電力系統(tǒng)調度自動化課件

第五章電力系統(tǒng)調度自動化第五章電力系統(tǒng)調度自動化1第五章電力系統(tǒng)調度自動化學習目的：通過本章學習，掌握電力系統(tǒng)調度自動化的結構，掌握調度自動化各部分的功能以及實現方法；了解電力系統(tǒng)遠動通信的原理及其實現。重點：

電力系統(tǒng)調度自動化的結構及各部分功能的實現；電力系統(tǒng)遠動通信的原理及實現。難點：電力系統(tǒng)調度自動化各部分的功能及其實現。第五章電力系統(tǒng)調度自動化學習目的：2回顧：1、電力系統(tǒng)調度的任務

控制整個電力系統(tǒng)的運行方式。（1）保證供電的質量優(yōu)良（2）保證系統(tǒng)運行的經濟性（3）保證較高的安全水平——選用具有足夠的承受事故沖擊能力的運行方式。（4）保證提供強有力的事故處理措施2、電力系統(tǒng)調度自動化的任務

綜合利用電子計算機、遠動和遠程通信技術，實現電力系統(tǒng)調度管理自動化，有效的幫助電力系統(tǒng)調度員完成調度任務。第五章電力系統(tǒng)調度自動化回顧：1、電力系統(tǒng)調度的任務第五章電力系統(tǒng)調度自動化33、電力系統(tǒng)調度自動化的特點：“統(tǒng)一調度，分層管理”第五章電力系統(tǒng)調度自動化3、電力系統(tǒng)調度自動化的特點：“統(tǒng)一調度，分層管理”第五章4二、電力系統(tǒng)調度自動化的功能概述安全水平是電力系統(tǒng)調度的首要問題在電力系統(tǒng)調度自動化的控制系統(tǒng)中，調度中心計算機必須具有兩個功能：其一是與所屬電廠及省級調度等進行測量讀值、狀態(tài)信息及控制信號的遠距離的可靠性高的雙向交換，簡稱為電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；另一是本身應具有的協(xié)調功能。具有這兩種功能的電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)稱為能量管理系統(tǒng)EMS（EnergyManagementSystem）。第五章電力系統(tǒng)調度自動化二、電力系統(tǒng)調度自動化的功能概述安全水平是電力系統(tǒng)調度的首要5第五章電力系統(tǒng)調度自動化圖5-3表示了EMS信息流程的主線，還給出了遠方省級調度及遠方電廠與調度中心進行信息交換的功能示意框圖。二、電力系統(tǒng)調度自動化的功能概述第五章電力系統(tǒng)調度自動化圖5-3表示了EMS信息流程的主6三、電力系統(tǒng)調度自動化的發(fā)展過程

電力系統(tǒng)調度自動化之前：通信方式---“電話”（1）電網調度自動化的初級階段（20世紀50年代中期）

布線邏輯式遠動技術的采用?！八倪b”（2）電網調度自動化的第二階段（20世紀60年代）電子計算機在電力系統(tǒng)調度工作中的應用

出現了電網SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng)。在SCADA的基礎上，又發(fā)展為包括許多高級功能的能量管理系統(tǒng)(EnergyManagementSystemEMS)。（3）電網調度自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展階段（20世紀80年代）

隨著計算機技術、通信技術和網絡技術的飛速發(fā)展，SCADA／EMS技術進入了一個快速發(fā)展階段。第五章電力系統(tǒng)調度自動化三、電力系統(tǒng)調度自動化的發(fā)展過程電力系統(tǒng)調度自動化之前：7四、SCADA/EMS系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分1.支撐平臺子系統(tǒng)

支撐平臺是整個系統(tǒng)的最重要基礎，有一個好的支撐平臺，才能真正地實現全系統(tǒng)統(tǒng)一平臺，數據共享。支撐平臺子系統(tǒng)包括數據庫管理、網絡管理、圖形管理、報表管理、系統(tǒng)運行管理等。2.SCADA子系統(tǒng)

包括數據采集，數據傳輸及處理，計算與控制，人機界面及告警處理等。3.AGC/EDC子系統(tǒng)自動發(fā)電控制和在線經濟調度是對發(fā)電機出力的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，不僅能夠保證系統(tǒng)頻率合格，還能保證系統(tǒng)間聯(lián)絡線的功率符合合同規(guī)定范圍。同時，還能使全系統(tǒng)發(fā)電成本最低。第五章電力系統(tǒng)調度自動化四、SCADA/EMS系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分第五章電力系統(tǒng)調度84.高級應用軟件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系統(tǒng)

