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1、1.2 1.2 电力系统自动化基本内容电力系统自动化基本内容v自动化是指机器设备自动化是指机器设备(动力动力)或者生产过程、管理过程，在没有人或者生产过程、管理过程，在没有人直接参与的情况下，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵直接参与的情况下，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标、目的或完成某种过程。自动化是自动化控制，实现预期的目标、目的或完成某种过程。自动化是自动化技术和自动化过程的简称。自动化技术主要有两个方面：技术和自动化过程的简称。自动化技术主要有两个方面：v 用自动化机械代替人工的动力方面的自动化技术；用自动化机械代替人工的动力方面的自动化技术；v 在生产
2、过程和业务处理过程中，进行测量、计算、控制等，在生产过程和业务处理过程中，进行测量、计算、控制等，这是信息处理方面的自动化技术。这是信息处理方面的自动化技术。v电力系统自动化也是自动化的一种具体形式，它是指应用各种具电力系统自动化也是自动化的一种具体形式，它是指应用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系统和数据传输有自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系统和数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、调节和控制，以保证电力系统安全经济地运行和具有合动监视、调节和控制，以保证电力系统安全经济地运行
3、和具有合格的电能质量。格的电能质量。电力系统自动化基本内容电力系统自动化基本内容v 电力系统自动化内容划分为电力系统自动化内容划分为电力系统调度电力系统调度自动化、发电厂自动化和变电站自动化自动化、发电厂自动化和变电站自动化等三等三部分。部分。v 调度自动化又可分为调度自动化又可分为发电和输电发电和输电调度自动调度自动化化(通常称为电网调度自动化通常称为电网调度自动化)、配电网配电网调度调度自动化自动化(通常称为配电网自动化或配电自动化通常称为配电网自动化或配电自动化)。大规模联合电网的优点综合利用水力、火力、核能等发电能源，以解决能源资源与负荷分布地域间的不平衡。利用时差和季节错开负荷高峰，
4、减少总的装机容量。采用大容量机组，节省投资和运行费用。发生故障时不同电网间可以互相支援。1.2.1电网调度自动化我国目前的电网状况特点：大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制 装机容量超过2000MW电网11个已形成500KV主网架结构1990年华中与华东实现非同期联网（500KV直流输电线）电网结构大大改善省调以上调度自动化系统已实用化电力专用通信网形成我国目前的电网状况东北电网辽宁 吉林黑龙江装机容量35943.9MW 华北电网北京 天津河北 山西内蒙古自治区 装机容量40716.2MW年发电量1922.35亿KWh 华东电网上海 江苏浙江 安徽装机容量41986.4MW年发电量
5、2268.9亿KWh 华中电网河南 湖北湖南 江西装机容量43365.4MW 年发电量1673.22亿KWh南方联营电网广东 广西 云南 贵州西北电网陕西甘肃青海宁夏自治区 装机容量18021.9 MW年发电量736.14亿KWh 福建电网装机容量9657.4MW 年发电量356亿KWh 山东电网装机容量18017.8 MW 年发电量912.05亿KWh 四川电网电力系统电压等级v220kv500kv 超高压电网。构成大区电网的骨架和大区电网间的联络线v110kv220kv 输电网。构成复杂的输电网络，在各地区间传输电能v35kv110kv供电网。由枢纽变电站送电到靠近负荷区的本地变电站v10
