电网监控与调自动化绪论

1、电网监控与调度自动 化 选用课本 张永健.电网监控与调度自动化,4版.中国电力出版社,2013. 32课时 考试课 建议参考书目 电力调度 变电站自动化 配网自动化 通信技术 计算机控制 。 电网调度涉及到的主要工作及相关课程 发电机控制发电机控制 变压器运行变压器运行 电网结构分析电网结构分析 潮流计算潮流计算 电力系统故障分析和计算电力系统故障分析和计算 继电保护继电保护 主要工作主要工作 方式方式 保护保护 电力系统稳定电力系统稳定 频率及其调整频率及其调整 电压及其调整电压及其调整 电力系统运行操作电力系统运行操作 电力系统经济调度电力系统经济调度 电网调度自动化电网调度自动化 主要工

2、作主要工作 运行运行 -自动化自动化 电力系统内部过电压电力系统内部过电压 电力系统通信电力系统通信-通信通信 电网调度自动化电网调度自动化 主要介绍主要介绍SCADA/EMS技术技术 电网调度与运营电网调度与运营加入更多的分析软件及电力市场技术加入更多的分析软件及电力市场技术 电网调度运行与控电网调度运行与控 制制 同步发电机运行同步发电机运行 电力变压器运行电力变压器运行 电网调度自动化系统电网调度自动化系统 自动发电机控制自动发电机控制 电压控制电压控制 电力系统自动电力系统自动 化化 断路器控制断路器控制 电网调度自动化系统电网调度自动化系统 频率与有功控制频率与有功控制 电压与无功控

3、制电压与无功控制 变电站自动化变电站自动化 配电网自动化配电网自动化 电力系统自动化电力系统自动化 -指对电力设备及系统的自动监视、控制与调度。 电网调度自动化电网调度自动化(EMS) 配电网自动化配电网自动化( DMS) 火电厂自动化火电厂自动化 水电厂自动化水电厂自动化 电力系统调度自动化电力系统调度自动化 发电厂自动化发电厂自动化 变电站自动化变电站自动化 电力系统自动化电力系统自动化 电力系统自动化：元件自动化电力系统自动化：元件自动化 局部自动化局部自动化 单一系统（岛）自动化单一系统（岛）自动化 综合自动化（电综合自动化（电 网调度自动化系统、配电自动化系统、信息网调度自动化系统、

4、配电自动化系统、信息 管理系统等）。管理系统等）。 元件和局部自动化由下而上元件和局部自动化由下而上 发展过程发展过程 系统自动化由上而下系统自动化由上而下 电力系统自动化 电力系统自动装置 调度自动化 变电运行 调度运行 目录 第一章概述 第二章交流数据采集与处理 第三章远方终端 第四章变电站自动化 第五章配电网自动化 第六章数据通信系统 第七章 EMS能量管理系统 第一章概述 运行监控及调度自动化 电网监控及调度自动化系统的结构及功能 电力系统运行及监控的自动化 电力系统运行状态 运行基本要求 保证系统较高的安全水平 合格的电能质量 良好的经济性 系统安全稳定 为保证电力系统运行的稳定性，

5、维持电网频率、电压的正常水平，系统应有足够的静态稳定储备和有功、 无功备用容量。备用容量应分配合理，并有必要的调节手段。在正常负荷波动和调整有功、无功潮流时， 均不应发生自发振荡。 DL755-2001 电力系统安全稳定导则 供电可靠性 供电可靠性是指供电系统持续供电的能力 电力系统运行状态 正常运行状态 警戒状态 紧急状态 系统崩溃 恢复状态 系统运行正常，参数恶化 参数越界，可以挽回到警戒状态 系统瓦解成几个系统 黑启动，使小系统并列 电力系统故障后系统崩溃过程的例子 电力系统运行状态 正常运行状态 功率平衡 频率、电压在允许 范围内 设备不过负荷 足够的安全储备 经济运行 正常警戒状态

6、负荷变动 单向调节累积 安全储备减少 运行参数临界 抗干扰能力下降 警戒正常状态 静、动态稳定分析 调节发电机功率 调整负荷 改变运行方式 警戒紧急状态 严重干扰 短路、机组停机 参数越限 电压越限 频率越限 设备过负荷 紧急警戒状态 告警 紧急控制 事故预案 紧急系统崩溃 未及时采取措施 系统失稳 系统解列 切发电机 切除负荷 l 维持子系统控制 l 维持区域供电 系统崩溃恢复 机组启动 黑启动 恢复供电 系统并列 North China Electric Power Universitypage182021-5-4 正常运行状态(满足负荷要求，有一定的安全储备) 警戒状态 (预防性控制)

