對調(diào)度自動化的認(rèn)識及其基本框架的設(shè)計

1、對調(diào)度自動化的認(rèn)識及其基本框架的設(shè)計1、 調(diào)度自動化系統(tǒng)的作用：隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，綜合自動化技術(shù)也得到迅速發(fā)展。近幾年來，綜合自動化已成為熱門話題，引起了電力工業(yè)各部門的注意和重視，并成為當(dāng)前我國電力工業(yè)推行技術(shù)進(jìn)步的重點之一。之所以如此，是因為：1、隨著我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，對變電站的安全、經(jīng)濟運行要求越來越高，實現(xiàn)變電站綜合自動化，可提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行水平，減少基建投資，并為推廣變電站無人值班提供了手段；2、隨著電網(wǎng)復(fù)雜程度的增加，各級調(diào)度中心要求更多的信息，以便及時掌握電網(wǎng)及變電站的運行情況；3、為提高變電站的可控性，要求采用更多的遠(yuǎn)方集中控制、集

2、中操作和反事故措施等；4、利用現(xiàn)代計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等，提供先進(jìn)的技術(shù)裝備，可改變傳統(tǒng)的二次設(shè)備模式，實現(xiàn)信息共享，簡化系統(tǒng)，減少電纜，減少占地面積；5、對變電站進(jìn)行全面的技術(shù)改造。變電站綜合自動化系統(tǒng)完全可以滿足以上要求，因此，近幾年得到了迅速的發(fā)展。那么，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)與綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)系是什么呢？綜合自動化是相對于整個變電站的二次設(shè)備來說的，包括各種微機繼電保護(hù)裝置、自動重合閘裝置、低頻自動減負(fù)荷裝置、備用電源自投裝置、以及遠(yuǎn)動裝置等，它們利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護(hù)，以及與

3、調(diào)度通信等綜合性的自動化系統(tǒng)，它集保護(hù)、測量、控制、調(diào)節(jié)、通信、調(diào)度于一體。相對而言，電網(wǎng)調(diào)度自動化是綜合自動化的一部分，它只包括遠(yuǎn)動裝置和調(diào)度主站系統(tǒng)，是用來監(jiān)控整個電網(wǎng)運行狀態(tài)的。為使調(diào)度人員統(tǒng)觀全局，運籌全網(wǎng)，有效地指揮電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化已成為調(diào)度現(xiàn)代電網(wǎng)的重要手段，其作用主要有以下三個方面：1、 對電網(wǎng)安全運行狀態(tài)實現(xiàn)監(jiān)控電網(wǎng)正常運行時，通過調(diào)度人員監(jiān)視和控制電網(wǎng)的周波、電壓、潮流、負(fù)荷與出力；主設(shè)備的位置狀況及水、熱能等方面的工況指標(biāo)，使之符合規(guī)定，保證電能質(zhì)量和用戶計劃用電、用水和用汽的要求。2、 對電網(wǎng)運行實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度在對電網(wǎng)實現(xiàn)安全監(jiān)控的基礎(chǔ)上，通過調(diào)

4、度自動化的手段實現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度，以達(dá)到降低損耗、節(jié)省能源，多發(fā)電、多供電的目的。3、 對電網(wǎng)運行實現(xiàn)安全分析和事故處理導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生故障或異常運行的因素非常復(fù)雜，且過程十分迅速，如不能及時預(yù)測、判斷或處理不當(dāng)，不但可能危及人身和設(shè)備安全，甚至?xí)闺娋W(wǎng)瓦解崩潰，造成大面積停電，給國民經(jīng)濟帶來嚴(yán)重?fù)p失。為此，必須增強調(diào)度自動化手段，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的安全分析，提供事故處理對策和相應(yīng)的監(jiān)控手段，防止事故發(fā)生以便及時處理事故，避免或減少事故造成的重大損失。2、 調(diào)度自動化的基本內(nèi)容：現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動化所設(shè)計的內(nèi)容范圍很廣，其基本內(nèi)容如下：1、 運行監(jiān)視調(diào)度中心為了掌握電網(wǎng)正常運行工況、異常及事故狀態(tài)，為了