6、kv配电网。本地变电站送电到居民区的杆上变压器或配电室 伴随着中国电力发展步伐不断加快，中国电网也得到迅速发展，电网系统运行电压等级不断提高，网络规模也不断扩大，全国已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架。近年来，我国加快了特高压电网的建设力度，2006年，我国首个特高压电网工程国家电网公司晋东南南阳荆门交流特高压试验示范工程在山西长治隆重奠基，这标志着我国百万伏级电压等级的交流特高压电网工程正式进入建设阶段；2007年12月21日，四川上海800千伏特高压直流输电示范工程在四川宜宾开工。到2008年底，
7、全国220千伏及以上输电线路回路长度已达到36.48万公里，220千伏及以上变电容量达到13.8亿千伏安。v2009年我国电网基建投资规模进一步扩大，超过电源基本建设投资。目前电网建设已成为我国电力建设的主要方向，电网建设前景诱人。到2010年底，随着国家电网特高压及500千伏跨区、跨国电网联网的建成，跨区输电容量将达到7000万千瓦，比2005年提高5倍多，占全国合计最大负荷的11%；电量达到3200亿千瓦时，比2005年增长3倍多v电力系统运行控制目标电力系统运行控制目标1、保证电力系统运行的安全可靠、保证电力系统运行的安全可靠2、保证电能质量、保证电能质量 3、保证电力系统运行的经济性、
8、保证电力系统运行的经济性v电力系统自动化内容电力系统自动化内容1 1、电网调度自动化（输电、配电）电网调度自动化（输电、配电）2、发电厂自动化发电厂自动化3、变电站自动化（配电网自动化）变电站自动化（配电网自动化）v电网调度自动化电网调度自动化电力系统调度控制的基本任务保障电网安全、稳定、正常运行和对电力用户安全可靠供电。保证电能质量，保持频率、电压、波形合格。按照公平、公正的原则合理安排发电，实现发电资源的优化利用。电网调度的特点电网调度的特点 电网调度自动化的特点是电网调度自动化的特点是统一调度，分层控制统一调度，分层控制。电力系统。电力系统是一个庞大的产、供、销电能的整体。根据电力生产的
9、特点，是一个庞大的产、供、销电能的整体。根据电力生产的特点，电网中的每一环节都必须在调度机构的统一领导下，随用电负电网中的每一环节都必须在调度机构的统一领导下，随用电负荷的变化而协调运行。荷的变化而协调运行。电网统一调度一般包括如下内容电网统一调度一般包括如下内容：(1)由电网调度机构统一组织全网调度计划的编制执行，其中由电网调度机构统一组织全网调度计划的编制执行，其中包括统一平衡和实施全网发电、供电调度计划，统一平衡和安包括统一平衡和实施全网发电、供电调度计划，统一平衡和安排全网主要发电、供电设备的检修进度，统一安排全网的主接排全网主要发电、供电设备的检修进度，统一安排全网的主接线方式，统一
10、布置和落实全网安全稳定措施等。线方式，统一布置和落实全网安全稳定措施等。(2)统一指挥全网的运行操作和事故处理。统一指挥全网的运行操作和事故处理。(3)统一布置和指挥全网的调峰、调频和调压。统一布置和指挥全网的调峰、调频和调压。(4)统一协调和规定全网继电保护、安全自动装置、调度自动统一协调和规定全网继电保护、安全自动装置、调度自动化系统和调度通信系统的运行。化系统和调度通信系统的运行。(5)统一协调水电厂、水库的合理运用。统一协调水电厂、水库的合理运用。(6)按照规章制度统一协调有关电网运行的各种关系。按照规章制度统一协调有关电网运行的各种关系。分级调度电网调度管理条例明确，调度机构分为五级
11、即国家调度机构跨省、自治区、直辖市调度机构省、自治区、直辖市级调度机构省辖市级调度机构县级调度机构目前我国已建立了较完备的五级调度体系，分别是国家电力调度通信中心，简称国调；东北、华北、华东、华中、西北、南方电力调度通信中心，简称网调；各省（直辖市、自治区）电力调度通信中心，简称省调；还有270个地调和2000多个县调国家调度中心网局调度中心地区调度中心省级调度中心县级调度中心直属电厂地方电厂省属电厂直属变电站地方变电所变电所省属变电站各级调度中心的基本任务国家调度中心v在线收集各大区网和有关省网的重点测点工况和全国电网运行状况，作统计分析、生产报表、提供电能情况。v进行大区互联系统的潮流、稳
