第四章电力调度自动化

1、 电力系统的运行状态可以用一组包含电力系统状态变量电力系统的运行状态可以用一组包含电力系统状态变量( (如如各节点的电压幅值和相位角各节点的电压幅值和相位角) )、运行参数、运行参数( (如各节点的注入如各节点的注入有功功率有功功率) )和结构参数和结构参数( (网络连接和元件参数网络连接和元件参数) )的微分方程组的微分方程组描述。目前，电力系统运行状态尚没有严格定义，一般将描述。目前，电力系统运行状态尚没有严格定义，一般将其分为正常状态、警戒状态、紧急状态、崩溃状态和恢复其分为正常状态、警戒状态、紧急状态、崩溃状态和恢复状态。状态。 由于电力负荷始终是变动的，而且系统故障具有不可预见由于电

2、力负荷始终是变动的，而且系统故障具有不可预见性，为了有效地控制电力系统，需要将电力系统的运行状性，为了有效地控制电力系统，需要将电力系统的运行状态进行分类，以便在不同运行状态时对电力系统实行控制。态进行分类，以便在不同运行状态时对电力系统实行控制。 从客观上讲，电力系统的运行状态可分为正常状态和非正从客观上讲，电力系统的运行状态可分为正常状态和非正常状态。电力系统正常运行时，运行参数在允许的上、下常状态。电力系统正常运行时，运行参数在允许的上、下限值之内。如果有一个或几个运行参数在允许的上、下限限值之内。如果有一个或几个运行参数在允许的上、下限之外时，电力系统就处于不正常状态了。正常状态可用数

3、之外时，电力系统就处于不正常状态了。正常状态可用数学式描述，即学式描述，即如果式如果式(41)式式(43)成立，则电力系统运行正常，否则就不正常。式成立，则电力系统运行正常，否则就不正常。式(41)式式(43)也称为电力系统运行的不等式约束条件。也称为电力系统运行的不等式约束条件。式式(44)说明，系统内所有电源发出的有功说明，系统内所有电源发出的有功功率总和等于系统内所有负荷和输配电设功率总和等于系统内所有负荷和输配电设备运行在系统频率允许的范围之内消耗的备运行在系统频率允许的范围之内消耗的有功功率总和时，系统频率就在允许的上、有功功率总和时，系统频率就在允许的上、下限之内，否则就会高出上限

4、值或低于下下限之内，否则就会高出上限值或低于下限值。限值。式式(45)说明，系统内所有无功电源发出的说明，系统内所有无功电源发出的无功功率总和等于系统内所有负荷和输、无功功率总和等于系统内所有负荷和输、配电设备运行在系统电压配电设备运行在系统电压U允许的范围之内允许的范围之内即满足式即满足式(42)所消耗的无功功率总和时，所消耗的无功功率总和时，系统电压就在允许的上、下限值之内，否系统电压就在允许的上、下限值之内，否则就会高出上限值或低于下限值。则就会高出上限值或低于下限值。正常运行状态(满足负荷要求,有一定的安全储蓄)恢复状态(重新并列)恢复对用户供电警戒状态(预防性控制)系统崩溃(切机,切

5、负荷断开线路)紧急状态(紧急控制)系统解列系统保持原状安全不安全危险储备系数减小储备系数减小或干扰概率增大或干扰概率增大由于外界干由于外界干扰使电压、扰使电压、频率、潮流频率、潮流越限越限1正常运行状态正常运行状态 系统满足所有的约束条件。系统满足所有的约束条件。2警戒状态警戒状态 电力系统受到严重的扰动或者一系列小扰动电力系统受到严重的扰动或者一系列小扰动逐步积累逐步积累 ，使电力系统总的备用裕度减少、安全水平降低，使电力系统总的备用裕度减少、安全水平降低后，就可能进入警戒状态。后，就可能进入警戒状态。3紧急状态紧急状态 如果受到严重干扰，使运行极限被破坏，系如果受到严重干扰，使运行极限被破

