電力系統(tǒng)調度自動化

1、對調度自動化的認識及其基本框架的設計一、調度自動化系統(tǒng)的作用：隨著微電子技術、計算機技術和通信技術的發(fā)展，綜合自動化技術也得到迅速發(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 成為當前我國電力工業(yè)推行技術進步的重點之一。之所以如此，是因為：1、隨著我I / _.國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，對變電站的安全、經濟運行要求越來越高，實現(xiàn)變 電站綜合自動化，可提高電網的安全、經濟運行水平，減少基建投資，并為推廣變 電站無人值班提供了手段；2、隨著電網復雜程度的增加，各級調度中心要求更多的 信息，以便及時掌握電網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

2、多的遠方集中控制、集中操作和反事故措施等；4、利用現(xiàn)代計算機技術、通訊技術等，提供先進的技術裝備，可改變傳統(tǒng)的二次設備模式，實現(xiàn)信息共享，簡化 系統(tǒng)，減少電纜，減少占地面積；5、對變電站進行全面的技術改造。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，電網調度自動化系統(tǒng)與綜合自動化系統(tǒng)的關系是什么呢？綜合自動化是相對于整個變電站的二次設備來說的，包括各種微機繼電保護裝置、 自動重合閘裝置、低頻自動減負荷裝置、備用電源自投裝置、以及遠動裝置等，它 們利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現(xiàn)對全變 電站的主要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量

3、、自動控制和微機保護，以及與 調度通信等綜合性的自動化系統(tǒng)，它集保護、測量、控制、調節(jié)、通信、調度于一 體。相對而言，電網調度自動化是綜合自動化的一部分，它只包括遠動裝置和調度主站 系統(tǒng)，是用來監(jiān)控整個電網運行狀態(tài)的。為使調度人員統(tǒng)觀全局，運籌全網，有效頁腳內容歡迎閱讀地指揮電網安全、穩(wěn)定和經濟運行，實現(xiàn)電網調度自動化已成為調度現(xiàn)代電網的重 要手段，其作用主要有以下三個方面：1、對電網安全運行狀態(tài)實現(xiàn)監(jiān)控電網正常運行時，通過調度人員監(jiān)視和控制電網的周波、電壓、潮流、負荷與出力; 主設備的位置狀況及水、熱能等方面的工況指標，使之符合規(guī)定，保證電能質量和 用戶計劃用電、用水和用汽的要求。I / _

4、.2、對電網運行實現(xiàn)經濟調度在對電網實現(xiàn)安全監(jiān)控的基礎上，通過調度自動化的手段實現(xiàn)電網的經濟調度，以 達到降低損耗、節(jié)省能源，多發(fā)電、多供電的目的。3、對電網運行實現(xiàn)安全分析和事故處理導致電網發(fā)生故障或異常運行的因素非常復雜，且過程十分迅速，如不能及時預測、 判斷或處理不當，不但可能危及人身和設備安全，甚至會使電網瓦解崩潰，造成大 面積停電，給國民經濟帶來嚴重損失。為此，必須增強調度自動化手段，實現(xiàn)電網 運行的安全分析，提供事故處理對策和相應的監(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。二、調度自動化的基本內容：現(xiàn)代電網調度自動化所設計的內容范圍很廣，其基本內容如下

5、：1、運行監(jiān)視調度中心為了掌握電網正常運行工況、異常及事故狀態(tài)，為了安全、經濟調度和控 制提供依據(jù)，必須對電網實現(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。按部頒有關法規(guī)、規(guī)程的要求和調度的需求，主要內容為：網調、省調要監(jiān)視電網的頻率、電壓、潮流、發(fā)電與負荷容量、電量、水情河水位 等參數(shù)；監(jiān)視斷路器、隔離開關、帶負荷調壓變壓器調壓分接頭以及發(fā)電機組等設 頁腳內容歡迎閱讀備的自動調節(jié)裝置的工作位置狀態(tài)，主要保護河岸全自動裝置的動作狀態(tài)等信息。 地、縣調和集控站運行監(jiān)視的內容相對少一些，但對于大型的地調，所需的信息量 仍然較多。運行監(jiān)視的內容通過屏幕顯示、動態(tài)調度模擬屏、打印、拷貝、記錄

