电力系统调度自动化PPT课件

1 电力系统调度自动化 赵晋泉 河海大学电气工程学院2006年11月 本科生课程讲义 2 电力系统调度自动化最好的类比 城市道路交通系统及其调度自动化 石油管道系统及其调度自动化 医疗救护系统 公安报警系统 题目解析 3 4 5 6 7 8 美国加州电力调度大厅 9 我国某电厂调度室 10 11 12 13 14 15 定义 定义 利用现代计算机 通信和网络技术对于物理电力系统进行监视 分析和控制 能量管理系统 EnergyManagementSystem EMS 属于计算机系统 二次系统由软件系统和硬件系统构成 几个类比 人体的神经系统 个人电脑 比尔盖茨的家庭管理系统 16 17 专著推荐 张伯明 相年德 邓佑满 电力系统调度自动化 清华大学电机系讲义 2000王士政 电网调度自动化与配网自动化技术 北京 中国水利水电出版社 2003年周杰娜 现代电力系统调度自动化 北京 中国电力出版社 2005年 18 本课程内容 上篇 SCADA系统 EMS的硬件系统和低级软件 40 SupervisoryControlAndDataAcquisition下篇 PAS系统 EMS的高级软件系统 60 Power systemAnalysisSystem 19 何为系统 紧密耦合与松散耦合 最复杂的人造系统 电力系统 最复杂的自然系统 人自身 电力系统崩溃 心脏停止跳动 何为电力系统 发电机及其控制系统 网络和负荷 20 物理电网 数字电网 21 内容 序论 调度自动化的定义 内容 历史与现状上篇 SCADA系统下篇 PAS展望 基于PMU WAMS的新一代调度自动化 22 电力系统调度自动化的发展历程 电话调度阶段远动调度阶段计算机调度阶段集中式系统 分布式系统 开放型系统 基于PMU WAMS的动态系统 23 电话调度 速度慢 同时性差 信息量少 片面 依赖运行人员的经验 直到今天 电话是无法取代的 24 远动调度阶段 四遥 厂站 千里眼 遥测 遥信 千里手 遥调 遥控 系统模拟屏 调度中心 植物电力系统 没有大脑的电力系统 25 计算机调度 计算机技术的发展及其在电力系统分析中的应用 1965年前后 北美发生了大停电事故 现代调度自动化之父 Dyliaco 通信技术和网络技术的飞速发展 26 电力系统的分层分级调度 国调 三峡电厂与跨网联络线网调 网调电厂与省间联络线省调 省调电厂与省内220KV以上电网地调 地方电源和地区110KV及其以下电网县调 农村电网 27 调度自动化的三大任务 保证电力系统运行的安全保证供电质量保证电力系统运行的经济性 28 安全性 防止系统失去稳定 崩溃 大停电 保证工作人员的人生安全 保证电力设备的安全 外部系统的影响 恶劣气候等 自身系统的隐患 指挥倒闸操作 进行事故处理 29 合格性 电能质量三个指标 频率有功功率的平衡 负荷预测 发电计划 AGC 卸负荷电压无功功率的平衡 AVC 电容电抗器投切波形 30 经济性 经济调度 环保调度 降低网损 水火电协调 电力市场化改革 电能交易 报价与出清 辅助服务获取与回报 31 调度自动化系统的基本结构 信息收集和执行子系统 信息传输子系统 信息处理子系统 人机联系子系统 32 上篇 数据采集和监视控制系统SCADA 33 SCADA的基本功能 数据采集数据预处理信息显示和报警调度员遥控遥调操作信息统计 存储和打印事故追忆和事件顺序记录状态监视和控制 34 一 实时信息的采集 远动 四遥 远程监控 遥测 远程测量 遥信 远程信号 遥控 远程切换 遥调 远程整定 35 二 实时信息的传输过程 36 37 38 39 40 41 42 下篇 高级应用软件系统 PAS 43 44 PAS软件功能结构框图 网络拓扑 状态估计 在线潮流 静态安全分析 动态安全分析 安全约束调度 自动发电控制 自动电压控制 负荷预测 优化控制 灵敏度分析 调度员培训仿真系统 电力市场技术支持系统 生数据 熟数据 机组组合 45 两种模式 实时模式研究模式 46 一 网络拓扑分析 定义 根据开关的开合状态 遥信信息 和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系 即节点 支路连通关系 网络建模 建立和修改网络数据库 网络模型分为物理模型和计算模型 节点模型数据 母线模型数据 网络拓扑 47 基本算法 厂站母线分析和系统网络分析岛分析 采用 堆栈原理 后进先出的搜索逻辑 48 二 状态估计 StateEstimation 何为 状态 电力系统的运行状态可用各母线的电压幅值和相角来表示 状态由谁决定 1 元件的电气参数 2 各元件之间的联结情况 3 边界条件 发电和负荷的状况 49 量测系统可观测性分析的拓扑方法 何为 可观测性 量测系统分析的步骤先用支路潮流量测形成可观测岛 再用可用注入量测扩大可观测岛 注入量测的可用性及其判断法辐射岛准则递归搜索法环形岛准则 50 为什么要进行状态估计 数据不齐全 不良数据 数据不准确 何为 状态估计 去伪存真 去粗取精 填平补齐 