电网运行及控制研究.docx

电网运行与控制研究电力系统运行与控制，要求交一篇论文，讲清楚调度自动化、变电站自动化、配电自动化三方面的现状、存在的问题和最新的技术，五月下旬考试，考试之前交这个作业，字数不限。摘要：1 调度自动化1.1智能电网调度自动化系统的定义由通信网络的高速、集成这两个特点的影响发展而来的智能电网调度自动化系统顾名思义就是指电网实现科技化、智能化、自动化的一种先进、高端系统。它可通过先进的传感测量、设备组装、控制方法等来运行支持系统技术；通过自动化、数字化、标准化、集成化、市场化等手段高度集成测量、信息、监控、调节等功能；并实现了通过电子终端创造出实时、高速、双向的共享信息模式，让其成为互动运转的全新模式，从而改变了旧电网模式，现阶段要向着安全、环保、经济、高效的智能电网靠近。到目前为止，智能电网调度自动化系统整合了信息技术、通讯技术和可再生能源的接入技术等多个实战性强的新兴产业的革新，产业结构的优化升级指日可待。1.2智能电网调度自动化系统的主要性能智能电网调度自动化系统的本质就是取代、兼容并有效利用能源，是网络、配电网、传感器、通信、电力电子等技术的合成。智能电网调度自动化系统强大的兼容性打败了传统电网，极大程度地挖掘了可再生能源发电的潜力。1.2.1自愈性。电网安全可靠的操作主要表现在它对自愈性的依赖上。自愈性是指不需要或仅需要少数人为操作来完善电力网络中的不足，消除隐患。如元器件的阻隔或还原其正常运行功能、尽量减少供电中断次数。在网络中不间断地进行自我检测，不断强化防报控制系统，自动诊断、故障隔离和自我恢复等能力是自愈性能的主要表现，从这些实践我们可以看出自愈性是智能电网调度自动化系统最重要的性能之一。1.2.2兼容性。取代传统远距离集中发电模式的多种发电模式协调发展的新模式是智能电网调度自动化系统兼容性的表现。与计算机“即插即用”相类似的电网技术让其兼容了包含集中式发电在内的很多不同类型的发电模式和电力储存模式，这些发电模式可以在同一时间内运用于分散式发电和集中发电模式，从而使智能电网调度自动化系统一方面整合了可再生能源、燃料电池和其他的分布式发电技术，另一方面承载了传统的负荷过多的电力，分担了压力。与此同时智能电网调度自动化系统的多种能源接入的功能，特别是清洁再生能源这一功能，建立了环保的电力系统，消除了电网扰动的危害，从而实现了通过提高电力的可靠性和电能质量来减小电力损耗的目的；通过改善能源利用的效率来实现用户多选择的目的；通过接入多种多样的分布式电源来节约能源保护环境，促进了时代要求电网与自然环境和谐发展的需要。1.2.3交互性。供应和需求两方在同一时间同一地点参加电力的交换这一行为我们称之为交互性。交互性侧重点是在参与对象即用户上。智能电网调度自动化系统能够充分利用用户接口来最大限度地完成人机联系、互动、模拟，以此来实现资源的优化配置，完善电力系统的优化设计，促使供求关系的平衡，进而让其不断完善并茁壮成长。1.2.4优化性。成本的合理支付、资产的协调运行是智能电网调度自动化系统的优化性的集中体现。它通过分析整理区域分流状况、地区电源分布以及传输阻塞程度等情况来实现资产的合理运转，减小电网障碍，改善运行效率，进而从全局上完成网络运行，实现资产优化，减少能耗开销。1.2.5集成性。智能电网调度自动化系统在优化流程、整合信息、管理生产、调度自动化等行为上形成全面决策的统一化和规范化，充分体现其集成性。1.3智能电网调度自动化系统的主要功效从上面的介绍可知，智能电网调度自动化系统具有实时安全的电力供应、快捷强悍的电力输送能力和结实牢固的网架结构；五大优点让它具备合理优化运营成本、高效利用资源资产等多种能力；推进可再生能源利用与发展，减少能源浪费，实现能源的节省，控制污染物体排放，实现环境保护，并极大促进清洁电能在终端能源消费中的比例；完成智能传输数据的双向互动，实行电价制度的动态波动，达到电网、电源和用户的信息公开公平化目的。它产生于经济不断发展和科技进步的当今社会，对健康、科学、强大的智能电网的形成具有重大意义。1.3我国智能电网调度自动化系统现状及其发展趋势纵观我国智能电网调度自动化系统的建设情况，取得成果的同时也酝酿了不少缺陷。