第二章 电力系统调度自动化

1、第二章 电力系统调度自动化一、电力系统调度自动化是如何实现的二、电力系统的分层调度控制学时：学时：4 4学时学时第一节电力系统调度自动化是如何实现的一、采集电力系统信息并将其传送到调度所通通信信设设备备调调制制和和解解调调器器人人机机联联系系设设备备调调度度计计算算机机远远动动终终端端接接口口发电厂发电厂变电站变电站通信线通信线路路调度中心所调度中心所至上层调度中心至上层调度中心电力系统电力系统远动系统远动系统远动终端远动终端通信系统通信系统远动主站端远动主站端调度计算调度计算机和人机机和人机联系设备联系设备图图2-1调度自动化系统的基本构成调度自动化系统的基本构成调调制制和和解解调调器器运行

2、状态运行状态和参数和参数电力设备电力设备自动装置自动装置RTU通通信信设设备备控制和调控制和调节命令节命令电力设备电力设备自动装置自动装置RTU调调制制和和解解调调器器通通信信设设备备控制和调控制和调节命令节命令运行状态运行状态和参数和参数通信线通信线路路 1.远动装置传来的信息存在问题 有错误：误码：干扰、故障， 如“0000H”误传为“1000H”。 检错和纠错。 精度不高：摇测误差：每环节的误差累计和“数据不相容性”： 同时采样 不采用 顺序采样 不齐全二、对远动装置传来的信息进行实时处理n2.信息处理的内容：n发现并纠正错误数据和信息、n提高数据精度和n补齐缺少的数据。n信息处理称为电

3、力系统状态估计。三、做出调度决策n有了信息之后，调度计算机通过执行各种应用程序对电力系统运行进行自动分析n对如何保证电力系统安全、优质和经济运行做出调度决策n决定是否对当前的电力系统运行状态进行调节或控制、如何调节和控制等。 调度决策包括对电力系统中电力设备的控制和调节。 可由调度计算机做出,也可由调度人员做出。 通过远动装置的YK、YT功能送到发电厂和变电站, 由RTU 接收后,在送往发电厂和变电站的自动装置或设施去执行,也可由现场运行人员去执行。四、将调度决策送到电力系统去执行五、人机联系 人机联系程序可使调度员利用控制台、CRT显示器、模拟盘了解电力系统运行及调度自动化系统的工作情况,

4、利用键盘把命令和要求输入计算机, 把需记录的数据用打印机记录下来。六、电力系统调度自动化的功能 包括：包括：电力系统电力系统监视和控制监视和控制、 电力系统电力系统状态估计状态估计、 电力系统电力系统安全分析安全分析和和安全控制安全控制、 电力系统电力系统稳定控制稳定控制、 电力系统电力系统潮流优化潮流优化、 电力系统电力系统实时负荷预测实时负荷预测、 电力系统电力系统频率和有功功率自动控制频率和有功功率自动控制、 电力系统电力系统电压和无功功率自动控制电压和无功功率自动控制、 电力系统电力系统经济调度控制经济调度控制、 电力系统电力系统负荷管理负荷管理等等。（一）电力系统（一）电力系统监视控

5、制监视控制 功能：通过数据采集和监视控制系统对电力系统运行状态进行在线接收及对远方设备进行操作控制。 监视是指对电力系统运行信息的采集、处理、显示、告警和打印，以及对电力系统异常或事故的自动识别。 控制是指通过人机联系设备对断路器、隔离开关、静电电容器组等设备进行远方操作的开环性控制。 调度人员用人机联系设备执行电力系统日运行计划并保持频率和中枢点电压的质量，采取预防性措施消除不安全因素，处理事故，恢复电力系统正常运行。 监视控制功能是调度自动化的基本功能。图图22频率和频率和有功功率有功功率自动控制系统示意图自动控制系统示意图调度人员的调度人员的调度决策调度决策调度计算机调度计算机信息处理信