6、坏，系统就进入了紧急状态。统就进入了紧急状态。4崩溃状态崩溃状态 在紧急状态下，如果不能及时消除故障和采在紧急状态下，如果不能及时消除故障和采取适当的控制措施，或者措施不得取适当的控制措施，或者措施不得 ，电力系统可能失去稳，电力系统可能失去稳定。在这种情况下为了不使事故进一步扩大并保证对部分定。在这种情况下为了不使事故进一步扩大并保证对部分重要负荷供电，自动解列装置可能动作，调度人员也可以重要负荷供电，自动解列装置可能动作，调度人员也可以进行调度控制，将一个并联运行的电力系统解列成几部分。进行调度控制，将一个并联运行的电力系统解列成几部分。这时电力系统进入了崩溃状态。这时电力系统进入了崩溃状

7、态。5恢复状态恢复状态 通过自动装置和调度人员的调度控制，在崩通过自动装置和调度人员的调度控制，在崩溃系统大体上稳定下来以后，可使系统进入恢复状态。溃系统大体上稳定下来以后，可使系统进入恢复状态。调度中心发电厂发电厂变电站变电站发电厂发电厂变电站变电站电力线路通信线路馈线馈线馈线馈线 （1）指挥系统）指挥系统 （2）生产性质）生产性质 （3）管理职能）管理职能指挥发电厂、变电所的倒闸操作、事故处理指挥发电厂、变电所的倒闸操作、事故处理和调整有功功率与无功功率和调整有功功率与无功功率负责电网的安全稳定和经济运行，制定接线方式，负责电网的安全稳定和经济运行，制定接线方式，规定并控制维稳极限，确定设

8、备整定值，负责涉规定并控制维稳极限，确定设备整定值，负责涉及自动化的有关技术工作。及自动化的有关技术工作。负责技术管理工作，掌控发供电单位运行情况，负责技术管理工作，掌控发供电单位运行情况，制定运行操作规程，开展专业培训，制定和贯制定运行操作规程，开展专业培训，制定和贯彻安全经济运行措施。彻安全经济运行措施。1）电力系统调度工作的性质）电力系统调度工作的性质2）电力系统调度工作的任务）电力系统调度工作的任务 （1）满足用户的）满足用户的用电需要用电需要 （3）保证电能质量）保证电能质量 （2）保证用电安全）保证用电安全 （4）经济合理地）经济合理地 利用能源利用能源根据负荷需要及实际情况，科学

9、安排设备运行、根据负荷需要及实际情况，科学安排设备运行、备用和维护，组织供用调剂，使系统运行在最佳备用和维护，组织供用调剂，使系统运行在最佳状态。状态。监视运行参数使之保持在稳定范围内；控制运行监视运行参数使之保持在稳定范围内；控制运行系统确保可靠；指挥安全操作；准备反事故措施，系统确保可靠；指挥安全操作；准备反事故措施，限制事故扩大等安全生产工作。限制事故扩大等安全生产工作。周波指标：一般周波指标：一般 500.5Hz以内；以内；300万以上电网万以上电网500.2Hz以内。以内。电压指标：波动小于电压指标：波动小于5%； 35kV以下最大不超过以下最大不超过 10%。根据能源配置情况，调剂

10、机组运行，减少高价能源根据能源配置情况，调剂机组运行，减少高价能源消耗。适时科学调整线路潮流，减少有功和无功消消耗。适时科学调整线路潮流，减少有功和无功消耗，减低供电成本。耗，减低供电成本。3）电力系统调度的几项基本工作）电力系统调度的几项基本工作（1）预测负荷）预测负荷 （3）倒闸操作）倒闸操作 （2）平衡电源、）平衡电源、编制计划编制计划 （4）事故处）事故处理理根据负荷需要及现实情况，编制月负荷计划及根据负荷需要及现实情况，编制月负荷计划及24小时负荷预测，供值班人员执行。一般负荷小时负荷预测，供值班人员执行。一般负荷预测与实际情况的误差在预测与实际情况的误差在1%以内。以内。根据根据2