部分地区通过城乡改造完成了系统的建设，实现了配电网技术，改善了自动化程度。但是不完善的输电网联系使这一工程面临着严峻形势和巨大挑战。1.3.1我国智能电网调度自动化系统研究进展分析从我国智能电网调度自动化系统的研究报告中可得知系统建设进展体现在：稳定建设了一定数量的智能电网调度自动化系统，并做好了研究报告；制定并运行第一、第二两批试点工程的实施方案，对系统技术方案进行了整理；深入开展一系列与系统建设有关的研究讨论活动，并提炼出对接口、模型和规约等方面的重点研究，拟写好发展路线并撰写研究报告。1.3.2存在问题从近年来我国智能电网调度自动化系统建设来看，不足之处有不均衡的电力资源区域分布和不理想的用电负荷情况的阻碍；系统的技术水准存在很多缺陷，尚未满足各个方面的需求；较弱的网架结构和较落后的输配电设备，降低社会经济效益；清洁能源没有得到充分利用，降低了可持续发展速度；严重滞后于国际标准和技术等。我国的智能电网调度自动化系统体系的完善急需对策。2变电站自动化变电站作为整个电网中的一个节点,在电网中,担负着电能传输、分配任务。变电站继电保护、监控自动化系统是保证上述任务完成的基础。在电网统一指挥和协调下,电网各节点,如变电站、发电厂具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。因此,变电站自动化系统是电网自动化系统的一个重要组成部分。作为变电站自动化系统,他应确保:检测电网故障,尽快隔离故障部分;采集变电站运行实时信息,对变电站运行进行监视和计量;采集一次设备状态数据,供维护一次设备参考;当地后备控制。因此,要求变电站自动化系统运行高效、实时、可靠,对变电站内设备进行统一监测、管理、协调和控制。同时,他又必须与电网调度自动化系统进行实时、有效的信息交换、信息共享,优化电网操作,提高电网安全稳定运行水平,提高经济效益,并为电网自动化的进一步发展留下空间。变电站自动化:在变电站内应用自动控制技术、信息处理和传输技术、计算机硬软件技术实现变电站运行监测、协调、控制和管理任务,部分代替或取代变电站常规二次系统,减少和代替运行值班人员对变电站运行监视、控制的操作,使变电站更加安全、稳定、可靠运行。变电站自动化包括两个方面:横向综合利用计算机手段将不同厂家的设备连在一起,替代或升级老设备的功能;纵向综合在变电站层这一级,提供信息、优化、综合处理分析信息和增加新的功能,增强变电站内部、各控制中心间的协调能力。如借用人工智能技术,在控制中心可实现对变电站控制和保护系统进行在线诊断和事件分析,或在变电站当地自动化功能协助之下,完成电网故障后自动恢复。变电站综合自动化与一般自动化区别关键在于:自动化系统是否作为一个整体执行保护、检测和控制功能。基于下列情形:日益增加电网复杂性;不断增加的成本-效益压力、市场竞争;技术发展;更高的电网运行标准;向状态检修方向过渡。促使变电站自动化领域不断引进新的技术,为变电站和电网中一些问题的解决提供新的思路和解决方案,开拓和推动电力系统自动化技术的发展。1变电站自动化技术发展现状自90年代初到目前止,据不完全统计,我国已有上千套变电站综合自动化系统在现场投运,充分发挥了作用,取得了用户的信赖。变电站自动化系统已被广大用户所接受和认可。变电站自动化系统结构已从早期的集中式结构,由1台或2台或3台微机完成全变电站的保护、监控任务,现已过渡到分布分散式系统结构,其可靠性、可扩性、可维护性大大提高。现有的系统均采用分层的设计思想,具有一定的分布式特征和相应的独立性,主要体现在保护和监控相互独立,故障互不影响。然而在这些系统中,微机保护、微机监控等设备之间大都通过RS-422/RS-485通信口或现场总线相连接,通信规约迥异,仅有个别厂家采用IEC870-5标准通信规约。由于缺乏统一标准,通信控制复杂,难以有效地实现各设备之间信息高速、可靠、准确地交换。系统可靠性和实时性差,他不仅影响到变电站综合自动化系统的优势发挥,而且不能满足电网发展对变电自动化系统所提出的要求。继电保护方面,如工频变化量方向继电器、工频变化量距离继电器、区分振荡与短路的新原理等项技术居国际领先水平。目前,对35kV及35kV以下线路,保护测控相互融合、信息共享,保护、测控功能集成在一个独立的装置中,已成为业界共识。