电网调度自动化系统授课内容

1、电网调度自动化系统第一章 电网监控与调度自动化系统概论电力系统自动化：火电厂自动化、水电厂自动化、核电站自动化变电站自动化、配网自动化和电力系统调度自动化。电力系统调度自动化：综合利用计算机、远动技术和远程通信技术，监视、控制和协调电力系统的运行状态，及时处理影响整个系统正常运行的事故和异常现象，实现电力系统调度运行和管理自动化。电力系统调度自动化是电力系统自动化的重要组成部分，是电力系统全局性的自动化，调度自动化已是电力系统不可缺少的组成部分。电力系统继电保护和电力系统通信也是电力系统不可缺少的组成部分。 一、调度自动化的基本任务1保证电力系统较高的安全运行水平：选择具有足够承受事故冲击的运

2、行方式，使系统处于安全状态。（1）电力系统的运行状态 正常运行状态（需要监视）：电力供需平衡，满足负荷要求。U、F 在允许范围内变化，有较高的安全裕度警戒运行状态（密切监视，预防措施）：干扰增大，供需平衡，安全水平降低。U 、F 仍然在允许范围内变化，安全裕度下降，采取预防措施紧急运行状态（紧急控制与调节）：电力供需平衡被打破。U 、F 越出允许范围，需要采取果断措施。系统崩溃状态（监控失败）：措施不力，导致系统崩溃。恢复运行状态（监视与控制）：逐步将机组并列运行，恢复对用户的供电。（2）自然因素和人为因素可能导致事故的发生，需要监控。 （3）预想事故，减轻事故的后果，选择安全的运行方式。2保

3、证提供强有力的事处理措施 （1）当地控制低频减载：按照减负荷表，分批减负荷自动重合闸：迅速消除系统瞬间故障自动列解：自动切除使故障部分迅速分离（保护动作）自动快速关汽门等（2）调度控制 在正常情况下：调度自动化起监视功能在异常情况下：调度员下达控制命令，防止事故的扩大 执行有关的自动恢复程序运行专家系统3保证供电质量（1） 频率指标国家规定：3000MW 及以上装机容量的电网频率偏差控制在±0.2 HZ以内；1996年全电会提出跨省电网的频率偏差控制在±0.1 HZ以内。 欧洲频率：50.00±0.0x HZ 美国的频率增量：HZ=0.00xx HZ （2） 电压

4、指标500(330kV变电站的220kV 母线电压允许波动范围，正常时：0+10%；事故时：-5+10%220kV 变电站的35110kV 母线电压允许波动范围，正常时：-3+7%；事故时：±10% 配电网的10kV 母线电压允许波动范围，1010.7kV（3） 谐波含量国家于1984年和1993年规定了不同节点容量下各次谐波允许含量（与基波含量百分数）（4）电压、电流不对称4保证电力系统运行的经济性二、电网监控与调度自动化在电力系统中的地位与作用 1.信息就地处理的自动化系统能对电力系统的情况作出快速的反应。但只能局部事后处理，不能全局考虑。如继电保护、自动装置等。 特点：事后处理

5、。事件没有发生前坚决不动作，事件发生后必须动作； 处理动作的依据基本是本地的局部信息；判断处理（动作）速度快，反应时间短，几十毫秒级。 2.电网监控与调度自动化系统信息集中处理的自动化系统。依靠采集的实时信息，传输到调度主站，进行分析控制。但信息的采集、传输需要时间。电网调度自动化、电力通信网。（包括调度自动化系统、配电自动化系统、变电站自动化系统、负荷管理系统等） 特点：事前处理。事故发生前，早期发现问题苗头，及时地、预防性地 处理。系统优化处理；分析处理的依据是系统全局信息，由电网的各个节点的RTU 采集 各种信息传送到主站实现；分析处理（动作）速度较慢。因为信息的传输需要时间，故反应 时