6、息处理* *检错和纠错检错和纠错* *状态估计状态估计调度计算机的调度计算机的调度决策调度决策* *有功功率平衡有功功率平衡计算计算* *火电厂间负荷火电厂间负荷经济分配计算经济分配计算* *水、火电厂间水、火电厂间负荷经济分配计算负荷经济分配计算* *网损优化计算网损优化计算* *联络线交换功联络线交换功率计算率计算发电厂运行人发电厂运行人员的控制决策员的控制决策频率和频率和有功功率有功功率调度控制决策调度控制决策远动装置的远动装置的调度终端机调度终端机发电厂有功功发电厂有功功率控制决策及率控制决策及自动装置自动装置* *厂内机组的厂内机组的有功功率调节有功功率调节* *机组开停机的机组开停

7、机的逻辑控制逻辑控制* *机组调速的机组调速的自动控制自动控制* *厂内机组的厂内机组的经济组合经济组合* *厂内有功功率厂内有功功率的经济分配的经济分配* *自动发电控制自动发电控制发发电电厂厂的的远远动动装装置置终终端端机机离线计算支持离线计算支持* *负荷预测负荷预测* *长期水电火电长期水电火电优化调度优化调度* *调度程序开发调度程序开发校核校核* *调度培训调度培训调度目标调度目标* *频率质量目标频率质量目标* *经济运行目标经济运行目标* *安全运行目标安全运行目标YK,YTYX,YCYX,YC（二）电力系统频率和有功功率自动控制在调度中心在调度中心1系统构成在在调度中心调度中

8、心根据根据调度计算机调度计算机和和调度人员调度人员作出的作出的调度控制决策调度控制决策，形成形成频率频率和和有功功率有功功率调度控制决策调度控制决策，并把这些决策通过远动的并把这些决策通过远动的遥控遥控(YK)和和遥调遥调(YT)装置装置送到送到调节频率和有功功率调节频率和有功功率的的发电厂发电厂。n在在发电厂发电厂，根据远动送来的调度命令，结合电，根据远动送来的调度命令，结合电厂运行人员的控制决策，形成电厂有功功率控厂运行人员的控制决策，形成电厂有功功率控制决策，通过开停机逻辑控制、机组调速自动制决策，通过开停机逻辑控制、机组调速自动控制、自动发电控制等自动装置控制本厂机组控制、自动发电控制

9、等自动装置控制本厂机组开、停，调节机组有功功率。开、停，调节机组有功功率。n系统中系统中各发电厂的运行结构和运行参数各发电厂的运行结构和运行参数通过远通过远动的动的YX和和YC装置送到调度中心的调度计算机。装置送到调度中心的调度计算机。调度计算机调度计算机收到各厂、站送来的收到各厂、站送来的YX和和YC信息信息后后首先进行首先进行信息处理信息处理,得出表征电力系统运行状态的得出表征电力系统运行状态的完整而准确的信息完整而准确的信息供供调度计算机调度计算机进行进行调度决策计调度决策计算算和和逻辑判断逻辑判断使用。使用。调度计算机调度计算机再根据电力系统的再根据电力系统的新的新的实时运行状态实时运

10、行状态，结合结合频率和有功功率调度目标频率和有功功率调度目标以及以及离线计算离线计算的的有有关数据关数据进行进行新一轮计算新一轮计算，形成，形成新的新的调度控制决策调度控制决策。n调度中心调度中心再根据调度计算机的决策和调度人员再根据调度计算机的决策和调度人员的决策的决策形成形成频率和有功功率控制控制决策，送频率和有功功率控制控制决策，送往调频发电厂往调频发电厂。n这样这样循环往复循环往复构成构成电力系统频率和有功功率的电力系统频率和有功功率的自动控制系统。自动控制系统。 2.调度计算机的控制决策l电力系统电力系统调度控制的目标调度控制的目标是保证电力系统安是保证电力系统安全、优质和经济运行。