12、定、短路电流及经济运行计算，通过计算机通信，校核计算的正确性，并向下一级传送。v作中、长期安全、经济运行分析，并提出对策。各级调度中心的基本任务大区网局调度中心v实现电网的数据收集和监控、经济调度和安全分析。v进行负荷预测，制定开停机计划、水火电经济调度日分配计划，闭环或开环指导自动发电控制。v省(市)间和有关大区网的供受电量的计划编制和分析。v进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性并上报下传。各级调度中心的基本任务省级调度中心v实现电网的数据收集和监控。必须对电网中的开关状态，电压水平，功率进行采集计算，进行控制和经济调度。v进行负荷预
13、测，制定开停机计划、水火电经济调度日分配计划，编制地区间和省间有关网的供受电量的计划，闭环或开环指导自动发电控制。v进行记录如功率总加，开关变位，存档和制表打印。v进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性并上报下传。各级调度中心的基本任务地区调度中心v采集当地网的各种信息，进行安全监控。v进行有关站点（直接站点和集控站点）的远方操作，变压器分接头调节，电力电容器的投切等。v用电负荷的管理。各级调度中心的基本任务县级调度中心v根据不同类型实现不同程度的数据采集和安全监视功能。v有条件的县调可实现机组起停、断路器远方操作和电力电容器的投切。v有
14、条件的可实现负荷控制。v向上级调度发送必要的实时信息。由此可见，分层控制有如下优点：由此可见，分层控制有如下优点：va.a.从电力系统调度控制的角度来看，信息可以分层采集，只从电力系统调度控制的角度来看，信息可以分层采集，只需把一些必要的信息转发给上一级调度部门，如地区调度控制需把一些必要的信息转发给上一级调度部门，如地区调度控制中心可以采集本地区的出力和负荷，并把地区出力和负荷总和中心可以采集本地区的出力和负荷，并把地区出力和负荷总和后送到上一级调度部门。对出力和负荷的控制也同样，上一级后送到上一级调度部门。对出力和负荷的控制也同样，上一级调度只对下一级调度发出出力和负荷的总指标，由下一级调
15、度调度只对下一级调度发出出力和负荷的总指标，由下一级调度进行控制。这样既减轻了上一级的负担，又加速了控制过程，进行控制。这样既减轻了上一级的负担，又加速了控制过程，同时减少了不必要的信息流量。同时减少了不必要的信息流量。vb.b.分层控制的电力系统中，若局部的控制系统发生故障，一分层控制的电力系统中，若局部的控制系统发生故障，一般不会严重影响电力系统的其他控制部分，并且每个分层间可般不会严重影响电力系统的其他控制部分，并且每个分层间可以部分地互为备用，从而提高了电力系统运行的可靠性。在电以部分地互为备用，从而提高了电力系统运行的可靠性。在电力系统中，即使在紧急状态下部分电网与系统解列，也可以分
16、力系统中，即使在紧急状态下部分电网与系统解列，也可以分别地独立运行，因为局部地区也有相应的调度自动化系统，可别地独立运行，因为局部地区也有相应的调度自动化系统，可以对电网实现监控。以对电网实现监控。vc.c.实现分层控制以后，可以大大地降低信息流量，因而减少实现分层控制以后，可以大大地降低信息流量，因而减少了对通信系统的投资。了对通信系统的投资。vd.d.分层控制的自动化系统，结构灵活，可适应电力系统变更分层控制的自动化系统，结构灵活，可适应电力系统变更或扩大的需要。或扩大的需要。总之，采用分层控制后可以使电力系统的监视和控制更加可靠有总之，采用分层控制后可以使电力系统的监视和控制更加可靠有效
17、。效。各级电网调度自动化系统的功能各级电网调度自动化系统的功能 根据电网调度自动化系统的任务和职责，电网调度自动根据电网调度自动化系统的任务和职责，电网调度自动化系统应包括如下功能：化系统应包括如下功能：数据采集与监控数据采集与监控(SCADA)(SCADA)功能。功能。以以SCADASCADA功能为基础而实现的自动发电控制功能为基础而实现的自动发电控制AGC(AutomaticAGC(Automatic Generation Control)Generation Control)功能。功能。与与AGCAGC相配套相配套的在线经济调度控制的在线经济调度控制EDC(EconomicEDC(Eco
