第四章 电力调度自动化.ppt

电力系统调度自动化 乔明继电与供电教研室 第一节电力系统运行状态和相应的调度控制 电力系统的运行状态可以用一组包含电力系统状态变量 如各节点的电压幅值和相位角 运行参数 如各节点的注入有功功率 和结构参数 网络连接和元件参数 的微分方程组描述 目前 电力系统运行状态尚没有严格定义 一般将其分为正常状态 警戒状态 紧急状态 崩溃状态和恢复状态 由于电力负荷始终是变动的 而且系统故障具有不可预见性 为了有效地控制电力系统 需要将电力系统的运行状态进行分类 以便在不同运行状态时对电力系统实行控制 一 电力系统的正常运行状态和非正常运行状态 从客观上讲 电力系统的运行状态可分为正常状态和非正常状态 电力系统正常运行时 运行参数在允许的上 下限值之内 如果有一个或几个运行参数在允许的上 下限之外时 电力系统就处于不正常状态了 正常状态可用数学式描述 即 如果式 4 1 式 4 3 成立 则电力系统运行正常 否则就不正常 式 4 1 式 4 3 也称为电力系统运行的不等式约束条件 式 4 1 式 4 2 是通过调节系统内有功和无功输入使之与系统内所消耗的有功和无功保持平衡实现的 将其用数学式描述 即 式 4 4 说明 系统内所有电源发出的有功功率总和等于系统内所有负荷和输配电设备运行在系统频率允许的范围之内消耗的有功功率总和时 系统频率就在允许的上 下限之内 否则就会高出上限值或低于下限值 式 4 5 说明 系统内所有无功电源发出的无功功率总和等于系统内所有负荷和输 配电设备运行在系统电压U允许的范围之内 即满足式 4 2 所消耗的无功功率总和时 系统电压就在允许的上 下限值之内 否则就会高出上限值或低于下限值 二 电力系统运行状态及其相应的调度控制 1 正常运行状态系统满足所有的约束条件 2 警戒状态电力系统受到严重的扰动或者一系列小扰动逐步积累 使电力系统总的备用裕度减少 安全水平降低后 就可能进入警戒状态 3 紧急状态如果受到严重干扰 使运行极限被破坏 系统就进入了紧急状态 4 崩溃状态在紧急状态下 如果不能及时消除故障和采取适当的控制措施 或者措施不得 电力系统可能失去稳定 在这种情况下为了不使事故进一步扩大并保证对部分重要负荷供电 自动解列装置可能动作 调度人员也可以进行调度控制 将一个并联运行的电力系统解列成几部分 这时电力系统进入了崩溃状态 5 恢复状态通过自动装置和调度人员的调度控制 在崩溃系统大体上稳定下来以后 可使系统进入恢复状态 1 电力系统调度和调度管理 电力系统调度是电力系统生产运行的确指挥部门 直接领导发电 输电 变电 配电各部门运行人员 对设备的运行 操作和事故处理作出决定 以保证电力系统安全 经济 优质及科学的运行 随着电网的的扩大和互联 电力调度由一级向多级发展 网调 省调 地调 县调 其调度任务更加复杂 需要更加科学的管理手段 三 电网调度的任务 1 指挥系统 2 电力系统调度工作的性质和任务 2 生产性质 3 管理职能 指挥发电厂 变电所的倒闸操作 事故处理和调整有功功率与无功功率 负责电网的安全稳定和经济运行 制定接线方式 规定并控制维稳极限 确定设备整定值 负责涉及自动化的有关技术工作 负责技术管理工作 掌控发供电单位运行情况 制定运行操作规程 开展专业培训 制定和贯彻安全经济运行措施 1 电力系统调度工作的性质 2 电力系统调度工作的任务 1 满足用户的用电需要 3 保证电能质量 2 保证用电安全 4 经济合理地利用能源 根据负荷需要及实际情况 科学安排设备运行 备用和维护 组织供用调剂 使系统运行在最佳状态 监视运行参数使之保持在稳定范围内 控制运行系统确保可靠 指挥安全操作 准备反事故措施 限制事故扩大等安全生产工作 周波指标 一般50 0 5Hz以内 300万以上电网50 0 2Hz以内 电压指标 波动小于 5 35kV以下最大不超过 10 根据能源配置情况 调剂机组运行 减少高价能源消耗 适时科学调整线路潮流 减少有功和无功消耗 减低供电成本 3 电力系统调度的几项基本工作 1 预测负荷 3 倒闸操作 2 平衡电源 编制计划 4 事故处理 根据负荷需要及现实情况 编制月负荷计划及24小时负荷预测 供值班人员执行 一般负荷预测与实际情况的误差在1 以内 根据24h负荷预测 及各电厂实际情况编制发电任务 提前下达 考虑因素 检修 能源储备 调峰调频 潮流合理等 统一指挥大型区域发电设备 变电设备的投入或解列等 