第二章电力系统调度自动化.ppt

第二章电力系统调度自动化,电力系统调度（自动化）的基本任务调度自动化系统的基本构成调度自动化系统的工作原理调度自动化的主要功能电力系统的分层调度控制电力系统状态估计,引言：电力系统调度的基本任务,保证供电安全、可靠保证供电优良的质量保证系统运行经济性保证强有力的事故处理措施,控制电力系统运行方式，使之在正常和事故情况下，安全、可靠、优质、经济和环保的供电,一、电力系统调度自动化的任务,综合利用电子计算机、远动、计算机、网络等技术，实现电力系统调度管理自动化，有效帮助电力系统调度员完成调度任务,1保证供电安全，承受事故冲击,（1）事故原因外因雷雨、风暴、雪鸟兽内因设备内部隐患人员操作水平欠佳,（2）预想事故分析系统庞大，数据繁杂，且负荷随机波动，预想事故有利于避免事故的发生对运行的系统，预想若干事故进行分析、计算，选择适当运行方式。,2保证供电优良的质量,（1）电能质量要求电压U=UN,频率f=fN，波形（2）措施Pg=PloadQg=Qload,3保证系统运行经济性,（2）在确定的网络结构下，系统运行经济性取决于调度方案大机组比小机组效率高新机组比旧机组效率高高压输电比低压输电相对经济,（1）规划是系统运行经济性的前提电厂选址、输电线路的长度与电压等级计及新能源？,（3）经济调度：是能量管理系统(EMS)的主要内容，是一项实时性很强的工作，如机组组合、水火电计划、交换计划、检修计划和燃料计划,4保证强有力的事故处理措施,紧急状态下，保证强有力的事故处理措施故障发生后，快速、有选择地切除故障，依靠继电保护和安全自动装置恢复运行故障切除后，防止事故扩大和保持系统稳定，使系统恢复到警戒状态或正常状态。稳控装置。,二、电力系统调度自动化的发展历程,起始阶段,60年代模拟屏四遥,远动技术,电话无法满足调度需求,发展阶段,70年代SCADA系统计算机系统,计算机技术,四遥无法处理实时状况,成熟阶段,80年代EMS系统,计算机技术,监视转为预防、决策,二、电力系统调度自动化的发展历程,当前阶段,网络技术,基于标准化平台的集成系统五遥,远动技术,计算机技术,多源数据处理先进的AGC逼真的调度员培训仿真(DTS),二、电力系统调度自动化的发展历程,当前阶段,南瑞OPEN3000调度自动化系统,智能化建模操作界面易用支持实时监控、培训软件标准化、模块化、组件化和易用性,第一阶段：布线逻辑式远动技术四遥：遥测、遥信、遥控、遥调第二阶段：计算机技术SCADAEMS第三阶段：计算机技术、通信技术、网络技术集中式分布式开放式,二、电力系统调度自动化的发展历程,从技术上看,三、电力系统调度自动化的结构,电力调度自动化系统包括三大部分：调度中心、厂站端(RTU)和信息传输通道根据所完成功能的不同，可以将此系统划分为数据采集与命令执行子系统、信息传输子系统、信息收集处理与控制子系统、人机联系子系统,三、电力系统调度自动化的结构,三、电力系统调度自动化的结构,1.数据采集与命令执行子系统远动终端：RemoteTerminalUnit，简称RTU作用：采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过远动终端传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。功能：完成四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）、事件顺序记录、事故追忆、故障录波和当地监控等。,上传,下达,1.数据采集与命令执行子系统,任务数据采集数据通信执行命令其他功能,任务1、数据采集,（1）模拟量：采集并传送运行参数，P、Q、U、I,（2）开关量：断路器、隔离开关、继电保护的状态,YC,YX,任务2、数据通信,上传：向调度中心发送采集的本厂、所数据下达：接收调度端下达的各种命令,任务3、执行命令,根据接收的命令，完成YK、YT操作YK：YX分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。YT：YC对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率,任务4、其他功能,当地功能：显示、打印自诊断功能：死机自动恢复，自动监视主、备用通信信道及切换功能,1.数据采集及命令执行子系统,RTU的结构,主CPU,分CPU,地址总线：选通,1.数据采集及命令执行子系统,模拟量采集系统原理结构框图,数字量输入系统原理结构框图,1.数据采集及命令执行子系统,三、电力系统调度自动化的结构,2.信息传输子系统,调度中心,厂站端,信息交换,三、电力系统调度自动化的结构,2.信息传输子系统功能：完成信息上传、下达分类：信息传输子系统按其信道的制式不同，可分为模拟传输系统和数字传输系统两类。,三、电力系统调度自动化的结构,2.信息传输子系统模拟传输系统：传输通道为电力线载波通道、微波通道和特高频通道等。