电力系统自动化4

1、电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院第四章第四章 电网调度自动化电网调度自动化2电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院第一节第一节 电力系统运行状态和相应的调度控制电力系统运行状态和相应的调度控制 电力系统的运行状态可以用一组包含电力系统状态电力系统的运行状态可以用一组包含电力系统状态变量变量(如各节点的电压幅值和相位角如各节点的电压幅值和相位角)、运行参数、运行参数(如如各节点的注入有功功率各节点的注入有功功率)和结构参数和结构参数(网络连接和元网络连接和元件参数件参数)的微分方程组描述。目前，电力系统运行的微分方程组描述。目前，电力系统运行状

2、态尚没有严格定义，一般将其分为正常状态、警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、崩溃状态和恢复状态。戒状态、紧急状态、崩溃状态和恢复状态。 由于电力负荷始终是变动的，而且系统故障具有不由于电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态进行分类，以便在不同运行状态时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。对电力系统实行控制。3电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院一、电力系统的正常运行状态和非正常运行状态一、电力系统的正

3、常运行状态和非正常运行状态 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

4、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。4电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院式式(41)式式(42)是通过调节系统内有功和无功输入使之与系统内所消耗的有是通过调节系统内有功和无功输入使之与系统内所消耗的有功和无功保持平衡实现的。将其用数学式描述，即功和无功保持平衡实现的。将其用数学式描述，即式(44)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、下限之内，否则就会高出上限值或低于下限值。式(45)说明，系统内所有无功电源发出的无功功率总和等于系

5、统内所有负荷和输、配电设备运行在系统电压U允许的范围之内即满足式(42)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，否则就会高出上限值或低于下限值。因此，式因此，式(44)和式和式(45)也被称为等式约束条件。也被称为等式约束条件。5电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院二、电力系统运行状态及其相应的调度控制二、电力系统运行状态及其相应的调度控制 电力系统的运行状态及其相应转换关系如图41所示。1正常运行状态正常运行状态 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逐步积累 ，使电力系统总的备用裕度减少、安全

6、水平降低后，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取适当的控制措施，或者措施不得 ，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。这时电力系统进入了崩溃状态。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，在崩溃系统大体上稳定下来以后，可使系统进入恢复状态。6电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院三、电网调度的任务三

7、、电网调度的任务7电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 （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，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。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，制定和贯彻安全经济运行措施。1）电力系统调度工作的性质8电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院2）电力系统调度工作的任务 （1）满足用户的）满足用户的用

8、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，使系统运行在最佳状态。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，限制事故扩大等安全生产工作。周波指标：一般 500.5Hz以内；300万以上电网500.2Hz以内。电压指标：波动小于5%； 35kV以下最大不超过 10%。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，减少有功和无功消耗，减低供电成本。9电力系统自动化电力系统自动化

9、哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院3）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24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1%以内。根据24h负荷预测,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、潮流合理等统一指挥大型区域发电设备、变电设备的投入或解列等。隔离事故；恢复供电；确保电网正常。 （5）经济调度）经济调度10电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学

10、院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8)电力市场技术支持系统电力市场技术支持系统11电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院1)电网调度自动化系统的结构电网调度自动化系统的结构国调国调:控制与管理网调及大型电厂控制与管理网调及大型电厂网调网调:控制与管理省调及大型电厂控制与管理省调及大型电厂省调省调:控制与管理厂、站与地调控制与管理厂、站与地调地调地调:控制与管理厂、站与县调控制与管理

11、厂、站与县调县调县调:控制与管理所属变电所控制与管理所属变电所12电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院2)电网调度自动化系统的软硬件配置电网调度自动化系统的软硬件配置(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 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; 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; 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； 应用工作站应用工作站-完成专项任务的计算机； (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（CPU、内存、任务、外

12、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 (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（RTU） 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）13电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院(1)配电调度自动化系统的组成配电调度自动化系统的组成 RTU(变电所设备信息采集与监控) 信道信道 远动装置远动装置(调度端RTU) 中央处理机中央处理机 其它功能模块其它功能模块(报警、打印、显示-） 又称：调度又称：调度SCADA系统系统14电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技