包括網絡建模、網絡拓撲、狀態(tài)估計、在線潮流、靜態(tài)安全分析、無功優(yōu)化、故障分析及短期負荷預測等高級應用軟件。5.調度員仿真培訓系統(tǒng)DTS（DispatcherTrainingSimulator）包括電網仿真、SCADA／EMS系統(tǒng)仿真和教員控制機三部分。調度員仿真培訓與實時SCADA／EMS系統(tǒng)共處于一個局域網上。DTS本身由2臺工作站組成，一臺充當電網仿真和教員機，另一臺用來仿真SCADA／EMS和兼做學員機。6.調度管理信息子系統(tǒng)DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)調度管理信息系統(tǒng)屬于辦公自動化的一種業(yè)務管理系統(tǒng)，一般并不屬于SCADA/EMS系統(tǒng)的范圍。它與具體電力公司的生產過程、工作方式、管理模式有非常密切的聯(lián)系,因此總是與某一特定的電力公司合作開發(fā)，為其服務。當然，其中的設計思路和實現手段應當是共同的。

第五章電力系統(tǒng)調度自動化4.高級應用軟件PAS(PowersystemAppl9第五章電力系統(tǒng)調度自動化五、電力系統(tǒng)調度自動化基本結構發(fā)電廠變電站信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)信息傳輸子系統(tǒng)信息收集、處理、控制子系統(tǒng)人機聯(lián)系子系統(tǒng)廠站端（RTU）信息傳輸通道調度中心第五章電力系統(tǒng)調度自動化五、電力系統(tǒng)調度自動化基本結構發(fā)10二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

（遠動終端RTU）1、作用

采集各發(fā)電廠、變電所中各種表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時信息，并根據運行需要將有關信息通過信息傳輸通道傳送到調度中心，同時也接受調度端發(fā)來的控制命令，并執(zhí)行相應的操作。二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

112、功能可以實現“四遙”功能：遙測(YC)、遙信(YX)、遙控(YK)和遙調(YT).遙測:采集并傳送電力系統(tǒng)運行模擬量的實時信息；遙信:采集并傳送電力系統(tǒng)中開關量的實時信息；遙控:指接收調度中心主站發(fā)送的命令信息，執(zhí)行對斷路器的分合閘、發(fā)電機的開停、并聯(lián)電容器的投切等操作；遙調:指接收并執(zhí)行調度中心主站計算機發(fā)送的遙調命令，如調整發(fā)電機的有功出力或無功出力、發(fā)電機組的電壓、變壓器的分接頭等。二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

（遠動終端RTU）2、功能二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

12三、信息傳輸子系統(tǒng)（信道）作用：信息傳輸子系統(tǒng)是調度中心和廠站端(RTU)信息溝通的橋梁。將遠動終端的各種實時信息上傳給主站，把主站發(fā)出的各種調度命令下達到各有關廠站，即完成主站與遠動終端之間信息與命令可靠、準確地傳輸。

三、信息傳輸子系統(tǒng)（信道）作用：13信息收集處理與控制子系統(tǒng)，是整個電力調度自動化系統(tǒng)的核心。由于現代電力系統(tǒng)往往跨區(qū)域，由許多發(fā)電廠和變電所組成，為了實現對整個電網的監(jiān)視和控制，調度中心需要收集分散在各個發(fā)電廠和變電所的實時信息。

由于傳輸到調度中心的實時信息不可避免地包含各種誤差，如測量誤差、傳輸誤差等，同時還由于設備條件的限制，有些電力系統(tǒng)運行所需的參數無法收集到，為了減小誤差，信息處理子系統(tǒng)可以利用收集到的冗余信息，采用狀態(tài)估計技術，對無法收集到的參數進行估計，從而得到精確而完整的運行參數。運行人員根據分析計算的結果，通過分析、綜合、判斷，從而決定控制策略，并通過控制子系統(tǒng)予以執(zhí)行。該子系統(tǒng)是以計算機為主要組成部分。四、信息收集處理與控制子系統(tǒng)（調度端）信息收集處理與控制子系統(tǒng)，是整個電力調度自動化系統(tǒng)的核心。四14電網調度自動化系統(tǒng)的設備構成電網調度自動化系統(tǒng)的設備構成15第二節(jié)遠方終端RTU一、RTU的任務1．數據采集（1）模擬量。采集電網重要測點的P、Q、U、I等運行參數，稱為“遙測”（2）開關量。如斷路器的開或關狀態(tài)，自動裝置或繼電保護的工作狀態(tài)，稱為“遙信”（3）數字量。如水電廠壩前水位、壩后水位等（由數字式水位計輸入），也屬于“遙測”（4）脈沖量。如脈沖電能表的輸出脈沖等。第二節(jié)遠方終端RTU一、RTU的任務16一、RTU的任務2、數據通信