保护测控一体化的概念已延伸到馈线自动化中,用于馈线终端FTU。对高压或超高压线路,保护、测控装置完全独立,但出现统一设计、组屏的要求。传统的自动装置正在调整,逐渐与变电站自动化系统融合。较为典型的如低周减载、电压无功控制、备用电源自投与分段开关保护测控的融合、自动准同期功能与测控功能集成等。变电站自动化系统的功能在基本监控功能方面如遥测、遥信、遥控已比较成熟,较高层次上的应用功能,如变电站防误闭锁、电压无功控制方面,取得不少成绩。但总的来说,较高层次上的应用功能还有待于深入研究和发展。存在问题目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正式公布，国内也没有相应的技术标准出台。标准和规范的出台远落后于技术的发展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分歧。市场竞争日益激烈，不同厂家的设备质量和技术（软硬件方面）差异甚大，各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国内变电站自动化技术千差万别。国内变电站自动化系统经过十几年的发展，虽然取得了不小的成绩，但目前还跟不上整个电力工业发展的步伐，真正实现自动化和无人值班的变电站并不多，其社会和经济效益不够显著，这说明我们的变电站自动化技术并不规范，市场发育也不成熟，这与研制、制造、规划、基建和运行等部门对变电站自动化的认识不同有很大的关系。在三个层次中，数字化变电站自动化系统的研究正在自下而上逐步发展。目前研究的主要内容集中在过程层方面，诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。国外已有一定的成熟经验，国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取得了实质性的进展。但归纳起来，目前主要存在的问题是：（1）研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；（2）材料器件方面的缺陷及改进；（3）试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC（电磁干扰与兼容）控制与试验还是薄弱环节最新技术故障诊断专家系统变电站发生故障后,所有相关的保护、测控设备均会产生相应的报警信息送至变电站主计算机和远方控制中心,尤其是发生多重故障或自动装置动作不正常时,情况更加严重,在大型变电站中,可能在1s内有100条左右报警信息涌入主计算机系统。利用专家系统对报警信息进行筛选、分析和处理,给出故障的关键信息,将有助于提高运行人员的故障处理能力,加快故障处理速度,故障后迅速恢复。故障诊断主要是对变电站内保护装置产生的报警信息、断路器的状态变化信息以及电压、电流等电气量测量的特征进行分析,根据保护动作的逻辑和运行人员的经验来推断可能的故障位置和故障类型。专家系统依据知识库进行推理、判断。即把保护、断路器的动作逻辑以及运行人员的诊断经验用规则表示出来。形成故障诊断专家系统的知识库,进而根据报警信息,搜索知识库中相关规则,并进行推理,获得故障诊断的结论。4.2变压器保护着手研究将神经元网络、模糊理论以及其他智能算法(如人工遗传算法)应用于励磁涌流的判别,以期提高保护对变压器保护内部轻微故障的灵敏度。4.3电压无功控制在电压无功控制方面,基于人工神经元网络的无功预测和优化决策相结合的变电站电压无功控制策略以无功变化趋势为指导,充分发挥了电容器的经济技术效益,能在无功基本平衡和保证电压合格的前提下,使变压器分接头的调节次数降至最小,消除了盲目调节,降低了变压器故障几率和减少了维护量。4.4防误闭锁防误闭锁要求在实施变电站操作时,实现五防:防止带负荷拉(合)隔离开关、防止误分(合)断路器、防止带电挂地线、防止带地线合隔离开关、防止误入带电间隔。防误闭锁主要通过开操作票、模拟操作、操作强制性闭锁等几个方面来实现的。对防误闭锁,专家系统主要用在开操作票、模拟操作两个环节。