现代电力系统调自动化

1、1会计学现代电力系统调自动化现代电力系统调自动化第1章 绪论图1.1 电力系统运行状态示意图图1.2 电力系统故障后系统崩溃过程的例子 1.2 电力系统监控及调度自动化系统的发展 为了合理监控和协调日益扩大的电力系统的运行方式和处理影响整个系统正常运行的事故和异常情况,人们在形成电力系统的最早阶段，就注意到电力系统的远程监控问题，并提出必须设立电力系统的调度控制中心。能量管理系统EMS: SCADA系统（监视控制和数据收集系统） AGC (自动发电控制) 网络分析调度自动化系统的基本结构(1)信息收集和执行子系统(2)信息传输子系统(3)信息处理子系统(4)人机联系子系统图1.3 电力系统调度

2、控制自动化系统的基本结构第2章 电力系统调度控制自动化系统电力系统实时信息的种类和采集方法 电力系统调度需要采集的信息有：1)远程测量信息 (遥测 Telemetering)2)远程信号信息 (遥信 Teleindication，Telesignal)图2.1 遥测、遥信原理图电力系统运行中主要的控制和调节信息有：1)远程切换 (遥控，Teleswitching)信息2)远程整定 (遥调，Teleadjusting)信息图2.2 遥调、遥控原理图 图2.3 微机运动原理框图(2)远动装置的配置及其功能 1)远动主控机(调度端机) 2)远动终端机(厂站端机) 3)远动转发机 梯级水电厂 火电厂群

3、 枢纽变电站o 各厂、站与调度所间的信息交换,要由远动装置通过各种信道(或信息传输媒介)组成的信息传输系统来完成。图2.4 梯级水电厂调度所远动转发机配置示意图图2.5 枢纽变电站TFS配置示意图2.2电力系统的信息传输系统信息传输系统的主要质量标准 (1)可用率(可靠性) (2)误码率(准确性) (3)传输速度(实时性)(1)实时信息抗干扰编码(2)信息的表达形式和信息传输的同步 有两种不同的同步方式： 1)非同步方式 2)同步方式图2.6 传输信息的例子 （a）非同步方式 （b）同步方式图2.7 调制方式图2.8 远动与载波电话复用电力载波的信息传输系统图图2.9 微波信息传输系统的构成示

4、意图图2.10 光纤通信系统的基本构成示意图图2.11 对光源调制的示意图(2)信道的工作方式 单工、半双工、双工图2.12 信道工作方式（a) 单工 (b)半双工 (c)双工(3)信息传输网络的基本类型 远动通信网络有如图2.13所示的以下几种基本类型： 1)点对点配置 2)多路点对点配置 3)多点星形配置 4)多点共线配置 5)多点环形配置2.3 电力系统的信息处理系统 现代电力系统往往跨几个省、市，具有成百上千个发电厂和负荷点，为了实现自动监视和控制功能需进行大量的数据处理，要作复杂的电力系统运行状态分析计算和逻辑判断，然后将结果提供给运行人员作最后的决策，并对操作控制做出反应。实时调度

5、计算机系统的硬件配置 根据需要调度控制的对象及控制功能的要求不同，实时调度计算机系统的硬件配置也不同。一般有下列几种配置形式： 1)无备用的单机系统 2)双(多)重化系统 3)分布式系统图2.18 单机系统的不同设计方法图2.19 典型的调度计算机双机系统 图2.20 分布式系统配置调度计算机系统的基本软件 实时调度计算机系统的软件有以下特点: 1)软件系统庞大复杂，执行速度要求很高。 2)一般采用分时操作系统,例如VMS各任务有自己的优先级，分时地被执行。 3)有很强的人机联系能力。 4)控制功能可以不断改进和增加，可修改原有程序或增加新程序而不影响其他程序。软件分三类： (1)系统软件 (

6、2)支撑软件 (3)应用软件 按计算用输入数据的性质及计算结果的适应性,应用程序可分为三类： 1)动态程序 2)准动态程序 3)静态程序(4)电力系统高级管理与分析软件主要有以下几种：1)管理信息系统(MISManagement Information System)2)能量管理系统(EMSEnergy Management System)3)调度员培训仿真系统(DTSDispatcher Training Simulator)2.4 人机联系系统 电力系统采用调度自动化系统后，要求调度人员利用这一系统全面、深入和及时地掌握电力系统的运行状况，做出正确的决策和发出各种控制命令，以保证电力系统的

