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1、电力系统调度自动化专业：电气工程及其自动化摘 要近年来，世界上多个国家和地区相继发生了较大面积的连锁大停电事故，造成了巨大的经济损失和社会影响，调查分析发现：电力系统安全装置和调度自动化系统的故障失效是引起这些灾难事故的重要原因。电网调度自动化系统是由调度主站、远方厂站自动化系统以及连接主站和厂站的数据通信网络所组成的复杂系统。根据调度系统设备的特点，建立电力二次设备的软、硬件可靠性模型。在本文中，详细的介绍了电力系统中调度的自动化的理论基础，通过对常见的电力系统调度方式进行分析，了解调度系统中的关键任务，并详细的分析研究未来电力系统调度自动化的发展趋势。然后分析了调度自动化的软硬件设计流程，
2、最后对电力系统运行存在问题的影响因素进行分析并提出解决对策，最后分析了华电电力系统的故障事件，指出了其中电力系统调度自动化的问题所在。关键词：电力系统 调度 自动化 软硬件设计 电力故障目 录电力系统调度自动化31. 绪论31.1研究背景和研究意义31.2国内外研究现状31.2.1调度自动化系统方面的资料侧重于技术的研究31.2.2项目管理的资料侧重于理论论述和工程经验总结41.2.3调度自动化升级改造项目可行性研究方面41.3研究思路和论文框架52调度自动化的理论基础52.1电网调度自动化系统结构及组成52.2电网调度自动化系统的组成62.2.1实现对电力系统的监控62.2.2实现对电力系统
3、的安全分析62.2.3实现电力系统的经济化调度62.3电网调度自动化系统的发展63调度自动化的软硬件设计7 3.1调度自动化的硬件设计7 3.2调度自动化的软件设计74电力系统运行存在问题的影响因素及对策74.1主站故障74.1.1前置机故障74.1.2网络故障84.1.3数据库故障84.1.4电源故障84.1.5病毒故障94.2通道故障94.3解决对策95调度自动化的实例分析-以华电电力系统为例106结论11参考文献：12电力系统调度自动化1. 绪论电力系统不断的发展过程中，更加的重视对控制系统的升级。在现有的调度控制系统中，主要以智能监控为主要模式。在对电力整体系统的数据采集过程中，结合电
4、网即时的运行情况对整体线路进行分析，以便在后期对线路实行优化方案。在保证电网的安全情况下，将电网改造升级的方案在科学优化的前提下进行。在未来的电网发展中，会更多对该方案进行探讨，在研究电力系统调度自动化发展方向之前，对电力系统调度自动化进行详细的介绍。1.1研究背景和研究意义现在调度自动化系统作为电网运行必不可少的组成部分，已经成为电网监控人员工作开展的重要工具，电网调度自动化系统是在线为各级调度员和电网运行监控人员提供电力系统运行信息、分析决策工具和控制手段的数据处理系统，是保证电网安全、可靠、经济运行的重要手段。随着居民生活水平的提高和工业的精细化发展，对电能质量的要求越来越高。随着电网规
5、模的扩大，电网技术应用水平不断提高。这些发展和进步对电网的运行管理提出新标准、新要求。满足电网运行需求，是调度自动化系统发展的原则 姚建国,罗毅,易秀成,涂光瑜,陈维莉,江伟.变电站综合自动化系统的软件可靠性研究J. 继电器.2006(18)。1.2国内外研究现状调度自动化系统升级改造项目是一个系统工程，其可行性研究是项目前期不可缺少的组成部分。主要阅读参考的国内外研究文献资料包括了调度自动化系统、项目管理、调度自动化项目管理等几个方面。1.2.1调度自动化系统方面的资料侧重于技术的研究姚建国等人将调度自动化系统的发展归结为四个阶段，提出了调度自动化系统“数字化、集约化、标准化、市场化、智能化
