XXXX第16章电力系统自动化技术

第15章电力系统自动化技术电气工程基础（下）15.1概述15.2电力系统调度自动化15.3电力通信网络及其通信规约15.4电力系统典型自动控制装置15.5配电网自动化15.6变电站综合自动化小结第15章电力系统自动化技术215.1概述1.自动化一次设备:直接用于生产、输送和分配电能二次设备:对一次设备进行监视、控制、测量和保护32自动控制系统自动化是指用特定的仪器设备。对生产过程，工作流程等进行调节和控制，用以取代人工直接操作控制。效率改善环境胜任15.1概述3.电力系统自动化4正常运行自动装置异常安全稳定控制装置保护装置1.电力系统调度自动化（15.2）监视与控制远动系统（SCADA）（15.3）2.电力系统自动装置（15.4）自动调节（0~1control)自动操作（01switch）3.配电网自动化（15.5）4.变电站自动化（15.6）15.1概述3.电力系统自动化53.配电网自动化4.变电站自动化利用计算机电子和通信技术对配电网和用户的设备，即用电负荷进行远方自动监视，控制和管理。配电调度自动化配电变电站自动化配电线路（馈线）自动化用户自动化15.1概述3.电力系统自动化6CCCPECComputerCControlCCommunicationPEPowerElectronics15.2电力系统调度自动化电力系统调度自动化系统7是使用以电子计算机为中心的，信息采集，传送和处理的先进技术手段，来保证电网的安全可靠和经济运行。SCADA是SupervisoryControlandDataAcqusition的缩写，意为监视控制和数据采集。其主要功能是对电力系统运行状态的监视（包括信心的收集、处理和显示），远距离的开关操作，以及制表、记录和统计等功能。什么是SCADA，它的主要功能是什么？15.2电力系统调度自动化8国调网调省调县调地调省属变电所直属变电所直属电厂省属电厂地方电厂地方变电所变电所15-2电网分级调度示意图国调省调县调地调省属变电所直属变电所直属电厂省属电厂地方电厂地方变电所变电所三峡葛洲坝现代电力系统都采用分层控制方式。一、电力系统调度自动化的实现（一）电网调度组织及其任务15.2电力系统调度自动化9电话监视控制和数据采集SCADA自动发电控制AGC（AutomaticGenerationControl）负荷预测、发电计划和预想故障分析能量管理系统EMS（EnergyManagementSystem）15.2电力系统调度自动化10实现遥信、遥测、遥控、遥调和遥视（五遥）电力系统远动：在电力系统调度中心对电力系统实施的实时远方监视与控制。远动系统控制站（调度端）被控站（厂站端）远动通道RTU15.2电力系统调度自动化11电力系统远动：在电力系统调度中心对电力系统实施的实时远方监视与控制。答：RTU（RemoteTerminalUnit）远动终端，由微型计算系统构成，是远离调度端对发电厂或者变电所现场信息实现检测和控制的装置。基本功能有：1）实时数据的采集、预处理和上传数据2）事故和事件信息的优先传送3）接收调度端下发的命令并执行命令4）本地功能。处理由键盘或其它装置发送的人机对话信息什么是RTU？它的基本功能有哪些？15.2电力系统调度自动化12电力系统远动：在电力系统调度中心对电力系统实施的实时远方监视与控制。电力系统的安全监控功能由各级调度共同承担，而自动发电控制与经济调度则由大区网调或省调负责。网调和省调还应具有安全分析和校正控制等功能。狭义远动系统：只包括两端远动设备和远动通道广义远动系统：包括控制站的人机设备和被控站的过程设备在内。15.2电力系统调度自动化13电力系统远动：在电力系统调度中心对电力系统实施的实时远方监视与控制。广义远动系统：包括控制站的人机设备和被控站的过程设备在内。SCADA（广义远动系统）实现电力系统运行状态和参数的实时数据采集、处理和控制；对电力系统进行在线的安全监视；具有参数越限和开关变位告警、显示、记录、打印制表、事件顺序记录、事故追忆、统计计算及历史数据存贮等功能；对电力系统中的设备进行远方操作和调节。