一电力系统运行控制及其自动化概论

1第一章

电力系统运行控制及其自动化概论广西大学电力系统最优化研究所2内容提要一.电力系统运行控制的复杂性二.运行控制目标及分级体系三.电网调度自动化系统四.电网调度自动化技术的发展五.智能电网与智能电力系统3一.电力系统运行控制的复杂性1.1电力系统是复杂的大系统1.1.1以销定产，即发即用，功率平衡50.0Hz49.850.2发电用电41.1.2系统庞大，覆盖面广，涉及千家万户发电用电输电变电配电RTURTURTU数据采集和传输应用服务器电网调度通信服务器51.1.3西电东送，南北互联，全国联网华中华东华北东北南方西北050100150200250300美俄日中加德建国初期：发电量第25位装机容量第21位2002年均已跃居第2位GW35061）

自然灾害引发的事故2005年华中电网“2.7～2.16”大面积冰闪2005年华东电网“6.14”任上5237、5238线相继跳闸2006年浙江、福建电网“8.10”受超强台风“桑美”影响2007年辽宁电网“3.4～3.9”暴雪导致多条线路跳闸2008年广西、湖南、贵州冰灾导致大面积停电2）一次设备故障引发的事故2005年华东电网“2.21”500kV徐行变500kV系统全停2006年吉林电网“4.6”220kV长春变电站电缆停电2006年福建电网“9.5”500kV福州变220kV母线停电1.1.4事故影响面大，危害严重73）安全自动装置及继电保护装置异常引发的事故2003年江西电网“2.12”220kV上饶变电站全停2003年“11.10”华中、川渝电网解列2006年“6.21”葛南直流双极闭锁

4）控制及辅助系统故障引发的事故2000年四川电网“10.13”二滩电厂监控系统死机2002年华东电网“2.19”局部电网解列2005年“11.20”龙政直流双极闭锁

5）通信及自动化设备事故2005年华中电网“2.7”通信光缆中断2007年宁夏电网“1.6”220kV吉青线OPGw光缆中断2007年华东电网“11.28"堡汊5253、堡湾5254线跳闸86）人员责任事故2004年青海电网“5．7”格尔木电网与主网解列2005年华中电网“12．13”湖南电网与华中主网解列2006年西藏电网“1．8”藏中电网瓦解7）外力破坏事故2001年福建电网“6．17”220kV红山变电站全停2005年青海电网“1．4”海西电网与主网解列2005年河南电网“6．30”220kV商丘变电站全停2006年黑龙江电网“7．3”220kV梨树变电站全停

8）电网振荡2005年蒙西电网“9．1”低频振荡2005年华中电网“10．29”较大范围功率振荡2006年“7．1”华北华中联网系统较大范围功率振荡99）涉网电厂事故2002年四川电网“5.18”二滩电厂安控误切机事故2003年华北电网“4.17”多台大机组以及多条500kV线路跳闸2004年“3.12”柳州电厂2#机组跳闸2005年四川电网“8.29”龚嘴上厂全停2006年“10.11”三峡电厂多台机组跳闸10）重大国际电网事故2003年“8.14”美加大停电2005年“5.25”莫斯科大停电2005年“9.12”洛杉矶大停电2006年“11.4”欧洲大停电

《电网典型事故分析》(1999-2007年)—国家电力调度通信中心

101.2电力系统可调可控1.2.1电力系统的可调可控点调速器——调节发电机有功出力(PG)调频器——调节发电机输出频率(f)发动机励磁调节器——调节发电机无功出力(QG)调相机励磁调节器——调节调相机无功出力(QO)静止补偿器——调节其无功出力(QO)

变压器分接头——调节变压器副边电压(V2)

断路器——控制投切(C,PD)11发电用电输电变电配电RTURTURTU数据采集和传输应用服务器电网调度通信服务器调速器(PG)、发动机励磁调节器(QG)、调相机励磁调节器(QO)、变压器分接头(V2)、断路器(C,PL)、静止补偿器(QO)等12二.电网运行控制目标及分级体制2.1安全、优质、经济、环保的目标2.1.1保证系统安全运行（1）与运行管理有关的电网稳定事故（P3）分类运行管理方面的问题事故比%静态稳定破坏对正常或检修运行方式未做稳定分析，因PD增加或PG减少，导致潮流不平衡16.6由于无功不足，线路长，负荷重，或将发电机励磁退出或减小，造成电压下降或电压崩溃。10.5动态稳定破坏对发电机失磁破坏稳定未做分析和预防15.7环网运行不当，或无相因解列措施14.8未考虑严重故障，又未采取有效措施5.7未考虑低压电网故障对稳定的影响8.6合计71.913美加8.14大停电事故简介（1）2003.8.14美、加大停电范围卫星图14停电地区包括美国密西根、俄亥俄、宾夕法尼亚、纽约、康涅狄格、新泽西北部、马萨诸塞、佛蒙特8州和加拿大安大略、魁北克2省等美加8.14大停电事故简介（2）15俄亥俄州停电事故发生过程美加8.14大停电事故简介（3）162.1安全、优质、经济、环保的目标（2）保证系统安全运行的措施系统“强大”，发电能力和电气设备裕度足够保护装置灵敏可靠调度员知识、经验和技术水平调度装备的自动化程度运行方式合理，备用足够，定期运行预想分析防事故演练及事故处理得力172.1安全、优质、经济、环保的目标2.1.2提供优质电能（1）波形要求：提供正弦波措施：自动检测并消除谐波影响（2）频率要求：50±0.2Hz措施：一次调频、二次调频，自动切负荷（3）电压要求：±5%UN措施：发电机、变压器调压，无功补偿182.1.3电力二次系统分区结构4.纵向认证3.横向隔离电力数据网或发电数据网控制区生产区管理区信息区电力调度数据网SPDnet生产控制区管理信息区防火墙2.网络专用1.安全分区19纵向认证2.1.3电力二次系统分区结构202.1.3各分区数据总体结构212.1.3电力二次系统分区结构222.1.4电力系统运行经济性（1）经济调度：燃料费用最小（2）优化调度：满足多个目标，大规模非线性问题（3）OPF的在线应用（清华-上海项目、南瑞-苏丹项目）附录：广西电网公司项目—《基于现代内点理论的水火电力系统最优调度策略软件包》