18、nomic Dispatch Control)Dispatch Control)。能量管理系统能量管理系统EMS(EnergyEMS(Energy Management System)Management System)。由于各级调度中心的职责不同，因而对其调度自动化系由于各级调度中心的职责不同，因而对其调度自动化系统的功能要求也不同。另外，调度自动化系统的功能也有一统的功能要求也不同。另外，调度自动化系统的功能也有一个层次之分，高一级功能往往是建立在某一级功能基础之上个层次之分，高一级功能往往是建立在某一级功能基础之上的。的。电网调度自动化的发展v电网调度自动化系统概念的提出是在电网调度自动
19、化系统概念的提出是在2020世纪世纪5050年代中期，年代中期，这标志着现代电网自动化的开始。当时的基于模拟计算机这标志着现代电网自动化的开始。当时的基于模拟计算机和模拟通信信道的自动发电控制和模拟通信信道的自动发电控制(Automatic Generation(Automatic Generation ControlControl，AGC)AGC)，主要包括负荷频率控制，主要包括负荷频率控制(LFC)(LFC)和经济调和经济调度度(ED)(ED)。2020世纪世纪6060年代数字计算机首次应用于电力系统控年代数字计算机首次应用于电力系统控制中心，出现了电网制中心，出现了电网SCADASCAD
20、A系统。发电厂，变电所所设的系统。发电厂，变电所所设的RTURTU将所收集到的信息通过双向信道传送给主站。其主要将所收集到的信息通过双向信道传送给主站。其主要运行信息可及时自动地传送给控制中心，调度员可通过遥运行信息可及时自动地传送给控制中心，调度员可通过遥控装置直接远距离操作发电厂、变电所开关控装置直接远距离操作发电厂、变电所开关;80;80年代年代,AGC,AGC系统不再独立存在，而是以系统不再独立存在，而是以AGCAGC软件包的形式和软件包的形式和SCADASCADA系统系统结合，形成能量管理系统结合，形成能量管理系统(Energy Management System(Energy Ma
21、nagement System EMS)EMS)，很快，很快EMSEMS的作用已超出的作用已超出AGCAGC。电电网网调调度度自自动动化化系系统统是是确确保保电电网网安安全全、优优质质、经经济济地地发发供供电电，提提高高电电网网调调度度运运行行管管理理水水平平的的重重要要手手段段，是是电电力力生生产产自自动动化化和和管管理理现现代代化化的的重重要要基基础础。电电力力调调度度自自动动化化系系统统简简图图如图所示。如图所示。第2、3章介绍1.2.2 电厂自动化 v 发电厂自动化系统主要包括动力机械自动控制发电厂自动化系统主要包括动力机械自动控制系统和自动发电量控制系统和自动发电量控制(AGC)(A
22、GC)系统和自动电压控制系统和自动电压控制(AVC)(AVC)系统。火电厂需要控制的锅炉汽机等热力设系统。火电厂需要控制的锅炉汽机等热力设备，大容量火力发电机组自动控制系统主要有计备，大容量火力发电机组自动控制系统主要有计算机监视和数据系统、机炉协调主控系统和锅炉算机监视和数据系统、机炉协调主控系统和锅炉自动控制系统。水电厂则需要控制的是水轮机、自动控制系统。水电厂则需要控制的是水轮机、调速器以及水轮发电机力励磁控制系统等。一般调速器以及水轮发电机力励磁控制系统等。一般而言，水电厂的自动化程度比火电厂要高。而言，水电厂的自动化程度比火电厂要高。第4、5、6、7章变电站综合自动化的概念变电站综合
