配电自动化系统：第六章 配电系统调度 自动化

第六

章配电系统调度自动化

一、电力系统调度和调度管理电力系统调度是电力系统生产运行的一部分，是生产运行的指挥部门。直接领导电力系统内发电、输电、变电和配电各部分运行值班人员和设备的运行、操作和事故处理。保证电力系统安全经济地运行，向用户有计划地供应符合质量标准的电能。第一节概述（一）电力系统调度工作的性质1.指挥系统指挥系统内部发电厂和变电所的倒闸操作、事故处理和调整有功功率与无功功率。2.生产性质负责电网的安全稳定和经济运行，制定电网正常和特殊接线方式，规定送电线路的稳定极限并负责控制，确定继电保护和自动装置整定值，负责电网通信和调度自动化的建设及运行维护等电力生产的生产技术工作。3.管理职能性质负责电力系统方面的技术管理工作，掌握系统内发供电单位生产运行情况，制定电力系统运行操作规程，开展调度、通信、自动化等方面的专业培训，制定和贯彻电网安全经济运行措施。二、电力系统调度工作的性质和任务电力系统调度工作的主要任务是在保证安全供电和电能质量的情况下，最大限度地满足用户的用电需要和组织好能源的合理利用。1.尽电网当时设备能力满足用户用电需要2.保证安全供电3.保证电能质量4.经济合理的利用能源（二）电力系统调度工作的任务1.预计负荷2.平衡电源3.倒闸操作4.事故处理5.经济调度6.计划用电（三）电力系统调度的几项基本工作调度自动化源于远动技术。远动技术起始于本世纪30年代，是为了使分散在相距较远的生产单位及生产设备能够完成同一生产任务，服从一个调度机构指挥，收集信息，实现生产过程的监视与控制而产生的一门技术学科。30年代，远动技术首先应用于铁路运输系统。50年代，远动装置才在我国东北、华北、华东等电网中试用。60年代，电子计算机技术进入电网调度领域70年代，第一代电网调度自动化产品研制成功。它是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统80年代，出现了第二代产品，即基于通用计算机的EMS系统90年代，出现了第三代产品，即基于RISC/UNIX的开放式分布式的EMS/DMS系统

三、我国电网调度自动化的发展四、现代电网调度自动化系统的主要功能电网调度自动化的主要功能数据采集与安全监视调度员模拟培训安全分析自动控制经济调度水调自动化系统调度信息管理系统正常发供电控制系统安全控制电力市场技术支持系统恢复控制预防控制电压和无功控制数据采集就是RTU将生产过程变成数据量，通过数据传输通道，发送到调度端，由调度端接收，进行正确性检查，做相应处理。

安全监视就是调度员可以通过控制台在CRT屏幕上调用有关画面，以达到对电网监视和控制的目的。

安全分析是对电网正常与异常状况下的可靠性及事故状态进行预测分析，它包括静态安全分析和动态安全分析两种。经济调度是指在安全监视的基础上达到电网最经济的运行，在实现安全监视与安全分析的同时，在保证电网频率与电压质量的前提下，实现发电的煤耗、水耗与网损为最小、电能成本最低而又保证一定的备用容量。在安全监视、安全分析与经济调度已确定的基础上对电网实现自动的调节与控制。