6、间较长，秒级。二者各有特点，互相补充而不能替代。是现代电力系统运行的支柱。 三、电力系统的分层控制国家电网调度机构分五级：国调、网调（大区）、省调、地调、县调。 我国电网调度的基本原则：统一调度（在调度业务上，下级必须服从上 级调度的指挥）、分级管理（根据电网分层，实施电网调度管理的分工）、分层控制（局部性的调度控制任务由下层相应的调度机构来完成） 四、电网调度自动化系统结构电网监控与调度自动化系统的基本结构包括调度中心、厂站端和信息传输通道三大部分。根据所完成功能的不同，可以将此系统划分为信息采集和命令执行子系统、信息传输子系统、信息收集处理与控制子系统、人机联系子系统。 电网调度自动化系统

7、三个组成部分： 五、电网度自动化系统功能和分类电网调度自动化系统是一个总称，由于各个电网的具体情况不同，可以采用不同规格，不同档次，不同功能的电网调度自动化系统。电网调度自动化系统功能分低、中、高三档： 低档：SCADA 中档：SCADA+AGC/EDC 高档：SCADA+AGC/EDC+PAS可以看出最基本的功能为监视控制与数据采集系统 (SCADA，功能最完善的为能量管理系统 (EMS。下面对各种档次的功能作简单介绍。1. 监视控制与数据采集系统 (SCADASCADA 是指信息收集、处理和控制的自动化系统，通过人机系统的屏幕和调度模拟屏的显示，对电网运行进行在线的安全监视，并有越限告警、

8、记录、打印制表、事故追忆、系统自检，远动通道状态的监测等功能。对电网中重要断路器进行遥控，对变压器分接头、调相机及电容器等无功功率补偿设备进行自动调节或投切，实现电压监控。SCADA 是地、县级调度的主要功能，是网、省级调度的基础功能。SCADA 系统主要包括以下功能:(1 数据采集 (遥测、遥信 (2 信息显示 (屏幕或调度模拟屏 (3 远方控制 (遥控、遥调 (4 监视及越限报警 (5 信息的存贮及报告(6 事件顺序记录(Sequence of Events ，SOE (7 数据计算(8 事故追忆(Post Disturbance Review ，PDR 2. 自动发电控制和经济调度控制(

9、AGC/EDC自动发电控制和经济调度控制(AGC/EDC是在线闭环控制功能，在考虑电网频率调整的同时，进行经济调度控制，直接控制到各个调频电厂、其他非调频电厂按日负荷曲线进行控制，并考虑线损修正，对互联电网实现联络线净功率偏移控制，对有条件的电厂实现自动电压和无功功率控制。（1） 自动发电控制（AGC ）自动发电控制功能（Automatic Generation Control, AGC）是以SCADA 功能为基础而实现的功能。对于独立运行的省网或大区统一电网，AGC 功能的目标是自动控制网内各发电机组的出力，以保持电网频率为额定值。对跨省的互联任务，以共同保持电网频率为额定值，又要保持其联络

10、线交换功率为规定值，即采用联络线偏移控制的方式（在这种情况下，网调、省调都要承担AGC 任务）。（2） 经济调度控制（EDC ）在线经济调度控制EDC 通常都同AGC 相配合进行。当系统在AGC 下运行较长时间后，就可能会偏离最佳运行状态，这就需要按一定的周期（通常可设定为510分钟），启动EDC 程序重新分配机组功率，以维持电网运行的经济性，并恢复调频机组的调节范围。（3） SCADA/AGC/EDC三者结合可实现下列目标: 1）使全系统的发电出力紧紧跟踪系统负荷。 2 将电力系统的频率误差调整到零。3 在所控制的区域内分配系统发电出力，保持与其它系统的联络线潮流为合同预定值。 4 在所控制