7、安全和经济运行。调度员工作站模拟屏记录设备 1)趋势记录仪 2)绘图仪 3)画面拷贝机2.5 SCADA系统系统的基本功能(1)数据采集(2)数据预处理 1)测量合理性校验 2)遥测值变化率合理性校验 3)测值的平滑滤波 4)开关变位可信性校验(3)信息显示和报警 对电力系统监视的内容一般有： 电能质量监视 安全限制监视 开关状态监视 停电监视 计划执行情况监视 设备状态监视 保护和自动装置监视图2.21 CRT显示的系统接线图(4)调度员遥控摇调操作(5)信息统计、储存和打印(6)事故追忆和事故顺序记录(7)调度控制系统的状态监视和控制图2.22 当前电力系统的数据采集与通讯的工作模式第3章

8、 电力系统状态估计状态估计一般可分为如下四个步骤： 1)假设数学模型 2)状态向量的估计计算 3)检测 4)识别图3.1 状态估计的步骤图3.2 形线路元件模型图 用测量量来估计系统状态存在若干不正确或不准确的因素，概括有以下内容： 1)数学模型不完善 2)测量系统的系统误差 3)随机误差 3.3 最小二乘估计 前面已经提及，所谓静态估计就是用一定的统计学准则，通过测量向量z求出状态向量x,且使之尽量接近其真值x。 图3.3 加权最小二乘估计框图 图3.4 节点注入对H阵影响示意图图3.5 信息矩阵的结构示意图 正交变换法图3.8 s1、s2向量及其正交向量s3示意图图3.9 含误差时向量s1

9、、s2的交叉图3.5 支路潮流状态估计法 由等人提出的支路潮流状态估计法，是早期应用于美国AEP电力公司的一种较为成功的算法。图3.10 输电线与变压器等值电路3.6 电力系统的递推状态估计前面几节讨论的是属于静态估计的方法。3.7 不良数据的检测 电力系统的测量信息如果误差不大，测量系统的配置恰当，则用以上所介绍的状态估计方法可以得到满意的实时数据库。检测法加权残差检测法标准化残差检测法3.8 不良数据的残差搜索辨识法 通常对不良数据辨识的基本思路是：在检测出不良数据后，应进一步设法找出这个不良数据并在测量向量中将其排除，然后重新进行状态估计。1)加权残差搜索法。2)标准化残差搜索法。图3.

10、13 残差搜索辨识法程序流程框图3.9 不良数据的估计辨识法 不良数据的估计辨识是我国发展起来的一种新方法，这种方法具有较好的辨识多个不良数据的功能，实时性也较好，因此近年来已得到了进一步的发展。o 厂站的结线分析图3.14 厂站接线图与相应的网络图3.11 网络结构辨识的基本概念 进行网络结构分析需将网络图用数学方式来描写，通常用各种矩阵来表示。 1)邻接矩阵 2)关联矩阵 3)关联矩阵第4章 电力系统的安全分析和控制4.2 电力系统运行状态的安全分析 电力系统事故的发生可能是突然的(如雷击)，也可能是较缓慢的。为了使电力系统的运行置于自动装置的控制下，应尽可能对系统运行状态的发展作出合理的

11、预测。 图4.1 安全分析程序总框图 电力系统静态安全分析(1)静态安全分析的内容 1)计算电力系统中由于有功不平衡而引起的频率变化2)校核在断开线路或发电机时电力系统元件是否过负荷、母线电压是否越限(2)直流潮流法1)直流潮流法的原理图4.2 直流潮流等值电路 (a)交流等值电路 (b)直流等值电路 图4.3 直流潮流法网络图2)断开一条支路后的安全分析(3)P-Q分解法 1)P-Q分解法潮流计算2)P-Q分解法安全分析(4)等值网络法图4.5 外部系统等值网络(1)李雅普诺夫方法(2)模式识别法模式识别的具体工作大致可以分为以下几个步骤： 确立样本 求取特征量 确定判别式 样本集测试图4.