11、全、优质和经济运行。l调度计算机调度计算机根据根据自身信息处理自身信息处理l得出的得出的信息信息、离线计算支持离线计算支持和和调度目标调度目标, ,l进行进行如下计算如下计算, ,并做出并做出调度控制决策调度控制决策：l有功功率平衡有功功率平衡计算；计算；l网损优化网损优化计算；计算；l火电厂间负荷经济分配火电厂间负荷经济分配计算；计算；l水火电厂间负荷经济分配水火电厂间负荷经济分配计算计算l联络线交换功率联络线交换功率计算。计算。(1)(1)有功功率平衡计算有功功率平衡计算l电力系统频率是靠维持系统内有功功率平衡维持的。l因此，要维持系统频率在额定值就必须知道下一个时刻电力系统中负荷功率是多

12、少，并依此确定系统内所有发电机发出的总功率。l预测电力系统下一个时刻的负荷功率是由调度计算机中的电力系统实时负荷预测软件完成的，即前面所说的“电力系统实时负荷预测”功能。l电力系统实时负荷预测是利用电力系统的实时信息和历史数据对未来时刻的电力系统负荷进行预测。l它是能量管理系统(EMS)中的一项实时功能。l一般预测的对象是未来时刻电力系统的总有功功率及系统中各节点的有功负荷和无功负荷。l实时负荷预测分为短期负荷预测和超短期负荷预测。l短期负荷预测一般预测下一至两天每小时的负荷，最长预测周期为一周。l预测结果用来制订发电计划、决定机组间的负荷分配、协调水火电机组、启停机组及制订与相邻系统间的功率

13、交换计划等。l调度员在进行某项系统操作或改变运行方式之前，需要根据未来时刻的负荷情况进行潮流计算以判断改变运行方式后系统是否安全，是否会发生越限事件。l调度员也需要对未来时刻的系统在某种预想事故(例如某一台发电机或某一条线路事故断开)条件下进行潮流计算以判断系统是否安全。l这种预测的周期较短，一般是几分钟至几十分钟后的负荷，称为超短期负荷预测。 在现代化的调度中心，在现代化的调度中心，短期负荷预测短期负荷预测和和超短期负荷预测超短期负荷预测都可以在都可以在实时实时环境环境中进行，因此称为中进行，因此称为实时负荷预测实时负荷预测。 实时负荷预测实时负荷预测即根据在线计算机中的即根据在线计算机中的

14、实时数据和历史数实时数据和历史数据据按规定的周期启动在线程序进行负荷预测。按规定的周期启动在线程序进行负荷预测。 如果不具备实时条件，如果不具备实时条件，短期负荷预测短期负荷预测也可以根据负荷的也可以根据负荷的历史记录数据进行离线计算预测历史记录数据进行离线计算预测。 而而超短期负荷预测超短期负荷预测由于由于周期短、预测频繁周期短、预测频繁，只能在，只能在实时实时环境中环境中进行。进行。 (2)电厂间负荷经济分配l电力系统中的电力系统中的负荷负荷，无论是，无论是计划分量计划分量还是还是随机分随机分量量，都，都随时间随时间不断变化，而且这种变化又将影响不断变化，而且这种变化又将影响电网中的电网中

15、的负荷分布及传输损耗负荷分布及传输损耗( (简称简称网损网损) )。l为了为了跟踪跟踪系统负荷及网损的变化系统负荷及网损的变化, ,系统的总发电出系统的总发电出力也必须进行相应的调整。力也必须进行相应的调整。l但但如何将如何将当前所需的总发电出力当前所需的总发电出力分配于分配于数以百计数以百计的各类发电机组的各类发电机组, ,可能有可能有无数种方案无数种方案。l电厂间负荷经济分配电厂间负荷经济分配就是通过调度计算机进行就是通过调度计算机进行计算计算, ,求出在各电厂间求出在各电厂间如何分配如何分配负荷功率才能使负荷功率才能使系统运行更经济系统运行更经济, ,包括水、火电厂间包括水、火电厂间,