有计划发供电控制和经济发电控制

从电网安全角度考虑，对发电和负荷进行控制当识别出电力系统故障被排除后，利用一定的判据对系统进行控制，迅速恢复电网的正常运行当故障分析子系统发出预报,负荷越限或稳定性破坏即将发生，对系统进行安全性约束控制；以网损最小作为目标函数，进行无功优化计算，由此对电网进行控制。从电网安全考虑，进行电压稳定性分析，对电网电压进行控制。（一）电网调度自动化系统的结构一个完整的电力调度自动化系统由三部分组成，即调度端（控制中心）、厂站端（被控站）和数据传输电路。我国电力系统实行分层调度，按地域划分，具有国调、网调、省调、地调、县调五级建制。五、电网调度自动化系统的结构和配置图6-1电网调度自动化的分层控制1．调度端的硬件配置调度端（控制中心）的硬件设备当前均采用计算机技术，按完成的不同主要任务配置多机，计算机间采用网络设备连接，构成分布式结构。前置机或通信管理系统（CMS）——承担数据收集的设备；主服务器——对数据进行处理、建立数据档案和协调整个系统工作的计算机；调度员工作站——为调度员建立人机界面（MMI）的设备；应用工作站——完成各专项任务的计算机；其它尚有一些外围设备，如调制解调器（MODEM）、打印机、模拟盘及控制设备等。（二）电网调度自动化系统的软硬件配置2．调度端的软件配置调度端的系统软件也就是计算机操作系统，它是一台计算机运行的最基本的软件，它的四大任务分别是CPU管理、内存管理、任务管理和外部设备管理。调度端的支撑软件或支撑平台是应用软件的基础部分，它提供了一个应用环境。作为电力调度自动化系统的支撑软件包括三个部分：适于电力调度使用的数据库、人机会话和网络通信。调度端的应用软件主要是指为完成电力调度的各种功能而使用的软件，其中有SCADA（安全监控与数据采集）软件、安全分析软件、经济调度软件、自动控制软件等。3．厂站端的配置远方终端装置（RTU）：一般由微型计算机芯片构成的模板组成，它的主要任务是完成电力生产过程中信号的采集、简单处理、传输、控制命令的接收及执行。过程设备：指电力生产过程信号的连接及转换、控制命令的转换及执行机构的连接等设备，如各种变送器、连接信号电缆、光电隔离器、执行继电器等。配电系统调度自动化是由中央处理机（计算机）和远动装置等组成的配电网监控和数据收集系统，以辅助调度员做好配电网运行工作的调度方法。第二节

配电系统调度自动化的基本概念配电网调度自动化的功能一般只有电网监控和电网数据收集，即所谓SCADA系统。这个系统又称为调度自动化系统，它主要由变电所端的信息收集兼控制单元、数据传输通道、调度端的远动装置、中央处理机、输出显示打印和人机对话等设备组成

一、配电调度自动化系统的组成

计算机远动装置异常报警打印数据存储屏幕显示电网模拟图人机对话调度员配电网设备配电网设备（一）地区电网调度自动化功能系统基本功能为：数据收集、安全监视与控制、功率总加、电能量总加、事件顺序记录、汉字制表打印、汉字CRT显示及操作、模拟盘显示、数据转发。可进一步开发的功能为：状态估计、安全分析、潮流优化、经济调度、调度员培训模拟、配电自动化等。按基本功能内容列出的功能配备要求详见表6-1和表6-2二、配电调度自动化系统的主要功能（二）县级电网调度自动化功能系统基本功能为：数据收集、安全监视与控制、功率总加、电能量总加、事件顺序记录、汉字制表打印、汉字CRT显示及操作、模拟盘显示、数据转发。可进一步开发的功能为：安全分析、调度员模拟培训等。按基本功能内容，列出各等级县调自动化功能配备要求，详见表6-3和表6-4。

第三节调度自动化系统实例图6-3天津港电力调度中心主控系统调度工作站的主要任务是对网络运行方式，倒闸操作进行调度管理。调度工作站调度工作站主机前置机前置机110kV站NT95系统1号配电站NT95系统2号配电站NT95系统RTU1RTU9RTU10RTU22RTU23RTU33110kV变电站、6kV1号和2号配电站设置集控站。集控站系统由模拟盘、调度台、多台586微机和汉字打印机组成以网络形式相连的开放式分布监控系统。前置机也就是通信信道机，其主要任务是采集各集控站RTU的数据，并对数据进行预处理，然后将处理的数据发送给SCADA主机或上模拟屏，同时也接收SCADA机的遥控、遥调命令，发往各集控站的RTU。作为结点机，其主要任务是进行实时数据的采集和运行工况的监控，建立实时数据库和历史数据库，并完成数据库的管理，以广播方式向网络发布实时数据。主控系统采用由电力部电力自动化研究院北京南瑞系统控制公司提供的RD800型电网监控系统，该系统的计算机采用多台美国SUN公司生产的SUNSPARC20工程工作站作为前置主机（通信信道机）和调度员工作台港务局电力调度中心系统由主控系统、3个集控站系统以及若干台RTU组成。主控中心设置调度员，集控站设置值班人员，控制命令由主控中心下发到集控站，由集控站进行直接控制。系统的数据采集主要是天津港港口供电网的模拟量、开关量、脉冲量等的采集。系统将采集到的各种实时信息按照不同的要求进行计算、处理、分类、归档，并存入数据库中，供各部室使用。主控中心和集控站的值班人员，通过各类计算机外部设备、模拟盘等对变电站和配电站的运行状态进行实时监视。对各变电站可能出现的故障或异常现象随时报警。对于无人值班的变电站和配电站的运行状态可以进行监视，对其开关可以进行远方遥控操作。二、功能介绍变送器是调度自动化系统中经常用到的感受元件。在电力系统中，它负责把电流、电压、功率等参数的变化传给计算机系统。变送器有电流、电压、功率、电量、频率、小电流接地选线等多种，有直流变送器也有交流变送器。第四节变送器直流电压变送器的作用是将电压互感器二次输出的交流电压变换成所需要的直流电压。一、直流电压变送器图6-4直流电压变送器原理结构