5、安全、經(jīng)濟調(diào)度和控制提供依據(jù)，必須對電網(wǎng)實現(xiàn)以保證安全運行為中心的運行監(jiān)視，所以稱為安全監(jiān)視。按部頒有關(guān)法規(guī)、規(guī)程的要求和調(diào)度的需求，主要內(nèi)容為：網(wǎng)調(diào)、省調(diào)要監(jiān)視電網(wǎng)的頻率、電壓、潮流、發(fā)電與負(fù)荷容量、電量、水情河水位等參數(shù)；監(jiān)視斷路器、隔離開關(guān)、帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器調(diào)壓分接頭以及發(fā)電機組等設(shè)備的自動調(diào)節(jié)裝置的工作位置狀態(tài)，主要保護(hù)河岸全自動裝置的動作狀態(tài)等信息。地、縣調(diào)和集控站運行監(jiān)視的內(nèi)容相對少一些，但對于大型的地調(diào)，所需的信息量仍然較多。運行監(jiān)視的內(nèi)容通過屏幕顯示、動態(tài)調(diào)度模擬屏、打印、拷貝、記錄及繪圖等多種手段完成。2、 經(jīng)濟調(diào)度電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度的任務(wù)是在滿足運行安全和供電質(zhì)量要求的條件下，盡

6、可能提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，合理地利用現(xiàn)有能源和設(shè)備，以最少的燃料消耗（或費用、成本），保證安全發(fā)供電。因此，網(wǎng)調(diào)和省調(diào)要在按規(guī)定保證電網(wǎng)的頻率和電壓質(zhì)量的前提下，使發(fā)電煤耗、水耗及網(wǎng)損最小，即發(fā)電成本最低，同時又能保證一定的備用容量，因而網(wǎng)調(diào)和省調(diào)要進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，實現(xiàn)經(jīng)濟負(fù)荷與最佳負(fù)荷分配，制定發(fā)電機華語負(fù)荷曲線提供依據(jù)；實現(xiàn)水庫經(jīng)濟調(diào)度與最優(yōu)潮流分配，為在最佳水能水量綜合利用的條件下，使水耗與網(wǎng)損最小。對于地調(diào)，則以實現(xiàn)負(fù)荷管理及其經(jīng)濟分配為基本內(nèi)容，還要定時進(jìn)行電壓水平和無功功率分配的優(yōu)化運算，用以提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損，在尖峰負(fù)荷時要平衡饋線負(fù)荷以降低線損，在有條件的地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)，還要實現(xiàn)

7、降壓變壓器的經(jīng)濟運行，以實現(xiàn)小型梯級水電廠的經(jīng)濟運行等內(nèi)容。經(jīng)濟調(diào)度的各種內(nèi)容，需要同運行監(jiān)視、自動控制、安全分析密切結(jié)合才能付諸實施。3、 安全分析進(jìn)行安全分析是對電網(wǎng)在正常和異常運行的狀態(tài)進(jìn)行分析及對事故發(fā)生前的狀態(tài)預(yù)測和事故發(fā)生后的狀態(tài)分析，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要內(nèi)容。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故后，在實現(xiàn)事故順序記錄、事故追憶等功能的基礎(chǔ)上，通過分析，跟蹤事故的發(fā)展、參數(shù)的變化，保護(hù)和自動裝置及斷路器的動作情況，從而提出事故處理的對策，以達(dá)到縮短事故處理時間，防止事故擴大的目的。在地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生事故時，還可以通過對配電網(wǎng)的故障分析和實現(xiàn)在線預(yù)操作，及時處理事故，改善地區(qū)電網(wǎng)的安全運行水平。此外，