11、的区域内向各发电机组分配出力，使本区域运行成本为最小。AGC/EDC是对电力系统进行实时闭环控制的程序。AGC 程序几秒钟执行一次。经济调度最初仅是利用计算机进行离线计算，而现在也成为几分钟就运算一次的在线程序。3. 能量管理系统 (EMS能量管理系统 (EMS是以计算机技术为基础的现代电力综合自动化系统，主要用于大区级电网和省、市级电网调度中心，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息(包括频率、发电机功率、线路功率、母线电压等 ，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。能量管理系统（EMS ）主要包括SCADA 、AGC/EDC、电力系统状

12、态估计、网络拓扑、网络化简、偶然事故分析、静态和动态安全分析、在线潮流、最佳潮流以及调度员仿真培训等一系列功能。一般把电力系统状态估计及其后面的一些功能称为电网调度自动化系统的高级应用功能，相应的这些程序称为高级应用软件 (PAS。第二章 厂站端部分一、现场一次值高电压、大电流的测量过程TV PT 420 mA（直流） TA CT 420 mA（直流）PT 和CT 输出送到RTU 中 1. 电量变送器的作用和分类电量变送器：将一种电量变换为供测量用的另一种电量的仪器。 按被测电量的不同分为：（1）按照所测量的电气信息类型分： 交流电流和电压变送器 有功功率和无功功率变送器 有功电能和无功电能变

13、送器 频率变送器 功率因数变送器 直流电流和电压变送器 其它变送器（2）按照对电气信息的处理实现方法分： 1）采用模拟电路实现的常规变送器 2）采用微型计算机技术实现的微机变送器 二、RTU远方终端单元（RTU ）是安装在发电厂或变电站的一种远动装置。 1. RTU的功能 1、数据采集: 1）遥测YC; 2）遥信YX; 3）遥脉YM 2、命令执行: 1）遥控YK; 2）遥调YT 3、数据通信: 与调度主站的通信。串行通信接口、MODEM 、及其控制 通信规约处理 转发4、当地功能: 本机键盘/显示简单人机接口，维护、检修用 打印机接口可外接打印机，报表、事件、召唤打印 图形显示器接口当地人机交

14、互界面。用于运行人员对变电站的监控 5、其它功能 电力系统统一时钟本地时钟的对时方式：按规约通信对时，GPS 卫星对时 事件顺序记录SOE 包含：对象、动作性质、时标 自检和自恢复 2. RTU 的硬件组成多CPU 的RTU 结构3. RTU的软件组成 数据采集软件YC 、YX 。对多CPU 的RTU ，各个子模块的配置不同; 数据处理软件数字滤波、越限判断、标度变换等； 控制软件YK 、YT 。对多CPU 的RTU ，各个子模块的配置不同; 通信软件通信控制和规约处理; 人机联系软件本机和当地功能处理; 实时操作系统承担RTU 硬、软件资源的管理和各个软件程序的运行调度; 实时数据库对多CP

15、U 的RTU ，主控模块中需设立实时数据库, 存放采集到的最新数据, 以便及时组织数据发给调度端； 其它软件实时时钟及其对时、SOE 、自检、自恢复等。 三、变电站综合自动化系统 1. 变电站综合自动化的定义将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现全站的主要设备和输、配电线路的自动测量、监控和保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。与其它设备通信与主站通信 模拟量输入信号状态量输入信号脉冲量输入信号遥控输出遥调输出数字量输入信号输入/输出信号变电站自动化系统特点：功能

16、综合化、结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化，运行管理智能化。 2. 变电站综合自动化系统功能 （1）监视和控制 1）数据采集2）事件顺序记录（SOE ）3）故障记录、故障录播和故障测距 4）操作控制 5）安全监视 6）人机联系（2）微机保护与自动装置 （3）电压/无功控制 （4）数据通讯与其他功能 3. 变电站综合自动化系统硬件结构 在分层分布式结构的变电站综合自动化系统中，分层是将整个变电站的一次、二次设备分为3层，即变电站层、间隔层（或称单元层）和设备层。每一层由不同的设备组成，完成不同的功能。备TV 、TA隔离开关及其它断路器状态断路器隔离开关TV TA 断路器分接开关TV 、T