按照預定通信規(guī)約的規(guī)定，自動循環(huán)（或按調度端要求）地向調度端發(fā)送所采集的本廠站數據，并接收調度端下達的各種命令。3、執(zhí)行命令根據接收到的調度命令，完成對指定對象的遙控、遙調等操作。4、其它功能

(1)當地功能：

對有人值班的較大站點，如果配有CRT、打印機等，可完成顯示、打印功能；越限告警功能；事件順序記錄功能等。

(2)自診斷功能：

程序出軌死機時自行恢復功能；自動監(jiān)視主、備通信信道及切換功能；個別插件損壞診斷報告等功能。一、RTU的任務2、數據通信17二、RTU的結構1、RTU的硬件結構(1)單CPU結構的RTU硬件基本構成框圖適用于小型的發(fā)電廠或變電站！二、RTU的結構1、RTU的硬件結構適用于小型的發(fā)電廠或變電18多CPU結構的RTU硬件結構框圖(2)多CPU結構的RTU硬件基本構成框圖多CPU結構的RTU硬件結構框圖(2)多CPU結構的RTU硬192、RTU的軟件結構多CPU結構的RTU軟件結構框圖以多CPU結構的RTU為例：軟件組成：由一個主管理系統(tǒng)程序和多個子系統(tǒng)程序組成。2、RTU的軟件結構多CPU結構的RTU軟件結構框圖以多CP20三、模擬量輸入通道—“遙測”模擬量采集的兩種方法A/D轉換方式電壓-頻率變換技術三、模擬量輸入通道—“遙測”模擬量采集的兩種方法A/D轉換21（一）基于A/D變換的模擬量輸入電路基于A/D轉換的模擬量采集原理圖（一）基于A/D變換的模擬量輸入電路基于A/D轉換的模擬量采221、電壓形成電路的典型原理圖（1）電量采集的兩種采樣方式電量信號非電量信號電量變送器或傳感器A/D轉換計算機標準電信號直流采樣交流采樣基于A/D變換的模擬量輸入電路1、電壓形成電路的典型原理圖（1）電量采集的兩種采樣方式電量231）直流采樣直流采樣方式原理：電量變送器①交流電壓變送器和交流電流變送器②有功功率變送器和無功功率變送器③有功電能變送器和無功電能變送器④頻率變送器⑤功率因數變送器⑥直流電壓變送器和直流電流變送器⑦微機電量變送器電量信號非電量信號電量變送器/非電量變送器A/D轉換計算機直流電信號非電量變送器溫度變送器壓力變送器流量變送器水位變送器等1）直流采樣直流采樣方式原理：電量變送器電量信號非電量信號電24電量變送器0~5V的直流輸出電壓交流電壓變送器交流電流變送器電量變送器0~5V的直流輸出電壓交流電壓變送器交流電流變送器25直流采樣的優(yōu)點：軟件設計簡單，計算簡便。對采樣值只須作一次比例交換，即可得到被測量的數據，因而采樣周期短。在微機應用的初期，此方法得到了廣泛的應用。直流采樣的缺點：采樣結果實時性較差；直流采樣輸入回路，因要濾去整流后的波紋，往往采用R-C濾波回路，其時間常數較大，無法反映被測模擬量的波形，更不能及時反映被測量的突變。測量精確度受直流變送器的精確度和穩(wěn)定性的影響。設備復雜，增加系統(tǒng)的造價。1）直流采樣直流采樣的優(yōu)點：1）直流采樣262）交流采樣交流采樣是直接對交流電壓和電流的波形進行采樣，然后通過一定算法計算出其有效值，并計算出P、Q等值。交流電壓交流電流電壓傳感器（TV）電流傳感器（TA）A/D轉換計算機交流電信號2）交流采樣交流采樣是直接對交流電壓和電流的波形進行采樣27交流采樣的優(yōu)點：A、實時性好；它能避免直流采樣中整流、濾波環(huán)節(jié)的時間常數大的影響。B、能反映原來電流、電壓的實際波形，便于對所測量的結果進行波形分析；C、設備簡單，可以節(jié)約投資。有功功率和無功功率是通過采樣得到的u、i計算出來的，因此可以省去有功功率和無功功率變送器，可以節(jié)約投資并縮小測量設備的體積。2）交流采樣交流采樣的優(yōu)點：A、實時性好；2）交流采樣28①交流采樣中電壓形成電路的典型原理圖電壓電流變換器的作用：1、進一步降低電壓或電流。2、將一次設備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機A/D轉換系統(tǒng)完全隔離，提高抗干擾能力。①交流采樣中電壓形成電路的典型原理圖電壓電流變換器的作用：29②低通濾波（ALF）?限制輸入信號的最高頻率，以降低采樣頻率。③采樣保持器（S/H）?采樣保持器（S/H）的基本原理：A/D轉換器完成一次完整的轉換需要的一段時間里，模擬量不能變化。，S/H可將瞬間采集的模擬量保持一段時間，以保證A/D轉換的實時性。2）交流采樣采樣保持器的基本組成原理圖②低通濾波（ALF）2）交流采樣采樣保持器的基本組成原理圖30④多路轉換開關（MUX）2）交流采樣⑤模/數轉換器（A/D）④多路轉換開關（MUX）2）交流采樣⑤模/數轉換器（A/D）312）交流采樣模擬量的處理：A/D轉換后的數字量經接口送往計算機后，必須對數據進行濾波、標度變換等一系列處理方能內存的數據區(qū)。交流采樣的算法：U、I有效值，P、Q等需要一定的算法來計算。一點采樣算法；多點算法；全周傅里葉算法等。幾種常用的算法2）交流采樣模擬量的處理：交流采樣的算法：一點采樣算法；幾種32舉例：