6、”的发展方向。了解自动化的发展趋势，对于系统升级改造适当超前的设计有很大帮助.智能电网是一段时期内电网发展的方向，也是调度自动化系统升级改造的方向 王世香,高仕斌.蒙特卡罗方法在变电站综合自动化可靠性评估中的应用J.电网技术. 2006(05)。于尔铿等介绍了EMS系统的组成和技术，详细分析了EMS系统各功能模块采用的模型、算法和达到的指标，对自动化项目的技术规范和以后系统的运行维护有很强的指导作用。对调度自动化系统的项目管理从项目立项、招标和实施等几个方面进行了简单介绍，重点强调了项目实施全过程的工作协调和各方面人员参与的重要性 唐斯庆,张弥,李建设,吴小辰,蒋琨,舒双焰.海南电网“926大
7、面积停电事故的分析与总结J.电力系统自动化.2006(01)。调度自动化技术方面的文献较多，尤其是在调度自动化系统实际应用中，功能的改进，技术的创新层出不穷。多个文献着重介绍当时条件下的调度自动化技术应用清况。升级搬迁原则和迁徙中系统改造和新技术的应用 周玉兰,王玉玲,赵曼勇.2004年全国电网继电保护与安全自动装置运行情况J.电网技术.2005(16)。主要从电网数据和模型的迁徙、并列系统的功能测试说明实现模型迁徙的实施思路，从而实现自动化系统的安全快速搬迁，为调度运行提供可靠保障 郑圣,赵舫.故障信息处理系统中继电保护装置的可靠性研究J.继电器.2005(11)。文章讲述的共线升级是指调度
8、自动化新旧系统并列运行实现安全更替的过程。该论文讲述的是调度自动化新系统建设完成如何与旧系统过度，以及自动化机房搬迁时系统如何迁移。属于调度自动化系统升级改造以后的后续工程，也是项目工期中容易被忽略的环节 何大愚.一年以后对美加“8.14”大停电事故的反思J.电网技术.2004(21)。1.2.2项目管理的资料侧重于理论论述和工程经验总结现代项目管理从20世纪40年代发展到现在，已从建筑、国防、航天等少数领域发展成为一种具有普遍科学规律的独立行为模式。项目管理已经具备完整的理论体系和实践方法。具体到不同的行业，项目的管理系统也存在巨大的差别，需要具体情况具体对待，具体问题具体分析，不能用一种方
9、法硬套不同的项目,不同专业的项目管理方法侧重点各不相同，有的在人员安排上提出了观点，组织能够胜任的人进行项目的可行性研究不仅是科技项目，也是所有项目可行性研究的一个重点 沈殿凤,朱正磊.电网安全管理现状及美加停电事件的启示J.电力安全技术.2005(02)。工程经验总结和工程管理方法的改进是项目管理经验的积累，工程项目前期策划是工程建设中智力密集、知识含量最高的环节，则体现了工程前期工作的重要性。可行性研究是项目前期工作的重要组成部分，是编制项目设计任务书的重要依据。可行性研究主要研究项目在技术上的先进适用性，在经济上的合理性和建设上的可能性。1.2.3调度自动化升级改造项目可行性研究方面通过
10、文献资料检索，在建筑、科研、制造等方面项目可行性研究的文献资料较多，应自刚的学位论文作为学位论文是唯一一篇调度自动化系统升级改造可行性研究的文献。该论文阐述了电网调度自动化系统在电网运行管理工作中的地位和作用以及调度自动化系统的构成，回顾了调度自动化产生与发展的历史，展望了电网调度自动化系统未来的发展方向。详细分析了冶金企业与国家电网企业在电网调度运行管理上的相同点和区别，针对本钢电网调度自动化系统改造进行了可行性研究，提出了实现电网调度自动化系统改造的具体方案，并对要采用的技术路线的可行性进行了论证。文中着重从本钢电网的实际情况出发，通过分析现有电网调度自动化系统的特点及当前电网调度自动化系