隔离事故 恢复供电 确保电网正常 5 经济调度 3 现代电网调度自动化系统的主要功能 1 数据采集与安全监视 SCADA 2 安全分析3 经济调度4 自动控制5 调度员模拟培训6 调度信息管理系统7 水调自动化系统8 电力市场技术支持系统 四 我国电网的分层调度控制 中华人民共和国 电力法 规定 电网运行实行统一调度 分级管理 电网调度管理条例 明确 调度机构分为五级 即国家调度机构 跨省 自治区 直辖市调度机构 省 自治区 直辖市级调度机构 省辖市级调度机构 县级调度机构 目前我国已建立了较完备的五级调度体系 分别是国家电力调度通信中心 简称国调 东北 华北 华东 华中 西北 南方电力调度通信中心 简称网调 各省 直辖市 自治区 电力公司电力调度通信中心 简称省调 还有270个地调和2000多个县调 各级调度机构对各自调度管辖范围内的电网进行调度 依靠法律 经济 技术并辅之以必要的行政手段 指挥和保证电网安全稳定经济运行 维护国家安全和各利益主体的利益 我国各电网位置示意图 1 我国的调度中心分类 2 电网调度自动化系统的软硬件配置 2 电网调度自动化系统的软硬件配置 1 调度端的硬件配置控制中心一般均由分布式计算机网络构成通信管理计算机 前置机 承担数据收集的设备 主服务器 处理与管理数据和协调系统工作的计算机 调度员工作站 为调度员建立人机界面的计算机 应用工作站 完成专项任务的计算机 2 调度端的软件配置系统软件 四大任务 CPU 内存 任务 外设 管理应用软件 为完成电力调度的各种功能的软件 3 厂站端的软硬件配置远方终端装置 RTU 过程设备 信号连接与转换设备 变送器 互感器 信号电缆等待 第六节电力系统远动终端单元 远动终端 RemoteTerminalUnit 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 简称RTU RTU采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量 监视并向主站传送这些模拟量和状态量 执行主站向所在发电厂或变电站发控制和调节命令 一 远动终端单元的功能 RTU的基本功能 1 四遥功能 遥信开关 变压器抽头 位置信号 装置 设备 动作信号及状态信号 事故总信号 停电信号等数字量 遥测有 无 功功率 电压 电流 温度 压力 频率 功率因数等模拟量 遥控远方控制断路器的合 分以及电容器 电抗器 的投切和其它采用继电器控制的设备 遥调有载调压变压器抽头的升 降调节和其它需调节的设备 一 远动终端单元的功能 RTU的基本功能 2 事件顺序记录 事故时的SOE是为区分事件顺序 以便作出运行对策和事故分析 SOE的时间分辨率是RTU重要的性能指标SOE的站内 同一RTU内 的分辨率要求小于5msSOE的站间 RTU之间 的分辨率要求小于10ms 要求各RTU的时钟与调度中心的时间严格同步利用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对时采用软件对时 电能采集与其它系统通信一发多收复位与自检当地显示与参数修定打印制表 3 系统对时 4 其它功能 二 远动终端单元 RTU 的结构模式 1 单CPU的结构 集中式RTU 整个变电站只有一个处理所有信息的RTU 其它非智能模块集以并行总线方式相联系 并布置在一个机箱中 SI 遥信模块AI 遥测模块PA 电能脉冲采集模块SG 开关组态模块SOC 遥控模块SOR 遥调模块KB 键盘与显示模块WTD 监视定时模块 优点 造价低缺点 数据量小且远程采集困难适合小规模开关站 1 功能分布式RTU 按功能组成各个智能模块的多CPU系统 各智能模块及CPU之间以串行总线方式相联系 IYX 遥信IYC 遥测IPA 电能脉冲采集M 调制解调器ISOC 遥控ISOR 遥调KB 键盘与显示WTD 监视定时 优点 灵活 处理能力强缺点 造价稍高 制造麻烦 2 多CPU的结构 2 结构分布式RTU 按设备或回路设计的多RTU 四遥量在一个单元中处理 系统 优点 灵活 处理能力强集成化产品目前市场上的主打产品 2 多CPU的结构 3 中断与中断优先权 由于RTU的任务对实时性要求较强 所以RTU的任务大多数采用中断方式完成 因此 RTU在实时运行中可以出现多个中断源 故需采用一片8259A来扩展中断输入 使整个系统可扩展到12级中断服务 