13、术学院(2)配电调度自动化系统的主要功能配电调度自动化系统的主要功能（1）地区电网调度自动化功能规范（）地区电网调度自动化功能规范（DL/T5501994） 地调可按地区电网近期（5年）规划末的最大负荷分为3个级别： 大型地调。最大供电负荷为1000MW以上，直接监控变电所数 30个。 中型地调。最大供电负荷为5001000MW，直接监控变电所数 2个。 小型地调。最大供电负荷为500MW以下。 集控站：除以上3级调度以外，对于负荷较大，控制量较多的大型变电所或水电站控制中心可设置为集控站。（2）县级电网调度自动化功能规范（）县级电网调度自动化功能规范（DL/T6351997） 县级调度亦按其

14、电网5年规划末的最大电网容量分为3个级别： 大型县调。电网容量为1000MW以上。 中型县调。电网容量为50100MW。 小型县调。电网容量为50MW以下。 15电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院第二节第二节 电网调度自动化系统的功能电网调度自动化系统的功能1)监视控制与数据采集功能监视控制与数据采集功能(SCADA)2)状态估计状态估计3)网络拓扑分析功能网络拓扑分析功能4)负荷预测功能负荷预测功能5)潮流优化功能潮流优化功能6)安全分析功能安全分析功能7)无功、电压控制功能无功、电压控制功能8)自动发电控制功能自动发电控制功能9)经济调度功能经济调度功

15、能10)调度员仿真培训功能调度员仿真培训功能16电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院EMS总体结构如图:网络分析网络分析能量管理SCADASCADA支持系统支持系统操作系统操作系统计算机计算机网络分析网络分析能量管理能量管理SCADASCADA支持系统支持系统操作系统操作系统计算机计算机培训模拟培训模拟狭义的能狭义的能量管理量管理17电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院自动发电控制自动发电控制安全约束调度安全约束调度网络分析级网络分析级数据收数据收集级集级SCADASCADA实时网络状态分析实时网络状态分析预想故障分析预想

16、故障分析系统负荷预测系统负荷预测能量管理级能量管理级机组组合机组组合水电计划水电计划交换功率计划交换功率计划燃料调度计划燃料调度计划检修计划检修计划研究模拟研究模拟实时模拟实时模拟母线负荷预测母线负荷预测发电计划发电计划潮流潮流安全约束调度安全约束调度 最优潮流最优潮流预想故障分析预想故障分析短路电流计算短路电流计算网络等值网络等值暂态稳定分析暂态稳定分析电压稳定分析电压稳定分析调度员培训模拟调度员培训模拟二EMS的功能：EMS的应用软件如图18电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院一、监视控制与数据采集功能(SCADA) 1）数据采集 2）数据预处理 3）信

17、息显示和报警 4）调度员遥控操作 5）信息储存和报表 6）事件顺序记录和事故追忆19电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院20电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院SCADA系统所采集的电力运行系统所采集的电力运行 控制所需的信息控制所需的信息 三、遥控信息（三、遥控信息（YK) 调度站向厂站发送 断路器分合闸；发电机开停机；电容器投切等 四、遥调信息（四、遥调信息（YT) 发电机功率调整；发电机电压调整；变压器分接 头调整。五、其他命令信息五、其他命令信息 对时信号；索取各种信息的命令等。21电力系统自动化电力系统自动化哈尔

18、滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院SCADA硬件系统硬件系统 组成：现场远程测量终端，传输通道，主站计算机。组成：现场远程测量终端，传输通道，主站计算机。 一一 SCADA系统的基本结构。系统的基本结构。 模式1遥站1 遥站2 遥站n SCADA控制中心 中心站1 中心站n 特点：组成两个网22电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院SCADA硬件系统硬件系统 模式2遥站1 遥站a1 遥站n 遥站n1 中心站1 中心站nSCADA控制中心 特点：一个网 23电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院二、网络拓扑分析二、网络拓扑

19、分析24电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院25电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院三、自动发电控制系统三、自动发电控制系统26电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院AGC自动发电控制自动发电控制 AGC主要功能（主要功能（Automatic Generation Control）：）： （我国华中、华北、华东、东北首先从英国引入AGC） 1、使发电自动跟踪电力系统的负荷变化。 2、维持频率在允许的范围之内。 3、在各区域间分配系统发电功率，维护区域间净交换功率为计划值。 4、对周期性的负