2.1安全、优质、经济、环保的目标232.1.5符合环保要求（1）节能发电调度（2）基于优化理论的CPS标准下AGC控制广西科技进步二等奖，在世界上首次提出了“满足CPS标准的AGC最优控制数学模型”和“满足CPS标准的AGC最小调节容量模型”，将问题归结为混合整数非线性最优化问题，并用现代内点理论对互补最优化问题进行在线求解。系统在广西电网公司投运后取得良好效果和经济效益：每年AGC调节次数减少56%，增发水电15.03亿千瓦时，减少煤耗54.1万吨，减少二氧化碳排放141.8万吨，直接经济效益1.797亿元。附录：南方电网（广西）节能发电调度技术支持系统资料2.1安全、优质、经济、环保的目标242.2电网分级调度体系及各级调度控制任务国调1个网调6个省调31个地调300多县调2000多电网分级调度体系国调华北东北华中华东西北南方北京天津河北内蒙山西山东辽宁吉林黑龙江湖北湖南河南江西四川重庆上海江苏浙江安徽福建陕西宁夏青海甘肃新疆西藏广东广西云南贵州海南地市电力调度中心县电力调度中心直调厂站（各级控制任务见P5）252.3广西电网分级调度情况1）供电营业区分大网、水电2系统262）广西电网公司中调下辖14个地调，40多个县调3）水电管辖40个县，目前无省调、地调4）地调已基本上实现自动化，县调则较少水电集团南网总调广西中调调度南宁、柳州、桂林、梧州、北海、钦州、贵港、玉林、百色、贺州、河池、来宾、崇左、防城港县调隆安、马山、上林、宾阳、横县、武鸣、柳江、柳城、鹿寨、融安、阳朔、临桂、灵川、永福、兴安、合浦、东兴、灵山、浦北、平南、北流、陆川、平果、田东、田阳、宜州、环江、大化、罗城、东兰、合山、象州、武宣、忻城、凭祥、扶绥。县调融水、三江、全州、平乐、灌阳、荔浦、资源、龙胜、恭城、岑溪、苍梧、藤县、蒙山、上思、容县、博白、兴业、凌云、靖西、西林、乐业、德保、田林、那坡、隆林、钟山、昭平、富川、天峨、凤山、南丹、巴马、都安、金秀、宁明、龙州、大新、天等、百色、贺州。272.4各级调度的日常基本工作2.4.1负荷预测2.4.2编制运行方式*2.4.3指挥倒闸2.4.4指挥事故处理2.4.5电网经济调度2.4.6综合计划282.4.1编制运行方式（P8-10）（1）制定发电计划（2）制定检修计划（3）做好能源安排（4）制定接线方式（5）进行潮流计算（6）进行安全分析附录：《广西电网2008年度运行方式》29三.调度自动化系统3.1概述3.2调度自动化系统典型结构与创新3.3主站系统软件体系3.4分站系统构成及设备3.5SCADA功能演示3.6参观北海银河、柳州柳电综自系统303.1概述发电用电输电变电配电RTURTURTU数据采集和传输应用服务器电网调度通信服务器313.2调度自动化系统典型结构32独立建设的县调自动化主站系统典型配置示意图333.2.1调度自动化系统结构实例1——凌云GPS时钟交换机B交换机A终端服务器B终端服务器A光电隔离器光电隔离器16口协议转换器1口协议转换器路由器物理隔离器WEB服务器前置机A前置机B历史服务器B调度工作站A调度工作站B电信网络子站DATAGPS2维护工作站DATAGPS1ADSLMODEM路由器协议转换器RTU通信单元GPRS模块RTU通信单元485专线电信网络GPRS通道485接口110kV旦村变电站子站子站历史服务器A343.2.2调度自动化系统结构实例2——德保调度工作站AGPS天文时钟前置机A前置机B历史服务器A历史服务器B交换机电信网络网络隔离器Web服务器交换机B交换机AADSLMODEM协议转换器RTU通信单元光端机协议转换器RTU通信单元光端机协议转换器RTU通信单元调度工作站B353.2.3调度自动化系统结构实例3——荔浦363.3.1调度自动化系统与电力系统的综合自动化1）电力系统的综合自动化系统，包括火电厂自动化、水电厂、变电站综合自动化、配电自动化等2）特点：“就地”获取信息，快速响应，无远方配合3）调度自动化系统：采集全网信息，进行全局调控，是更高层次的电力系统的综合自动化3.3分站系统构成373.3.2从RTU到综自系统1）RTU2）电量变送器3）综合自动化系统4）通信集成服务器5）变电站设备照片浏览383.4主站系统软件体系图模一体化支持平台SCADA子系统高级应用软件Web应用系统调度员培训系统参考：《荔浦县电网调度自动化系统设计方案》393.4.1从SCADA到EMS

——电网调度自动化系统按功能分类1）监控与数据采集系统（SCADA）数据采集、显示、远方控制、报警、信息存储、数据