11、统的缺陷，提出了SCADA/PAS一体化模型的本钢电网调度自动化系统整体设计方案，同时还提出了本钢电网调度自动化系统的安全防护措施。文章在调度自动化系统技术的可行性研究上进行了详细的分析。近年来，随着经济的不断发展，电网建设力度明显加大，电网规模不断扩大。为适应电网建设的需要，典型设计应运而生。变电站一次二次系统建设典型设计的应用，提高了变电站建设的效率。山东电力调度中心也提出了地调调度自动化系统典型设计。但是该典型设计是对功能规范与技术平台提出了要求。也就是对基础功能要求进行了规范，对技术的先进性进行了描述，给系统升级改造提供技术方面的借鉴，尽管有典型设计，不同地市的系统却各有侧重，技术和功
12、能只是可行性研究的部分内容。其他方面还有自动化存储技术，项目计划控制，项目管理模型，管理体系分析等。综上所述，电网调度自动化系统升级改造项目可行性研究问题目前研究的学者很少，该课题的研究对电网企业具有实际应用意义。1.3研究思路和论文框架本文首先对电力系统调度自动化的的理论基础加以介绍，后用调查分析发现：电力系统安全装置和调度自动化系统的故障失效是引起这些灾难事故的重要原因。最后根据调度系统设备的特点，建立电力二次设备的软、硬件可靠性模型2调度自动化的理论基础2.1电网调度自动化系统结构及组成1、主/备前置通讯机通讯前置机负责数据采集、规约解释、数据处理以及接收并处理系统的控制命令。2、 主/
13、备服务器服务器存放整个系统的实时数据、历史数据及应用数据，为主/备前置通讯机、调度员工作站、后台工作站提供数据库服务，充当应用服务器。3、 WEB浏览服务器本系统中配置WEB服务器提供WEB主页实时画面公布。这种方式使得网上的工作站无需任何专用程序支持，使用Windows内置的IE浏览器即可浏览实时数据。4、系统时钟同步（GPS）接收全球定位系统（GPS）的时间作为系统的标准时间和系统频率，完成系统的时钟统一。5. Nport通讯服务器Nport Server又称多串口网络通讯服务器，支持TCP/IP协议，可直接挂接在网络上，相当于网络组中的一员，便于主/备前置机的切换。它完全替代了以往的通道
14、控制板和串行通道板。并且，该设备支持多种编程语言，操作及其简便。2.2电网调度自动化系统的组成2.2.1实现对电力系统的监控电网正常运行时，通过调度人员监视和控制电网的周波、电压、潮流、负荷与出力；主设备的位置状况及水、热能等方面的工况指标，使之符合规定，保证电能质量和用户计划用电、用水和用汽的要求。2.2.2实现对电力系统的安全分析导致电网发生故障或异常运行的因素非常复杂，且过程十分迅速，如不能及时预测、判断或处理不当，不但可能危及人身和设备安全，甚至会使电网瓦解崩溃，造成大面积停电，给国民经济带来严重损失。为此，必须增强调度自动化手段，实现电网运行的安全分析，提供事故处理对策和相应的监控手
15、段，防止事故发生以便及时处理事故，避免或减少事故造成的重大损失。2.2.3实现电力系统的经济化调度在对电网实现安全监控的基础上，通过调度自动化的手段实现电网的经济调度，以达到降低损耗、节省能源，多发电、多供电的目的。2.3电网调度自动化系统的发展我国电网调度自动化系统随着电网技术的发展而发展，随着计算机软硬件技术的发展而发展。从20世纪70年代至今先后经历了四代发展过程。硬件由单机系统到双机热备再到系统全冗余。软件功能则是由少到多，由单一的SCADA系统到EMS和DTS。第一代系统的特点就是单机运行，SCADA系统在专用操作系统的专用机上运行。第二代系统实现了双机热备，SCADA/EMS系统集