变送器T的一次绕组接在电压互感器的二次输出端，故变送器T的输入电压U正常时为100V，经变送器T将100V的交流电压变换成整流电路所需的交流电压二极管V1～V4组成的全波整流电路将交流电压变成一个直流电压电阻R和电容C1、C2组成的型滤波电路，以滤掉不需要的谐波成分。二极管V5是根据输出特性初始段选配，以补偿磁化曲线初始部分的非线性。变送器按正常要求是将100V的交流电压变换成6V的直流电压。这就是说，当输出电阻为6k时，变送器的直流输出电流为1mA。如果母线电压为10kV，电压互感器的变比为100，则该变送器可将U＝100V的交流电压变换成U＝6V的直流电压，在此情况下可保证其变换精度为土0.5％。实际中为了考虑电网电压的波动，设计中将输入的最高电压定为120V，从而使得现场的100V实际电压约为120V的3/4。这就是说，当输入交流电压为120V时，直流输出电流为1mA，因此，每伏输入电压所对应输出电流的理论值为：1mA/120V=8.33A/V

变送器的误差用相对误差来表示，其计算公式是：＝(理论值-实际值)/满量程值

若变送器输入交流电压100V时，其实测输出电流为0.835mA，而100V的理论毫安数为8.33A/V*l00V=0.833mA，于是＝(0.833-0.835)/1＝-0.2％变送器的误差为了保证变送器的精确度,要注意以下几个问题:(1)变送器的铁芯的磁化特性曲线要有足够的线性度；(2)电阻选用温度系数稳定的锰铜和铜线绕制。(3)桥式整流二极管要经过严格的筛选，其特性要保持一致。直流电压变送器的特点：其输出端并有时间常数较大的惯性元件，所以对暂态量的响应速度慢，一般在0.1～0.3s之间。

交流电压变送器是将电压互感器二次输出的100V交流电压变换成所需要的交流电压。特点：这种变送器的输出端没有大电容并接，其响应速度在25～50s之间，因此，这种变送器目前广泛用于检测装置中用于采集暂态信息。

二、交流电压变送器图6-5交流电压变送器原理接线作用：是将交流电流变换成与之成线性关系的直流电流。直流电流变送器一次绕组接至电流互感器的二次侧，将交流电流

变换成与之成线性关系的直流电流I。，为了可调，电流变送器的一次绕组设有抽头三、直流电流变送器

图6-6直流电流变送器原理接线四、功率变送器功率变送器的任务是把输入的电流和电压变换成与功率成比例的直流电压。

图6-7功率变送器原理接线

Bs910双脉冲宽调制器的输入电压UAB和UBC经高阻降压和变换，形成两路脉冲信号和作为乘法器BS904的乘数输入之一分流器经过分流器L获得的和

信号，这两个信号与电流

和

成正比，作为乘法器BS904的另一乘数输入

BS904乘法器将输入的电流和电压相乘而形成功率，该乘法器的输出是与功率成比例的电压

电量变送器的任务是通过采集到的电压和电流获得所需要的电量。我们知道由有功、无功功率变送器得到的直流输出电压Uo是与有功功率P和无功功率Q成正比的，如将该直流电压Uo对时间进行积分，即可得到所要求的电量。

五、电量变送器图6-8电量变送器原理结构

电压频率变换器组件并—串行码输出串行可逆计数器分频器（100）Uo极性判别U/F功率变送器至显示器并行插头不停电电源串行计数器电量变送器的工作情况：功率变送器的输出电压U经过BS907的U/F器件，U/F将输出一串重复频率正比于其输入电压U的等幅脉冲，经过分频系数为100的分频器后输出至F端，在BS907“＋／一”输出的控制下，串行计数器BS920对F端输入的等幅脉冲进行加计数或减计数，以达到对电量的累计。频率变送器的任务：将电力系统的频率偏差变成一个与之成正比的直流电压或直流电流。测频原理：若频率变送器所输出的矩形波电压的幅值为E，矩形波脉冲宽度为10ms，矩形波脉冲的周期为T，则其输出的直流平均电压Uo为：