6、及繪圖等多種 手段完成。2、經濟調度I / _.電網經濟調度的任務是在滿足運行安全和供電質量要求的條件下，盡可能提高電網 運行的經濟性，合理地利用現(xiàn)有能源和設備，以最少的燃料消耗（或費用、成本） 保證安全發(fā)供電。因此，網調和省調要在按規(guī)定保證電網的頻率和電壓質量的前提下，使發(fā)電煤耗、 水耗及網損最小，即發(fā)電成本最低，同時又能保證一定的備用容量，因而網調和省 調要進行負荷預測，實現(xiàn)經濟負荷與最佳負荷分配，制定發(fā)電機華語負荷曲線提供 依據(jù)；實現(xiàn)水庫經濟調度與最優(yōu)潮流分配，為在最佳水能水量綜合利用的條件下， 使水耗與網損最小。對于地調，則以實現(xiàn)負荷管理及其經濟分配為基本內容，還要定時進行電壓水平和

7、無功功率分配的優(yōu)化運算，用以提高電壓質量、降低網損，在尖峰負荷時要平衡饋 線負荷以降低線損，在有條件的地區(qū)電網內，還要實現(xiàn)降壓變壓器的經濟運行，以 實現(xiàn)小型梯級水電廠的經濟運行等內容。經濟調度的各種內容，需要同運行監(jiān)視、自動控制、安全分析密切結合才能付諸實 施。3、安全分析進行安全分析是對電網在正常和異常運行的狀態(tài)進行分析及對事故發(fā)生前的狀態(tài)預 測和事故發(fā)生后的狀態(tài)分析，是保證電網安全穩(wěn)定運行的重要內容。頁腳內容歡迎閱讀當電網發(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上，通過分析， 跟蹤事故的發(fā)展、參數(shù)的變化，保護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，以達到縮短事故

8、處理時間，防止事故擴大的目的。在地區(qū)電網發(fā)生事故時，還可以通過對配電網的故障分析和實現(xiàn)在線預操作，及時處理事故，改善地區(qū)電網的安全運行水平。此外，通過調度員的培訓模擬，進行事故預想與事故演習，有效地提高調度人員運I / _.用調度自動化系統(tǒng)處理事故的臨戰(zhàn)能力。4、自動控制電網調度自動控制是在運行監(jiān)視的基礎上，對電網的安全與經濟運行實施調節(jié)或控制?？刂菩盘栕陨隙掳l(fā)送給廠、所或下級調度。這類控制范圍很廣，但主要是對斷路 器及其它發(fā)送發(fā)變電設備，例如，發(fā)電機、調相機、帶負荷調壓變壓器、電力補償 設備等，通過調度人員實現(xiàn)遙控、遙調或自動實現(xiàn)相應的閉環(huán)控制或調節(jié)。上述電網調度自動化基本內容是緊密相關的

9、，不論哪一級調度中心都必須以實現(xiàn)電 網的全面運行監(jiān)視為前提，根據(jù)各自的特點和需要，積極充實完善，以達到實現(xiàn)電 網調度自動化的目的。三、電網調度自動化的基本功能：1、數(shù)據(jù)采集與安全監(jiān)控（SCADA）它主要包括：通過遠動系統(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)調度模擬屏，對電網的運行工況實現(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)自檢及遠動通道質量監(jiān)測功能。在實現(xiàn)監(jiān)視的基礎上，通過計算機、 遠動與人機聯(lián)系系統(tǒng)，對斷路器、發(fā)電機組與調相機組、帶負荷調壓變壓器、補償頁腳內容歡迎閱讀設施等實現(xiàn)遙

