电力系统运行控制及其自动化概论

1,第一章电力系统运行控制及其自动化概论,广西大学电力系统最优化研究所,2,内容提要,一.电力系统运行控制的复杂性二.运行控制目标及分级体系三.电网调度自动化系统四.电网调度自动化技术的发展五.智能电网与智能电力系统,3,一.电力系统运行控制的复杂性,1.1电力系统是复杂的大系统1.1.1以销定产，即发即用，功率平衡,4,1.1.2系统庞大，覆盖面广，涉及千家万户,5,1.1.3西电东送，南北互联，全国联网,0,50,100,150,200,250,300,美,俄,日,中,加,德,建国初期：发电量第25位装机容量第21位2002年均已跃居第2位,GW,350,6,1）自然灾害引发的事故2005年华中电网“2.72.16”大面积冰闪2005年华东电网“6.14”任上5237、5238线相继跳闸2006年浙江、福建电网“8.10”受超强台风“桑美”影响2007年辽宁电网“3.43.9”暴雪导致多条线路跳闸2008年广西、湖南、贵州冰灾导致大面积停电2）一次设备故障引发的事故2005年华东电网“2.21”500kV徐行变500kV系统全停2006年吉林电网“4.6”220kV长春变电站电缆停电2006年福建电网“9.5”500kV福州变220kV母线停电,1.1.4事故影响面大，危害严重,7,3）安全自动装置及继电保护装置异常引发的事故2003年江西电网“2.12”220kV上饶变电站全停2003年“11.10”华中、川渝电网解列2006年“6.21”葛南直流双极闭锁4）控制及辅助系统故障引发的事故2000年四川电网“10.13”二滩电厂监控系统死机2002年华东电网“2.19”局部电网解列2005年“11.20”龙政直流双极闭锁5）通信及自动化设备事故2005年华中电网“2.7”通信光缆中断2007年宁夏电网“1.6”220kV吉青线OPGw光缆中断2007年华东电网“11.28堡汊5253、堡湾5254线跳闸,8,6）人员责任事故2004年青海电网“57”格尔木电网与主网解列2005年华中电网“1213”湖南电网与华中主网解列2006年西藏电网“18”藏中电网瓦解7）外力破坏事故2001年福建电网“617”220kV红山变电站全停2005年青海电网“14”海西电网与主网解列2005年河南电网“630”220kV商丘变电站全停2006年黑龙江电网“73”220kV梨树变电站全停8）电网振荡2005年蒙西电网“91”低频振荡2005年华中电网“1029”较大范围功率振荡2006年“71”华北华中联网系统较大范围功率振荡,9,9）涉网电厂事故2002年四川电网“5.18”二滩电厂安控误切机事故2003年华北电网“4.17”多台大机组以及多条500kV线路跳闸2004年“3.12”柳州电厂2#机组跳闸2005年四川电网“8.29”龚嘴上厂全停2006年“10.11”三峡电厂多台机组跳闸10）重大国际电网事故2003年“8.14”美加大停电2005年“5.25”莫斯科大停电2005年“9.12”洛杉矶大停电2006年“11.4”欧洲大停电电网典型事故分析(1999-2007年)国家电力调度通信中心,10,1.2电力系统可调可控,1.2.1电力系统的可调可控点调速器调节发电机有功出力(PG)调频器调节发电机输出频率(f)发动机励磁调节器调节发电机无功出力(QG)调相机励磁调节器调节调相机无功出力(QO)静止补偿器调节其无功出力(QO)变压器分接头调节变压器副边电压(V2)断路器控制投切(C,PD),11,调速器(PG)、发动机励磁调节器(QG)、调相机励磁调节器(QO)、变压器分接头(V2)、断路器(C,PL)、静止补偿器(QO)等,12,二.电网运行控制目标及分级体制,2.1安全、优质、经济、环保的目标2.1.1保证系统安全运行（1）与运行管理有关的电网稳定事故（P3）,13,美加8.14大停电事故简介（1）,2003.8.14美、加大停电范围卫星图,14,停电地区包括美国密西根、俄亥俄、宾夕法尼亚、纽约、康涅狄格、新泽西北部、马萨诸塞、佛蒙特8州和加拿大安大略、魁北克2省等,美加8.14大停电事故简介（2）,15,俄亥俄州停电事故发生过程,美加8.14大停电事故简介（3）,16,2.1安全、优质、经济、环保的目标,（2）保证系统安全运行的措施系统“强大”，发电能力和电气设备裕度足够保护装置灵敏可靠调度员知识、经验和技术水平调度装备的自动化程度运行方式合理，备用足够，定期运行预想分析防事故演练及事故处理得力,17,2.1安全、优质、经济、环保的目标,2.1.2提供优质电能（1）波形要求：提供正弦波措施：自动检测并消除谐波影响（2）频率要求：500.2Hz措施：一次调频、二次调频，自动切负荷（3）电压要求：5%UN措施：发电机、变压器调压，无功补偿,18,2.1.3电力二次系统分区结构,4.