16、中运行在通用的计算机上，但是数据库专用，也就是自动化各软件厂家使用各自的数据库系统。SCADA系统开始了实用化验收，达到了实用水平。这个时期的调度自动化系统作为电网调度的主要辅助手段，变电站有人值班，调度员能够通过自动化系统了解掌握电网的运行情况，但对电网的控制操作完全依赖变电站值班员。90年代的第三代系统也是调度自动化系统发展成熟的象征。变电站开始无人值守，自动化系统的作用日渐突出。基于精简指令集计算机(RISC) /UNIX的开放分布式EMS系统，采用了商用数据库和先进的图形显示技术。现在应用的第四代系统是一套支持EMS, DMS、广域检测预警系统(WAMS)和公共信息平台等应用的电网调度
17、集成系统。能满足电力二次系统安全防护的要求，基于公共对象请求代理体系结构(CORBA)开放公布式的设计思路，遵循IEC61970的公共信息模型(CIM)/组件接口规范(CIS)和可缩放矢量图形(SVG)标准，应用软件功能面向电力市场进行了扩展。遵循IEC61970国际标准的第四代调度自动化系统真正做到开放性，便于系统扩展，做到应用的“即插即用”。可以抛开厂家因素，做到择优使用，一套系统可以采用多个厂家的软件。新系统有利于保护应用资源，数据模型的标准应用可以在系统升级改造中保持稳定，可以有效地保护历史数据。解决调度自动化系统与其他应用系统的数据接口也是第四代系统的一大特点。现在，调度自动化系统正
18、处于第三代系统向第四代过渡时期。多数的地调及以上级别的调度机构都己经在使用功能更全面，技术更先进的第四代调度自动化系统。部分地调和大多数的县级调度还在使用第三代系统。山东省十七个地市公司从2004年开始到2009年，随着第四代调度自动化系统的开发完善逐步进行了系统更换，省公司也在2008年签订合同进行了系统的升级改造。3调度自动化的软硬件设计3.1调度自动化的硬件设计 在调度自动化系统升级改造项目做得最好的是系统硬件的配置。对于最直观的展现项目结果的硬件配置，电网企业往往舍得投资。对系统硬件要求的非常详细，每一个硬件都有详细的配置，比如服务器的CPU个数、速度，内存的大小和条数，硬盘的大小，显
19、卡显存，光驱的类型等等都进行了详细的比较和应用情况了解。硬件服务器工作站的制造商一般有惠普、IBM和SUN。厂商少，进行硬件的选择比较相对容易一些，通过软件厂家也可以了解各家硬件的使用情况。硬件情况一般在掌握和控制之中，在项目招投标中处于主动。3.2调度自动化的软件设计但是对于应用软件深入的不够，基本上以厂家的介绍为主。在调度自动化系统升级改造项目管理前期，多数供电企业，只进行一次项目考察，考察供应商和各供应商现有系统的现场应用，听取供应商对各自系统的技术应用、服务情况的介绍。有的供电企业连考察也省，继续沿用原系统供应商的新产品或者升级产品。甚至许多供电企业的技术协议书都由厂家起草，在技术要求
20、上完全依赖厂家。这种依赖导致以后项目施工的被动，被厂家牵着鼻子走，有很多项目不能按期完成，有的项目最终结果无法令人满意。4电力系统运行存在问题的影响因素及对策4.1主站故障主站故障主要发生在前置机、服务器、软件、硬件、通道板、网络、数据库等。如果故障出现在应用程序上，可重新安装应用程序，设置数据库，连接数据源，恢复数据备份。4.1.1前置机故障前置机作为SCADA系统的组成部分，其任务是对全网实时数据进行采集和预处理，监视各分站通道的工作状态；收集并加工各RTU送来的信息；对分站规约进行转换；对信息进行识别、检错、纠错处理；与后台机通信以及向RTU传送控制命令。前置机主要由电源模块、监控模块、
21、通信模块组成。电源模块是否正常可通过指示灯来判别；监控单元发生故障不会影响数据交换；通信模块正常与否可通过指示灯来显示，如果运行灯间隔固定时间闪烁说明正常，故障灯在系统正常时不会亮，Rx和Tx灯正常时闪烁，接口的接发正常时闪烁，不亮则说明通信板有问题或未有信号收发，灯一直亮则可能收发的信号不正常。发现通道板出现故障，要及时更换同型号通道板（严禁带电插拔），如无备件，可将通道板上备用芯片与故障芯片对调。如出现主备机切换故障，前置机主备机切换不了，应检查切换装置的电源是否正常、该装置与系统的连接是否有松动、人工及自动切换的转换开关位置是否正确。为方便日常运行维护和对远动故障的正确及时处理，应根据远
