查 R 电力系统的运行状态 储备系数减小或干扰概率增大 由于外界干扰使电压 频率 潮流越限 解列 不安全 安全 危险 系统解列 二电力系统控制的分类 按控制对象时间特性假设条件 按控制对象分类的三大自动控制系统 1 AGC AutomaticGenerationControl 自动发电控制 AFC 2 AVC AutomaticVoltageControl 自动电压控制3 ASC AutomaticStateControl 自动稳定控制 视角 横向 维度 纵向 深度 AGC AutomaticGenerationControl 正常运行时的频率控制在负荷正常变化时 自动调节发电机的有功出力 以保持有功供需平衡和频率稳定 保持系统联络线的功率为规定值 同时 在调节发电功率时 还要考虑按最经济原则 EDC 分配各机组处理 紧急状态下的频率控制在系统中有功功率出现大的扰动 频率出现大的偏差时 强力调控频率使其尽快返回正常值 以保证电力系统的运行安全 按时间特性 1 实时控制就地装置完成2 非实时控制集中式控制系统完成 电力系统自动化系统基本构成 1 信息就地处理系统就地 分散配置 控制 保护2 信息集中处理系统信息采集 通信 远方控制 信息就地处理系统 继电保护自动装置同步发电机并列装置电压 无功自动调节装置频率及有功功率自动调节装置低频自动减负荷装置故障测距 小接地选线备用电源自投入自动重合闸 信息集中处理系统 保证电力系统在进入电力市场时代后安全 优质 经济运行的支柱 继电保护安全自动装置安全稳定控制系统电网调度自动化系统电力专用通信网系统电力市场技术支持系统 电力系统自动化系统基本构成 按假定条件 第一条件 时间性质过去现在将来 1 将来预防性控制 按假定条件 1 时间性质 2 过去现在基于当前所处状态的定义假定系统稳定运行 控制操作不会影响系统稳定运行稳态控制优化调度 经济运行 AGC AVC假定系统不处于稳定运行状态或临界状态 控制操作目的使系统恢复系统稳定或返回正常运行状态紧急控制频率控制 电压控制 稳定控制假定系统崩溃后 系统处于恢复状态恢复控制黑启动 全停条件下的恢复 三电力系统中的可调控点 1 可调控点位于厂站内2 具体的可调可控点发电机组调速器 调节原动机的进气量或进水量 调节发电机有功功率P 发电机励磁调节器 调节发电机的转子励磁电流 调节发电机无功功率Q 变压器档位调节开关 改变变压器绕组的匝数比和电压比 调节变压器二次侧线电压 三电力系统中的可调控点 断路器 控制电路的通断 投入 切除发电机 变压器 线路 负荷 电容器 电抗器 制动电阻 以及电网的解列 并网 调相机励磁调节器 调节调相机的转子励磁电流 调节调相机无功功率值Q 静止补偿器 调节晶闸管的导通角 调节其无功功率Q汽轮机组快关汽门 快速减少发电机有功功率值P 发电机灭磁开关 快速减少发电机定子电压 电力系统中的可调控点 在一个大型电力系统中 发电机会有几百台 变压器会有上万台 而断路器则有几万台 因此大型电力的可调可控点一定是数以万计 甚至有几十万个 怎么管理 四 电力系统一次系统的数据模型 1 电力系统一次系统的数据模型2 1模型对研究对象的有目的抽象 抽象是指从众多的事物中抽取出共同的 本质性的特征 而舍弃其非本质的特征 2 2电力系统一次系统模型 1 电力系统一次系统 2 如何为电力系统一次系统建模如何有目的的省略后建立电力系统的模型 电力系统一次系统 1 由发 输 变 配 用这样五个环节构成的系统 被称为电力系统 2 进行省略2 1输电系统发 输 变 配2 2配电系统输 变 配 用3 以输电系统为例进行建模 南方电网地理接线示意图 以输电系统为例进行建模 1 输电系统的构成 显式 输电线厂站 发电厂 变电站 2 输电系统的构成 隐式 公司 管理者 控制区 逻辑管理 厂站内设备 发电厂设备 变电站设备 厂站的出线3 层次型的电力系统模型用树型 层次 结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型 层次型的电力系统一次系统数据模型 四 电力系统一次系统数据模型 电力系统实际组织模式直接影响到电力系统运行管理方式 五 电力系统的分层控制 大规模联合电网 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 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 我国调度系统构成 信息 调度令 国调职责 国家调度 国调 通过计算机数据通信网与各大区电网控制中心相连 协调 确定大区电网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 其主要任务包括 1 在线收集各大区电网和有关省网的信息 监视大区电网的重要监测点工况及全国电网运行概况 并作统计分析和生产报表 2 进行大区互连系统的潮流 稳定 短路电流及经济运行计算 通过计算机数据通信校核计算结果的正确性 并向下传达 3 处理有关信息 作中期 长期安全经济运行分析 大区级调度职责 大区调度 区调 按统一调度分级管理的原则 负责跨省大电网的超高压线路的安全运行并按规定的发用电计划及监控原则进行管理 