8、通過調(diào)度員的培訓(xùn)模擬，進(jìn)行事故預(yù)想與事故演習(xí)，有效地提高調(diào)度人員運用調(diào)度自動化系統(tǒng)處理事故的臨戰(zhàn)能力。4、 自動控制電網(wǎng)調(diào)度自動控制是在運行監(jiān)視的基礎(chǔ)上，對電網(wǎng)的安全與經(jīng)濟運行實施調(diào)節(jié)或控制?？刂菩盘栕陨隙掳l(fā)送給廠、所或下級調(diào)度。這類控制范圍很廣，但主要是對斷路器及其它發(fā)送發(fā)變電設(shè)備，例如，發(fā)電機、調(diào)相機、帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器、電力補償設(shè)備等，通過調(diào)度人員實現(xiàn)遙控、遙調(diào)或自動實現(xiàn)相應(yīng)的閉環(huán)控制或調(diào)節(jié)。上述電網(wǎng)調(diào)度自動化基本內(nèi)容是緊密相關(guān)的，不論哪一級調(diào)度中心都必須以實現(xiàn)電網(wǎng)的全面運行監(jiān)視為前提，根據(jù)各自的特點和需要，積極充實完善，以達(dá)到實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化的目的。3、 電網(wǎng)調(diào)度自動化的基本功能：1

9、、 數(shù)據(jù)采集與安全監(jiān)控（SCADA）它主要包括：通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；通過計算機系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與存儲；通過人機聯(lián)系系統(tǒng)中的屏幕顯示（CRT）與動態(tài)調(diào)度模擬屏，對電網(wǎng)的運行工況實現(xiàn)在線監(jiān)視，并具有打印制表、越限報警、模擬量記錄、事件順序記錄、事故追憶、畫面拷貝、系統(tǒng)自檢及遠(yuǎn)動通道質(zhì)量監(jiān)測功能。在實現(xiàn)監(jiān)視的基礎(chǔ)上，通過計算機、遠(yuǎn)動與人機聯(lián)系系統(tǒng)，對斷路器、發(fā)電機組與調(diào)相機組、帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器、補償設(shè)施等實現(xiàn)遙控與遙調(diào)，以及發(fā)送時鐘等指令。2、 自動發(fā)電控制（AGC）和經(jīng)濟調(diào)度控制（EDC）它們是對電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行實現(xiàn)閉環(huán)控制的重要功能。在對電網(wǎng)頻率調(diào)整的同時，實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度控制，直接控制到各調(diào)

10、頻電廠，并計入線損修正，實現(xiàn)對互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線凈功率頻率偏移控制；對于非調(diào)頻廠，則按日負(fù)荷曲線運行；對于有條件的電廠還應(yīng)實現(xiàn)自動電壓和無功功率控制（AVC）3、 安全分析與對策（SA）在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析和狀態(tài)估計的條件下進(jìn)行的實時潮流計算和安全狀態(tài)分析。4、 電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的基本組成電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)由調(diào)度主站（調(diào)度中心）、廠站端、通信三大部分組成，但按其功能可分為：1、 數(shù)據(jù)與信息的采集系統(tǒng)：前置機、遠(yuǎn)動終端、調(diào)制解調(diào)器、變送器。2、 數(shù)據(jù)與信息的處理系統(tǒng)：主控計算機、外存儲器、輸入輸出設(shè)備、計算機信道接口。3、 數(shù)據(jù)與信息的傳輸系統(tǒng)：主站與廠站通信：有線、載波、光纖、短波、微波及衛(wèi)星地面

11、站。主站與主站通信：有線、光纖、微波及衛(wèi)星地面站。4、 人機聯(lián)系系統(tǒng)：彩色屏幕顯示器、打印機、拷貝機、記錄儀表、繪圖機、調(diào)度模擬屏、調(diào)度臺。5、 監(jiān)控對象的相關(guān)系統(tǒng)：發(fā)電機組的成組自動操作與功率自動調(diào)節(jié)裝置、機爐協(xié)調(diào)控制器、帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器分接頭、電壓與電流互感器、斷路器的控制與信號回路、繼電保護(hù)與按全自動裝置的出口信號回路。6、 不停電電源系統(tǒng)：交直流整流器、直交流逆變器、配套的直流蓄電池組。7、 安全環(huán)保系統(tǒng)：防雷與接地、防火與滅火、防電磁干擾與防靜電干擾、防噪聲與防震、空調(diào)與凈化、防盜與防鼠。五、調(diào)度自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成：1. 主/備前置通訊機通訊前置機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、規(guī)約解釋、數(shù)據(jù)處理以