17、A 及断路器、隔离开关位置输入断路器控制输出第三章 数据通信与通信规约一、 主站与厂站通信方式1. 计算机网络通信（快速，、主要方式） 2. 数字串行通信（较慢，备用方式） 3. 模拟串行通信（很慢，备用方式） 二、 计算机网络知识 1. 计算机网络分类按照网络覆盖面积的大小分为广域网、城域网和局域网。 2. OSI网络模型和TCP/IP网络模型 OSI 分为7层，TCP/IP分为4层 3. 局域网拓扑结构 （1）总线型拓扑结构 （2）环型拓扑结构 （3）星型拓扑结构4. 局域网的传输介质类型同轴电缆 双绞线 光纤 无线通信信道 5. Internet的通信协议 TCP/IP协议是Intern

18、et 中计算机之间通信所必须共同遵循的一种通信规定； TCP/IP协议的主要特点是：提供了重传确认与流量控制机制；提供了端到端连接的控制功能；适用于不同类型的计算机与网络之间的互联。 6. IP地址IP 地址是Internet 地址的一种表示形式； IP 地址由网络号与主机号两部分组成，网络号标识一个逻辑网络，主机号标识网络中一台主机； 三、串行通信知识 1. 并行与串行通信 （1）并行传输一次可以传送一个字节(8位 数据，但发送端到接收端需要用八条信号线，不适合远距离传输。 （2）串行传输串行传输是指一位一位地传输数据, 从发送端到接收端只要一条信号线即可。其优点是节省设备、降低费用、适合远

19、距离传输，缺点是传输速度较慢。目前, 计算机内部多用并行传输；计算机外部多采用串行传输。当采用串行传输时, 发端通过并/串转换设备将并行数据流变成串行数据流, 在接收端又通过串/并行设备, 将串行数据流还原为8位并行数据。计算机网络通信也属于这种串行传输方式。 2. 数据通信的工作方式在两个数据终端A 和B 之间，数据通信的工作方式有单工、全双工和半双工三种。 单工数据只能沿一个固定方向传输，即传输是单向的； 全双工允许信息同时沿两个方向传输, 这是计算机通信常用的方式, 可大大提高传输速率； 半双工允许数据沿两个方向传输, 但在每一时刻信息只能在一个方向传输，即二个数据终端可以轮流发送。A

20、终端发送时，B 终端只能接收不能发送，只有等A 终端停止发送数据，信道空闲后B 终端才能发送数据。 3. 同步通信和异步通信 串行通信方式要解决的基本问题 位识别位同步 字符识别/字节分段字符同步（1）异步通信 异步传输的字符格式： 即一帧由1位停止位、58位数据位（可选）、1位校验位（奇、偶或无）和12位停止位（可选）组成。停止位为0电平，停止位为1电平。【例题】在异步串行通信中，采用8位数据位、1位偶校验位和1位停住位的帧格式，传输速率为1200bit/s时，每秒钟可能传送的字节最多为（ ）个。A. 218 B. 120 C. 109 D. 100 解：分析1帧中共有多少位：1位起始位、8

21、位数据位、1位偶校验位和1位停住位，共有11位。则每秒钟可能传送的字节=等于每秒钟可能传送的帧数=1200÷11=109 即选C ，而不是选B 。（2）同步通信同步传输是使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步，为此，接收端和发送端必须使用同步时钟来控制发送和接收过程，实现位同步。 两者比较：同步通信速率高，但硬件结构复杂，成本高； 异步通信速率较低，但结构简单，成本低。 4. 数字信号的调制和解调 （1）信号为什么要调制基带传输是指在通信介质上原封不动的传输由计算机或数据终端设备产生的0或1数字脉冲信号。这样一个信号传输线路的电容电感等对传输信号波形衰减和移相的影响越大，接收端收到