23、自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信技术、信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护、与上级调度通信的综合性自动化功能。变电站综合自动化是在变电站应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬件系统或自动化装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。传统变电站控制的问题安全、稳定性不够。难以保证供电质量。占地面积大。无法满足快速计算、实时控制的要求。维护工作量大。变电站综合自动化的特点利用微机和大规模集成电路组成的自动化系统代替
24、常规控制屏、中央信号系统和远动屏。利用微机保护代替常规保护。能采集完整的运行信息，利用计算机的高速计算与逻辑判别能力实现监视、控制、运行报告等功能。功能综合化、结构微机化、监视屏幕化、运行管理智能化。综合自动化的优越性提高安全稳定性。提高电压合格率。提高运行管理水平。缩小占地面积。提高设备可靠性，减小维护工作量。v无人值班是管理模式，综合自动化是技术水平。我国变电站综合自动化研究起步于我国变电站综合自动化研究起步于80年代末，目前已年代末，目前已进入实用阶段进入实用阶段1.2.4 配电自动化 v配电是电力系统直接面向用户的功能，是电力系统的重要组成部配电是电力系统直接面向用户的功能，是电力系统
25、的重要组成部分。配电网是电力生产和供应中的最后一个环节，与千家万户直分。配电网是电力生产和供应中的最后一个环节，与千家万户直接密切联系。配电系统最大的特点是接密切联系。配电系统最大的特点是供电设备极端的分散，与用供电设备极端的分散，与用户直接相关户直接相关。接线方式虽然大多数为干线式，但可以分段串联，。接线方式虽然大多数为干线式，但可以分段串联，运行方式变换灵活。它的主要任务是：运行方式变换灵活。它的主要任务是：v 保证配电网重要用户的供电，控制负荷，使供电、用电平衡，保证配电网重要用户的供电，控制负荷，使供电、用电平衡，提高负荷的利用率；提高负荷的利用率；v 随时掌握配电网的运行状态，及时调
26、整配电网设备的运行，使随时掌握配电网的运行状态，及时调整配电网设备的运行，使有功功率分布合理；有功功率分布合理；v 及时调整无功功率补偿设备的运行，保证符合供电电压的质量；及时调整无功功率补偿设备的运行，保证符合供电电压的质量；v 降低配电线路的线路功率损耗，提高配电网运行的经济性；降低配电线路的线路功率损耗，提高配电网运行的经济性；v 发生事故时，迅速获取信息，及时处理事故，保证用户的供电发生事故时，迅速获取信息，及时处理事故，保证用户的供电并尽量缩短对用户的停电时间。并尽量缩短对用户的停电时间。v目前，在一些发达工业国家，在这方面开展了相当多的工作，例目前，在一些发达工业国家，在这方面开展
27、了相当多的工作，例如日本、西欧、美国等都已有相当成熟的配电网自动化运行经验，如日本、西欧、美国等都已有相当成熟的配电网自动化运行经验，并正在向光纤通信、大规模地形显示、人工智能等实用化技术方并正在向光纤通信、大规模地形显示、人工智能等实用化技术方面纵深发展。我国的配电自动化采用三种基本功能模式：面纵深发展。我国的配电自动化采用三种基本功能模式：v 就地控制的馈线自动化；就地控制的馈线自动化；v 集中监控模式的配电自动化；集中监控模式的配电自动化；v 集中监控模式的配电自动化与配电管理相结合的模式。对于集中监控模式的配电自动化与配电管理相结合的模式。对于近期采用较多的后两种模式，都采用分布式总体
28、结构，一般分为近期采用较多的后两种模式，都采用分布式总体结构，一般分为两层两层(主站、远方终端主站、远方终端)或三层或三层(主站、子站、远方终端主站、子站、远方终端)。主站至。主站至子站、子站至远方终端间通过网络联在一起，形成统一的配电自子站、子站至远方终端间通过网络联在一起，形成统一的配电自动化系统。动化系统。v总之，配电自动化需要有有效的信息传输系统来传递配电网控制总之，配电自动化需要有有效的信息传输系统来传递配电网控制中心与大量远动终端装置之间的数据和控制信息。随着计算机技中心与大量远动终端装置之间的数据和控制信息。随着计算机技术、通信技术、控制理论及其信息处理技术的发展，配电自动化术、通信技术、控制理论及其信息处理技术的发展，配电自动化系统水平一定会有一个较大的提高。系统水平一定会有一个较大的提高。第8章介绍