10、控與遙調，以及發(fā)送時鐘等指令。2、 自動發(fā)電控制（AGC）和經濟調度控制（EDC）它們是對電網安全經濟運行實現(xiàn)閉環(huán)控制的重要功能。在對電網頻率調整的同時， 實現(xiàn)經濟調度控制，直接控制到各調頻電廠，并計入線損修正，實現(xiàn)對互聯(lián)電網聯(lián) 絡線凈功率頻率偏移控制；對于非調頻廠，則按日負荷曲線運行；對于有條件的電 廠還應實現(xiàn)自動電壓和無功功率控制（AVC）。I / _.3、安全分析與對策（SA）在實現(xiàn)網絡結構分析和狀態(tài)估計的條件下進行的實時潮流計算和安全狀態(tài)分析。四、電網調度自動化系統(tǒng)的基本組成電網調度自動化系統(tǒng)由調度主站（調度中心）、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)

11、：前置機、遠動終端、調制解調器、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、調度模擬屏、調度臺。5、監(jiān)控對象的相關系統(tǒng)：發(fā)電機組的成組自動操作與功率自動調節(jié)裝置、機爐協(xié)調控制器、帶負荷調壓變壓 器分接頭、電壓與電流互感器、斷路器的控制與信號回路、繼電保護與按全自動裝 頁腳內容歡迎閱讀置的出口信號回路。6、不停電電源系統(tǒng)：交一直流整流器、直一交流逆變器、配套的

12、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、空調與凈化、 防盜與防鼠。I / _五、調度自動化系統(tǒng)結構及組成：主/備前置通訊機通訊前置機負責數(shù)據(jù)采集、規(guī)約解釋、數(shù)據(jù)處理以及接收并處理系統(tǒng)的控制命令。主/備服務器服務器存放整個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及應用數(shù)據(jù)，為主/備前置通訊機、調度員工作站、后臺工作站提供數(shù)據(jù)庫服務，充當應用服務器。服務器另外對各工作站 的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，管理計算機網絡設備和SCADA系統(tǒng)終端設備（如打印機、顯示 器、投影儀等）,監(jiān)控系統(tǒng)的任務進程，提供事件/事故報警，監(jiān)視網絡通訊等。ib I. IWEB瀏覽服務器本系統(tǒng)中配

13、置WEB服務器提供WEB主頁實時畫面公布。這種方式使得網上的工作 站無需任何專用程序支持，使用 Windows內置的IE瀏覽器即可瀏覽實時數(shù)據(jù)。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)的標準時間和系統(tǒng)頻率，完成系統(tǒng)的時鐘 統(tǒng)一。?網絡系統(tǒng)內時鐘同步：GPS時鐘通過主備數(shù)采機接入 SCADA系統(tǒng)。系統(tǒng)以數(shù)采機時鐘為標準時鐘，采用系 統(tǒng)提供的校時功能完成網絡各節(jié)點間的時鐘同步。數(shù)采機支持識別GPS時鐘故障，頁腳內容歡迎閱讀防止誤接收，并能產生報警 ?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通訊服務器Nport Ser

14、ver又稱多串口網絡通訊服務器，支持 TCP/IP協(xié)議，可直接掛接在網絡上， 相當于網絡組中的一員，便于主/備前置機的切換。它完全替代了以往的通道控制板I / _.和串行通道板。并且，該設備支持多種編程語言，操作及其簡便?；究蚣埽?）網絡形式多種多樣，如 EtherNet、FDDI或ATM等都可使用。（2）單網、雙網、低速網、高速網可以任意方式進行組合。系統(tǒng)支持靈活的網絡配置，可以是單低速網、單高速網，可以是低速和高速雙網混用，也可以是雙高速網。（3 ）米取網絡冗余熱備份。系統(tǒng)正常運行時，兩個網絡上都傳輸有用數(shù)據(jù)，并且兩個網絡上的 數(shù)據(jù)流量保持動態(tài)平衡。當一個網絡工作不正常時，系統(tǒng)將自動地通