7、恢复状态 (重新并列)恢复对用户供电 紧急状态 (紧急控制) 系统崩溃 (切机、切负荷、断开线路) 储备系数减小 或干扰频率增大 由于外界干扰使 电压频率潮流越限 解列 安全 不安全 危险 系统解列 黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电（不排除孤立小电网仍维持运行），处于全“黑”状 态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组， 逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。 电网监控与调度在电力系统中的地位和作用 电力法 电网调度管理条例 电网监控与调度自动化要求 保证供电电能质量 保证系统较高的安全水平 提高系统运行经济性 提供强有力

8、的事故处理措施 North China Electric Power Universitypage222021-5-4 电力系统调度的主要任务：电力系统调度的主要任务： （1）保证供电的优良质量）保证供电的优良质量 保证有功功率与无功功率的平衡，使系统频率和各保证有功功率与无功功率的平衡，使系统频率和各 母线电压保持在额定值附近。母线电压保持在额定值附近。 合理的系统运行方式安排，对发电机、线路及其他合理的系统运行方式安排，对发电机、线路及其他 设备的合理检修计划。设备的合理检修计划。 （2）保证系统运行的经济性）保证系统运行的经济性 合理的调度方案。考虑系统全局，保证必要的安全合理的调度方案

9、。考虑系统全局，保证必要的安全 水平，合理安排备用容量分布，确定主要机组的出水平，合理安排备用容量分布，确定主要机组的出 力范围。力范围。 North China Electric Power Universitypage232021-5-4North China Electric Power Universitypage23 电力系统调度的主要任务：电力系统调度的主要任务： （3）保证较高的安全水平）保证较高的安全水平-选用具有足够的承受事选用具有足够的承受事 故冲击能力的运行方式故冲击能力的运行方式 采用预想事故的方法，对于一个正在运行的系统根采用预想事故的方法，对于一个正在运行的系统根

10、据规定预想几个事故，然后进行分析计算，如果事据规定预想几个事故，然后进行分析计算，如果事 故后果严重则应选用其他的运行方式。故后果严重则应选用其他的运行方式。 （4）保证提供强有力的事故处理措施）保证提供强有力的事故处理措施 调度人员采用强有力的事故处理措施，调度整个系调度人员采用强有力的事故处理措施，调度整个系 统，使对用户的供电尽快恢复。统，使对用户的供电尽快恢复。 电网监控与调度在电力系统中的地位和作用 继电保护和自动装置完成了信息的就地处理。 继电保护、低频减载、励磁自动调节系统 就地处理的局限性。 信息的集中处理 频率控制与电压控制中的三次控制等例子。 RTU、SCADA、EMS 信

11、息的就地处理与集中处理的关系 各有特点，互相补充。 电力系统自动化系统基本构成 l 信息就地处理系统 就地、分散配置控制、保护 l 信息集中处理系统 信息采集、通信、远方控制 电力系统自动化系统基本构成 l 信息就地处理系统-局部、事后 l 信息集中处理系统-全局、预想、 事后处理 l 信息就地处理系统 继电保护 自动装置 同步发电机并列装置 电压、无功自动调节装置 频率及有功功率自动调节装置 低频自动减负荷装置 故障测距、小接地选线 备用电源自投入 自动重合闸 信息集中处理系统 变电所 发电厂 调度中心 变电所 发电厂 变电所 信息集中处理系统 u 信息采集和命令执行子系统 u 信息传输子系

12、统 u 信息的收集、处理和控制子系统 u 人机联系子系统 电力系统分层控制 信信 息息 调调 度度 令令 电力系统的分层控制 五级分层调度管理 国家调度控制中心国调 大区电网调度控制中心网调 省电网调度控制中心省调 地市电网调度控制中心地调 l调度基本原则： 统一调度，分级管理，分层控制统一调度，分级管理，分层控制 县级电网调度控制中心县调 现代电网的主要特征、调度任务现代电网的主要特征、调度任务 现代电网实行统一调度、分级管理、分层控制；现代电网实行统一调度、分级管理、分层控制； 五级调度管理：国调、网调、省调、地调、县调。五级调度管理：国调、网调、省调、地调、县调。 分层的优点分层的优点

13、便于协调控制便于协调控制 提高系统的可靠性提高系统的可靠性 改善系统响应速度改善系统响应速度 电网调度管理条例 第十条调度机构分为五级：国家调度机构，跨省、自治区、直辖市调度机构，省、 自治区、直辖市级调度机构，省辖市级调度机构，县级调度机构。 电力系统的份分级调度虽然与行政关系相似，但确实电能生产过程的内部 特点所决定。 希望细读电力法和电网调度管理条例 电力系统的分区、分级调度 国家电力调度中心 国家电力调度中心是国家电网公司运行管理部门 华东电网调度室 国家调度机构 掌握全国发电量和负荷掌握全国发电量和负荷 协调大区之间的功率传输协调大区之间的功率传输 了解各大区的安全状况了解各大区的安

