电力调度自动化应用及其发展趋势

电力调度自动化应用及其发展趋势1 引言在电力系统从小到大的发展过程中，电力系统自动化设备在其中扮演了重要的角色，为电力系统的安全运行发挥了极其重要的作用，自动化设备的水平也随着需求变化以及工业控制技术、计算机及网络技术和通信技术的发展有有了质的飞跃。从当初简单的继电器自动装置以及电力调度中心通过电话了解、调度各个发电厂、变电站的设备，发展为现在的在各个发电厂、变电站(子站)采用以计算机技术为主的综合自动化设备监控变电站内的电力设备，子站向电力调度中心(主站)发送遥测、遥信等信息，主站向子站发送遥控、遥调命令。增加防火、防盗以及遥视等功能后，实现了变电站真正的无人值班，产生了巨大的经济效益。从内容上分，可以将电力系统自动化划为电力系统调度自动化、发电厂自动化和变电站自动化等三部分。调度自动化又可分为发电和输电调度自动化(通常称为电力调度自动化)、配电力调度自动化(通常称为配电网自动化或配电自动化)。2 电力调度自动化概述电力调度自动化系统是从全局的角度对整个电力系统进行监测和控制，它通过远程通信网络收集电网运行的实时信息，对电网的运行状态进行监视和安全性分析、状态估计、负荷预测、远程调控等，从而保证电网的安全稳定运行，提高电能质量，改善电网运行的经济性。调度自动化系统是整个电网的控制核心，其可靠性对电网安全运行至关重要。如果调度自动化系统发生故障或失效，将使调度中心无法对电网的运行状态作出正确的判断和恰当的处理，无法保证一次系统的安全稳定运行，甚至会引起连锁性事故的发生，导致系统崩溃和大面积停电，造成巨大的经济损失和社会影响。电力调度自动化系统由调度主站（调度中心）、厂站端、通信三大部分组成，厂站端又包括电厂综合自动化系统和变电站综合自动化系统。狭义上讲，电力调度自动化系统指的是调度主站系统。电力调度的任务：确保电网的安全运行，确保电能质量，确保电网的经济运行并参与企业经营管理。国内的电力电力调度自动化系统主要有南瑞的OPEN-3000电力调度自动化系统、许继的PANS-2000电力调度自动化系统、四方的CSD-2100电网调配管一体化主站系统及东方电子的DF8900电力应用一体化系统等。其中南瑞的OPEN-3000电力调度自动化系统在当前的国内市场中占据了主导地位，代表了当前国内的电力调度自动化系统的发展方向。3 3 电力调度自动化的具体应用现代电力调度自动化所涉及的应用内容范围很广，其基本内容包括 运行监视、经济调度、安全分析和自动控制等。3.1 SCADA应用系统SCADA是架构在统一支撑平台上的一个具体应用，是EMS系统的最基本应用，主要用于实现完整的、高性能的、实时数据采集和监控功能。SCADA软件具有口令管理、等级设置、工作站功能设定等安全管理手段。任何操作或事件都能记录、存储或打印出来。在任何重要的控制操作执行之前，系统自动检查口令和安全性，所有的操作结果能进行记录、存储和打印。SCADA应用利用系统软件支撑平台提供的服务，主要实现数据采集和处理、控制和调节、事件和报警处理、网络拓扑着色、趋势记录、事故追忆PDR、事件顺序记录SOE、历史数据回放、报表系统与管理和打印与输出等功能SCADA系统是电力调度自动化系统中的一个非常重要的一个应用，主要完成“四遥”功能（遥测、遥信、遥控、遥调）。它主要由由放置在各个变电站、发电厂内的监控系统及RTU等分站设备和电调度中心的主站设备组成。主站SCADA系统通过数据通道接收放置在发电厂、变电站(子站)内的RTU(Remote Terminal Unit)或综合自动化系统采集的当地电气量数据和信息，利用主站系统的SCADA功能，对变电站和发电厂进行监视和控制。