15.2电力系统调度自动化14（二）电力系统调度自动化系统的基本结构图15-3调度自动化系统的基本结构框图通信机信息采集和命令执行计算机系统信息输入设备命令输出执行设备信道调度端厂站端运行人员通信机信息采集和处理控制计算机系统模拟屏屏幕显示器打印机键盘与其它厂站通信与上级调度通信通信(信息传输)子系统信息采集与命令执行子系统计算机(信息采集处理与控制)子系统人机联系子系统电力生产过程操作命令被测量状态量调节命令15.2电力系统调度自动化15（二）电力系统调度自动化系统的基本结构1）计算机硬件系统人机联系子系统对采集到的信息进行处理、加工执行子系统1．计算机（信息采集与控制）子系统集中式的单机双机系统分层式的多机系统网络式的分布系统15.2电力系统调度自动化16（二）电力系统调度自动化系统的基本结构分布式配置是把各种功能分散到多台计算机中去，由局域网LAN将各台计算机连接起来，各台计算机之间通过LAN交换数据，备用机同样连在局域网络上，并可随时承担同类故障机或预定的其它故障机的任务。开放系统（Opensystem）前置机:各厂站远动终端的通信并取得信息主控机:担任SCADA任务后台机:担任安全分析和经济计算等任务分层式1）计算机硬件系统15.2电力系统调度自动化17（二）电力系统调度自动化系统的基本结构2）计算机软件系统系统软件支持软件应用软件系统软件包括操作系统、语言编译和其它服务程序。支持软件主要有数据库管理、网络通信、人机联系管理、备用计算机切换管理等服务性软件。应用软件是最终实现调度自动化各种功能的软件，包括CADA软件，自动发电控制和经济运行软件，安全分析和对策软件等。15.2电力系统调度自动化18（二）电力系统调度自动化系统的基本结构2．人机联系子系统完成显示、人机交互、记录和报警等任务。主要设备有彩色屏幕显示器、动态模拟屏、打印机、记录仪表和拷贝机以及音响报警器等。动态模拟屏显示所辖调度区域电力系统的全貌和最关键的开关状态和运行参数，是监视电力系统运行的传统手段。现在，由计算机和模拟屏接口把灯光、报警、数字显示信号送到模拟屏上显示。15.2电力系统调度自动化19（二）电力系统调度自动化系统的基本结构3．信息采集与命令执行子系统由分布在电力系统中各厂站的远动终端RTU和调度中心的前置处理机组成。RTU实现厂站端的信息采集并通过信息传输通道发送到调度中心，同时也执行调度中心计算机下达的遥控遥调命令。还具有事件顺序记录系统时间同步（目前已经由GPS完成）通道的监视和切换自恢复和远方诊断等功能。15.2电力系统调度自动化20（二）电力系统调度自动化系统的基本结构3．信息采集与命令执行子系统由分布在电力系统中各厂站的远动终端RTU和调度中心的前置处理机组成。调度端前置处理机的主要功能有：信息的接收和发送传输差错校验不同RTU规约的转换时钟的同步实时数据库的更新通道的监视和自动切换错误信息的记录和统计等。15.2电力系统调度自动化21（二）电力系统调度自动化系统的基本结构4．通信（信息传输）子系统一般要求误码率应不大于10-5，RTU与调度中心通信的典型速率为600～1200bit/s，远程计算机之间的通信则要求1200～9600bit/s或更高。对重要的RTU通信和计算机间通信应具备备用通道。微波，电力线载波，专用通信电缆，特高频无线，微星和光纤等15.2电力系统调度自动化22SCADA+AGC/EDC一、电力系统调度自动化的实现（一）电网调度组织及其任务二、电力系统调度自动化的功能电力系统监视与控制SCADA安全分析经济调度EDC自动发电控制等AGC（二）电力系统调度自动化系统的基本结构高层次功能提供实时数据状态评估15.2电力系统调度自动化23二、电力系统调度自动化的功能（1）电力系统监视与控制控制：主要是指通过人机联系设备执行对断路器、隔离开关、静电电容器组、变压器分接头等设备进行远方操作的开环控制。