第11次课 -电力系统调度自动化

电力系统自动控制技术第11次——电力系统调度自动化调度自动化功能概述早期电话调度：反应慢，得到的信息是历史的，不一致的做出的判断和决策是不可靠的主要由厂站端的运行人员就地完成大部分监控功能厂站端人员不了解系统状态，不了解全局大规模电力系统的需求－SCADA的必要性：实时了解系统的运行状态迅速、准确、可靠地将厂站端信息传送到调度中心迅速、准确、可靠地执行下发命令调度自动化功能概述对电力系统状态进行监视——SCADA优化决策——调度中心PAS控制执行——SCADA+就地装置调度系统构成SCADA/EMS系统的子系统支撑平台子系统整个系统的最重要基础，实现全系统统一平台，数据共享。支撑平台子系统包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。SCADA子系统包括数据采集，数据传输及处理，计算与控制、人机界面及告警。调度自动化功能概述高级应用软件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系统包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预报等一系列高级应用软件。调度员仿真培训系统DTS（DispatcherTrainingSimulator）包括电网仿真、SCADA/EMS系统仿真和教员控制机三部分。调度员仿真培训（DTS）与实时SCADA/EMS系统共处于一个局域网上，DTS本身由2台工作站组成，一台充当电网仿真和教员机，另一台用来仿真SCADA/EMS和兼做学员机。调度自动化功能概述AGC/EDC（AutomaticGenerationControl/EconomicDispatchControl）子系统自动发电控制和在线经济调度（AGC/EDC）是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围，同时，还能使全系统发电成本最低。调度管理信息子系统DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不属于SCADA/EMS系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系，因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。电力系统调度的分区、分级调度国调；网调；省调；地调；县调；全网能量平衡运行状态约束联络线功率控制关键节点相角差联络线潮流省网COI分区等值功角摆开速度特高压联络线潮流区域电网COI等值直流输电功率动态频率传播特性转差/频差主力电厂出力国调网调省调主网线路潮流功角稳定裕度电压稳定裕度低频振荡风险频率稳定裕度失步解列风险层次化调控目标稳定指标2026/8/307电力系统调度的难点电力系统是人类创造的最复杂的工程系统；规模庞大、信息量巨大、实时性要求很高负荷在短时间内以及长时间内都是在不断变化的；趋势的规律性以及短期的偶然性大部分系统暴露于外部扰动之下；雷击；风；树；车辆；飞行物；鸟；小动物；误操作；恶劣天气（冰）；设备状况的不可严格监测设备故障不可完全避免人在设备安装、维护中的不确定因素。工程人员素质参差不齐、设备参数设置错误、误操作2026/8/308电力系统稳定性概述如果没有任何扰动，系统状态不会随时间变化，即处于相对静止的状态数学描述2026/8/309电力系统稳定性概述平衡点2026/8/3010电力系统稳定性概述2026/8/3011电力系统稳定性概述电网扰动形式小扰动——由于负荷的正常波动、功率和潮流控制、变压器分接头调整和联络线功率自然波动等引起的扰动。大扰动——系统元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动。 大扰动可按扰动严重程度和发生概率分为三类：第Ⅰ类，单一故障（出现概率较高的故障）第Ⅱ类，单一严重故障（出现概率较低的故障）第Ⅲ类，多重严重故障（出现概率很低的故障）2026/8/3012电力系统稳定性概述电网扰动发展变化2026/8/3013电力系统稳定性概述《电力系统安全稳定导则》中稳定性分类电力系统稳定问题分类2026/8/3014电力系统稳定性概述研究方法小干扰：对系统行为特性影响与干扰地点和大小无关，在运行点对特性曲线线性化，判别系统静态稳定或不稳定大干扰：结构变化对运行点有很大偏移，不能线性化——机电暂态过程，判别暂态稳定，用数值方法求解2026/8/3015电力系统暂态稳定性分析简单电力系统暂态稳定性分析2026/8/3016电力系统暂态稳定性分析系统从故障前到故障中再到故障后的状态切换故障前故障后（系统保持暂态稳定）简单电力系统暂态稳定性分析2026/8/3017电力系统暂态稳定性分析简单电力系统暂态稳定性分析故障线路切除得过晚发电机和无限大系统之间最终失去同步快速切除故障是保证暂态稳定的有效措施2026/8/3018电力系统暂态稳定性分析复杂电力系统暂态稳定性分析发电机电网电力系统暂态稳定性分析复杂电力系统暂态稳定性分析2026/8/3020电力系统暂态稳定性分析原动机及其调速系统方程转子运动方程坐标变换方程电力网络方程电力系统稳定器励磁系统方程转子电路方程其它发电机负荷直流系统其他动态装置，如SVC、TCSC等定子电压方程电力系统暂态稳定分析中全系统数学模型的构架微分方程代数方程整个系统的模型在数学上可以统一描述为如下一般形式的微分-代数方程组：式中：x表示微分方程组中描述系统动态特性的状态变量；y表示代数方程组中系统的运行参量。2026/8/3021电力系统暂态稳定性分析离散化后差分公式计算（隐式梯形积分法为例）非线性方程，求解复杂精度高具体步骤？2026/8/3022保证电力系统安全稳定运行的基本要求足够的备用容量；备用容量应分配合理，并有必要的调节手段；在正常负荷及电源波动和调整有功、无功潮流时，均不应发生自发振荡；合理的电网结构和电源结构；正常运行方式不过载、电气量不越限，满足N-1；故障后调整运行方式仍有稳定储备，并满足N-1;稳定破坏时，必须有预定的措施，防止事故扩大;低电压等级故障不影响上一级电网稳定运行。2026/8/3023电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为以下三级：ａ）第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电；ｂ）第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷；ｃ）第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须尽量防止系统崩溃并减少负荷损失。2026/8/3024电力系统暂态稳定控制稳定控制：提高电力系统安全性的控制安全裕度大安全裕度下降电气量参数越限解列、部分设备开断2026/8/3025电力系统暂态稳定控制我国电网安全稳定控制经验：三道防线第一道防线--保证系统正常运行和承受Ⅰ类大扰动的安全要求。措施包括一次系统设施、继电保护、安全稳定预防性控制等；第二道防线--保证系统承受Ⅱ类大扰动的安全要求，采用防止稳定破坏和参数严重越限的紧急控制。常用的紧急控制措施有切除发电机（简称切机）、集中切负荷（简称切负荷）、互联系统解列（联络线）、HVDC功率紧急调制、串联补偿等，其他措施（如快关汽门、电气制动等）目前应用很少。解决功角稳定控制的装置其动作速度要求很快（50ms内），解决设备热稳定的过负荷控制装置的动作速度要求较慢（数秒～数十秒）第三道防线--保证系统承受Ⅲ类大扰动的安全要求，采用防止事故扩大，系统崩溃的紧急控制。采用解列、低周低压减载，高周高压切机的措施防止事故扩大，避免系统崩溃。2026/8/3026电力系统暂态稳定控制紧急控制措施发电机侧控制手段切机快关汽轮机的汽门水轮机快速降低和升高输出功率发电机励磁紧急控制动态电阻制动负荷端控制手段集中切负荷电容装置强行补偿、紧急投切并联电容装置及并联电抗器高压直流输电紧急调制低频低压减负荷电力系统解列2026/8/3027电力系统暂态稳定控制2026/8/3028电力系统暂态稳定控制PMU子站前置应用缓冲池数据采集状态估计数据汇集故障信息管理系统EMS系统事故时三态数据整合和管理PMU动态数据存储辅助服务质量分析电网动态运行监视基于PMU的实时事故