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1、1 第二章 电网调度自动化第一节电力系统运行状态及控制策略1、电力系统性能定义 可靠性（reliability）：电力系统供给所有用电点符合质量标准和所需数量的电力的能力。（包含充裕性和安全性）充裕性（adequacy）：电力系统在静态条件下，并且系统元件的负载不超出其定额，母线电压和系统频率维持在允许范围内，考虑系统元件计划和非计划停运的情况下，供给用户要求的总电力和电量的能力。安全性（security）：电力系统在运行中，如出现特定可承受事件（电网设计和运行时规定的可承受的偶发事件），不至引起损失负荷、系统元件的负载超出其定额、母线电压和系统频率超越允许范围、系统稳定破坏、电压崩溃或连锁反
2、应的能力。稳定性（stability）：电力系统在扰动（如阻抗或功率变化）后返回静态运行的能力。（含功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 24 页 -2 完整性（integrity）：发输电系统（bulk power system）保持互联运行的能力。2、电力系统扰动分类 小扰动：由于负荷正常波动、功率及潮流控制、变压器分接头调整和联络线功率自然波动引起的扰动。大扰动：指系统元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动。分为三类：a)第 I 类：单一故障（出现概率较高）任何线路单相瞬时性接地故障并重回成功；同级电压的双回或多
3、回线或环网，任一回线单相永久接地故障重回不成功或三相短路故障不重合；任一台发电机跳闸或失磁；任一台变压器故障退出运行；任一大负荷突然变化；任一回交流联络线故障或无故障断开；直流输电线路单级故障。b)第 II 类：单一严重故障（出现概率较低）单回线路永久故障重回不成功及无故障三相断开不重合；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 24 页 -3 任何类型母线故障；同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障不重合，双回线三相同时断开；向特别重要的受端系统输电的双回及以上的任意两回线同时无故障或故障断开；直流输电线路双级故障。c)第 III 类：多重严重故障（出现概率很低）故
4、障时断路器拒动；故障时继电保护及自动装置误动或拒动；多重故障；失去大电源；其他偶然因素。3、电力系统的状态表达式电力系统正常状态运行（静止）满足：不等式约束：频率约束（有功约束）：minmaxfff 电压约束（无功约束）：.min.maxiiiUUU 发电机有功出力约束：.min.maxGiGiGiPPP 发电机无功出力约束：.min.maxGiGiGiQQQ 支路潮流约束：.m in.i ji ji jSSS等式约束条件：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 24 页 -4 111111nmlGiLjskijknmlGiLjskijkPPPQQQ4、电力系统运行状态定
5、义电力系统 6 种运行状态：正常、紧戒、紧急、极端紧急、崩溃、恢复。正常状态（nomal state）电力系统能够保持充裕性和安全性的运行状态。即满足充裕性和安全性。满足全部约束条件，提供合格电能，（发电、输电）具有适当的安全储备，可实施经济运行。紧戒状态（alert state）电力系统潜在不充裕和/或不安全状态，在此状态下，如出现特定可承受事件将导致损失负荷、系统元件的负载超出其定额、母线电压和系统频率超越允许范围、功角不稳定、连锁反应、电压不稳定或某些其他不稳定。原因：I 类故障引起。负荷增加或机组计划外停运等原因，导致系统安全储备系数大为降低（约束条件仍满足），已不能承受新的干扰，否则
6、将导致约束的打破。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 24 页 -5 措施：调度中心通过安全分析（SA）预知系统的安全水平，提前采取预防性控制措施（如增加出力、调整负荷、改变运行方式等，有功功率预防控制、无功功率预防控制、发电机励磁附加控制、HVDC 功率调制），使系统恢复到正常状态。紧急状态（emergency state）电力系统的异常状态，在此状态下，某些系统元件的负载超出其定额，某些母线电压或系统频率超越允许范围，出现稳定危机，可能损失部分负荷。（某些不等式约束破坏，但等式约束仍然满足）导致原因：正常状态发生II 类故障或警戒状态再发生 I 类故障。极端紧急状
7、态（extreme emergency state）电力系统的故障状态，在此状态下系统不能维持稳定但可实现有计划解列，部分负荷中断供电，部分系统元件的负载超出其定额，部分母线电压或系统频率超越允许范围。（某些不等式约束破坏，某些等式约束不满足）。导致原因：正常状态发生III 类故障，或警戒状态再发生 II、III 类故障，或紧急状态发生 IIII 类故障。（极端）紧急状态的措施：及时采取有效的紧急控制策略（如低频减载、自动重合闸、自动制动、自动名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 24 页 -6 快关气门、自动加大直流输电负载等），使系统恢复到警戒状态乃至正常状态。崩溃