14、全状况 负荷预测、发电计划负荷预测、发电计划 频率频率有功控制有功控制 电压电压无功控制无功控制 安全监视、校正控制安全监视、校正控制 区网检修安排、事故处理区网检修安排、事故处理 安全经济运行安全经济运行 执行自动发电控制执行自动发电控制 安全分析与安全控制安全分析与安全控制 实时监控、分配负荷实时监控、分配负荷 电压和无功优化电压和无功优化 控制、分配负荷控制、分配负荷 倒闸操作倒闸操作 第一章第一章 绪绪 论（续）论（续） North China Electric Power Universitypage502021-5-4 调度自动化系统的发展 1 早期阶段早期阶段 2 远动技术的应用

15、远动技术的应用 3 以计算机技术为基础的调度自动化技术应用以计算机技术为基础的调度自动化技术应用 4 调度自动化系统数据网络的建立调度自动化系统数据网络的建立 自动装置 电话 scada SCADA EMS 国家电力通信网 第一阶段： 布线逻辑式远动技术（初级阶段） 四遥：遥测、遥信、遥控、遥调 第二阶段：计算机技术（第二阶段） SCADA EMS 第三阶段：计算机技术、通信技术、网络技术（快速发展阶段） 集中式分布式开放式 调度自动化的发展 第三阶段：计算机技术、通信技术、网络技术（快速发展阶段） 集中式分布式开放式 第一代为主机-前置机-RTU终端方式结构 第二代为客服-服务器分布式网络结

16、构 第三代为开放型分布式系统 新的开放系统结构采用“面向对象”的技术，将各种应用按“组件”接口规范进行“封装”，形成可以在 不同硬软件系统上“即插即用”的组件。实现软件的“即插即用”，这是软件发展的理想目标。 North China Electric Power Universitypage552021-5-4 世界上典型的调度管理模式 l统一电网，统一调度统一电网，统一调度 u我国和世界上主要国家电网的组织形式我国和世界上主要国家电网的组织形式 l联合电网，统一调度联合电网，统一调度 （由于不同所有（由于不同所有 权）权） uPJM公司的组织形式公司的组织形式 l联合电网，联合调度联合电网，

17、联合调度 u北美等少数地区的组织形式北美等少数地区的组织形式 u美国的纵向垄断美国的纵向垄断 日本的十大私企电网日本的十大私企电网 台湾电力公司 英文名称：Taiwan Power Company，简称台电（Taipower）、TPC，是中国台湾的国 营电力公司，负责全台湾、澎湖、金门和马祖的电力供应。台电在台湾的电力产业上具有寡占地位。在 1995年“电力自由化”之前，台电负责所有的发电和输配电；开放民间兴建发电厂之后，民间电厂所发出 的电力由台电议价购入。 中华电力 有限公司 香港电灯 香港岛及附近岛屿 电力管理计划 新加坡 公用事业局企业化 设立能源市场管理局（EMA）实现厂网分离 19

18、40-1950年，最早的电力市场出现于美国佛罗里达州年，最早的电力市场出现于美国佛罗里达州FCG），），FCG电力市场的电力市场的 形成经历了一个较长的自然发育过程。英国于形成经历了一个较长的自然发育过程。英国于1979年撒切尔政府上台后，为了削减政年撒切尔政府上台后，为了削减政 府开支，决定在电力、石油、通信、煤气和航空等行业引入竞争机制，搞活经济，在府开支，决定在电力、石油、通信、煤气和航空等行业引入竞争机制，搞活经济，在 1990年年4月正式实行电力市场化运行。目前较典型的电力市场有英格兰月正式实行电力市场化运行。目前较典型的电力市场有英格兰威尔士、威尔士、 美国加州纽约、美国新英格兰、

19、美国加州纽约、美国新英格兰、PJM（宾夕法（宾夕法新泽西新泽西马里兰）、澳大利亚、新西兰、马里兰）、澳大利亚、新西兰、 阿根廷、挪威等阿根廷、挪威等。 调度自动化与电力市场 国内国内: 1)从从1998年开始实行年开始实行“厂网分开，竞价上网厂网分开，竞价上网” 的改革，并确定山东、上海、浙江以及东北的辽的改革，并确定山东、上海、浙江以及东北的辽 宁、吉林、黑龙江宁、吉林、黑龙江6个电网为首批试点单位。个电网为首批试点单位。 2)2000年年1月山东、上海、浙江发电侧电力市月山东、上海、浙江发电侧电力市 场正式投入商业化运行，场正式投入商业化运行，2001年年4月东北三省电力月东北三省电力 市