20、荷变化按发电计划调整发电功率，对偏离预计的负荷实现在线负荷分配。 5、整个电力系统的功率总需求按经济最有原则在线安排受控机组的出力。 6、监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。27电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 AGC的控制方式：的控制方式： 1联络线频率偏差控制联络线频率偏差控制TBC。 2、定频率控制、定频率控制CFC。 3、定净交换功率控制、定净交换功率控制CNIC。区域控制误差区域控制误差ACE，是，是AGC控制的反馈信号。控制的反馈信号。 TBC方式（方式（I区域）：区域）： I区联络线功率偏差，方向输出为正区联络线功率偏差，方向输出为正

21、，输入为负，输入为负)(0ffBPACEitii计划实际tititiPPP:tiP28电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 EDA经济运行经济运行火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配专题分析专题分析：火电机组间有功功率负荷的经济运行计划负荷每小时机组运行量的安排Pmax (核电、水电、调频火电厂等预定出力)=PGPG为火电机组总出力tp02429电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配火电机组为n台总装机容量为P , PPG（1）、如何决定各台

22、火电机组在每小时所承担的负荷？（2）、如何确定n台调频机组在负荷增加时各自需要增加的出力调频机组安排：共有调频机组n台附和变化量为PD30电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配 FPG吨标煤/小时dPdF 损损耗耗微微增增量量称称为为该该点点的的:锅炉烧煤，发电机出功率31电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配推导（1）F=aP2+aP+c实验求解，或由制造厂提供数据并以实验数据校正。ABF1F2OOOO=P

23、LDPLDPG2PG2AB距离最短燃料消耗最小所以A.B两点切线相平行2211dFdFdGdF32电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配 推导（2）假设n个火电厂其燃料损耗特性为多元函数求极值应用拉格郎日乘法来求解构造拉格郎日函数： niGiiniLDiGLDGnnGGPFFPPPPFPFPF112211)(0)()(),(为为最最小小条条件件应应使使目目标标函函数数有有：系系统统总总负负荷荷为为)(1 niLDGiPPFL 33电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院

24、火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配 无条件极值的 不要条件为：即为：火电厂向负荷经济分配的等微增率原则另解：任一发电厂发出的用功功率不能越过上下限 如果越过就取极限值 32:0GGGiGiGiGiPFPFPFPFPFPL即即或或maxminGiGiGiPPP34电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院四、调度员培训仿真系统四、调度员培训仿真系统 1）正常情况下的培训 2）紧急状态下的事故处理培训 3）事故后电力系统的恢复操作培训 4）预防性操作及操作后的分析评价 5）进行继电保护和自动装置研究35电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职

25、业技术学院哈尔滨电力职业技术学院调度员培训仿真DTSDTS典型配置典型配置36电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院第三节第三节 电力系统状态估计电力系统状态估计一、一、 状态估计的概念状态估计的概念 如果已知目标状态如果已知目标状态 x x 的运动规律，则可根据运动方程从状态初值推的运动规律，则可根据运动方程从状态初值推算出任一时刻的状态。这种方法是确定性的，没有估计问题。算出任一时刻的状态。这种方法是确定性的，没有估计问题。 如果计及随机因素的影响，则这种运动方程是无法精确求解的。即使如果计及随机因素的影响，则这种运动方程是无法精确求解的。即使采取近似处理

26、，其计算结果也会出现某种程度的偏差而得不到实际状采取近似处理，其计算结果也会出现某种程度的偏差而得不到实际状态（或称为状态真值）。这种环境称为噪声环境，这些介入的和不可态（或称为状态真值）。这种环境称为噪声环境，这些介入的和不可预测的随机因素或干扰称为动态噪声。干扰或噪声具有随机性，因而预测的随机因素或干扰称为动态噪声。干扰或噪声具有随机性，因而，状态计算值的偏差也具有随机特性。，状态计算值的偏差也具有随机特性。在实际应用中经常遇到的另一在实际应用中经常遇到的另一种情况是对运动目标的参数进行观测以确定其状态。假若测量系统是种情况是对运动目标的参数进行观测以确定其状态。假若测量系统是理想的，则所