12、及接收并處理系統(tǒng)的控制命令。2. 主/備服務(wù)器服務(wù)器存放整個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)，為主/備前置通訊機、調(diào)度員工作站、后臺工作站提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)，充當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器。服務(wù)器另外對各工作站的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,管理計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和SCADA系統(tǒng)終端設(shè)備（如打印機、顯示器、投影儀等）,監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)程，提供事件/事故報警，監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)通訊等。3. WEB瀏覽服務(wù)器本系統(tǒng)中配置WEB服務(wù)器提供WEB主頁實時畫面公布。這種方式使得網(wǎng)上的工作站無需任何專用程序支持，使用Windows內(nèi)置的IE瀏覽器即可瀏覽實時數(shù)據(jù)。4. 系統(tǒng)時鐘同步（GPS）接收全球定位系統(tǒng)（GPS）的時間作為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時間和系統(tǒng)頻

13、率，完成系統(tǒng)的時鐘統(tǒng)一。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)時鐘同步:GPS時鐘通過主備數(shù)采機接入SCADA系統(tǒng)。系統(tǒng)以數(shù)采機時鐘為標(biāo)準(zhǔn)時鐘，采用系統(tǒng)提供的校時功能完成網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點間的時鐘同步。數(shù)采機支持識別GPS時鐘故障，防止誤接收，并能產(chǎn)生報警。與RTU時鐘同步：通過數(shù)采機與RTU通訊的方式校時，完成主站系統(tǒng)與RTU時鐘同步。5. Nport通訊服務(wù)器NportServer又稱多串口網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器，支持TCP/IP協(xié)議，可直接掛接在網(wǎng)絡(luò)上，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)組中的一員，便于主/備前置機的切換。它完全替代了以往的通道控制板和串行通道板。并且，該設(shè)備支持多種編程語言，操作及其簡便。基本框架（1）網(wǎng)絡(luò)形式多種多樣，如EtherNe

14、t、FDDI或ATM等都可使用。（2）單網(wǎng)、雙網(wǎng)、低速網(wǎng)、高速網(wǎng)可以任意方式進(jìn)行組合。系統(tǒng)支持靈活的網(wǎng)絡(luò)配置，可以是單低速網(wǎng)、單高速網(wǎng)，可以是低速和高速雙網(wǎng)混用，也可以是雙高速網(wǎng)。（3怵取網(wǎng)絡(luò)冗余熱備份。系統(tǒng)正常運行時，兩個網(wǎng)絡(luò)上都傳輸有用數(shù)據(jù)，并且兩個網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量保持動態(tài)平衡。當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)工作不正常時，系統(tǒng)將自動地通過另一網(wǎng)絡(luò)傳輸所有數(shù)據(jù)。當(dāng)故障網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時，雙網(wǎng)絡(luò)將自動恢復(fù)到流量的動態(tài)平衡狀態(tài)。從嚴(yán)格意義上來說，此系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)切換實際上是網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的彈性伸縮，網(wǎng)絡(luò)本身對系統(tǒng)是透明的，雙網(wǎng)絡(luò)并無主、備之分。（4）支持標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，可以方便地與其它系統(tǒng)如MIS等進(jìn)行互聯(lián)。(5)易于與上級

15、或下級調(diào)度組成廣域網(wǎng)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，支持遠(yuǎn)程調(diào)試。在數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)方面，SCADA系統(tǒng)也采取相關(guān)措施，主要體現(xiàn)在如下四個方面：(1)支持組態(tài)地將系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫按用戶指定的周期或事件產(chǎn)生觸發(fā)刷新用戶指定的外部實時數(shù)據(jù)庫。(2)支持直接讀寫指定數(shù)據(jù)庫記錄的字段數(shù)據(jù)，并具備將該數(shù)據(jù)與該系統(tǒng)組態(tài)定義的變量對應(yīng)連接的能力，這使得該系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)庫與其它任何支持?jǐn)?shù)據(jù)訪問的應(yīng)用程序?qū)崟r交換信息。(3)通過標(biāo)準(zhǔn)SQL語句完成外部數(shù)據(jù)庫的一般維護(hù)操作，如建表、刪除表、插入、修改和刪除記錄。(4)通過后臺API的方式，將電力自動化系統(tǒng)中的常用的數(shù)據(jù)庫查詢工作打包，用戶無需編寫有關(guān)SQL語句，只要簡單地提供符