发送端发出的数字信号必须经过调制，变成模拟信号后，才能在信道中传输；在接受端，模拟信号必须经过解调成数字信号，才能被接受。缺点：容易受到各种噪声的干扰，影响数据传输的精度；同时，模拟信号传输效率低，不利于信息及时、可靠地传输。随着电力系统的发展，要求采集和监控的参数越来越多，精度、通信速率与可靠性越来越高，模拟传输系统逐渐被数字传输系统所取代。,2.信息传输子系统数字传输系统：传输通道为电缆、光缆等。在数字传输系统中，数字信号必须经过信道编码，成为适合信道传输的信息；而在接受端，需经解码成计算机能接受的二进制信息。由于数字传输系统具有速率高、不易受干扰等优点，在电力系统通信中，越来越被广泛地应用。,三、电力系统调度自动化的结构,2.远动和信息传输系统,通信系统模型框图,数字通信传输方式1,2.远动和信息传输系统,2.远动和信息传输系统,并行传输机理：8位二进制，8+1根线，每根线传送一位码元特点：传输速度快（百兆字节/s），通信规约简单所需信号线多，成本高应用：传输距离短、高速的场合串行传输机理：一回传输线（2根），一个一个码元传输特点：所需信号线少，成本低传输速度慢，通信规约复杂应用：厂、所与调度普遍应用,2.远动和信息传输系统,数字通信的传输方式2,广播与收音机,对讲机,电话、手机,2.远动和信息传输系统,数字通信的传输方式3（按同步方式）：同步通信：要求收发双方具有同频同相的同步时钟信号异步通信：发送端可以在任意时间发送一个帧，而帧与帧之间的时间间隔也可以是任意的,2.远动和信息传输系统,数字通信系统框图,2.远动和信息传输系统,形式上为有线通信方式优越的通信性能,可靠性高经济性好，无需单独架设和维护线路电力系统基本通信方式,频带宽，300MHz300GHz抗干扰性强，通信稳定方向性强设备复杂，技术要求水平高,载波通信,光纤通信,微波通信,2.远动和信息传输系统,数字式远动系统基本结构图,2.远动和信息传输系统,局域网的典型拓扑结构,2.远动和信息传输系统,差错控制方式,2.远动和信息传输系统,RTU原理框图,2.远动和信息传输系统,远动装置的软件结构框图,3.信息收集处理与控制子系统地位：信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。原因：由于现代电力系统往往跨区域，由许多发电厂和变电所组成，为了实现对整个电网的监视和控制，调度中心需要收集分散在各个发电厂和变电所的实时信息。,三、电力系统调度自动化的结构,3.信息收集处理与控制子系统运行人员根据分析计算的结果，通过分析、综合、判断，从而决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。状态估计技术：由于传输到调度中心的实时信息不可避免地包含各种误差，如测量误差、传输误差等，同时还由于设备条件的限制，有些电力系统运行所需的参数无法收集到，为了减小误差，信息处理子系统可以利用收集到的冗余信息，采用状态估计技术，对无法收集到的参数进行估计，从而得到精确而完整的运行参数。,三、电力系统调度自动化的结构,3.信息收集处理与控制子系统软件组成：该子系统是以计算机为主要组成部分，包含大量的直接面向电网调度、运行人员的计算机应用软件，对采集到的信息进行各种处理及分析计算，从而实现对电力设备的自动控制与操作。硬件构成：信息收集与控制子系统由前置机和后台处理机两部分组成，前置机完成数字信号的接收及预处理等功能；后台处理机完成数据的进一步处理、存储、系统监视与分析等高级功能。,三、电力系统调度自动化的结构,4.人机联系子系统为完成下述任务，调度自动化系统必须能够实现人机对话：电力系统采用调度自动化系统后，要求调度人员不断地监视调度自动化系统本身的工作，全面、深入并及时地掌握电力系统的运行状况。根据系统运行的不同情况，做出相应的决策或发出各种控制命令，以保证电力系统的安全、可靠优质和经济地运行。,三、电力系统调度自动化的结构,4.人机联系子系统人机联系子系统将传输到调度控制中心的各类信息进行加工处理，通过各种显示设备、打印设备和其他输出设备，为调度人员提供完整实用的电力系统实时信息。调度人员发出的遥控、遥调指令也可通过此系统输入、传送给执行机构。人机联系子系统中的输出设备主要包括：模拟屏、图形显示器、声光报警装置、记录仪、制表或图形打印设备；输入设备主要由键盘、鼠标和声控设备等。,三、电力系统调度自动化的结构,SCADA系统,涵义：监控与数据采集系统，SupervisoryControlandDataAcquisition，有些文献也简称监控系统。一般而言，SCADA系统特指分布式计算机测控，利用各类测点分散、范围广泛的测控装置，实现对生产过程或设备的监控对电力系统来说，SCADA系统就是以计算机为基础，来实现生产过程控制与调度自动化。功能：对现场运行设备进行监视、控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等。