27、得到的测量量向量是理想的，即可以用来确定状态的真理想的，则所得到的测量量向量是理想的，即可以用来确定状态的真值。但是实际的测量系统是有随机误差的，测量向量不能直接通过理值。但是实际的测量系统是有随机误差的，测量向量不能直接通过理想的测量方程，直接求出状态真值。可见，由于随机噪声及随机测量想的测量方程，直接求出状态真值。可见，由于随机噪声及随机测量误差的介入，无论是理想的运动方程或测量方程均不能求出精确的状误差的介入，无论是理想的运动方程或测量方程均不能求出精确的状态向量。只有通过统计学的方法加以处理以求出对状态向量的估计值态向量。只有通过统计学的方法加以处理以求出对状态向量的估计值。这种方法，

28、称为。这种方法，称为状态估计状态估计。37电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院第三节第三节 电力系统状态估计电力系统状态估计 二、电力系统状态估计的必要性 SCADA实时数据库缺点： 1）数据不齐全 2）数据不精确 3）受干扰时出现不良数据 4）数据不和谐 “去粗取精”、“去伪存真”38电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院39电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 状态变量需借助测量方程式，即联系状态变量需借助测量方程式，即联系状态向量与测量量向量之间的函数关系状态向量与测量量向量之间的函

29、数关系间接求得。在考虑有测量噪声时，它们间接求得。在考虑有测量噪声时，它们之间的关系为之间的关系为 (2-1)(2-1) 式中：式中： 为为 维的测量量向量；维的测量量向量； 为测为测量函数向量量函数向量 (2-2)(2-2) 为测量噪声向量，其表达式为为测量噪声向量，其表达式为 (2-3)(2-3)电电力系统运行状态的数学描述与可观察性力系统运行状态的数学描述与可观察性 zh xzm h x 12,Tmhhh hxxxx12,Tm 40电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 一一 基本原理基本原理 静态估计是用一定的统计学准则通过静态估计是用一定的统计学准则

30、通过测量向量测量向量 求出状态向量求出状态向量 ，并使之尽，并使之尽量接近其真值量接近其真值 。 是一个估计值，估计是一个估计值，估计值与真值之间的误差称为估计误差值与真值之间的误差称为估计误差 (2-14)(2-14) 估计误差值估计误差值 是是 维向量。判断估计方维向量。判断估计方法的优劣不是根据法的优劣不是根据 中个别分量的估计中个别分量的估计误差值，而是根据误差值，而是根据 的整个统计特性来的整个统计特性来决定。决定。最最小二乘估计小二乘估计z xx xxxxx n x x41电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 如果估计量如果估计量 的分量大部分密

31、集在真的分量大部分密集在真值值 附近，则这种估计结果比较理想。附近，则这种估计结果比较理想。因此，可用因此，可用 的二阶原点矩的二阶原点矩 作为衡作为衡量估计质量的一种标志，量估计质量的一种标志， 均方误差阵均方误差阵是是 阶的。如果所用的估计方法遵循阶的。如果所用的估计方法遵循最小方差准则，则称这种方法为最小方最小方差准则，则称这种方法为最小方差估计。但最小方差估计作为一种统计差估计。但最小方差估计作为一种统计学的估计方法，要求事先掌握较多的随学的估计方法，要求事先掌握较多的随机变量的统计特性，这在电力系统状态机变量的统计特性，这在电力系统状态估计实践中难以做到。以下介绍的最小估计实践中难以

32、做到。以下介绍的最小二乘法是一种非统计学的估计方法。二乘法是一种非统计学的估计方法。最最小二乘估计小二乘估计 xxx TExxTExxn n42电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 最小二乘估计是在电力系统状态估计中最小二乘估计是在电力系统状态估计中应用最为广泛的方法之一。最早的最小应用最为广泛的方法之一。最早的最小二乘方法是高斯解决天体运动轨迹问题二乘方法是高斯解决天体运动轨迹问题时提出的。这种方法的优点之一是不需时提出的。这种方法的优点之一是不需要随机变量的任何统计特性，它以测量要随机变量的任何统计特性，它以测量值值 和测量估计值和测量估计值 之差的平方