11、4h负荷预测负荷预测,及各电厂实际情况编制发电任务及各电厂实际情况编制发电任务,提前下达。考虑因素：检修；能源储备；调峰调频、提前下达。考虑因素：检修；能源储备；调峰调频、潮流合理等潮流合理等统一指挥大型区域发电设备、变统一指挥大型区域发电设备、变电设备的投入或解列等。电设备的投入或解列等。隔离事故；恢复供电；隔离事故；恢复供电；确保电网正常。确保电网正常。 （5）经济调度）经济调度1)数据采集与安全监视数据采集与安全监视(SCADA)2)安全分析安全分析3)经济调度经济调度4)自动控制自动控制5)调度员模拟培训调度员模拟培训6)调度信息管理系统调度信息管理系统7)水调自动化系统水调自动化系统

12、8)电力市场技术支持系统电力市场技术支持系统 中华人民共和国中华人民共和国电力法电力法规定，电网运行实行统一调度、规定，电网运行实行统一调度、分级管理；分级管理；电网调度管理条例电网调度管理条例明确，调度机构分为五级，明确，调度机构分为五级，即国家调度机构，跨省、自治区、直辖市调度机构，省、自即国家调度机构，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，县级调度机治区、直辖市级调度机构，省辖市级调度机构，县级调度机构。目前我国已建立了较完备的五级调度体系，分别是国家构。目前我国已建立了较完备的五级调度体系，分别是国家电力调度通信中心，简称电力调度通信中心，简称国

13、调国调；东北、华北、华东、华中、；东北、华北、华东、华中、西北、南方电力调度通信中心，简称西北、南方电力调度通信中心，简称网调网调；各省（直辖市、；各省（直辖市、自治区）电力公司电力调度通信中心，简称自治区）电力公司电力调度通信中心，简称省调省调；还有；还有270270个个地调地调和和20002000多个多个县调县调。各级调度机构对各自调度管辖范围内。各级调度机构对各自调度管辖范围内的电网进行调度，依靠法律、经济、技术并辅之以必要的行的电网进行调度，依靠法律、经济、技术并辅之以必要的行政手段，指挥和保证电网安全稳定经济运行，维护国家安全政手段，指挥和保证电网安全稳定经济运行，维护国家安全和各利

14、益主体的利益。和各利益主体的利益。我国各电网位置示意图我国各电网位置示意图： 县级调度中心县级调度中心国家调度中心国家调度中心 网局调度中心网局调度中心省级调度中心省级调度中心地区调度中心地区调度中心变电所变电所直属直属电厂电厂省属省属电厂电厂地方地方电厂电厂直属变直属变电所电所省属变省属变电所电所地方变地方变电所电所由于农村电气化事业的迅速发展，由于农村电气化事业的迅速发展，在许多地方都建立了县级调度，说在许多地方都建立了县级调度，说明的确增加此级明的确增加此级通讯服务器通讯服务器数据采集和传输数据采集和传输 (1)(1)调度端的硬件配置调度端的硬件配置 控制中心一般均由分布式计算机网络构成

15、控制中心一般均由分布式计算机网络构成 通信管理计算机通信管理计算机( (前置机前置机)-)-承担数据收集的设备承担数据收集的设备; ; 主服务器主服务器-处理与管理数据和协调系统工作的计算机处理与管理数据和协调系统工作的计算机; ; 调度员工作站调度员工作站-为调度员建立人机界面的计算机；为调度员建立人机界面的计算机； 应用工作站应用工作站-完成专项任务的计算机；完成专项任务的计算机； (2)(2)调度端的软件配置调度端的软件配置 系统软件系统软件-四大任务（四大任务（CPUCPU、内存、任务、外设）管理、内存、任务、外设）管理 应用软件应用软件-为完成电力调度的各种功能的软件为完成电力调度的

16、各种功能的软件 (3)(3)厂站端的软硬件配置厂站端的软硬件配置 远方终端装置（远方终端装置（RTURTU） 过程设备过程设备-信号连接与转换设备（变送器、互感器、信号电缆等待）信号连接与转换设备（变送器、互感器、信号电缆等待） 远动终端远动终端(Remote TerminalUnit)是电网监视和控制是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置，简称系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置，简称RTU。 RTU采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量，监视并向主站传送这些模拟量和状态量，模拟量和状态量，监视并向主站传送