监视：对电力系统运行信息的采集、处理、显示、告警和打印，以及对电力系统异常或事故的自动识别，向调度员反映电力系统实时运行状态和电气参数。15.2电力系统调度自动化24二、电力系统调度自动化的功能（1）电力系统监视与控制1、SCADA（1）数据采集（2）信息显示（3）远方控制（4）监视越限报警（5）信息的存储及报告（6）事件顺序记录（7）数据计算（8）事故追忆。SCADA是SupervisoryControlandDataAcqusition的缩写，意为监视控制和数据采集。其主要功能是对电力系统运行状态的监视（包括信心的收集、处理和显示），远距离的开关操作，以及制表、记录和统计等功能。15.2电力系统调度自动化25图SCADA系统框图通信设备调制和解调器RTU运行状态和参数控制和调节命令变电站（所）通信设备调制和解调器RTU运行状态和参数控制和调节命令发电厂调度计算机和人机联系设备远动主站端远动终端通信系统远动系统电力系统调度计算机远动终端接口调制和解调器通信设备人机联系设备调度所（中心）至上级调度中心通信通道通信通道电力设备自动装置电力设备自动装置15.2电力系统调度自动化26二、电力系统调度自动化的功能（1）电力系统监视与控制2、RTU（1）实时数据的采集、预处理和上传（2）事故和事件信息的优先传送（3）受调度端下达的命令并执行命令（4）本地功能（5）自诊断功能15.2电力系统调度自动化27二、电力系统调度自动化的功能（2）电力系统经济调度（EDC）在调度过程中按照电力系统安全可靠运行的约束条件，在给定的电力系统运行方式中，在保证系统频率质量的条件下，以全系统的运行成本最低为原则，将系统的有功负荷分配到各可控的发电机组。经济调度一般只按静态优化来考虑，不计算其动态过程。基本方法：按照供电标准煤耗微增率相等的原则，分配各发电厂的发电负荷，并考虑电力线路有功损耗，必要时还应该按燃料价格进行修正。15.2电力系统调度自动化28二、电力系统调度自动化的功能（3）自动发电控制（AGC）调度自动化中安排的自动发电控制功能频率和发电机有功功率的自动控制电压和无功功率的自动控制发电机调速系统发电机励磁系统15.2电力系统调度自动化29二、电力系统调度自动化的功能（4）SCADA+AGC/EDC（5）能量管理系统（EMS）频率调整和经济调度的要求由调度中心的计算机直接控制各个调频电厂发电机组的功率，其他非调频电厂可按日负荷曲线，或按经济调度的要求运行，经济调度计算中要考虑线损修正，对互联电网，则按联络线净功率和频率偏差进行控制。高级应用功能的软件：如网络拓扑，电力系统状态估计、负荷预测、安全分析与安全控制、在线潮流、调度员培训仿真系统。15.2电力系统调度自动化30三、能量管理系统的高级应用（1）网络拓扑（2）电力系统状态评估（3）系统负荷预测和母线负荷预测10年20年年日10min~1h1min~5min（AGC）（4）安全分析与安全控制（5）调度员培训仿真系统DTS1.正常运行条件下的操作培训2.紧急状态下的事故处理培训3.事故后电力系统恢复的操作培训4.预防性操作及操作后分析重演5.运行方式研究，继电保护和自动装置的整定配合分析。15.2电力系统调度自动化31三、能量管理系统的高级应用数据收集（SCADA）级能量管理级网络分析级培训模拟级EMS（一）数据收集级实时收集电力系统运行数据和监视其状态。（二）能量管理级利用电力系统的总体信息（频率、时差、机组功率、联络线功率等）进行调度决策，以提高电能质量和系统运行的经济性。软件包括：实时发电控制系统负荷预测发电计划（火电调度计划）机组经济组合（机组启停计划）水电计划（水火电协调计划）交换功率计划15.2电力系统调度自动化32三、能量管理系统的高级应用（三）网络分析和培训模拟级EMS中的最高级应用软件。工作模式：实时型和研究型。1、网络拓扑2、实时网络状态分析3、母线负荷预测4、潮流计算和分析5、网损修正计算6