33、和最小之差的平方和最小为目标准则，即为目标准则，即 应用在电力系统，状态估计是按测量应用在电力系统，状态估计是按测量值值 与系统数学模型确定的值与系统数学模型确定的值 的误差的误差平方和最小来确定的系统状态平方和最小来确定的系统状态 ，即目，即目标函数为标函数为 (2-(2-15)15)最最小二乘估计小二乘估计z z )()(T12zzzzxmiiizzJiz xhix)()()()(T12xhzxhzxxmiiihzJ43电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 二二 加权的意义加权的意义 这一方法对于任一个测量分量的误差这一方法对于任一个测量分量的误差 都以

34、相同的机会加进目标函数，即都以相同的机会加进目标函数，即它们在目标函数中所占的份额一样。但由它们在目标函数中所占的份额一样。但由于各个测量量的量测精度不一致，因此它于各个测量量的量测精度不一致，因此它们以同样的权重组成目标函数是不合理的们以同样的权重组成目标函数是不合理的。为提高整个估计值的精度，应该使各个。为提高整个估计值的精度，应该使各个量测量各取一个权值，精度高的测量量权量测量各取一个权值，精度高的测量量权大一些，而精度低的测量量权小一些。根大一些，而精度低的测量量权小一些。根据这一原理提出了加权最小二乘准则。据这一原理提出了加权最小二乘准则。最最小二乘估计小二乘估计 xhzii44电力

35、系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 加权最小二乘准则的目标函数为加权最小二乘准则的目标函数为 (2-(2-16)16) 式中：式中： 为一适当选择的正定阵，当为一适当选择的正定阵，当 为为单位阵时单位阵时(2-16)(2-16)就是最小二乘准则。就是最小二乘准则。 假设假设 ， 为式为式(2-12)(2-12)的测量误差方的测量误差方差阵。其中各元素为差阵。其中各元素为 于是目标函数于是目标函数可写成可写成 (2-(2-17)17)最最小二乘估计小二乘估计)()()(TxhzxhzxWJWW1WRR121iiR)()()()(1T122xhzRxhzxxmii

36、iihzJ45电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 三三 最小二乘算法最小二乘算法 为线性函数为线性函数 先假定先假定 是线性向量函数。是线性向量函数。 (2-18)(2-18) 或或 式中：式中： 为为 矩阵，其元素为矩阵，其元素为 。 状态量的值状态量的值 与测量值与测量值 的关系为的关系为最最小二乘估计小二乘估计)(xh)(xhnjjijixhh1)( x), 2 , 1(miHx)(xhHm nijhxzvHxz46电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 按最小二乘准则建立目标函数按最小二乘准则建立目标函数 或或 (

37、2-19)(2-19) 对目标函数求导数并取为零，即对目标函数求导数并取为零，即 (2-20)(2-20) 亦即亦即 这是一组有这是一组有 个未知数的个未知数的 维方程组，维方程组，联立求解即可求得联立求解即可求得 的最佳估计值的最佳估计值 。最最小二乘估计小二乘估计), 2 , 1(mk)(1THxzRHxzxJmiinjjijixhzJ1221)(x02)(121miiiknjjijikhxhzxxJmimiiikijnjiijikhzxhh11212), 2 , 1(mknnxx 47电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 为非线性函数为非线性函数 以上

38、是在以上是在 为线性函数的前提下讨沦为线性函数的前提下讨沦的。但电力系统的测量函数向量的。但电力系统的测量函数向量 是非是非线性的向量函数，这时无法直接由目标函线性的向量函数，这时无法直接由目标函数数 的极值条件求解的极值条件求解 ，需要用迭代的，需要用迭代的方法求解。方法求解。 1 1 设状态变量的初值为设状态变量的初值为 将将 在在 处线性化，并用泰勒级数在处线性化，并用泰勒级数在附近展开，即附近展开，即 (2-27)(2-27)最最小二乘估计小二乘估计)(xh)(xh)(xh)(xJx 0 x)(xh 0 x 0 x 00 h xh xH xx48电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职