变电站内的综合自动化设备，接收来自主站系统的命令，并结合其自身的自动控制功能，对子站的设备进行控制。根据具体的实际需求，SCADA系统可以分为：电网主站综合自动化系统，电厂综合自动化系统、配网综合自动化系统、变电站综合自动化系统、馈线综合自动化系统及其远动RTU系统等部分。3.2 AGC/AVC应用系统即自动发电控制和最低电压控制，它们是对电网安全经济运行实现闭环控制的重要功能。在对电网频率调整的同时，实现经济调度控制，直接控制到各调频电厂，并计入线损修正，实现对互联电网联络线净功率频率偏移控制；对于非调频厂，则按日负荷曲线运行；对于有条件的电厂还应实现自动电压和无功功率控制（AVC）。主要有以下功能：1）实时数据处理，直接读取SCADA所有量测，对每一量测进行严格质量检验，并引入状态估计遥测遥信粗检测对量测质量进行关联分析，对全网完整模型实时拓扑进行校验避免动态分区错误，确保控制数据源安全性。2）动态控制策略，考虑变压器/容抗器等离散型设备操作次数约束，结合负荷曲线动态变化特性，使控制具有一定预见性，尽量减少动作次数。3）上下级协调控制，地调AVC可响应省调实时无功指令或满足功率因数考核指标，保证主网电压稳定，减少主网输送无功功率并降低网损。4）安全策略，实时运行安全策略完备，建立电网异常事件知识库，对保护事件可根据SCADA保护信号自定义报警，确保闭环控制运行稳定可靠。3.3 PAS高级应用软件高级应用软件PAS系统主要是为对电网安全、经济和稳定的全面监视，提供优化、预防和紧急控制措施的分析和辅助决策手段；提供了全面的网络分析功能和解决方案。主要包括以下功能：1) 网络建模及网络拓扑, 对整个网络分析来说显得非常重要，因为正确的网络模型(描述电力系统组件及其连接关系和参数)是保证网络分析各应用软件正确运行的基本条件。2)状态估计, 是EMS信息重建部分最主要的功能模块，其估计的结果是其它EMS分析软件的数据基础。3)调度员潮流, 是基本的网络分析软件，为调度工程师和运行分析工程师提供一种方便的分析工具，调度员可以在假想的条件下研究当前网络可能出现的运行状态，计划工程师可以用它校核计划的安全性，分析工程师可以用它分析近期运行方式的变化。4)负荷预报, 是未来数据的一个主要来源，对于电力系统控制、运行和计划都是非常重要，预测结果的好坏将影响电力系统运行安全性提高和经济性改善。5)故障计算和分析, 是根据电力网络的运行方式和网络组件的参数计算电力网络在系统发生故障的情况下系统故障电流的分布6)静态安全分析, 静态安全分析能够对系统发生预想事故时能否继续安全运行进行评估，为运行调度人员维护电力系统安全可靠运行提供依据，安全分析可以在实时和研究模式下运行。3.4 DTS应用系统调度员培训仿真系统（Dispatcher Training Simulator，简称DTS）是一套数字仿真系统，它运用计算机技术，通过建立实际电力系统的数学模型，再现各种调度操作和故障后的系统工况,并将这些信息送到电力系统控制中心的模型内，为调度员提供一个逼真的培训环境，以达到既不影响实际电力系统的运行而又使调度员得到身临其境的实战演练的目的。典型的DTS系统由电网仿真子系统、控制中心EMS仿真子系统和教员控制子系统组成：1) 电网仿真子系统PSM提供对电网的全面模拟，包括一次系统的模拟，又模拟了保护和安全自动装置等的二次系统；还模拟了电力系统的数据采集。2) 控制中心EMS仿真子系统（CCM）能模拟调度端的各种数据采集处理和操作、控制功能。控制中心仿真数据和仿真电网侧数据一致，学员可以使用与EMS一致的用户接口和应用软件功能。3) 教员控制子系统能很方便、快捷地建立教案，包括培训仿真的初始断面，提供对教案的管理工具和简单方便的DTS系统维护界面。