17、这些模拟量和状态量，执行主站向所在发电厂或变电站发控制和调节命令。执行主站向所在发电厂或变电站发控制和调节命令。1 1）四遥功能）四遥功能遥信遥信 开关（变压器抽头）位置信号、装开关（变压器抽头）位置信号、装置（设备）动作信号及状态信号、事故置（设备）动作信号及状态信号、事故总信号、停电信号等数字量总信号、停电信号等数字量遥测遥测 有（无）功功率、电压、电流、温有（无）功功率、电压、电流、温度、压力、频率、功率因数等模拟量度、压力、频率、功率因数等模拟量遥控遥控 远方控制断路器的合、分以及电容远方控制断路器的合、分以及电容器（电抗器）的投切和其它采用继电器器（电抗器）的投切和其它采用继电器控制

18、的设备控制的设备遥调遥调 有载调压变压器抽头的升、降调节有载调压变压器抽头的升、降调节和其它需调节的设备和其它需调节的设备2 2）事件顺序）事件顺序记录记录事故时的事故时的SOESOE是为区分事件顺序，以便作是为区分事件顺序，以便作出运行对策和事故分析出运行对策和事故分析SOESOE的时间分辨率是的时间分辨率是RTURTU重要的性能指标重要的性能指标SOE的站内（同一RTU内）的分辨率要求小于5msSOE的站间（RTU之间）的分辨率要求小于10ms要求各要求各RTURTU的时钟与调度中心的时间严格同步的时钟与调度中心的时间严格同步利用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对时采用软件对时电能采集

19、电能采集 与其它系统通信与其它系统通信 一发多收一发多收复位与自检复位与自检 当地显示与参数修定当地显示与参数修定 打印制表打印制表3 3）系统对时）系统对时4 4）其它功能）其它功能1 1、单单CPUCPU的结构的结构（集中式（集中式RTURTU）整个变电站只有一个处理所有信息的整个变电站只有一个处理所有信息的RTURTU。其它。其它非智能模块集以并行总线方式相联系，并布置非智能模块集以并行总线方式相联系，并布置在一个机箱中。在一个机箱中。SI遥信模块遥信模块 AI 遥测模块遥测模块 PA电能脉冲采集模块电能脉冲采集模块 SG开关组态模块开关组态模块 SOC遥控模块遥控模块 SOR-遥调模块

20、遥调模块 KB键盘与显示模块键盘与显示模块 WTD监视定时模块监视定时模块优点：造价低优点：造价低缺点：数据量小且远程采集困缺点：数据量小且远程采集困难难适合小规模开关站适合小规模开关站1 1）功能分布）功能分布式式RTURTU按功能组成各个智能模块的多按功能组成各个智能模块的多CPUCPU系统。各智能系统。各智能模块及模块及CPUCPU之间以串行总线方式相联系。之间以串行总线方式相联系。IYX遥信遥信 IYC 遥测遥测 IPA电能脉冲采集电能脉冲采集 M调制解调器调制解调器 ISOC遥控遥控 ISOR-遥调遥调 KB键盘与显示键盘与显示 WTD监视定时监视定时优点：灵活、处理能力强优点：灵活

21、、处理能力强缺点：造价稍高，制造麻缺点：造价稍高，制造麻烦烦2 2、多、多CPUCPU的结构的结构2 2）结构分布）结构分布式式RTURTU按设备或回路设计的多按设备或回路设计的多RTURTU（四遥量在一个单元（四遥量在一个单元中处理）系统。中处理）系统。优点：灵活、处理能力强优点：灵活、处理能力强 集成化产品集成化产品目前市场上的主打产品目前市场上的主打产品2 2、多、多CPUCPU的结构的结构3、中断与中断优先权由于RTU的任务对实时性要求较强，所以RTU的任务大多数采用中断方式完成。因此，RTU在实时运行中可以出现多个中断源，故需采用一片8259A来扩展中断输入，使整个系统可扩展到12级