39、业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 是函数向量是函数向量 的雅可比矩阵，其的雅可比矩阵，其元素为元素为 (2-28)(2-28) 2 2 目标函数目标函数 略去略去 的高阶项，取目标函数为的高阶项，取目标函数为 (2-29)(2-29) 取取 ，有，有 (2-30)(2-30)最最小二乘估计小二乘估计)(xh 0H x 00iijjhhxxx xx)()()()()() 0() 0(1T) 0() 0(xxHxhzRxxHxhzxJ 0 zzh x )()()0(1T)0(xxHzRxxHzxJ49电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 3 3 极值条件极值条件

40、即即则则式中式中 由此可得由此可得 (2-31)(2-31)最最小二乘估计小二乘估计0 xxd)(dJ)(d)( dd)(d)0(1T)0(xxHzRxxxHzxxJ)(d)(d)0(T)0(1xxHzxxxHzR0)()(2)0(1)0(xxHzRxHTxxHRxHzRxH)()()()0(1)0(1)0(TTzxxzRxHxHRxHx1) 0() 0(1) 0(1) 0(1) 0()()()()()(RHcTTT1)0(1)0()0()()()(xHRxHxcT 000001T xxxxc xHxRzh x50电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 4 4

41、 迭代格式迭代格式 当当 充分接近充分接近 时泰勒级数略去高阶项时泰勒级数略去高阶项后才是足够近似的。用式后才是足够近似的。用式(2-31)(2-31)作逐次作逐次迭代，可以得到迭代，可以得到 。若以。若以 表示迭代序表示迭代序号，式号，式(2-31)(2-31)可以写成可以写成 (2-32)(2-32) (2-33) (2-33) 0 xx x l( )( )1( )1( )1( )()()()()lTllTllxHxR H xHxRzh x(1)( )( )lllxxx最最小二乘估计小二乘估计51电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 5 5 收敛判据收敛

42、判据 按式按式(2-32)(2-32)和式和式(2-33)(2-33)进行迭代修正，进行迭代修正，直到目标函数接近于最小为止。所采用直到目标函数接近于最小为止。所采用的收敛判据可以是以下三项中的任一项的收敛判据可以是以下三项中的任一项 （1 1） (2-34)(2-34) （2 2） (2-35)(2-35) （3 3） (2-36)(2-36)最最小二乘估计小二乘估计 maxixilx 1JJJllxx alx52电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 上三式是三种收敛标准。其中式上三式是三种收敛标准。其中式(2-34)(2-34)表示状态修正量绝对值最大者

43、小于规定表示状态修正量绝对值最大者小于规定的收敛标准，这是最常用的判据。的收敛标准，这是最常用的判据。 可取可取基准电压模值的基准电压模值的 。 满足收敛标准时的满足收敛标准时的 即为最优状态估即为最优状态估计值计值 。此时测量量的估计值是。此时测量量的估计值是 。最最小二乘估计小二乘估计x461010 lxx zh x53电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 6 6 状态估计的计算步骤及程序框图状态估计的计算步骤及程序框图 当当 是是 的非线性函数时，进行状态的非线性函数时，进行状态估计的步骤如下：估计的步骤如下： 1)1)从状态量的初值计算测量函数向量从

44、状态量的初值计算测量函数向量 和雅可比矩阵和雅可比矩阵 。 2)2)由遥测量由遥测量 和和 计算残差计算残差 和目和目标函数标函数 ，并由雅可比矩阵，并由雅可比矩阵 计算计算信息矩阵信息矩阵 和向量和向量 。最最小二乘估计小二乘估计)(xhx)()0(xh)()0(xHz)()0(xh)()0(xhz )()(lJ x)()(lxHHRH1T)()(1lTxhzRH54电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 3)3)解方程式解方程式(2-32)(2-32)求得状态修正量求得状态修正量 ，并取其中绝对值最大者并取其中绝对值最大者 。 4)4)检查是否达到收敛标准