是一种数学滤波方法 用量测信息的冗余度来提高数据精度 自动排除随机干扰所引起的错误信息 估计出系统的状态 51 状态估计四步曲 建立数学模型状态估计计算不良数据的检测坏数据的辨识 52 状态估计问题的数学描述 量测系统的数学模型 量测方程 量测量向量 m维 状态向量 n维 量误差向量 m维 基于基尔霍夫定律和欧姆定律的量测函数方程 m维 有m n个多余方程 53 我院卫志农教授长期从事该领域的研究 54 55 56 三 负荷预测 根据运用的目的和预测时间不同 可分为 长期负荷预测 月 年短期负荷预测 24小时超短期负荷预测 几分钟到1小时负荷数据由三种分量叠加构成 长期趋势分量周期性分量随机性分量系统负荷预测和母线负荷预测 57 影响系统负荷的因素 系统负荷的构成系统负荷的时间变化规律气象变化对系统负荷的影响系统负荷的随机波动性 58 负荷预测的数学方法 指数平滑法 平均值外推法 将过去一段时间的历史数据取平均 作为未来负荷的预测值 同上 但是对过去的历史数据给予不同的权重 对近期的数据给予较大的权重 59 回归分析法 假定一种负荷模型 利用历史数据来确定模型中的参数 然后用此模型进行预报 一元线性回归 多元线性回归 为模型参数 为误差值 使误差平方和最小 60 时间序列分析法 把随时间变化的负荷数据看作一组随机的时间序列 61 相似日法 62 负荷模型的辨识问题 鞠平教授是国内该领域的权威 63 64 自动发电控制AGC 电力系统频率的一次调整负荷的频率特性发电机的功频特性电力系统的频率特性调速器的局部控制特性属于发电机的一个自有属性AGC是电力系统频率的二次调整调度中心的集中控制 远动控制闭环反馈控制系统基于频率积差和调频功率比例系数 65 AGC 缺点 积差信号总是滞后于系统频率的瞬间变化 因此不能保证瞬时频率在规定范围之内 复合调节方案 66 互联电力系统的自动调频 区域控制误差AreaControlError ACE网调考核省调AGC是否合格的指标北美电力系统可靠性委员会NERC提出的评价标准CPS1和CPS2 67 AGC 定频控制方式定交换功率控制方式定频定交换功率控制方式自动修正时差控制方式 68 安全约束调度SCD 支路热约束 断面稳定约束 基于灵敏度的发电功率分配 69 经济调度 EconomicDispatch 基于机组发电成本特性的发电功率分配火电机组的煤耗率 目标函数 约束条件 拉格朗日函数为 70 等耗量微增率准则 计及网损的等耗量微增率准则 71 机组组合 UnitCommitment UC 次日火电机组的开停机计划0 1整数规划问题电力市场环境下由交易计划软件取代两类算法 进化基因类算法和拉格朗日松弛法 72 自动电压控制AVC 闭环控制系统发电机端电压的自动调节 就地控制二级电压控制 AVC 集中控制三级电压控制 网损最小最优潮流问题我院丁晓群教授是国内该领域的专家 在中国的市场占有率很高 73 在线潮流 调度员潮流 潮流计算在电力系统分析中的重要地位计算机技术与电力系统专业技术完美结合稀疏技术 稀疏矩阵技术和稀疏矢量技术 节点最优排序技术约束处理技术大量控制元件动作的模拟潮流计算本是一门专门的课程本专业研究生的必备知识 必修课 这是本课程的重中之重 74 何谓潮流计算 潮流计算 网络参数 运行条件 节点电压 支路潮流 发电和负荷 已知 求 得到 从而得到 满足关系 称为潮流方程 也就是基尔霍夫定律 1导出潮流方程式2求解潮流方程的数值方法3编程中的稀疏技术应用 75 潮流方程式的推导 假设条件 三相平衡 可用单相代替节点 支路关联矩阵节点导纳矩阵 是一个复数 对称 非奇异 稀疏 对角元占优 方矩阵 电力网络的基本数学模型 76 非线性代数方程组的牛顿解法 转化为线性代数方程组的迭代求解计算中初值的选取问题计算能否收敛的问题 图示说明 77 线性代数方程组的计算机解算方法 高斯消元法因子表求逆法 78 稀疏技术 稀疏矩阵元素的存放最优消去顺序问题因子表的稀疏存放 79 牛顿法迭代流程图 形成导纳矩阵 最优消去顺序 赋初值 i 1 形成雅克比矩阵 形成右端列向量 因子化 前代回代计算 更新 满足收敛判据吗 END Start i i 1 yes no 循环体 预处理 80 快速解耦法潮流计算 动机 当时 1960 1980年间 计算机发展水平低 内存小 机时长 需要改进 继续挖掘电力系统自身具有的特性 节点有功注入功率的变化 主要与有关节点的电压相位变化相关 节点无功注入功率的变化 主要与有关节点的电压幅值变化相关 支路电纳远大于电导 即电阻远小于电抗 81 静态安全分析 N 1 或N m 分析 预想故障的筛选分析支路过电流检查节点电压越限检查校正控制预防性控制 82 动态安全分析 功角稳定性评估与控制 电力系统的动态DAE模型时域仿真法直接法袁越院长长期从事该领域的研究 83 电压稳定性评估与控制 本人是国内该领域的专家之一 84 可用传输容量ATC的计算 85 调度员培训仿真系统DTS 正常运行情况下的培训紧急状态下的事故处理培训事故后电力系统的恢复操作培训预防性操作及