22、中断服务。8085A的中断扩展如图425所示。表4-1 8085A中中断优先级及转移地址中断输入线优 先级中断后的转移地址TRAP124HRST7523CHRST65334HRST5542CHINTR5程序设定，由8259A提供8085A中五条中断输入级的优先级及转移地址如表41所示。1遥控及命令遥控及命令的校核的校核 遥测和遥信是厂站向主站传送信息，遥控是主站向厂站端下达的操作命遥测和遥信是厂站向主站传送信息，遥控是主站向厂站端下达的操作命令，直接干预电网的运行。所以，遥控要求有很高的可靠性。在遥控过程中，令，直接干预电网的运行。所以，遥控要求有很高的可靠性。在遥控过程中，采用采用“返送校核

23、返送校核”的方法，实现遥控命令的传送。所谓的方法，实现遥控命令的传送。所谓“返送校核返送校核”是指厂是指厂站端站端RTU接收到主站的命令后，为了保证接收到的命令能正确地执行，对命接收到主站的命令后，为了保证接收到的命令能正确地执行，对命令进行校核，并返送给主站的过程。在遥控过程中，主站发往厂站令进行校核，并返送给主站的过程。在遥控过程中，主站发往厂站RTU的命的命令有三种，即遥控选择命令、遥控执行命令和遥控撤消命令。遥控选择命令令有三种，即遥控选择命令、遥控执行命令和遥控撤消命令。遥控选择命令包括两个部分：一个是选择的对象，用对象码指定对哪一个对象进行操作；包括两个部分：一个是选择的对象，用对

24、象码指定对哪一个对象进行操作；另一个是遥控操作的性质，用操作性质码指示是合闸还是分闸。遥控执行命另一个是遥控操作的性质，用操作性质码指示是合闸还是分闸。遥控执行命令指示令指示RTU接收到的选择命令、执行指定的开关操作。遥控撤消命令指示接收到的选择命令、执行指定的开关操作。遥控撤消命令指示RTU撤消已下达的选择命令。厂站撤消已下达的选择命令。厂站RTU向主站传送的校核信息，用以指明向主站传送的校核信息，用以指明RTU所收到命令与主站原发的命令是否相符以及所收到命令与主站原发的命令是否相符以及RTU能否执行遥控选择命令能否执行遥控选择命令的操作。为此，厂站端校核包括两个方面：的操作。为此，厂站端校

25、核包括两个方面：1)校核遥控选择命令的正确性，即检查性质码是否正确、检查遥控对象号是校核遥控选择命令的正确性，即检查性质码是否正确、检查遥控对象号是否属于本厂站。否属于本厂站。2)检查检查RTU遥控输出对象继电器和性质继电器是否能正确动作。遥控输出对象继电器和性质继电器是否能正确动作。1)1)主站向厂站端主站向厂站端RTURTU发遥控选择命令。发遥控选择命令。2)RTU2)RTU接收到选择命令后，启动选择定时器，校核性质码和对象码的正确性，接收到选择命令后，启动选择定时器，校核性质码和对象码的正确性，并使相应的性质继电器和对象继电器动作，使遥控执行回路处于准备就绪并使相应的性质继电器和对象继电

26、器动作，使遥控执行回路处于准备就绪状态。状态。3)RTU3)RTU适当延时后读取遥控对象继电器和性质继电器的动作状态，形成返校适当延时后读取遥控对象继电器和性质继电器的动作状态，形成返校信息。信息。4)RTU4)RTU将返送校核信息发往主站。将返送校核信息发往主站。5)5)主站显示返校信息，与原发遥控选择命令核对。若调度员认为正确，则主站显示返校信息，与原发遥控选择命令核对。若调度员认为正确，则发送遥控执行命令到发送遥控执行命令到RTURTU；反之，发出遥控撤销命令。；反之，发出遥控撤销命令。6)RTU6)RTU接收到遥控执行命令后，驱使遥控执行继电器动作。若接收到遥控执行命令后，驱使遥控执行