8、（collapse）电力系统一种严重故障过程，包括稳定破坏、连锁反应、电压或频率崩溃，导致大范围中断供电，被解列的部分系统或机组需要较长时间才能重新起动及恢复供电。紧急（极端紧急）状态下故障如不能及时切除或紧急控制策略无效，功率平衡（等式约束）被打破，电力系统可能失去稳定（稳定破坏），导致系统大面积停电。因此要实施系统解列控制策略（自动解列装置），部分发电机、线路、负荷等被切除，维持部分供电，此时各个解列子网的不等式约束、等式约束均不满足 恢复过程（restoration process）重建电力系统充裕状态采取的一系列控制作用，包括发动机快速起动，再同步并列，输电线重新带电，负荷供电和电力系
9、统解列部分的再同步运行。极端紧急或崩溃状态后，系统转入恢复状态。并列已经解列的机组，增加出力，并列到系统,恢复用户供电。系统恢复到紧戒或正常状态。恢复状态由调度进行指挥控制。5、电力系统安全防御系统的三道防线名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 24 页 -7 三道防线电力系统安全防御系统的三道防线。第一道防线 是指正常运行方式下的电力系统受到I类故障扰动后，由一次系统设施、继电保护装置、安全稳定预防性控制措施等，迅速切除故障，保持电力系统稳定运行和电网的正常供电。第二道防线 是指正常运行方式下的电力系统受到II类故障扰动后，继电保护装置正确动作后，由紧急控制措施（切机
10、、快控汽门、发电机励磁紧急控制、动态电阻制动、串并补电容器强行补偿、HVDC 紧急控制、切负荷）稳定控制措施构成第二道防线，保持电力系统稳定运行。第三道防线 是指电力系统的稳定破坏后，由防止事故扩大的稳定控制措施构成第三道防线，采取解列电网、再同步、频率电压紧急控制等措施防止系统全部崩溃，保证部分重要用户供电，避免长时间、大面积停电。黑启动是指某个电网因故障全部停运后，通过启动系统中具有自启动能力的机组或外来电源来带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的供电范围，最终实现整个系统的恢复。黑启动方案就是针对这种情况预先编制名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 24 页 -8
11、 的实施方案。电磁环网亦称高低压电磁环网，是指两组不同电压等级的线路通过两端变压器磁回路的联接而并联运行。高低压电磁环网中高压线路断开引起的负荷转移很有可能造成事故扩大、系统稳定破坏。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 24 页 -9 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 24 页 -10 第二节电网调度的主要任务电网调度的任务：控制整个电网的运行方式，使电网无论在正常或故障情况下，都能满足安全、经济和高质量供电的要求。1、保证优质电能保证有功功率平衡，维持系统频率在额定值附近。保证无功功率（就地）平衡，维持母线电压在额定值附近。安排合理的运行
12、方式和检修计划。2、保证运行经济性电力系统经济性取决于二个方面：（前）系统规划设计、（后）调度运行方式。运行方式安排：机组出力大小、备用机组和容量、网损计算分析等。通过负荷预测、潮流计算、安全校核决定基本运行方式，电网调度自动化可自动完成实时经济调度。3、选用有较高安全水平的运行方式预想若干事故进行分析和计算后，选用后果较轻的运行方式，即安全水平较高的运行方式。应用现代电子计算机可以实现实时安全分析。4、保证提供强有力的事故处理措施对于非正常运行状态，调度要采取相应措施使之恢名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 24 页 -11 复到正常状态。特别是紧戒状态和紧急状态
13、情况下，要采取及时、正确的措施。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 24 页 -12 第三节电网的分层调度控制1、集中调度控制策略把系统内全部发电厂、变电站信息集中在一个调度控制中心，以完成整个系统的调度控制。优点：当系统规模较小时可以有效实现调度控制缺点：系统规模庞大时，1)（集中信息）投资运行费用高。2)数据长距离传输可靠性差；3)数据量巨大，调度人员和计算机很难处理。2、分层调度控制策略将全电力系统的分层调度监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心实现。下级调度中心除完成本层次的调度控制任务外，还接收上一级调度中心的调度命令并向上一级调度中心传递所需信息。主要