纵向认证,3.横向隔离,2.网络专用,1.安全分区,19,2.1.3电力二次系统分区结构,20,2.1.3各分区数据总体结构,21,2.1.3电力二次系统分区结构,22,2.1.4电力系统运行经济性（1）经济调度：燃料费用最小（2）优化调度：满足多个目标，大规模非线性问题（3）OPF的在线应用（清华-上海项目、南瑞-苏丹项目）附录：广西电网公司项目基于现代内点理论的水火电力系统最优调度策略软件包,2.1安全、优质、经济、环保的目标,23,2.1.5符合环保要求（1）节能发电调度（2）基于优化理论的CPS标准下AGC控制广西科技进步二等奖，在世界上首次提出了“满足CPS标准的AGC最优控制数学模型”和“满足CPS标准的AGC最小调节容量模型”，将问题归结为混合整数非线性最优化问题，并用现代内点理论对互补最优化问题进行在线求解。系统在广西电网公司投运后取得良好效果和经济效益：每年AGC调节次数减少56%，增发水电15.03亿千瓦时，减少煤耗54.1万吨，减少二氧化碳排放141.8万吨，直接经济效益1.797亿元。附录：南方电网（广西）节能发电调度技术支持系统资料,2.1安全、优质、经济、环保的目标,24,2.2电网分级调度体系及各级调度控制任务,国调1个网调6个省调31个地调300多县调2000多,电网分级调度体系,（各级控制任务见P5）,25,2.3广西电网分级调度情况,1）供电营业区分大网、水电2系统,26,2）广西电网公司中调下辖14个地调，40多个县调3）水电管辖40个县，目前无省调、地调4）地调已基本上实现自动化，县调则较少,27,2.4各级调度的日常基本工作,2.4.1负荷预测2.4.2编制运行方式*2.4.3指挥倒闸2.4.4指挥事故处理2.4.5电网经济调度2.4.6综合计划,28,2.4.1编制运行方式（P8-10）,（1）制定发电计划（2）制定检修计划（3）做好能源安排（4）制定接线方式（5）进行潮流计算（6）进行安全分析附录：广西电网2008年度运行方式,29,三.调度自动化系统,3.1概述3.2调度自动化系统典型结构与创新3.3主站系统软件体系3.4分站系统构成及设备3.5SCADA功能演示3.6参观北海银河、柳州柳电综自系统,30,3.1概述,31,3.2调度自动化系统典型结构,32,独立建设的县调自动化主站系统典型配置示意图,33,3.2.1调度自动化系统结构实例1凌云,GPS,时钟,交换机,B,交换机,A,终端服务器B,终端服务器A,光电隔离器,光电隔离器,16,口协议转换器,1,口协议转换器,路由器,物理隔离器,WEB,服务器,前置机,A,前置机,B,历史服务器B,调度工,作站,A,调度工,作站,B,电信网络,子站,DATA,GPS,2,维护工,作站,DATA,GPS,1,ADSLMODEM,路由器,协议转换器,RTU,通信单元,GPRS,模块,RTU,通信单元,485专线,电信网络,GPRS通道,485,接口,110,kV,旦村,变电站,子站,子站,历史服务器A,34,3.2.2调度自动化系统结构实例2德保,调度工作,站,A,GPS,天文时钟,前置机,A,前置机,B,历史服务,器,A,历史服务,器,B,交换机,电信网络,网络隔离器,Web,服务器,交换机,B,交换机,A,ADSLMODEM,协议转换器,RTU,通信单元,光端机,协议转换器,RTU,通信单元,光端机,协议转换器,RTU,通信单元,调度工作,站,B,35,3.2.3调度自动化系统结构实例3荔浦,36,3.3.1调度自动化系统与电力系统的综合自动化1）电力系统的综合自动化系统，包括火电厂自动化、水电厂、变电站综合自动化、配电自动化等2）特点：“就地”获取信息，快速响应，无远方配合3）调度自动化系统：采集全网信息，进行全局调控，是更高层次的电力系统的综合自动化,3.3分站系统构成,37,3.3.2从RTU到综自系统,1）RTU2）电量变送器3）综合自动化系统4）通信集成服务器5）变电站设备照片浏览,38,3.4主站系统软件体系,图模一体化支持平台SCADA子系统高级应用软件Web应用系统调度员培训系统,参考：荔浦县电网调度自动化系统设计方案,39,3.4.1从SCADA到EMS电网调度自动化系统按功能分类,1）监控与数据采集系统（SCADA）数据采集、显示、远方控制、报警、信息存储、数据计算、SOE、DDR2）SCADA+AGC/ED实现自动化发电和最小成本运行的目标3）能量管理