12、6 电力系统及其特征量平面示意图4.3 电力系统安全控制对策 对预想事故进行安全评定时，当发现系统处于正常不安全状态，就须要采取控制措施使系统恢复到正常安全状态，这称为安全性提高，也称为安全性控制。 灵敏度矩阵校正控制的数学模型 (1)有功过负荷的调整 (2)过电流的调整 (3)节点过电压的调整 控制变量变化量u的求解线性规划的数学模型电力系统安全控制对策 (1)电力系统有功安全校正对策分析(2)电力系统无功安全校正对策分析 电力系统最优潮流简介1)全系统发电燃料总耗量(或总费用)2)有功网损电力系统紧急状态的安全控制 电力系统紧急状态是电力系统受到大干扰后出现的异常运行状态。 (1)电力系统

13、频率的紧急控制图4.9 频率变化曲线图4.8 电力系统紧急状态自动控制示意图(2)电力系统电压的紧急控制(3)线路或变压器断开和过负荷(4)稳定控制 1)切除部分机组图4.10 双回线联接的系统示意图图4.11 快速切除机组示意图图4.12 联跳切机时等效发电机的功能特性曲线2)电气制动图4.13 电气制动示意图图4.14 电气制动的作用3)快速关闭汽门4)自动重合闸5)采用快速励磁系统6)汽轮机的旁路阀门控制7)串联电容器的切换8)调节直流输电的功率9)切除部分负荷10)再同步控制11)解列电力系统恢复状态的安全控制 通过紧急状态的安全控制，事故已被抑制，系统已稳定下来，这时电力系统处于恢复

14、状态。但是，系统中的很多元件(发电机、线路和负荷)被断开。图4.15 恢复状态控制流程图示例第5章 电力系统经济运行和电能质量的控制图5.1 电力系统负荷变化图5.2 电力系统负荷综合的频率静态特性图5.3 联合系统o 5.2 电力系统的自动调频方法和自动发电控制o 对于现代电力系统仅靠手动调频是很难维持电力系统的频率在允许范围内的。o 电力系统自动调频的方法o (1)积差调节法的原理图5.4 积差调频过程o 自动发电控制o (1)自动发电控o (2)AGC的控制方式o (3)AGC对机组的功率分配o (4)AGC的实现图5.5 自动发电控制总体结构示意图o 5.3 电力系统的经济运行o 电力

15、系统经济运行的目的是在给定的系统运行方式下，以保证整个系统安全可靠和电能质量符合标准为前提，在系统中并列运行的机组间合理地分配出力，使全电力系统达到最大的经济性(如发电成本为最小)。o 火电厂间有功功率的经济分配o 在电力系统中，当机组的总容量大于负荷功率时，应如何分配各机组的出力，使在满足一定的约束条件下(如每台机组的极限功率)发电成本为最小。o 水、火电厂间有功功率负荷的经济分配o 5.4 电力系统无功功率及电压的控制o 压值也是供电质量的重要指标之一。o 电压及无功功率的自动调节，应当完成的任务是：o 1)根据供电的要求，保证用户的供电电压在允许范围之内；o 2)有效地利用无功电源及调压

16、措施，使无功功率尽可能就地平衡，合理分配，以减少因远距离输送无功功率而引起的线路损耗(某些情况下，远距离输送无功功率，甚至在技术上是不能实现的)；o 3)根据电力系统远距离输电稳定性的要求，应保持枢纽点电压在规定水平。图5.6 输电系统图1)电力系统内各重要枢纽点的电压在预先给定的容许变化范围之内，即2)在被控制的电力系统内使线损达到最小,即3)可用的电压一无功功率调节设备的状态在运行的许可范围之内，即第6章 能量管理系统简介图6.1 能量管理系统与配电管理系统图6.2 能量管理系统的技术发展图6.3 能量管理系统与其他计算机系统的联系o EMS总体结构如图6.4所示，它主要由六个部分组成。计算机、操作系统、支持系统、数据收集、能量管理(发电控制和发电计划)和网络分析。o 在EMS的实现过程中，用户方需要做大量的协调、验收、试运行、维护和培训工作：o 1)技术数据的协调o 2)应用软件的验收o 3)试运行o 4)人员培训图6.4 EMS的总体结构6.3 EMS概貌 1)数据收集级 2)能量管理级 3)网络分析级图6.5 EMS的应用软件6.5 网络分析软件 1)网络结线分析 2)实时网络状态分析 3)母线负荷预测 4)潮流 5)网损修