15、過另一網絡 傳輸所有數(shù)據(jù)。當故障網絡恢復正常時，雙網絡將自動恢復到流量的動態(tài)平衡狀 態(tài)。從嚴格意義上來說，此系統(tǒng)的網絡切換實際上是網絡傳輸功能的彈性伸縮， 網絡本身對系統(tǒng)是透明的，雙網絡并無主、備之分。（4）支持標準的網絡接口，可以方便地與其它系統(tǒng)如MIS等進行互聯(lián)。（5 ）易于與上級或下級調度組成廣域網， 進行網絡數(shù)據(jù)交換，支持遠程調試。在數(shù)據(jù)庫連接技術方面，SCADA系統(tǒng)也采取相關措施，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

16、連接的能力，這使得該系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)庫與其 它任何支持數(shù)據(jù)訪問的應用程序實時交換信息。（3）通過標準SQL語句完成外部數(shù)頁腳內容歡迎閱讀據(jù)庫的一般維護操作，如建表、刪除表、插入、修改和刪除記錄。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SQL語句，只要簡單地提供符合常規(guī)應用習慣的參數(shù)即可完成復雜的歷史數(shù)據(jù)庫查詢和 瀏覽工作。系統(tǒng)性能指標提升措施（1）系統(tǒng)采取冗余容錯結構：雙網絡、雙服務器、雙 前置機及雙通道的冗余容錯模型 系統(tǒng)實現(xiàn)雙網絡容錯是真正的熱備用，雙網絡正常I / _.運行時，主、備網絡同時都傳送有用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，雙網絡上的數(shù)據(jù)流量保持動態(tài)的平 衡

17、。系統(tǒng)采取雙服務器方式，當系統(tǒng)配置了主備服務器后，每個客戶端同時與兩個 服務器連接，并向兩個服務器發(fā)送信息，服務器控制程序自動檢測客戶端與服務器 的連接模式，以確保唯一的數(shù)據(jù)轉發(fā)，或將有關信息轉發(fā)到感興趣的客戶端。同時 客戶端也自動檢測服務器的狀態(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等采集設備進行連接。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。當主通道在傳輸 數(shù)據(jù)時，備用通道不采集數(shù)據(jù)。當系統(tǒng)檢測到主通道連接出現(xiàn)故障或者誤碼率過高， 則自動

18、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變?yōu)?備用通道，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，除非當前的主通 道出現(xiàn)故障。（2）系統(tǒng)采取的網絡通訊結構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)。網絡環(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；從網絡其它節(jié)點傳遞來改變實 時數(shù)據(jù)庫。 采用客戶/服務器查詢方式，在網絡中傳遞歷史數(shù)據(jù)和進行實時數(shù)據(jù) 庫狀態(tài)恢復。系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)采用客戶/服務器方式，在實際應用中，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)將有關查詢 頁腳內容歡

19、迎閱讀條件變?yōu)檫B接的歷史數(shù)據(jù)庫能夠接受的標準或非標準SQL語句，提交給數(shù)據(jù)庫服務器，從歷史數(shù)據(jù)庫中查詢得到滿足有關條件的查詢結果集，數(shù)據(jù)庫服務器將該結果 集通過網絡傳遞給查詢的計算機，計算機運行系統(tǒng)根據(jù)接收到的查詢結果，將它轉 變?yōu)橛脩羧菀桌斫獾姆绞?，如曲線、報表等顯示出來。系統(tǒng)利用網絡協(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)采集設備連接，當主系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通道出現(xiàn)故障時，備I / _.用系統(tǒng)將自動或手動獲得控制權，保證系統(tǒng)正常運行。如下圖所示：（3）實現(xiàn)網絡構架的有效擴充 架設遠程工作站 正常情況下所有計算機都是通過各自所配置的10100M網卡連至集線器上，傳輸媒質選擇的是8芯雙絞線，這樣的組網