16、合常規(guī)應(yīng)用習(xí)慣的參數(shù)即可完成復(fù)雜的歷史數(shù)據(jù)庫查詢和瀏覽工作。4.系統(tǒng)性能指標(biāo)提升措施(1)系統(tǒng)采取冗余容錯結(jié)構(gòu)：雙網(wǎng)絡(luò)、雙服務(wù)器、雙前置機及雙通道的冗余容錯模型系統(tǒng)實現(xiàn)雙網(wǎng)絡(luò)容錯是真正的熱備用，雙網(wǎng)絡(luò)正常運行時，主、備網(wǎng)絡(luò)同時都傳送有用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，雙網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量保持動態(tài)的平衡。系統(tǒng)采取雙服務(wù)器方式，當(dāng)系統(tǒng)配置了主備服務(wù)器后，每個客戶端同時與兩個服務(wù)器連接，并向兩個服務(wù)器發(fā)送信息，服務(wù)器控制程序自動檢測客戶端與服務(wù)器的連接模式，以確保唯一的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，或?qū)⒂嘘P(guān)信息轉(zhuǎn)發(fā)到感興趣的客戶端。同時客戶端也自動檢測服務(wù)器的狀態(tài)。系統(tǒng)采取雙前置機方式：基于485總線方式的雙機切換；基于NportServer

17、的雙機切換；用戶自定義方式的雙機切換。系統(tǒng)采取雙通道方式：系統(tǒng)采取以通道的方式與RTU等采集設(shè)備進(jìn)行連接。系統(tǒng)支持自動主備通道切換，不支持手動切換，并且是采用冷備用原理。當(dāng)主通道在傳輸數(shù)據(jù)時，備用通道不采集數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測到主通道連接出現(xiàn)故障或者誤碼率過高，則自動啟動備用通道采集數(shù)據(jù)，并將停止主通道的采集，此時主通道的地位轉(zhuǎn)變?yōu)閭溆猛ǖ?，原備用通道變?yōu)橹魍ǖ啦荒苤匦陆庸軘?shù)據(jù)的采集工作，除非當(dāng)前的主通道出現(xiàn)故障。(2)系統(tǒng)采取的網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)采用點對點通訊模型主動傳輸系統(tǒng)改變的實時數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)項的改變有以下三種可能：從通道采集數(shù)據(jù)改變實時數(shù)據(jù)庫；運行后臺語言實時數(shù)據(jù)庫；從網(wǎng)絡(luò)其

18、它節(jié)點傳遞來改變實時數(shù)據(jù)庫。采用客戶/服務(wù)器查詢方式，在網(wǎng)絡(luò)中傳遞歷史數(shù)據(jù)和進(jìn)行實時數(shù)據(jù)庫狀態(tài)恢復(fù)。系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)采用客戶/服務(wù)器方式，在實際應(yīng)用中，如對SOE的查詢、對歷史曲線的查詢等操作中，一般是用戶提交查詢條件，由系統(tǒng)將有關(guān)查詢條件變?yōu)檫B接的歷史數(shù)據(jù)庫能夠接受的標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)SQL語句，提交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，從歷史數(shù)據(jù)庫中查詢得到滿足有關(guān)條件的查詢結(jié)果集，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器將該結(jié)果集通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給查詢的計算機，計算機運行系統(tǒng)根據(jù)接收到的查詢結(jié)果，將它轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩羧菀桌斫獾姆绞?，如曲線、報表等顯示出來。系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)方便的容錯系統(tǒng)模型，在該模型中，運行系統(tǒng)采用總線方式或通過專門的切換裝置與連接的RTU或其它智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通道出現(xiàn)故障時，備用系統(tǒng)將自動或手動獲得控制權(quán)，保證系統(tǒng)正常運行。如下圖所示：(3)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的有效擴充架設(shè)遠(yuǎn)10 100M程工作站正常情況下所有計算機都是通過各自所配置的網(wǎng)卡連至集線器上，傳輸媒質(zhì)選擇的是8芯雙絞線，這