14、优点：1)便于协调控制：调度任务分散化，提高工作效率和处理能力。2)提高系统可靠性：局部故障不会影响全局系统。3)改善系统响应性能：任务分散和并行处理，加快了调度决策的处理速度。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 24 页 -13 3、我国的分层调度控制五级调度：国家级（未形成）：全国发电量及其负荷，大区之间的联络线，安全。大区级：维持系统频率，执行水火电联合调度和调峰，保证系统安全和稳定。省级：经济运行，AGC，安全分析和控制 地区级：监控和负荷分配，电压和无功优化运行。县级：分配和控制负荷目前，我国真正起作用的是三级调度，大区调度（网调）、省调、地调名师资料总结
15、-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 24 页 -14 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 24 页 -15 第四节电网调度自动化的发展历史1、原始阶段电力工业发展初期，电话通信，实时性差，人工方式，劳动强度大，全凭经验，效率低下。2、远动技术应用阶段 20 世纪 4050 年代，布线逻辑式远动 RTU 的采用（电子管、晶体管、集成电路）。远动“四遥”功能的实现，极大地提高了调度效率，减轻了劳动强度。3、计算机应用阶段 20 世纪 6080 年代，数字计算机技术开始逐步应用于电网调度（主站和子站）。基于计算机的电网调度自动化系统取代了传统的基于布线逻辑
16、式的电网调度自动化系统，类似于给电网调度中心装备了“大脑”，系统可靠性和数据分析能力极大提高，调度效率得以进一步提高，EMS 系统逐渐形成。4、SCADA/EMS 阶段 20 世纪 90 年代开始，第三代开放分布式的电网调度自动化系统（SCADA/EMS）的应用，配备完善的高级应用（PAS）、网络分析（NA）、调度培训（DTS）、以及调度管理信息系统（DMIS）等，全面采用面向对象技术、通信中间件技术、WEB 技术、国际标准等，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 24 页 -16 实现真正的开放系统。高性能计算机以及完善的能量管理系统（EMS）在电网调度自动化系统的
17、应用，将电网调度自动化水平提高到一个新的阶段。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 24 页 -17 第五节电网调度自动化的结构电网调度自动化系统的结构：1、厂站端 RTU 功能：实现“四遥”功能：遥测（YC）：RTU 采集并传送电网实时参数，如：P、Q、I、U、DD、PDR 等 遥信（YX）：RTU 采集并传送电网的状态信息，如：保护信息、断路器状态等。遥控（YK）：RTU 接收和执行调度端下达的控制名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 24 页 -18 命令，如：断路器分合、机组启动等。遥控（YT）：RTU 接收和执行调度端下达的调节命令
18、，如：AGC 命令，分接头调整。2、信息传输通道信号传送时的通道。3、调度端 SCADA/EMS 系统调度计算机系统，基本任务是实时收集各个厂站RTU 采集的 YC、YX 数据，显示并监视系统运行参数和系统状态，向厂站端发动送控制和调节命令，协助调度员完成电网调度任务。电网调度自动化主站系统构成：分4 部分 硬件层：计算机、网络、通信、远动等；系统软件层：操作系统、语言等；支撑软件层：数据库、人机界面、应用接口等；应用软件层：SCADA/EMS 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 24 页 -19 第六节SCADA/EMS功能简介术语：SCADA(Superviso
19、ry Control And Data Acquisition)：数据采集和监控。EMS（Energy Management System）能量管理系统。EMS 构成（三级）：数据收集级（SCADA）能量管理级 网络分析级一、数据收集级：数据采集和监控（SCADA）功能：完成实时数据的收集和系统监控。基本功能包括：数据采集（DA，Data Acquisition）数据预处理和报警（Calculation&Alarm）事件顺序记录 SOE（Sequence Of Events）事故追忆PDR（Post Disturbance Review）（YC、YX 值，前 10min，后 5min，再现）远
20、方控制（Control）远方调整（Adjustment）趋势曲线和棒图（Trend&Bargraph）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 24 页 -20 历史数据存储和制表打印（History&Report）系统统一时钟（Clock）模拟盘接口（Mimic Board Interface）二、能量管理级功能：利用电网总体信息（频率、时差、机组功率、联络线功率等）进行调度决策，主要目标是提高控制质量和改善电网运行的经济性。能量管理级分为二类：发电控制类、发电计划类 发电控制类:自动发电控制、发电成本分析、交换计划评估、机组计划等。其核心是 AGC/EDC。自 动 发