16、,火电厂间负火电厂间负荷的经济分配。荷的经济分配。l经济调度控制的主要经济调度控制的主要目标函数目标函数是在使系统的总是在使系统的总发电出力与负荷及网损相平衡的约束条件下，发电出力与负荷及网损相平衡的约束条件下，令所有机组的令所有机组的发电成本最低发电成本最低。将其用数学式表将其用数学式表达，即达，即l目标函数：目标函数：F=minfi ( PGi)l约束条件：约束条件：=PL+PSPGi=0lPGi第第i台机组的有功出力台机组的有功出力,i=1、2、Nlfi(PGi)第第i台机组的发电成本函数；台机组的发电成本函数；l N系统中发电机组台数；系统中发电机组台数；lPL系统总负荷系统总负荷,由

17、上述实时负荷预测计算求出；由上述实时负荷预测计算求出；lPS系统总网损。系统总网损。 在在EMS中，中，经济调度控制经济调度控制一般每一般每5min计算一次，求出各机计算一次，求出各机组的组的基准出力基准出力； 有功功率与频率自动控制有功功率与频率自动控制每每28 s计算一次，求出各机组计算一次，求出各机组当当前的调节量前的调节量。 将两者将两者(基准出力和调节量基准出力和调节量)合成起来合成起来即为机组当前即为机组当前理想出力理想出力. 上述的经济调度控制是以上述的经济调度控制是以全系统发电成本最低全系统发电成本最低为为目标目标的，没的，没有考虑网损。有考虑网损。 电力系统潮流优化电力系统潮

18、流优化也是也是调度自动化调度自动化的一种功能。的一种功能。 它是在满足它是在满足安全性约束安全性约束的条件下的条件下合理安排合理安排电力系电力系统统运行方式运行方式， 使总的使总的运行费用最少运行费用最少或或其它目标其它目标( (如网损等如网损等) )最优最优， 是一种可以是一种可以综合安全性和经济性综合安全性和经济性或或某些目标某些目标的方的方法。法。3发电厂有功功率控制l发电厂发电厂是是电力系统频率和有功功率控制的执行者，电力系统频率和有功功率控制的执行者，l控制内容控制内容包括包括厂内有功功率自动调节厂内有功功率自动调节、机组经济组机组经济组合控制合控制和和有功功率经济分配有功功率经济分

19、配。l为了执行关于频率和有功功率自动控制的调度命令为了执行关于频率和有功功率自动控制的调度命令且实现电厂的经济运行，发电厂中配置有且实现电厂的经济运行，发电厂中配置有一整套自一整套自动控制装置动控制装置，它们是电力系统频率和有功功率控制，它们是电力系统频率和有功功率控制系统的重要组成部分系统的重要组成部分 发电厂和变电站发电厂和变电站运行人员的运行人员的控制决策控制决策调度人员的调度人员的调度决策调度决策调度计算机调度计算机信息处理信息处理* *检错和纠错检错和纠错* *状态估计状态估计调度计算机的调度计算机的调度决策调度决策* *最优无功潮流最优无功潮流和网损和网损* *安全监视安全监视（无

20、功限制）（无功限制）无功功率和无功功率和电压电压调度控制决策调度控制决策远动装置的远动装置的调度终端机调度终端机发电厂和变电站发电厂和变电站无功功率和电压无功功率和电压调度控制决策调度控制决策* *发电机、调相机发电机、调相机励磁电流控制励磁电流控制* *无功补偿设备无功补偿设备控制控制* *改变调压变压器改变调压变压器分接头位置分接头位置发发电电厂厂的的远远动动装装置置终终端端机机离线计算支持离线计算支持调度目标调度目标* *电压质量目标电压质量目标* *经济运行目标经济运行目标* *安全运行目标安全运行目标YK,YTYX,YC图图2-3电力系统电压和无功功率自动控制系统示意图电力系统电压和