作用：SCADA系统，已成为能量管理系统EMS最主要的子系统，对于提高系统运行可靠性、减轻调度员负担、提高调度水平作用巨大。,SCADA数据流程,SCADA系统硬件结构配置图,四、电力系统调度自动化的功能P27,电力系统监视和控制电力系统状态估计电力系统安全分析和安全控制电力系统稳定控制电力系统潮流优化电力系统实时负荷预测电力系统频率和有功功率自动控制电力系统电压和无功功率自动控制电力系统经济调度控制电力系统负荷管理,功能一、电力系统监视和控制,涵义：通过SCADA系统对系统运行状态进行监视，及对远方设备进行操作控制。监视：对系统运行信息的采集、处理、显示、告警和打印，以及对系统异常和事故进行自动识别。控制：指通过人机联系设备对断路器、隔离开关、电容器组等设备进行远方操作的开环性控制该功能是调度自动化的基本功能，为AGC、EDC、安全分析等提供基础性数据支持和实用性支持，如画面管理、人机交互、打印等。,功能二、电力系统状态估计,在2.6中讲解,功能三、电力系统安全分析和安全控制,功能六、电力系统频率和有功功率自动控制,功能七、电力系统电压和无功功率自动控制,五、电力系统的分层调度控制,集中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电力系统进行调度控制。,分层调度控制就是把全电力系统的监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递所需信息。,分层调度与集中调度相比，它的优点是：便于协调控制；提高系统可靠性；改善系统响应。,国家调度中心,大区电网调度中心,大区电网调度中心,大区电网调度中心,大型火电厂、水电厂和核电厂,主网枢纽变电所（500kv以上）,省调度中心,省调度中心,省调度中心,地区调度所,县级调度所,地区调度所,地区调度所,县级调度所,县级调度所,一般变电站,地方火电和水电,中型火电厂、水电厂和核电厂,省直接调度变电站,枢纽变电站,梯形水电站控制中心,掌握全国发电量和负荷,协调大区之间的功率传输,了解各大区的安全状况,负荷预测、发电计划,频率有功控制,电压无功控制,安全监视、校正控制,区网检修安排、事故处理,安全经济运行,执行自动发电控制,安全分析与安全控制,实时监控、分配负荷,电压和无功优化,控制、分配负荷,倒闸操作,五、电力系统的分层调度控制,各级调度中心的控制和管理任务：,大区电网调度中心（网调）：1.区网负荷预测、安排系统结构和发电计划2.频率有功功率控制、经济运行调度控制3.区主网枢纽点电压监视和无功功率控制4.区网安全监视、预防事故分析和校正控制5.区网正常操作和事故处理6.区网检修计划7.调度记录、统计业务,省调度中心（省调）：1.省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所属发电厂发电计划2.省主网和110kv系统枢纽点电压监视和无功控制3.省主网和110kv系统安全监视和控制4.不影响区网的局部性正常操作和事故处理5.管理范围内的网损计算和检修计划6.水库调度、水电厂发电计划7.调度记录报告（对上级）、统计业务,五、电力系统的分层调度控制,地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其附近子厂、站得控制和信息传递）：1.局部110KV系统枢纽点电压监视和控制2.局部110KV系统安全监视和控制3.局部110KV系统正常操作和事故处理4.管理范围内的网损计算和检修计划5.对所属供电局的业务联系6.统计业务,五、电力系统的分层调度控制,电力系统状态估计原因、目的和内容电力系统状态估计的基本概念电力系统最小二乘法状态估计电力系统状态估计简介,六、电力系统状态估计,原因：远动传输到调度中心的信息有问题有错误精度不高不齐全目的：通过计算机处理自动排除偶然出现的错误数据和信息、提高实时数据的准确性、补足缺少的数据和信息内容：检错纠错,1电力系统状态估计原因、目的和内容,一、测量方程式,z测量读值；h比例系数；x被测量的真值；v测量值的随机测量误差；c固定误差（系统误差），可以消除。,2电力系统状态估计基本概念,二、测量值及其误差的概率性质测量值Z的测量密度：对一物理量进行多次测量，每一个测量值读到的次数占总次数的百分比服从正态分布,2电力系统状态估计基本概念,二、测量值及其误差的概率性质测量误差v密度：也服从正态分布,2电力系统状态估计基本概念,常用的衡量准确度的指标有两种：一是误差二乘值，一是方差值。1）误差二乘值zi第i次测量读值；n测量次数。,2电力系统状态估计基本概念,2）方差值,1）对估计值的要求,第一、估计应该是无偏的，即满足,第二、估计值应该有很高的准确度，即估计的方差值或误差的二乘值应该最小。,2）最小二乘法估计,式中：hi所用仪表的量程比例，为常数。vi各次测量的随机误差。,三、最小二乘法估计,求出误差的二乘值,求