现代电力系统调度自动化

1、现代电力系统调度自动化，课时：24册教材：现代电力系统调度自动化，周洁娜主编，重庆大学出版社，为保证电力系统运行的安全性和可靠性，保证供电质量，提高电力系统运行的经济性，必须及时准确地获取电力系统的实时信息，全面掌握电力系统的实时运行状态，部分或全部实现调度自动化。经验调度分析调度本课程主要介绍电力系统调度自动化系统的基本要求和组成，以及其基本理论和方法。第一章引言，1.1电力系统运行状态和调度控制的基本内容为了调度和控制电力系统，有必要对电力系统的运行状态进行分类，并了解如何在不同的运行条件下控制电力系统。1.1.1电力系统运行状态方程的约束：不等式约束，电力系统运行状态，(1)正常运行状态

2、，(4)系统崩溃状态，(2)报警状态，(5)恢复状态，(3)紧急状态，图1.1电力系统运行状态示意图，(4)图1.2电力系统故障后系统崩溃过程实例，电力系统运行。(多目标优化)，1.1.2电力系统调度控制的基本内容调度控制的目标：1。满足用户的供电需求，包括供电的数量和质量(电压和频率)；2.确保连续系统功能的系统安全性；3.最低成本(发电和输电)4。环境保护(对环境和生态的最小影响)5。节省燃料和其他资源。电力系统调度控制是一个随电力系统状态变化的多目标优化问题。电力系统调度控制是为实现电力系统不同状态下的相应运行目标而开展的工作，其基本内容分为三个方面：1。短期运营计划2。瞬时操作3。运行

3、报告和事故处理1.2电力系统监控和调度自动化系统的发展为了合理地监控和协调电力系统不断扩展的运行方式，处理影响整个系统正常运行的事故和异常情况，人们已经注意到在电力系统形成的最早阶段对电力系统进行远程监控。1.3电力系统调度自动化系统的基本结构1.3.1电力系统的分级调度理论上，电力系统可以实行集中调度控制，也可以实行分级调度控制。分级调度控制的优点是：1)便于协调调度控制2)便于提高系统运行的可靠性3)提高实时响应的速度4)增强灵活性5)提高投资效率1.3.2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电力系统调度控制自动化

4、系统的基本结构， 信息处理子系统完成的基本功能：1)实时信息处理2)离线分析3)电能质量分析和计算4)经济调度计算5)运行状态安全分析和校正，电力系统分层调度的优势是什么？ 在现代电力系统中，为了正确及时地掌握电力系统不断变化的运行情况，控制和协调电力系统的运行方式，应对影响整个电力系统正常运行的事故和异常情况，保证电力系统的安全经济运行，需要有一个完善的电力系统信息采集和执行系统，能够快速、准确地采集和执行电力系统的运行信息， 将分散在数十公里、数百公里甚至数千公里之外的发电厂和变电站中的大量代表电力系统运行状态的信息准确可靠地发送给调度控制中心，同时将控制中心的控制和调节命令发送给发电厂和

5、变电站，实现对电力系统的自动监控。，2.1.1电力系统实时信息的类型和采集方法电力系统调度中需要采集的信息包括：1)遥测信息(遥测)2)遥信信息(遥信、遥信)，图2.1遥测和遥信原理图，电力系统运行中的主要控制和调节信息包括：1)遥信信息2)遥调信息，图2.2遥调和遥控原理图。 2.1.2电力系统远动装置的配置和功能(1)电力系统远动装置简介(1)硬件远动装置的组成和工作原理(2)微机远动装置的组成(3)远动信息的传输方式，图2.3微机远动原理框图。 (2)远动装置的配置和功能1)远动主机(调度终端机)2)远动终端机(站终端机)3)远动转发器梯级水电厂火电厂群各厂、站和枢纽变电站调度所之间的信