22、动专用仪表的配置标准，配备相应的调试仪器及必要的备品备件。4.1.2网络故障 网络出现故障，首先应该考虑故障机器的网线插头是否接触良好，HUB是否死机，此外还要考虑故障机器网卡设置、IP地址是否冲突或该节点名是否在系统的域控制器中、网卡驱动损坏等因素。4.1.3数据库故障第一，实时数据库有错误，不能定义。应检查数据库的遥测数据存盘描述是否有空的或做了重复记录。第二，事件告警记录中某厂站有频繁的遥信变位出现。排除该厂站端辅助接点故障后，则可确定数据库中的遥信表有重复填写；若开关位置不对，则检查数据库中极性是否取反，或接线图与数据库是否一致。第三，遥信、遥测正常，遥控发不下去或返校时间超时，确定通
23、道无故障，则检查数据库中该设备的信息号是否填写或填写正确，是否限制可控，是否单人操作；站端设备告警，调度端未告警，则检查是否定义该信息或者信息号是否正确。以上仅是数据库定义错误的一部分情况，上述情况产生原因也很多。4.1.4电源故障 电源故障有UPS故障及交流失电后蓄电池超时供电UPS关机。如果UPS故障致使无交流输出，调度自动化系统主服务器将自动关机，系统退出运行。此时首先关闭电源屏上的UPS输出总开关以及各分路开关，然后关闭各服务器及工作站的电源开关，将主服务器、前置机的负荷转移到市电上，恢复系统运行。如果交流失电，由蓄电池组供电，自动化维护人员要迅速减少调度自动化系统（设备）负荷，停用部
24、分冗余及相对不重要设备（远动维护工作站、隔离服务器、打印机、部分显示器）以尽量延长系统运行时间，保证最小调度自动化系统的运行。要密切监视UPS放电情况，随时注意其运行状态的指示灯和报警信号等。当蓄电池电压降低至最低允许值之前，必须按照正常的系统操作步骤保存历史数据、退出进程，以免发生非正常关机系统数据库出现错误的现象。4.1.5病毒故障如果网络结构不符合安全区的要求，接口众多，系统防病毒形势会非常严峻。有些单位采用代理服务器双卡或三卡内桥式分段网络实现和公司MIS联网，没有实现物理级上的隔离，调度监控网络受到病毒及黑客的威胁。网络连接不能有效抵御病毒、黑客等的恶意破坏和攻击。不同安全等级的系统
25、互联时未作有效隔离，也不符合网络安全的要求。调度自动化系统不要轻易对外提供接口，也不要不经杀毒就轻易拷入外来程序。必须采用软、硬件结合的有效安全隔离措施、保证网络数据共享的同时，实施对非法信息的隔离。在网络传输层，为了保证数据网络的安全，又能向外传输必要的数据，必须在调度专用数据网与企业办公自动化系统（OA/MIS）之间有效安全隔离，加装物理隔离装置，采用单向传输的方式。在系统和应用层面，应采用计算机防病毒技术、安全的操作系统（如服务器采用 UNIX 操作系统），应用系统的关键软硬件要采用双机冗余配置。4.2通道故障有些单位在连接变电站和调度端的通信通道上，仍在使用单通道或假双通道（两条通道使
26、用同种介质）的运行模式，造成系统通道环节薄弱，一旦出现通道故障，短时间内很难恢复，使调度端无法监控，造成调度员的监控盲区。而光纤故障一般很少，多由于外力破坏造成断裂。如某站信息不变化，遥测数据不更新，为一直线，该站产生的告警信息接收不到，而其他变电站信息正常。如果检查该变电站RTU正常，可判断是该站通道故障，考虑是否规约问题，用电话听筒在通信设备远动出口端听有无断续的信号声，没有则是通信通道故障。远动通道应采用双通道结构，实现主辅通道自动切换及通道异常报警功能。4.3解决对策目前，我国应用的电力调度自动化系统在应用中主要有以下几种：首先是CC一2000型电力调度自动化系统，它由部分高等院校与研