22、的信号畸变也越大，因此，传输距离和传输速率都受到很大的制约。因此，基带传输一般用于短距离的数据通信。 （2）信号调制方式 基带信号 调制后信号 基带信号 通常采用单频正弦信号作载波。对正弦信号s(t可表示为： 其中，t 为时间，A 为幅值，f 为频率，为初相角。 在上式中，f 频率，初相角均可以作为调制参数。 如用数字基带信号调制载波的A 幅值，称为调幅； 如用数字基带信号调制载波的f 频率，称为调频； 如用数字基带信号调制载波的初相角，称为调相。 各种调制方式的信号波形如图所示： 在调度自动化系统中采用调频方式。5. 串行通信标准电力行业常用的有和RS-422/485。 为了实现正确的连接，

23、接口标准应该包括以下方面： 电气特性信号电平、极性、特征等 信号名称及功能 连接器的机械特性连接器的结构、形状、尺寸 （1） RS-232C( sin( sin(2s t A t A ft =+=+u基带信号波形调幅波形调频波形二元绝对调相波形二元相对调相波形uuuu 优点：RS-232C 定义了信号逻辑电平、信号引腿名称和功能、连接器机械结构及尺寸，是一个定义非常完善的标准，是目前应用最广泛的串行通信接口标准。RS-232C 采用单端驱动、单端接收电路，传送每一种信号只用1根信号线，所有信号公用1根信号地线，电路简单。 缺点：由于采用单端驱动、单端接收电路，公共地线易受噪声干扰，数据传输速率

24、不高（20kbps 以内），传输距离不远（15m 以内）。 （2）RS-422/485 为了解决RS-232C 的不足，RS-422/485对每个信号都采用一对双绞线，实现了平衡驱动和差分接收，取消了信号地线。RS-422/485的驱动器相当于两个单端驱动器，它们的输入是同一个信号，而一个驱动器的输出正好与另一个反相。RS-422/RS-485的接收器接收差分输入电压，当干扰信号作为共模信号出现时，只要接收器具有足够的共模电压工作范围，它就能识别这两种信号的相对电位差，从而正确接收所传送的信息 6. 通信规约为了避免双机通信时因干扰等因素造成的数据错误需要把通信双方把数据按照特定的格式进行编码

25、后再发送出去，这就是规约。 规约可以实现数据的检错和纠错。 电力系统系统中有两种通信规约：（1） 循环式数据传送规约，简称CDT 规约。将采集的实时数据按规定的规则循环不断地向主站（控制站）传送。 （2） 问答式数据传送规约，简称Polling 规约。主站（控制站）要获得实时信息，需现向厂站（被控站）查询，然后数据才从指定的厂站（被控站）送往主站（控制站）。第四章 主站端部分一、主站硬件结构采用以局域网为核心的分布式结构二、地调主站系统典型配置 大屏幕投影 调度员工 作站A 调度员工 数据库服 作站B 务器A 数据库服 务器B 调度员工 作站C 远程工 作站 生技工 作站 局长工 作站 DMI

26、S工 作站 交换机³2 1 1 磁盘阵列 GPS 交换机 1 前置服务 器A 前置服务 器B 维护工 作站 打印机 报表工 作站 打印机 PAS工 作站 网关机 DMIS服务 器 正向隔离装置 硬件防火墙 MIS网 路由器 终端服务器 SWITCH 调度数据网 MODEM/光电隔离 160路专线 MODEM/光电隔离 160路专线 WEB服务器 县调SCADA系统 省调EMS系统 电网调度自动化主站系统目前均采用分布式结构，主要由前置服务器、数 据库服务器、调度员工作站、维护工作站、报表工作站、双网络等部分组成， 各台计算机之间的通信通过双网络来实现。 1. 前置服务器 前置服务器实现实时通信的处理和实时数据库的处理。 终端服务器通过网络 接入该服务器， 以实现前置通讯部分的网络与实时网段的有效