21、无功功率自动控制系统示意图(三)电力系统电压和无功功率自动控制l如图如图2-3所示。所示。l维持电力系统电压在额定值水平上，是通过控制维持电力系统电压在额定值水平上，是通过控制系统内所有无功电源发出的无功功率系统内所有无功电源发出的无功功率等于等于系统负系统负荷和电力系统本身在荷和电力系统本身在额定电压时额定电压时消耗的无功功率消耗的无功功率实现的。实现的。l电力系统电力系统无功电源无功电源除了发电机之外还有并联电容除了发电机之外还有并联电容器、同步调相机、静止补偿器等。器、同步调相机、静止补偿器等。l为了减少为了减少无功功率远距离传输造成的无功功率远距离传输造成的损耗损耗以以提提高高电力系统

22、运行的电力系统运行的经济性经济性，电力系统无功功率，电力系统无功功率应尽量采用应尽量采用就地、就近平衡就地、就近平衡。l调度计算机的调度计算机的电压和无功功率调度计算电压和无功功率调度计算的两项的两项内容：内容：l 最优无功潮流和网损优化计算；最优无功潮流和网损优化计算；l 安全监视计算。安全监视计算。l计算的目的计算的目的是是l在在保证保证电力系统电压要求和设备安全电力系统电压要求和设备安全的的前提下前提下,l确定确定如何综合利用如何综合利用无功和电压的控制手段无功和电压的控制手段来改来改善善无功潮流和电压无功潮流和电压，l使系统的使系统的有功网损达到最小有功网损达到最小,以实现经济运行。以

23、实现经济运行。l发电厂和变电站发电厂和变电站根据调度给出的无功调节命令根据调度给出的无功调节命令l调节调节发电机和调相机的励磁电流发电机和调相机的励磁电流，l控制无功补偿设备的投入或切除控制无功补偿设备的投入或切除，l改变变压器的分接头位置改变变压器的分接头位置来来控制控制l它所管辖的它所管辖的母线电压母线电压和和线路上的无功功率线路上的无功功率。图图24电力系统安全自动控制系统示意图电力系统安全自动控制系统示意图调度人员的调度人员的调度决策调度决策调度计算机调度计算机信息处理信息处理*检错和纠错检错和纠错*状态估计状态估计调度计算机的调度计算机的调度决策调度决策*安全分析和预防安全分析和预防

24、性校正控制计算性校正控制计算*紧急状态和恢复紧急状态和恢复状态安全控制计算状态安全控制计算*事故诊断事故诊断事故处理专家系统事故处理专家系统发电厂和变电发电厂和变电站运行人员的站运行人员的控制决策控制决策安全调度安全调度控制决策控制决策远动装置的远动装置的调度终端机调度终端机发电厂和变电站发电厂和变电站安全控制决策安全控制决策*机组解列和并机组解列和并列控制列控制*变电站断路器变电站断路器控制控制*机组有功、无机组有功、无功功率控制功功率控制发发电电厂厂的的远远动动装装置置终终端端机机离线计算支持离线计算支持调度目标调度目标*电压质量目标电压质量目标*经济运行目标经济运行目标*安全运行目标安全

25、运行目标(四)电力系统安全控制l电力系统安全控制系统的构成示意图如图电力系统安全控制系统的构成示意图如图2-42-4所示。所示。l电力系统安全控制电力系统安全控制需调度计算机进行如下需调度计算机进行如下计算计算：l安全分析计算和预防性校正控制计算；安全分析计算和预防性校正控制计算；l紧急状态和恢复状态安全控制计算；紧急状态和恢复状态安全控制计算；l事故诊断。事故诊断。l发电厂和变电站的安全控制发电厂和变电站的安全控制包括包括：l机组并列和解列控制；机组并列和解列控制；l变电站断路器控制；变电站断路器控制；l机组有功和无功功率控制。机组有功和无功功率控制。第四节电力系统的分层调度控制v从理论上讲

26、，可以对电力系统实行集中调度控制，也可以实行分层调度控制。v所谓集中调度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。v从从经济上经济上看，由于电力看，由于电力设备在地理位置上设备在地理位置上分布很分布很广广，通过远距离通道，通过远距离通道把所有的信息传输并集中把所有的信息传输并集中到到一个地点，一个地点，投资和运行费投资和运行费都是都是比较比较高高的。的。v从从技术上技术上看，把数量很大的看，把数量很大的信息集中信息集中在一个调度在一个调度中心，调度值班人员不可能全部中心，调度值班人员不可能全部顾及和处理顾及和处理，即，即使使