六、频率变送器

图6-9频率变送器的原理接线

图中220v的交流信号由20端子输入，100v的交流信号由21端子输入。交流电压输入BS900电源组件后，产生8V的电压，供差频/电压变换器BS908用。同时还产生20V交流电压作为BS908的输入信号，也作为显示组件BS913的工作电源。频差／电压变换器BS908将频差变换成直流电压和直流电流，输出的直流电压经过标度电位计分压后送入BS913显示组件中进行A／D转换后，获得频差的数字及符号。功率总加器的作用：为了获得功率的总和。核心元件就是一个高精度的运算放大器构成的加法器

七、功率总加器图6-10功率总加器原理接线

输入的电压UPn（n=1、2、3…..12）是与功率成比例的，U1至U8都接入A点，其功率是相加的输入的电压UPn（n=1、2、3…..12）是与功率成比例的，U9至U12都接入B点，其功率是相减的总加器BS906的输出电压是所有输入电压UPn（n=1、2、3…..12）的代数和，即其输出电压与输人功率的代数和成正比。BS906输出电压经BS907电压/频率变换器，变换成与其输入电压成正比的一连串重复频率的等幅脉冲，送往BS920计数器BS920在规定的时间内记录脉冲的个数，并把记录结果，也就是代表功率的总和送往BS914显示器，以显示功率的总和小电流接地选线变送器的作用：给小电流接地选线装置提供所需要的输入参量。在中性点经消弧线圈接地电网中，发生接地故障时常采用五次谐波原理选线法来查找故障线路。即利用零序电流3I0的五次谐波作为判据。八、小电流接地选线变送器

图6-11小电流接地选线变送器原理接线电抗变压器DKB的初级线圈L1经A、B两点串入小电流接地系统中所要测量的线路零序电流互感器二次侧，获得线路的零序电流3I0。DKB和变压器DYB的等效电感与电容器C1构成对5次谐波的串联谐振电路，在DYB一次绕组上可以获得最大的3I0中的5次谐波电压，经DYB匹配和隔离，再经V1和C2进行整流与滤波，由R1、R2分压，由BC点输出直流电压U0，U0也就代表了被测量线路上零序电流3I0中五次谐波电流的大小。一、概述传统的互感器缺点：(1)绝缘技术复杂、成本高、体积大而笨重；(2)电流互感器线性度低，互感器铁芯在故障状态下的饱和限制了电流互感器的动态响应精度;（3）电压互感器可能出现铁磁谐振，损坏设备（4）电流互感器的输出端不能开路，如果开路，产生高电压对周围设备和人员存在潜在的威胁；（5）由电流、电压互感器引至二次保护控制设备的电缆是电磁干扰的重要耦合途径。（6）输出不能直接与微机化计量及保护设备正确接口。第五节电子式互感器简介电子式互感器(electronictransformer)它包括连接传输系统和二次变换器的一个或多个电流或电压传感器，将被测量按比例传送给测量仪器、仪表和保护或控制装置。装置的输出可能是模拟量也可能是数字量。对于模拟量输出的互感器，二次变换器直接供给二次设备，对于数字输出的互感器，可用一个汇接单元将多个二次变换器汇集输出至二次设备。一类是基于光效应的电流或电压传感器。（无源式电子式互感器）另一类是在常规互感器基础上发展起来的半常规传感器，如采用电容分压或阻容分压原理的电压传感器、铁心线圈低功率电流互感器(LPCT)、独立式空心线圈(罗戈夫斯基线圈)电流传感器等。（有源式互感器）电子式互感器的传感器分类

二．电子式互感器的一般结构一次传感器一次电源传输系统一次变换器二次变换器经汇接单元以数字量输出二次变换器模拟量单元输出二次电源图6-12单相电子式互感器通用框图

未投运维护申请设备失效图6-13数字接口组合接线图

A相电子式互感器的二次变换器

1．

电流互感器（1）基于法拉第（Faraday）磁光效应的电流互感器，它采用Faraday效应测量电流。Faraday效应是指磁场可改变介质的电子通道，影响光波的传播方向。三．电子式互感器的基本原理图6-14