27、继电器动作。若RTURTU接收到遥接收到遥控撤销命令，则清除选择命令，使对象和性质继电器复位。控撤销命令，则清除选择命令，使对象和性质继电器复位。7)RTU7)RTU若超时未收到遥控执行命令或遥控撤消命令，则作自动撤消，并清除若超时未收到遥控执行命令或遥控撤消命令，则作自动撤消，并清除选择命令。选择命令。8)8)遥控过程中遇有遥信变位，则自动撤消遥控命令。遥控过程中遇有遥信变位，则自动撤消遥控命令。9)9)当当RTURTU执行遥控执行命令时，启动遥控执行定时器，定时到，则复位全部执行遥控执行命令时，启动遥控执行定时器，定时到，则复位全部继电器。继电器。10)RTU10)RTU在执行完成遥控执行

28、命令后，向主站补送一次遥信信息。在执行完成遥控执行命令后，向主站补送一次遥信信息。2、遥控过程遥控过程 由由1片片3号号8255A、2片反向器片反向器MCl413，8个遥控对象继电器个遥控对象继电器K1K8，2个遥控性个遥控性质继电器质继电器KHZ、KFZ，遥控执行继电器：遥控执行继电器：KZX组成。组成。3、典型的遥控输入电路原理图典型的遥控输入电路原理图KHZKFZRTU的遥控输出电路并不直接控的遥控输出电路并不直接控制断路器分闸、合闸回路，而是制断路器分闸、合闸回路，而是接入遥控执行屏，由遥控执行屏接入遥控执行屏，由遥控执行屏输出信号控制断路器的分闸、合输出信号控制断路器的分闸、合闸操作

29、。图闸操作。图427所示是遥控输出所示是遥控输出电路与遥控执行屏的连接图。电路与遥控执行屏的连接图。K1K8是遥控输入电路中是遥控输入电路中8个对个对象继电器输出的动合象继电器输出的动合(常开常开)触点，触点，遥控输出性质和执行继电器触点遥控输出性质和执行继电器触点与遥控执行屏相应的回路连接。与遥控执行屏相应的回路连接。KHZ、KFZ和和KZX分别是分别是RTU合合闸、分闸、执行继电器的动合触闸、分闸、执行继电器的动合触点，点，KHJ和和KFJ分别是执行屏上分别是执行屏上合闸、分闸继电器。合闸、分闸继电器。4遥控输出电路与遥控执行屏的连接遥控输出电路与遥控执行屏的连接遥调命令的可靠性要求一般没

30、有遥控那样高，故通常不采用返送校核的方式遥调命令的可靠性要求一般没有遥控那样高，故通常不采用返送校核的方式传送遥调命令。传送遥调命令。RTU接到主站下达的遥调命令后，就可将命令整定值经接到主站下达的遥调命令后，就可将命令整定值经DA变换成模拟量信号变换成模拟量信号(模拟遥调输出模拟遥调输出)或直接将数字量信号或直接将数字量信号(数字遥调输出数字遥调输出)输出输出到对象选择号指定的调节装置执行。到对象选择号指定的调节装置执行。工作原理：工作原理：RTU接收到遥调命令接收到遥调命令后，将命令中的整定值数字量通后，将命令中的整定值数字量通过过4号号8255A输送给数模转换器。输送给数模转换器。根据命

31、令的选择对象，选择遥调根据命令的选择对象，选择遥调输出地址号送多路开关输出地址号送多路开关CD4051，将数模转换器与遥调装置的输入将数模转换器与遥调装置的输入电路接通，数模转换输出的模拟电路接通，数模转换输出的模拟电压通过电压通过CD4051对保持电容充对保持电容充电，并达到相应的电压值。电，并达到相应的电压值。当多路开关切换到其他输出回路后，由于电容放电阻抗大，放电速度很慢，电当多路开关切换到其他输出回路后，由于电容放电阻抗大，放电速度很慢，电压能保持一段时间，而电路能根据当前各路的输出数值周而复始地工作，第二压能保持一段时间，而电路能根据当前各路的输出数值周而复始地工作，第二次充电很快到来，故此作用相当于次充电很快到来，故此作用相当于“刷新刷新”。因此输出电压得以保