21、 电 控制：AGC（Automatic Generation Control）对电网的发电机组出力自动进行二次调整，满足控制目标（频率、交换功率、旋转备用等）的要求。经济调度控制（EDC：Economic Dispatching Control）可与 AGC 配合使用。发电计划类：负荷预测、机组启停计划、水火电协调计划、交换功率计划、火电计划等。负荷预测（LF：Load Forecasting）：超短期（几分钟 1 小时）、短期（日 1 周）、中期（月 1年），用于安全监视和负荷控制、运行计划、检修计划等。三、网络分析类级名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 24 页
22、 -21 网络分析级的特点：利用电力系统全面信息（母线电压和角度）进行分析与决策，目标的提高电网运行的安全性。网络分析级的基础是经过网络拓扑分析和外部网络等值后形成的简化网络模型。包括：状态估计、（优化）潮流计算、安全分析、短路电流计算、电压稳定性分析等。其核心软件为状态估计和潮流计算。一般均可工作在二种模式下：实时型和研究性。状态估计（SE：State Estimator）：由于收到的厂站RTU 传来的 YC、YX 数据存在可能的错误数据、精度不高以及数据不齐全等情况，因此要进行检错与识别处理，排出可能的错误数据，提高数据的精度，补足缺少的数据，以获得表征系统运行状态的完整准确的数据。SE
23、根据 SCADA 提供的实时信息，给出电网内各个母线电压和功率的估计值。经过状态估计后的YC、YX 值，比 SCADA 提供的数据更为完整、准确和可靠，产生的“可靠数据集”才能用于其它应用功能。最优潮流（Optimal Power Flow）：满足电网各种约束的条件下，使目标函数（总发电成本、总损耗等）最小的优化计算，得出系统最优的运行方式。安全分析（SA：Security Analysis）：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 24 页 -22 a)静态安全分析：对多种给定运行方式进行预想事故分析，对引起线路过负荷、电压越限、发电机功率越限等故障进行警告，评估电网
24、的安全水平，找出薄弱环节。仅仅考虑假想事故后稳态运行状态的安全性，不考虑状态转移过程中的稳定性。以判断当前状态是否有足够的安全储备。b)(暂态）动态安全分析：在当前、历史或预想运行方式下，给定预想事故集，判断系统是否失去暂态稳定，给出系统失稳的故障元件的极限切除时间和系统的稳定裕度，筛选出严重故障。考虑假想事故后状态转移过程中是否失去稳定的问题。调度员模拟培训系统（DTS：Dispatcher Training Simulator）：对电网的模拟仿真，用于培训调度员在正常状态下的操作能力和事故状态下的快速反应能力，也用于电网调度运行人员和方式分析人员分析电网运行的工具。既可用当前的运行数据也可
25、用历史或假想数据。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 22 页，共 24 页 -23 第八节本章小结电网调度是现代电力系统正常运行的中枢，电网调度自动化系统是电网调度中心的不可或缺的主要的自动化系统。本章首先介绍了电网的运行状态及其相应的控制策略，这是全面了解电力系统运行的基础；介绍了电网调度的主要任务以及电网调度的分层控制结构；对电网调度自动化的发展历史进行了简要介绍，更深刻认识到电网调度自动化系统的重要意义和作用；介绍了电网调度自动化系统的结构组成；最后较为详细地介绍了电网调度自动化系统的功能，比较详细说明了能量管理系统 EMS 的各个子系统的功能，这对全面了解 EMS 系统
26、的概貌有积极作用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 24 页 -24 本章思考题1.写出电力系统正常运行状态下应该满足的等式和不等式约束方程。2.电力系统的运行状态有几种？各种运行状态下所采取的措施是什么？电力系统安全防御的三道防线分别指什么？各道防线分别对应于电网何种运行状态下采取的措施。3.电力系统黑启动指什么？4.电力系统调度自动化包含哪些主要任务？5.现代大电网为何要要实行分层控制策略？我国 5 级调度各指什么？6.电网调度自动化系统由哪三部分组成？各自的基本功能是什么？7.EMS 系统由哪三个层次（子系统）构成？EMS系统中术语：EMS、SCADA、DTS、SE、SA、EDC、OPF、AGC，写出其对应的英文全称和中文。8.EMS 中的状态估计 SE、静态安全分析（SA）属于 EMS 中的哪个子系统？各自的基本功能是什么？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24 页，共 24 页 -