20、场也正式投入运行。市场也正式投入运行。 3)目前目前,已全面实行厂网分开已全面实行厂网分开,但只有部分发电电但只有部分发电电 量进行竞价上网。量进行竞价上网。 4）2006年年4月月26-28日日 ， 华东区域电力市场华东区域电力市场 试试 调电运行成功。同年调电运行成功。同年12月又为期两周的试调电成月又为期两周的试调电成 功。功。 5）华中、南方电网也正在积极地筹建电力市场）华中、南方电网也正在积极地筹建电力市场 中。中。 California 电力市场 ( 电力电力 交易所交易所 Scheduling Coordinators (SCs) 输电公司输电公司 ISO 发电商发电商 配电公司

21、配电公司 发电商发电商 零售商零售商 Direct Access Customer (DAC) Full Service Utility Customer (FSUC) Direct Access Customer (DAC) 零售商零售商 ( ( ( ( ( i $ 辅助服务辅助服务 提供商提供商 ( kWh $ $ $ ? $ $ $ $ kWh kWh kW, kWh kWh kWh i i $ kWh i $ i i i i i Some market info and money min market info. min mrkt info. Info. 4、具有较高的供电可靠性；、

22、具有较高的供电可靠性； 5、具有高度自动化的控制系统；、具有高度自动化的控制系统； 6、具有高度自动化的管理系统；、具有高度自动化的管理系统； 7、具有高素质的职工队伍。、具有高素质的职工队伍。 主要特征 “大电网、高电压、高自动化” 现代电网的主要特征、调度任务现代电网的主要特征、调度任务 尽设备最大能力满足负荷需要尽设备最大能力满足负荷需要; 使整个电网安全可靠连续供电；使整个电网安全可靠连续供电； 保证电能质量；保证电能质量； 经济合理利用能源；经济合理利用能源； 保证发电、供电、用电各方合法利益。保证发电、供电、用电各方合法利益。 调度任务 电网调度自动化系统由三部分组成： 调度端、信

23、道设备、厂所端。 North China Electric Power Universitypage722021-5-4 调度自动化系统的结构和功能 电网调度自动化系统：包括控制中心、主站系统、厂电网调度自动化系统：包括控制中心、主站系统、厂 站端站端(RTU)和信息通道四大部分。和信息通道四大部分。 电网调度自动化系统由三部分组成：电网调度自动化系统由三部分组成： 调度端、信道设备、厂所端。调度端、信道设备、厂所端。 电力调度自动化的设备可称为硬件，它的核心电力调度自动化的设备可称为硬件，它的核心 是计算机系统。是计算机系统。 电力系统调度自动化系统的设备构成 主要功能包括：数据采集和控制（

24、SCADA）、发电自动控制（AGC）、经济调度运行（EDC）、电网静 态安全分析（SA）以及调度员培训模拟（DTS）在内的能量管理系统。 电网调度自动化系统 变电站自动化 substation automation system ; SAS 配网管理系统 Distribution management system DMS 能量管理系统 EMS 变电站自动化 变电站自动化定义：变电站自动化定义： 变电站自动化是将变电站的二次设备经过功能变电站自动化是将变电站的二次设备经过功能 的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信 技术、信号处理技术，实现对全

25、变电站的主要设备技术、信号处理技术，实现对全变电站的主要设备 和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护、和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护、 并与上级调度通信的综合性自动化功能。并与上级调度通信的综合性自动化功能。 综合自动化 变电站自动化 SAS 变电站综合自动化的特点 1、功能综合化。、功能综合化。 2、结构分布、分层化。、结构分布、分层化。 3、测量显示数字化。、测量显示数字化。 4、操作监视屏幕化。、操作监视屏幕化。 5、通信网络化、光纤化。、通信网络化、光纤化。 6、运行管理智能化。、运行管理智能化。 配电网自动化 配网管理系统 DMS 通常把利用现代电子技术、通信技术、计

26、算机及网络技术，实现通常把利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，实现 对配电网系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和对配电网系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和 配电管理的综合自动化系统，称为配电管理的综合自动化系统，称为“配电管理系统配电管理系统” （Distribution Management System，简称，简称DMS）。）。 DMS是和电网调度自动化的能量管理系统（是和电网调度自动化的能量管理系统（EMS）处于同一层次。）处于同一层次。 二者不同之处在于二者不同之处在于EMS涉及发、输电系统，涉及发、输电系统，DMS是配电管理系统。是配电管理系统。 North China Electric Power Universitypage802021-5-4 电网调度自动化系统的基本功能 l能量管理系统能量管理系统(EMS) u数据采集和监控数据采集和监控(SCADA) u自动发电控制自动发电控制(AGC)和经济调度控制和经济调度控制(EDC) u电力系统状态估计电力系统状态估计(State Estimator) u安全分析安全分析(Security Analysis) u调度员模拟培训系统调度员模拟培训系统(DTS) 电网调度自动化必须具有电网