通过收集对应变电站各种电气操作要求、操作规则以及运行人员的经验,形成操作防误闭锁规则库。在操作任务确定并输入计算机后,由运行人员在计算机上进行模拟操作,计算机按照给定的操作任务,结合变电站自动化系统所提供的实时信息,对运行人员的模拟操作,逐项搜索规则库,进行检查、推理和判断,确认该项操作是否符合相应操作任务所规定的操作规则,直至模拟操作结束。模拟操作全部正确,计算机自动整理出对应操作任务的操作票,并给出解除强制性闭锁的操作队列代码,供电脑钥匙使用。通过专家系统的应用,在防误闭锁开操作票和模拟操作两个方面,有效地避免了可能的漏洞,解决了有经验的运行人员不足的矛盾。4.5数据发掘面对变电站技术的深入发展,自动化系统所需和处理分析信息不断膨胀,单纯的遥测、遥信信息已不敷需要,图像和声音等多媒体数据也提出了需要。数据库的规模日益扩大、复杂程度不断增大,仅仅依靠常规数据查询检索机制和统计分析方法,已远不能满足实际的需要。如何有效地开发、利用变电站自动化系统的各种信息,监测、控制和指导变电站安全稳定运行成为变电站自动化甚至电网自动化深入发展急待研究的一个重大问题。电网调度运行人员需要从日积月累起来的大量电网负荷变化历史数据发现负荷变化的规律,预测未来负荷变化的趋势。运行维护人员,从大量的设备状态记录数据中,提取和分析设备状态变化情况,制定设备维护和检修计划。系统运行人员从大量的事件和故障录波数据中,检查和分析电网运行的薄弱点,分析保护和安全自动装置的动作行为,调整和改进保护、安全自动装置的定值、配置及其装置本身。总之,人们需要由新的、更为有效的手段对各种“数据资源”进行开采,以发挥其应用潜能。数据发掘(Datamining)正是在这样的应用需求背景下发展起来的,开发信息资源的一整套科学方法、算法、软件工具与环境,用于从大规模数据库中提取蕴涵的、有价值的信息,或发现原来不知道的、可以理解的知识,用于决策支持或预测未来。数据发掘的基本过程如下:解释/利用发掘交换选择预处理(数据准备)。数据发掘技术的研究开发,将涉及数据库系统、决策支持系统、人工智能与计算智能、知识工程、分布并行处理、多媒体网络技术、计算可视化等多种学科分支的理论和技术。已形成一个方兴未艾的国际前沿研究开发新领域。配电自动化配电自动化（DA）是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，其目的是提高供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。在工业发达国家中，配电系统自动化受到了广泛的重视，美国、日本、德国、法国等国家的配电系统自动化，已经形成了集变电站自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统（DMS），其功能已多达140余项。配电自动化技术现状配电自动化的发展大致分为三个阶段：第一阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，主要设备为重合器和分段器等，不需要建设通信网络和计算机系统。其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统局限在自动重合器和备用电源自动投入装置。自动化程度较低，这些系统目前仍大量应用。第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的配电自动化系统，在配电网正常运行时也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能及时察觉。并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。随着计算机技术的发展，产生了第三阶段的配电自动化系统。它在第二阶段的配电自动化系统的基础上增加了自动控制功能。形成了集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理(DSM)、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等一体化的