6、息交换，应由远动装置通过由各种通道(或信息传输介质)组成的信息传输系统完成。 图2.4梯级水电站调度站远动直放站配置示意图，图2.5枢纽变电站TFS配置示意图，2.2电力系统信息传输系统，2.2.1信息传输系统主要质量标准(1)可用性(可靠性)(2)误码率(准确性)(3)传输速度(实时性)，2.2.2实时信息通过采样开关按指定顺序逐个采样各采集量测量值和信号。(1)实时信息的抗干扰编码(2)信息的表达和信息传输的同步有两种不同的同步方式：1)异步方式2)同步方式，图2.6信息传输实例(a)异步方式(b)同步方式，2.2.3调制和解调1)调幅2)调频3)调相2.2.4远动信息传输通道(1)通道媒

7、体目前， 电力系统调度自动化系统使用的信道介质如下：1)远动和载波电话复用电力载波信道(载波)2)无线信道(微波)3)光纤通信4)架空明线或电缆传输远动信息，图2.8远动和载波电话复用电力载波信息传输系统图，图2.9显示微波信息传输系统的结构，图2.10显示光纤通信系统的基本结构。 图2.11显示了光源的调制，(2)信道工作模式：单工、半双工和双工，图2.12显示了信道工作模式：(a)单工，(b)半双工和(c)双工。 (3)信息传输网络的基本类型远动通信网络有以下基本类型，如图2.13所示：1)点对点配置2)多通道点对点配置3)多点星形配置4)多点共线配置5)多点环形配置、(4)通信协议1)C

8、DT通信协议2)轮询通信协议2.3电力系统信息处理系统现代电力系统通常跨越几个省市，有数百个发电厂和负荷点。为了实现自动监控功能，需要进行大量的数据处理，需要进行复杂的电力系统运行状态分析计算和逻辑判断，然后将结果提供给操作人员进行最终决策和对运行控制的响应。设计调度自动化计算机系统时应考虑的原则1)可靠性2)可用性3)可维护性4)可扩展性5)高速2.3.2实时调度计算机系统的硬件配置实时调度计算机系统的硬件配置因调度和控制对象以及控制功能的要求而异。一般有以下配置形式：1)无备用的单机系统2)双(多)重化工系统3)分布式系统，图2.18单机系统的不同设计方法，图2.19典型调度计算机双机系统

9、，图2.20分布式系统配置，2.3.3调度计算机系统的基本硬件配置1)中央处理器：中央处理器是计算机的控制中心。2)记忆：基本概念4)输入/输出(I/O)设备：包括阴极射线管、键盘、打印机、大屏幕显示器、大屏幕投影仪、绘图仪、音频设备、各种模拟、数字和开关量的输入/输出设备、计算机之间的接口、主机和通信网络、计算机和遥控接口等。调度计算机系统基础软件实时调度计算机系统软件具有以下特点：1)软件系统庞大而复杂，执行速度非常快。2)一般采用分时操作系统。例如，虚拟机的每个任务都有自己的优先级，并以分时方式执行。3)较强的人机接触能力。4)控制功能可以不断改进和增加，在不影响其他程序的情况下，可以修

10、改原程序或增加新程序。软件可分为三类：(1)系统软件(2)支持软件(3)应用软件根据计算输入数据的性质和计算结果的适应性，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)电力系统高级管理分析软件主要包括以下几类：1)管理信息系统(2)能量管理系统(3)调度员培训系统(DTS-调度员培训模拟器)。 2.4在人机通信系统的电力系统中采用调度自动化系统后，要求调度员充分、深入、及时地掌握电力系统的运行状态，做出正确的决策，发出各种控制命令，以保证电力系统的安全、经济运行。 调度员控制台调度员控制台是一个交互式人机联系设备，调度员监控和控制电力系统。(1)屏幕显示(2)操作键盘(3