27、究机构合作而成，充分利用了标准化技术为软件提供接口，此电力调度自动化系统采用实时数据采集的方式，在不同的服务器分布相对的应用功能，即使在某一区域发生故障，也不会对整个系统的正常运行造成干扰。现代电力系统的自动化技术已经体现出更多的成熟的特点，开始广泛应用于我国电力系统的建设与运行中。SD一6000量管理系统具有统一的支持平台，具有较大屏幕与调度自动拨号功能，在信息的传递时具有高实时性与超高质量的人机界面，是目前国内相对先进的的EMS系统，在我国的南方地区已经得到应用。OPEN一2000，量管理系统能够实现监控与数据采集功能、自动发电控制技术功能等软件，把调度与管理等应用于一体，具有开放型与分布
28、式的特点，适合于省高调等新一代管理系统。此系统维护方便，已经在我国部分的市调项目上得以应用，并取得了不错的效果。5调度自动化的实例分析-以华电电力系统为例l 华电电网电压崩溃事故，华电电网由主网经180km、220KV联络线向该地区电网供电，该地区主网架电压等级为110KV,电网总负荷300MW，地区电网内有一座装机容量99MW的发电厂全开满发，当220KV联络线有功功率从200MW升至220MW时，电厂值班人员发现110KV母线电压急剧降低，必须立即采取措施。电厂值班人员立即降低发电厂机组有功出力，增大机组无功出力。措施实施后，该地区电网电压崩溃，大面积停电。如不采取措施，该地区电网将发生电
29、压崩溃事故。该电网110KV电压急剧降低说明无功电源功率不能满足无功负荷功率的需求，必须增加无功电源功率或降低无功负荷功率，使该地区无功达到平衡。电厂值班人员采取措施后，由于发电机组减少有功出力与增加无功出力不是线性关系，减少的有功出力远大于增加的无功出力，使220KV联络线输送功率增加，无功损耗进一步增加，该地区电网无功电源更加匮乏，更加速了电压崩溃的速度，造成该电网大面积停电。电厂值班员应马上联系地区供电局，迅速切掉地区电网部分负荷，直至电网电压恢复到正常运行范围内。同时尽量多的投入电网无功补偿装置。l 电网电压崩溃事故。某地区电网由主网经180km、220KV联络线向该地区电网供电，该地
30、区主网架电压等级为110KV,电网总负荷300MW，地区电网内有一座装机容量99MW的发电厂全开满发，当220KV联络线有功功率从200MW升至220MW时，电厂值班人员发现110KV母线电压急剧降低，必须立即采取措施。电厂值班人员立即降低发电厂机组有功出力，增大机组无功出力。措施实施后，该地区电网电压崩溃，大面积停电。该电网110KV电压急剧降低说明无功电源功率不能满足无功负荷功率的需求，必须增加无功电源功率或降低无功负荷功率，使该地区无功达到平衡。电厂值班人员采取措施后，由于发电机组减少有功出力与增加无功出力不是线性关系，减少的有功出力远大于增加的无功出力，使220KV联络线输送功率增加，无功损耗进一步增加，该地区电网无功电源更加匮乏，更加速了电压崩溃的速度，造成该电网大面积停电。电厂值班员应马上联系地区供电局，迅速切掉地区电网部分负荷，直至电网电压恢复到正常运行范围内。同时尽量多的投入电网无功补偿装置。6结论在论文的写作过程中，得到了陈实指导老师的大力支持，才得以圆满的完成了本次论文。近年来，世界上多个国家和地区相继发生了较大面积的连锁大停电事故，造成了巨大的经济损失和社会影响，调查分析发现：电力系统安全装置和调度自动化系统的故障失效是引起这些灾难事故的重要原因。根据调度系统设备的特点，建立电力二次设备的软、硬件可靠性模型.参考文献：