27、用计算机辅助处理，也会占用计算机大量的使使用计算机辅助处理，也会占用计算机大量的内存和处理时间内存和处理时间。v从从数据传输的可靠性数据传输的可靠性看，传输距离越远，受干扰看，传输距离越远，受干扰的机会就越大，数据出现错误的机会也就越大。的机会就越大，数据出现错误的机会也就越大。v鉴于集中调度控制的鉴于集中调度控制的缺点缺点，目前世界各国的大型，目前世界各国的大型电力系统电力系统都是采用分层调度控制都是采用分层调度控制的。的。v国际电工委员会标准国际电工委员会标准(IEC870-1-1)提出的提出的典典型分层结构型分层结构就将就将电力系统调度中心电力系统调度中心分分为主调度中为主调度中心心(M

28、CC)、区域调度中心区域调度中心(RCC)和和地区调度中心地区调度中心(DCC)。v这些相当于中国的这些相当于中国的大区电网调度中心大区电网调度中心(简称简称网调网调)、省调度中心省调度中心(简称简称省调省调)和和地区调度所地区调度所(简称简称地调地调)。v分层调度控制将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。v下一层调度根据上一层调度中心的命令结合本层电力系统的实际情况完成本层次的调度控制任务，v同时向上层调度传递所需信息分层调度控制可以克服集中控制的缺点。v其主要优点有以下三点。1)便于协调调度控制 v电力系统调度控制任务有全局性的，亦有局部性的，但大量的则是属于局部性的。v

29、分层调度控制将大量的局部性调度控制任务由下层相应的调度机构完成，而全系统性或跨地区的调度控制可以由上层相应的调度机构完成。v这种结构模式便于协调电力系统的调度与控制。2)提高系统可靠性v 采用分层调度控制方式，每一个调度控制中心或调度所都有一套相应的调度自动化系统收集自己管辖范围内的电力系统运行状态信息，完成所分工的调度任务，v当某一调度所的调度自动化系统出现故障或停运时，只影响它分工的那一部分，而其它调度控制中心的调度自动化系统仍然照常工作。v这就提高了整个系统的可靠性。3)改善系统响应v 电力系统调度控制的实时性是很重要的,事故处理、负荷调度、不正常运行状态的改善和消除都必须在一定时间内完

30、成.v采用分层调度控制方式使不少调度控制任务由不同层次的调度自动化系统并行处理，从而加快了处理速度，亦即改善了整个系统的响应时间(从系统的输入发生变化起，到系统做出控制决策并将决策输出为止所需的时间)。 在实施分层调度控制时,合理确定分层数和每层的功能,对保证电力系统可靠而灵活的运行是很重要的。 图2-23是我国电力系统分层调度控制示意图,分为五个级别: 国家级主要掌握全国发电量及负荷，协调大区之间的功率传输，了解各大区电力系统的安全状况。 大区级主要维持系统频率，执行水火电联合调度计划和调峰，保证系统的稳定和安全。 省级主要保证省属电力系统的安全和经济运行，执行自动发电控制，实行安全分析和安全控制。 地区级主要对地区电力系统实行监控、分配负荷、实行电压和无功功率的优化运行。 县级主要是分配负荷和控制负荷。 各级调度的控制和调度管理任务见表2- 4。大区电网调度中心大区电网调度中心省调度中心省调度中心省调度中心省调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心主网枢纽变电所主网枢纽变电所（500KV以上）以上）大区电网调度中心大区电网调度中心国家调度中心国家调度中心大型火电厂、水电厂大型火电厂、水电厂和核电厂和核电厂地区调度所地区调度所省直接调度变电站省直接调度变电站大型火电厂、水电厂大型火电厂、水电厂省调度中心省调度中心梯级水电站梯级水电站控制中心控制中心水电厂水电厂水电厂水电厂枢纽