11、)屏幕光标定位组件(4)音频报警装置(5)语音输入输出装置，2.4.2调度员工作站2.4.3模拟屏幕2.4.4记录设备1)趋势记录仪2)绘图仪3)图片复印机，2.5.1 SCADA系统2 . 5 . 1 SCADA系统的基本功能(1)数据采集(2)数据预处理(1)测量合理性检查(2)遥测值变化率合理性检查(3)测量值平滑滤波(4)开关可信度检查(3)信息显示和报警一般包括：电能质量监测安全限制监测开关状态监测停电监测计划实施监测设备状态监测保护和自动装置监测，图2.21阴极射线管显示的系统接线图，(4)调度员遥控操作，(5)信息统计、存储和打印，(6)事故召回和事故顺序记录，(7)调度控制系统

12、的状态监测和控制。 2 . 5 . 2 SCADA系统的工作原理(1)查询和问答模式(2)数据输入(3)控制输出(4)数据库(5)人机界面(6)外部各子系统的功能是什么？ 你对微机遥控系统了解多少？简述了SCADA系统的基本功能和工作原理。第三章电力系统状态估计3.1总结了在收集和传输电力系统信息的过程中，由于测量装置、各种变换设备和传输设备的误差或故障，以及传输过程中的各种外部干扰，未处理的原始数据具有不同程度的误差和不可靠性。状态估计通常可分为以下四个步骤：1)数学模型的假设2)状态向量的估计和计算3)检测4)识别，图3.1。状态估计的步骤， 3.2电力系统运行状态的表征和可观测性3.3最

13、小二乘估计3.4静态最小二乘估计的改进3.5支路潮流状态估计方法3.6电力系统的递归状态估计3.7不良数据的检测3.8不良数据的残差搜索识别方法3.9不良数据的估计识别方法3.10电力系统网络拓扑的实时分析3.11网络结构识别3.2电力系统运行状态的表征和可观测性可以用物理量表示，如节点电压模量、电压相角、线路有功和无功潮流、节点有功和无功注入等。图3.2 形线元模型图，通过测量量来估计系统状态有一些不正确或不准确的因素，可以归纳为：1)不完善的数学模型2)测量系统的系统误差3)随机误差3.3最小二乘估计如上所述，所谓的静态估计是用一定的统计准则通过测量向量z来计算状态向量x，并使其尽可能接近

14、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矩阵影响示意图，图3.5信息矩阵示意图，3.4静态最小二乘估计的改进3.4.1快速解耦状态估计，3.4.2正交变换法，图3.8 S1示意图，s2向量及其正交向量s3，图3.9有误差的向量S1和s2的交叉图， 图3.5分支潮流状态估计方法多巴佐等人提出的分支潮流状态估计方法是早期应用于AEP电力公司的比较成功的算法。 图3.10输电线路和变压器的等效电路3.6电力系统的递归状态估计前面讨论的方法属于静态估计。不良数据的检测如果电力系统的测量信息误差很小，并且测量系统配置正确，则可以通过上述状态估计方法获得令人满意的实时数据库。3.7.

15、1 J(x)检测方法3.7.2加权残差检测方法3.7.3标准化残差检测方法、3.8残差搜索不良数据识别方法识别不良数据的基本思想是：在检测到不良数据后，应进一步尝试找出不良数据并将其从测量向量中排除，然后重新评估状态。1)加权残差搜索法。2)标准化残差搜索方法。图3.13残差搜索识别方法流程图3.9不良数据的估计和识别方法不良数据的估计和识别方法是我国开发的一种新方法，具有识别多个不良数据的良好功能和良好的实时性，近年来得到进一步发展。电力系统网络拓扑的实时分析电力系统运行在线分析和计算中的许多程序都是基于节点导纳矩阵的。节点导纳矩阵随网络的连接线而变化。3.10.1厂站连接分析、图3.14厂站连接图及相应的网络图、3.10.2网络连接分析、3.11网络结构识别的基本概念网络结构分析需要对网络图进行数学描述，通常