8085A的中断扩展如图4 25所示 8085A中五条中断输入级的优先级及转移地址如表4 1所示 1 遥控及命令的校核遥测和遥信是厂站向主站传送信息 遥控是主站向厂站端下达的操作命令 直接干预电网的运行 所以 遥控要求有很高的可靠性 在遥控过程中 采用 返送校核 的方法 实现遥控命令的传送 所谓 返送校核 是指厂站端RTU接收到主站的命令后 为了保证接收到的命令能正确地执行 对命令进行校核 并返送给主站的过程 在遥控过程中 主站发往厂站RTU的命令有三种 即遥控选择命令 遥控执行命令和遥控撤消命令 遥控选择命令包括两个部分 一个是选择的对象 用对象码指定对哪一个对象进行操作 另一个是遥控操作的性质 用操作性质码指示是合闸还是分闸 遥控执行命令指示RTU接收到的选择命令 执行指定的开关操作 遥控撤消命令指示RTU撤消已下达的选择命令 厂站RTU向主站传送的校核信息 用以指明RTU所收到命令与主站原发的命令是否相符以及RTU能否执行遥控选择命令的操作 为此 厂站端校核包括两个方面 三 遥控输入与输出 1 校核遥控选择命令的正确性 即检查性质码是否正确 检查遥控对象号是否属于本厂站 2 检查RTU遥控输出对象继电器和性质继电器是否能正确动作 1 主站向厂站端RTU发遥控选择命令 2 RTU接收到选择命令后 启动选择定时器 校核性质码和对象码的正确性 并使相应的性质继电器和对象继电器动作 使遥控执行回路处于准备就绪状态 3 RTU适当延时后读取遥控对象继电器和性质继电器的动作状态 形成返校信息 4 RTU将返送校核信息发往主站 5 主站显示返校信息 与原发遥控选择命令核对 若调度员认为正确 则发送遥控执行命令到RTU 反之 发出遥控撤销命令 6 RTU接收到遥控执行命令后 驱使遥控执行继电器动作 若RTU接收到遥控撤销命令 则清除选择命令 使对象和性质继电器复位 7 RTU若超时未收到遥控执行命令或遥控撤消命令 则作自动撤消 并清除选择命令 8 遥控过程中遇有遥信变位 则自动撤消遥控命令 9 当RTU执行遥控执行命令时 启动遥控执行定时器 定时到 则复位全部继电器 10 RTU在执行完成遥控执行命令后 向主站补送一次遥信信息 2 遥控过程 由1片3号8255A 2片反向器MCl413 8个遥控对象继电器K1 K8 2个遥控性质继电器KHZ KFZ 遥控执行继电器 KZX组成 3 典型的遥控输入电路原理图 KHZ KFZ RTU的遥控输出电路并不直接控制断路器分闸 合闸回路 而是接入遥控执行屏 由遥控执行屏输出信号控制断路器的分闸 合闸操作 图4 27所示是遥控输出电路与遥控执行屏的连接图 K1 K8是遥控输入电路中8个对象继电器输出的动合 常开 触点 遥控输出性质和执行继电器触点与遥控执行屏相应的回路连接 KHZ KFZ和KZX分别是RTU合闸 分闸 执行继电器的动合触点 KHJ和KFJ分别是执行屏上合闸 分闸继电器 4 遥控输出电路与遥控执行屏的连接 遥调命令的可靠性要求一般没有遥控那样高 故通常不采用返送校核的方式传送遥调命令 RTU接到主站下达的遥调命令后 就可将命令整定值经D A变换成模拟量信号 模拟遥调输出 或直接将数字量信号 数字遥调输出 输出到对象选择号指定的调节装置执行 四 遥调输入与输出 工作原理 RTU接收到遥调命令后 将命令中的整定值数字量通过4号8255A输送给数模转换器 根据命令的选择对象 选择遥调输出地址号送多路开关CD4051 将数模转换器与遥调装置的输入电路接通 数模转换输出的模拟电压通过CD4051对保持电容充电 并达到相应的电压值 当多路开关切换到其他输出回路后 由于电容放电阻抗大 放电速度很慢 电压能保持一段时间 而电路能根据当前各路的输出数值周而复始地工作 第二次充电很快到来 故此作用相当于 刷新 因此输出电压得以保持 除接到遥调命令外 CPU可定时 刷新 各路模拟量输出 1 RAM的故障检测RAM可能出现的故障有 控制线故障 某些存储单元固定为1或O 有的数据线固定为1或O 地址译码器故障 有的地址线固定为1或0等几种 从功能考虑 对RAM的主要要求是 所选中的地址正确 能读能写 数据正确 各单元互不影响 五 RTU的故障检测 2 ROM的故障检测ROM可能出现的故障与RAM相仿 写除外 由于ROM平时不能写入 因而不能用检查RAM的先写后读方法 对ROM的检查通常采用奇偶校验法 在ROA测试区的末尾增加一个校验字 存放按列的奇校验值 在ROM固化