45、。检查是否达到收敛标准。 5)5)若未达到收敛标准，修改状态量，若未达到收敛标准，修改状态量， 继续迭代计算，直到收敛为止。继续迭代计算，直到收敛为止。 6)6)将计算结果送入不良数据检测与辨识将计算结果送入不良数据检测与辨识入口。入口。最最小二乘估计小二乘估计x)(l)(maxliix) () () 1(lllxxx55电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 图图2-42-4是加权最小二乘估计程序框图，是加权最小二乘估计程序框图，其中框其中框1 1包括输入各测量量的权值。框包括输入各测量量的权值。框1 1的初值在实际应用中一般取前一次状态的初值在实际应用中一

46、般取前一次状态估计的电压值，以加快迭代的收敛速度估计的电压值，以加快迭代的收敛速度。框。框3 3中用现有的状态量中用现有的状态量 （如电压模值（如电压模值与电压相角）计算与电压相角）计算 及其偏导数及其偏导数 。框。框4 4求解电压模值与相角的修正量，选求解电压模值与相角的修正量，选出出 及及 ，供框，供框5 5作收敛检查。框作收敛检查。框6 6转入下一转入下一次迭代并对状态变量作修正。次迭代并对状态变量作修正。最最小二乘估计小二乘估计x)(l),(uh),(uHiiumaxiimax56电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院图图2-4 2-4 加权最小二乘估

47、计框图加权最小二乘估计框图 最最小二乘估计小二乘估计入口输入测量信息给定初值)()(lxH)()(lxhHRH1T)()(1lTxhzRH计算计算计算x)(l)(maxliix解非线性方程式(2-30) 求及xliixmaxl = l + 1)()() 1(lllxxx到不良数据检测与辨识入口l157电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院58电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院已知系统有功测量值，忽略损耗，求支路最佳估计值已知系统有功测量值，忽略损耗，求支路最佳估计值59电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔

48、滨电力职业技术学院 P1=P2+P3 P2=P4+P5 P6=P3+P4 J=(P1-100)2+(P2-80)2+(P3-22)2+(P4-10)2 +(P5-72)2+(P6-30)2 J=(P2+P3-100)2+(P2-80)2+(P3-22)2+(P4-10)2 +(P2-P4-72)2+(P3+P4-30)260电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 求J的最小值 令 J/ P2=0得3P2+P3-P4=252 令 J/ P3=0得P2+3P3+P4=152 令 J/ P4=0得P2+P3+P4=112 解得P1=101,P2=81,P3=20,P

49、4=11,P5=70,P6=31 残差平方和 J=(101-100)2+(81-80)2+(20-22)2+(11-10)2 +(70-72)2+(31-30)2=1261电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院62电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 P1=P2+P3 P2=P4+P5 P6=P3+P4 U2=U1-(P2R2+Q2X2)/U1 J=(P2+P3-100)2+(P2-80)2+(P3-22)2+(Q2-40)2+(P5-72)2+(U1-(7P2+15Q2)/U1-110)263电力系统自动化电力系统自动化哈

50、尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 求J的最小值 令 J/ P2=0得2.003P2+P3+0.007Q2=180.6 令 J/ P3=0得P2+2P3=122 令 J/ P5=0得P5=72 令 J/ Q2=0得0.007P2+1.016Q2=41.25 解得P1=100.7,P2=79.4,P3=21.3,P4=7.4,P5=72,P6=28.7,Q2=40.05,U2=110.3664电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院出现偶尔不良数据出现偶尔不良数据设设P5=72传输错误，变成传输错误，变成40065电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业

51、技术学院哈尔滨电力职业技术学院 P1=P2+P3 P2=P4+P5 P6=P3+P4 J=(P1-100)2+(P2-80)2+(P3-22)2+(P4-10)2+(P6-30)2 66电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 求J的最小值 令 J/ P2=0得2P2+P3=180 令 J/ P3=0得P2+3P3=152 令 J/ P4=0得2P4+P3=40 解得P2=77.6,P3=24.8,P4=7.6,P5=70 J=(2.4)2+(2.4)2+(2.8)2+(2.4)2+(2.4)2=30.88 残差稍大，不全数据补齐了67电力系统自动化电力系统自动