4电力调度自动化的发展趋势回顾从SCADA到EMS的发展历程时，新世纪所迎来的却是更大的机遇和挑战：技术的进步、电力信息技术的发展和电力体制的改革和电力市场的开放。实际上，涉及SCADA、EMS和电力市场的公用信息模型（CIM）正紧紧跟踪电力信息技术的发展，并通过电力市场进入财务、资产等管理信息领域。个人认为，电力调度自动化发展趋势主要有以下几个方面：1）信息化，电力信息技术长期与电网运行实时信息和电力营销管理信息平行发展。电网运行实时信息以自动化形式，从远动、SCADA发展到EMS。电力营销管理信息以离线管理形式，正从传统的管理信息系统（MIS）向企业资源规划（ERP）发展。2）标准化，如涉及SCADA、EMS和电力市场的IEC 61970，横向将和支持配电管理系统（DMS）、地理信息系统（GIS）等的IEC 61968接轨，纵向将和支持变电站（含光电VT/CT）的IEC 61850互补接轨，构成完整的标准化系列，但尚未达到行业级的标准化高度。3）智能化，智能控制领域发展尤其 迅猛，有相当部分已投入实用。是未来电网发展的必然趋势。智能调度技术采用调度数据集成技术，有效整合并综合利用电力系统的稳态、动态和暂态运行信息，实现电力系统正常运行的监测与优化、预警和动态预防控制、事故的智能辨识 事故后的故障分析处理和系统恢复，紧急状态下的协调控制，实现调度、运行和管理的智能化、电力调度可视化等高级应用功能，并兼备正常运行操作指导和事故状态的控制恢复，包括电力市场运营、电能质量在内的电网调整的优化和协调。4）数字化，是电力调度自动化EMS、DTS发展的高级阶段，是一个巨大的系统工程，需要进行大量的基础性研究，也是数字电力的具体体现。随着信息化的普及和深人，越来越多的目光投向了数字化变电站和数字化电网的研究开发。电力调度的数字化包括信息数字化、通信数字化、决策数字化和管理数字化等几个方面。5）网络化，当前的网络已经发展为千兆以太网，电力调度自动化系统要想取得更改的集成化，必须建立在高速的光纤千兆以太网和想配套的通信标准之上。6）WEB化，通过WEB远程监控，使得参演的变电站、电厂、集控中心等方可以通过WEB很方便的参与到演习中来，更重要的可以实现参演各方的分散操作，大大减轻了上级导演的工作量，提高了演习的逼真度。7）可视化，现代的电力调度系统除了“四遥”外，要求具有遥视功能，是专门为电力调度自动化设计的监视程序，通过可视化的手段显示电力调度运行的参数，为调度员进行调度提供直观的可视化图形，它将电网运行枯燥的数据用灵活的、实物化的、动态的方式，借助计算机图形显示技术进行显示，充分发挥了人脑的模糊识别功能，将为调度自动化系统提供前所未有的技术手段。8）无线化，根据用户的需求，电力调度将会如短信报警功能，无线抄表功能，无线通迅、无线监控等功能。各种各有的无线技术也将会在电力调度中大放异彩。9）市场化，未来的调度自动化系统和电力市场的运营系统需要紧密地结合在一起，在传统的EMS和WAMS等应用中更多地融人市场的因素，包括研究电力市场环境下电网安全风险分析理论，以及研究市场环境下的传统EMS分析功能，如面向电力市场的发电计划的安全校核功能、概率性的潮流及安全稳定计算分析、在线可用输电能力(ATC)的分析计算等。10）高新化，即引入很多的高新技术，如基于Internet技术、面向对象技术、数据库技术、JAVA技术，来解决将电力调度SCADA、PAS、DTS、AVC、WAMS等子系统集成于统一的支撑平台上。5 结束语现代社会对电能供应的“安全、可靠、经济、优质”等各项指标的要求越来越高，相电力调度自动化应地，电力系统也不断地向自动化提出更高的