调度自动化系统培训 PPT课件

1 调度自动化系统 王平2010年01月 2 调度自动化系统讲座提纲 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七 包钢供电厂调度自动化系统建设 3 一 概述 1 1电力系统的简介电力系统是一个分布面广 设备量大 信息参数多的系统 发电厂发出电能供给用户 必须经几级变压器变压才能传输 各级电压通过输电线路向用户供电 电压从低到高 再从高到低 以利于能量的传送 电压的变换 形成不同的电压级别 形成一个个不同电压级别的变电站 变电站之间是输电线 因而形成了复杂的电力网拓扑结构 电网调度正是按照电网的这种拓扑结构进行管理和调度的 4 一 概述 1 2电力系统调度的任务 尽量维持电力系统的正常运行 安全是电力系统的头等大事 系统一旦发生事故 其危害是难以估计的 因此 努力维持电力系统的正常运行是首要任务 为用户提供高质量的电能 反映电能质量的三个参数就是电压 频率和波形 这三个参数必须在规定范围内 才能保证电能的质量 稳定电压的关键是调节系统中无功功率的平衡 频率的变化 是整个系统有功功率的平衡问题 波形是由发电机决定的 保证电力系统运行的经济性 使发电成本最经济 5 一 概述 1 3我国的分层调度模式 国家调度中心 6 一 概述 1 4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 7 一 概述 1 5调度自动化系统的发展 电话调度 8 一 概述 1 5调度自动化系统的发展SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 即数据采集与监视控制系统 它是EMS的基础模块 主要完成数据的收集 处理解释 存储和显示 并把这些实时信息传递给其它应用模块 主要功能 信息处理控制 报警与处理 事件顺序记录 SOE 事故追忆反演 PDR 能量管理系统 EMS EnergyManagementSystem 是以计算机技术为基础的现代电力综合自动化系统 主要用于大区级电网和省 市级电网调度中心 主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息 包括频率 发电机功率 线路功率 母线电压等 并对电网进行调度决策管理和控制 保证电网安全运行 提高电网质量和改善电网运行的经济性 9 一 概述 1 6调度自动化系统的组成 10 一 概述 1 7调度自动化系统各部分功能1 7 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 11 一 概述 1 7调度自动化系统各部分功能1 7 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 12 一 概述 1 7调度自动化系统各部分功能1 7 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 7 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 13 一 概述 1 8调度自动化系统 厂站的组成目前国内常见的厂站有以下三种实现模式 1 后台 RTU 保护型 其中RTU包括上述的总控与测控装置的功能 对全站的遥测遥信量进行测量 并上送给后台及调度 而RTU与保护之间可能使用通信规约 也可能使用硬接点的遥信量 这种方式是比较传统的模式 保护与监控互不相扰 超高压网络中基本上都采用这种模式 2 后台 总控装置 保护测控装置 目前大多数厂家倾向于间隔内保护测控二合一装置 即对于一条线路或一个电容器等设备 在一台二次设备上完成继电保护 遥测 遥信 遥控 遥调等功能 有些又称之为五合一装置 保护测控装置与总控装置通讯 由总控装置收集全站信息 并上送给后台及调度 装置安装在相应的间隔内 这种方式可以节约大量的电缆 简化二次回路 节省投资 在35KV及以下电压等级中 大多采用这种方式 3 后台 保护测控装置 有些厂家倾向于取消总控装置 由各装置直接与后台与调度通讯 这种方式不依赖于总控装置 但由于对全站没有汇总 对于有些智能装置的信号转发比较困难 14 二 远动终端设备 RTU 2 1远动终端的概念远动终端 RTU 就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 它负责采集所在发电厂或变电站电力运行状态的模拟量和状态量 监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量 执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调度命令 15 二 远动终端设备 RTU 2 2RTU的基本分类2 2 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 16 二 远动终端设备 RTU 2 2RTU的基本分类2 2 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 17 二 远动终端设备 RTU 2 3RTU间的通信 现场总线RS 422 RS485实时性差 主从控制现场总线双向串行的多节点数字通信系统工业以太网 18 二 远动终端设备 RTU 2 4RTU的基本结构 集中式 19 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 刀闸位置 保护信号等所有能提供空接点的位置信号 20 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 21 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 22 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 23 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 24 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 25 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 26 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 8自恢复与自检测当RTU事故情况下可以自动恢复运行为了维护方便 要求RTU含有自检程序 27 二 远动终端设备 RTU 2 5RTU的基本功能2 5 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 28 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 29 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 30 三 通信系统 3 2远动通信系统的结构 31 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 32 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 33 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 34 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 35 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 36 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 37 四 调度主站系统 SCADA 4 2系统硬件结构 以太网 WEB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 路由器 大屏幕投影系统 网络打印机 公用电话网 38 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 39 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 40 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 41 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 42 四 调度主站系统 SCADA 4 6体系结构 43 四 调度主站系统 SCADA 4 7前置通信 44 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 45 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 46 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 47 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 48 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 49 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 50 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 51 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 52 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 53 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 54 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 55 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 56 五 调度主站系统 PAS 5 1概述5 1 2PAS系统的主要作用随着电力系统的结构日趋扩大和复杂 为保证电力系统运行的安全性和经济性 要求调度运行人员能够迅速 准确 全面地掌握电力系统的实际运行状态 预测和分析电力系统的运行趋势 对电力系统运行中发生的各种问题作出正确的处理 EMS高级应用软件 PAS PowerAdvanceSoftware 正是辅助调度员完成上述任务的有力工具 也是EMS系统的重要组成部分 57 五 调度主站系统 PAS 5 1概述5 1 3PAS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 58 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 59 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 60 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 61 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 62 六 调度自动化系统的新发展 6 1通信与系统互连三级数据网建成后 地调与县调 地调与省调 厂站RTU与主站通过网络协议通信 而不是传统的串行通信模式 63 六 调度自动化系统的新发展 6 2统一平台调度自动化 电能量记费 配网自动化 继电保护信息管理系统等其他实时 准实时的系统在统一实时组态平台下实现 64 六 调度自动化系统的新发展 6 3统一电网信息模型面向电力系统设备对象建模 传统的远动模型作为电力系统设备对象模型的一个属性 比如遥信 遥测等作为变压器或者开关设备的测量属性 当然 传统的信息表仍然可以存在 用户面对的是满足业务逻辑的电力系统对象集合 比如厂站 RTU 母线 线路等等 而不是单纯的数据库模型国际标准IEC 61970规范 CIM 公共信息模型 就定义了电力系统的对象集合以及对象间的关系 对象的行为等 65 六 调度自动化系统的新发展 6 4图 模 库一体化技术SCADA EMS一体化实现图形对象 网络设备模型与其在数据库中的存储相一致用户的所有维护通过图形以可视的方