52、化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院若不能用合理性检查排除，先采用检测方法若不能用合理性检查排除，先采用检测方法J=(P2+P3-100)2+(P2-80)2+(P3-22)2+(P4-10)2+(P3+P4-30)2+(P2-P4-400)2令令 J/ P2=0得得3P2+P3-P4=580令令 J/ P3=0得得P2+3P3+P4=152令令 J/ P4=0得得P2+P4+P3=440解得解得P2=327,P3=-144,P4=257J=(183-100)2+(327-80)2+(-144-22)2+(257-10)2+(40-400)2 +(113-30)2 =272252残差

53、太大，混入了坏数据残差太大，混入了坏数据68电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院用逐个排除法进行识别，首先丢弃用逐个排除法进行识别，首先丢弃P1=100 J=(P2-80)2+(P3-22)2+(P4-10)2+(P3+P4-30)2+(P2-P4-400)2 令 J/ P2=0得2P2-P4=480 令 J/ P3=0得2P3+P4=52 令 J/ P4=0得P2+P4+P3=440 解得P2=327,P3=-61,P4=174 J=(266-100)2+(327-80)2+(-61-22)2+(174-10)2+(153-72)2 +(113-30)2

54、=135800 残差仍太大，混入了坏数据69电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院70电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院71电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 P1=P2+P3 P2=P4+P5 P6=P3+P4 J=(P2+P3-100)2+(P2-2)2+(P3-103)2+(P4-(-95)2+(P2-P4-94)2+(P3+P4-10)272电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 求J的最小值 令 J/ P2=0得3P2+P3-P4=196 令

55、 J/ P3=0得P2+3P3+P4=213 令 J/ P4=0得P2+P3+P4=91 解得P2=0.25,P3=102,P4=-93.25 残差平方和 J=(0.25)2+(1.75)2+(1)2+(1.75)2 +(0.5)2+(1.75)2=10.573电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院第四节第四节 安全分析与安全控制安全分析与安全控制 一、电力系统安全性 1、电力系统突然发生扰动时不间断地向用户提供电力和电量的能力 2、电力系统的整体性，即电力系统维持联合运行的能力。 二、三道防线 1、继电保护 2、自动装置 3、调度人员正确操作74电力系统自动

56、化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统安全控制的任务三、电力系统安全控制的任务 1、安全监视 2、安全分析 3、安全控制 1）预防控制 2）紧急控制 3）恢复控制75电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院一、安全分析一、安全分析 1、静态安全分析 （1）预想故障分析 1）故障定义 2）故障筛选 3）故障分析 （2）计算方法 1）直流潮流 2）P-Q分解法 3）等值网络法76电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院2、动态安全分析、动态安全分析（1）模式识别法）模式识别法77电力系统自动化电力系统

57、自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 （2）李雅普诺夫方法 （3）扩展等面积法（EEAC） 二、安全控制 1、正常运行状态（包括警戒状态）安全控制 2、紧急状态时的安全控制 （1）电力系统的频率紧急控制 （2）电力系统的电压紧急控制 （3）电力系统的过负荷紧急控制 （4）电力系统的紧急稳定控制 1）快速励磁2）快关汽门3）电气制动4）切除部分发电机组5）切除部分负荷6）远方跳闸7）再同步8）解列 3、恢复状态时的安全控制78电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院79电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院第五节第五

58、节 调度主站系统的硬件构成调度主站系统的硬件构成一、电网调度自动化系统的构成一、电网调度自动化系统的构成80电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院二、调度计算机系统二、调度计算机系统（一）调度计算机系统的配置（一）调度计算机系统的配置1、单机系统、单机系统2、双机系统、双机系统RTU发电厂RTU发电厂RTU变电所RTU变电所通道前置机下级主站上级主站数据采集和执行主站主计算机显示器、键盘、鼠标人机联系子系统主计算机远动子系统模拟屏81电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院3、分布式系统、分布式系统82电力系统自动化电力系统自动

59、化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院 （二）人机联系设备 1、监视电力系统 2、监视控制系统 3、维护系统 4、执行和开发应用软件 （三）图形系统 1、网络潮流图 2、厂站主接线图 3、曲线图 4、扇形图 5、棒图 6、地理接线图83电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院84电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院85电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院86电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院87电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈

60、尔滨电力职业技术学院123578发电厂发电厂变电站变电站88电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院89电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院90电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院91电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院92电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院93电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院94电力系统自动化电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院哈尔滨电力职业技术学院95电力系统