提高电能质量和运行水平 具体任务包括 1 实现电网的数据收集和监控 经济调度以及有实用效益的安全分析 2 进行负荷预计 制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划 闭环或开环地指导自动发电控制 3 省 市 间和有关大区电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 通过计算机数据通信校核各种分析计算的正确性并上报 下传 大区级调度职责 5 进行大区电网继电保护定值计算及其调整试验 6 大区电网中系统性事故的处理 7 大区电网系统性的检修计划安排 8 统计 报表及其他业务 省级调度职责 省级调度按统一调度 分级管理的原则 负责省内电网的安全运行并按照规定的发电计划及监控原则迸行管理 提高电能质量和运行水平 其具体任务包括 1 实现电网的数据收集和监控 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 闭环或开环地指导自动发电控制 3 地区间和有关省网的供受电量计划的编制和分析 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 通过计算计算机数据通信校核各种分析计算的正确性并上报 下传 地区调度职责 具体任务包括 1 实现所辖地区的安全监控 2 实施所辖有关站点 直接站点和集控站点 的开关远方操作 变压器分接头调节 电力电容器投切等 3 所辖地区的用电负荷管理及负荷控制 县级调度职责 县级调度主要监控110KV及以下农村电网的运行 其主要任务有以下几点 1 指挥系统的运行和倒闸操作 2 充分发挥本系统的发供电设备能力 保证系统的安全运行和对用户连续供电 3 合理安排运行方式 在保证电能质量的前提下 使本系统在最佳方式下运行 我国电力系统调度管理的方式 统一调度 分级管理 分层控制 与电力系统的实际物理结构密切相关 可解决可靠性 系统响应 调度管理的具体内容 调度管理的主要内容包括 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 有关规程制度的编制和人员培训等专业管理 据此 内部分为调度室 科 处 运行方式室 科 处 自动化室 科 处 保护室 科 处 通信室 科 处或公司 调度管理模式 根据电网管理形式不同 世界上典型的调度管理模式大致可分为三种 1 统一电网 统一调度1 局部电网的统一管理 统一调度2 国家电网的统一管理 统一调度 2 联合电网 统一调度PJM电网 3 联合电网 联合调度北美电网等 六 电力系统调度自动化系统的发展 1 早期阶段2 远动技术应用于调度自动化系统中3 以计算机技术为基础的调度自动化技术的应用4 调度自动化系统数据网络的建立 早期阶段 数据收集困难 主要依靠自动装置 电话以及调度运行人员的经验来调度和操作 无法做到实时管理 无法及时处理事故 容易造成事故的而扩大化 造成严重损失 远动技术应用于调度自动化系统中 计算机与相应的远动装置 实现 四遥 功能 以及通信设备组成系统 主要用来完成电力系统运行状态的监视 包括信息的收集 处理和显示 远距离开关操作以及制表记录和统计等功能 一般称为数据采集与监视控制 SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition 该阶段远动装置经历了从电子管和继电器逻辑 晶体管 集成电路的发展历程 最终进入全面的微机时代 以计算机技术为基础的调度自动化技术的应用 计算机技术 通信技术 网络技术 1 远动装置的微机化 功能多样化 如SOE 2 主站系统的功能升级从最初的SCADA 功能扩展到AGC 网络分析NA 调度管理和计划功能的系统 被称为能量管理系统 EMSEnergyManagementSystem 集中式 分布式 开放式 调度自动化系统数据网络的建立 我国国家电力信息网作为电力工业市场化运作所必需的网络基础设施已建设为基于IP交换技术的四级网络 网上开通的业务主要有 调度自动化系统 电子邮件服务 WWW服务 域名解析服务 办公自动化系统 管理信息系统 视频点播系统等 同时承载着实时准实时生产控制业务和管理信息业务 调度自动化的发展 范围 局部 子系统 管理系统理论基础 经典控制理论 现代控制理论 电力市场经济理论阶段 调度自动化的发展编年史 40年代 出现模拟屏 直观展示系统状态50年代 布线逻辑的远动装置及机电式的调频装置实现自动发电控制 AGC 60年代 利用数字计算机实现电力系统经济调度70年代 经济调度转移为安全调度 电网SCADA系统出现80年代 电网自动调频 有功功率经济分配的装置 自动调节系统和SCADA系统结合 成为SCADA AGC EDC系统90年代 增加电网高级应用软件 PAS 形成能量管理系统 EMS 七 调度自动化小结 1 电力系统调度自动化的基本任务2 电力系统调度自动化的基本概念 电力系统调度自动化的基本任务 保证供电优良的质量保证系统运行经济性保证供电安全保证强有力的事故处理措施 电力系统调度自动化的基本概念 电力系统的基本作用是能量的有效转换和传输能量管理的基