基于法拉第（Faraday）磁光效应的电流互感器

将偏振光的偏振面角度变化信息转化为电信号。

将光源变成线偏振光。

图6-15

法拉第效应原理图设长度为dL的圆柱形玻璃棒受到与光束一致的磁场H的作用，则光束在出玻璃棒出口处产生线性偏振，通过测量通流导体周围线偏振光偏振面的变化，就可间接测量出导体中的电流值。

偏振面旋转的角度θ符合下式规律

维尔德(Verder)常数，由介质和光波波长决定，表征介质的磁光效应，它是材料、温度和光波长度的函数

磁场强度

通过光元件的电流

光束偏振面的旋转角θ正比于流经导线的电流。由旋转角的大小，即可检测电流的强弱。而且角度θ与其他附近的、非环绕的导线无关；与光回路中导线的位置无关；与光回路几何形状的变化、振动、热膨胀等因素无关。

块状玻璃传感器被测带电导体穿过玻璃中心孔、发光二极管的光束经起偏器形成偏振光射入玻璃。光束在玻璃中经内部折射形成围绕被测导体的环路。导体中被测电流形成的磁场与光束环路方向相同，从而引起偏振面旋转，并由出口的检偏器将偏振光的偏振面角度变化信息转化为电信号。

线偏振光通过块状玻璃一周的偏转角度为：

利用检偏器将偏转角的变化转换为光强的变化，由光强变化间接测量偏转角。当线偏振光通过检偏器时，输出光强P为：

入射光经起偏器后的光强

射入检偏器光的偏振面与检偏器透光轴方向之间的夹角

起偏器与检偏器光轴的夹角

比例常数

由U即可求得被测电流i的大小

基于罗戈夫斯基(Rogowski)线圈的电流互感器被测电流从i线圈中心穿过,由电磁感应原理可知:任何一个随时间变化的电流总是伴随着一个随时间变化的磁场环链,这个磁场将在线圈中感应电势，产生二次电流，将该二次电流转换为电压

，经过信号调制器将该电压信号转换成光信号，并通过光纤传输到低压端，最后在低压侧将光信号解调还原成电信号；测量输出的电信号就可以间接测量i的大小。将测量导线均匀地绕在截面均匀的非磁性材料的框架上,就构成了Rogowski线圈

（1）基于分压式电压传感器构成的电压互感器这类互感器包括电阻分压器、电容分压器和阻容分压器等多种方式。由分压器得到一个小电压信号，直接输出或通过变换为数字信号后输出至二次设备。

2．电压互感器1)电阻分压器

电阻分压器分压后得到的小电压与被测高电压呈比例关系，直接输出即可以。技术成熟、体积小、造价低、可同时满足测量和保护需要.

图6-19基于电阻分压器的电压传感器

2)阻容分压器阻容分压器分压后在电阻上得到的小电压是被测高电压的微分，要求得到被测电压需要对小信号进行积分。

图6-20阻容分压器图6-21阻容分压器电路测量极的直径

导电杆的直径

测量极长度

真空的导电率

绝缘气体的导电率

测量极对地电容

R值足够小，使电压输出不受CE的影响

R和C构成阻容分压器，输出电压为：某些透明的光学介质在没有外加电场作用时是各向同性的；而在外加电场作用下，晶体变为各向异性的双轴晶体，从而导致其折射率和通过晶体的光偏振态发生变化，产生双折射，一束光变为两束相位不同的线偏振光电效应的电光晶体。根据电光晶体中通光方向与外加电场(电压)方向的不同，基于普克尔斯效应的光学电压传感器可分为横向调制电压传感器和纵向调制电压传感器。

（1）基于普克尔斯（Pockels）效应传感器构成的电压互感器图6-23用普克尔斯效应的电压传感器原理

横向调制型外加电场方向与通光方向垂直，光经起偏器后为线偏振光，通过承受外加电压的电光晶体(BGO)后发生双折射，输出的两束光的相位差与外加电压有如下关系：

横向调制电压传感器光波长度晶体的折射率晶体通光方向的长度晶体的厚度晶体的电光系数晶体的半波电压纵向调制型外加电场方向与通光方向平行，线偏振光通过电光晶体后输出的两束光的相位差为：纵向调制电压传感器纵向调制的传感器的