基于單片機的模擬量輸入系統(tǒng)的設計：程控增益放大器多路開關在系統(tǒng)可編程邏輯器件舉例：

基于單片機的模擬量輸入系統(tǒng)的設計：程控增益放大器多路33（二）基于V/F轉換的模擬量輸入回路：原理：將輸入的電壓模擬量線性地變換為數字脈沖式的頻率，使產生的脈沖頻率正比于輸入電壓的大小，然后在固定的時間內用計數器對脈沖數目進行計數，供CPU讀入。電壓-頻率轉換模擬量采集原理圖（二）基于V/F轉換的模擬量輸入回路：原理：將輸入的電壓34四、模擬量輸出通道－－“遙調”量輸出單元設計遙調是一個連續(xù)作用的調節(jié)過程。四、模擬量輸出通道－－“遙調”量輸出單元設計遙調是一個連續(xù)作35五、開關量輸入通道（簡稱“開入”）－－

“遙信”量采集單元設計1、遙信采集的量及其表示方法:（國際電工委員會IEC標準）“1”表示閉合或動作，“0”表示斷開或未動作。2、開關量輸入子系統(tǒng)原理圖開關量輸入子系統(tǒng)原理圖五、開關量輸入通道（簡稱“開入”）－－

361）信號隔離與電平轉換電路注意：T型RC網絡構成低通濾波器，用來濾掉遙信回路的高頻干擾，電阻R3還起到限流的作用，使進入發(fā)光二極管的電流限制在毫安級，兩個二極管V1、V2起保護光耦合器的作用。光電耦合器可以實現現場開關量與CPU總線之間的完全隔離，隔斷它們之間公共地的電氣聯(lián)系。1）信號隔離與電平轉換電路注意：372）消顫除噪電路

有時斷路器雖已合閘，但其輔助觸點可能有一段時間會抖動，或因其他干擾使輸入信號上下波動，而輸出也會跟著相應變化，造成計算機對斷路器位置的錯誤判斷。加入消顫除噪電路，則能較好地抑制開關的抖動。(a)施密特觸發(fā)器的圖形符號(b)施密特觸發(fā)器的工作波形(a)施密特觸發(fā)器的圖形符號(b)施密特觸發(fā)器的工作波形2）消顫除噪電路有時斷路器雖已合閘，但其輔助觸點可能有一38六、開關量輸出通道（簡稱“開出”）－－

“遙控”量輸出單元設計典型的遙控輸出電路“0”“1”繼電器的作用：一方面可起到信號隔離作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信號的通斷。

二極管的作用：保護繼電器的線圈。六、開關量輸出通道（簡稱“開出”）－－

39斷路器控制回路圖YKH為遙控合觸點YKT為遙控跳觸點斷路器控制回路圖YKH為遙控合觸點40一、信息傳輸基礎（一）模擬通信和數字通信第三節(jié)電力系統(tǒng)遠動通信2、通信的類型模擬通信數字通信1、通信系統(tǒng)模型一、信息傳輸基礎第三節(jié)電力系統(tǒng)遠動通信2、通信的類型模擬413、數字通信的優(yōu)點(1)抗干擾能力強。(2)便于進行信號加工與處理。(3)傳輸中出現的差錯(誤碼)可以設法控制，提高了傳輸質量。(4)數字信息易于加密且保密性強。(5)能夠傳輸話音、電視和數據等多種信息，增加了通信系統(tǒng)的靈活性和通用性。（一）模擬通信和數字通信3、數字通信的優(yōu)點（一）模擬通信和數字通信42

（二）數字通信傳輸方式（2）串行傳輸串行傳輸僅需要一回傳輸線（2根），是根據一個字節(jié)中碼元的順序一位一位地傳過去。并行傳輸特點：

傳輸速度快；傳輸距離短；軟件及通信規(guī)約簡單；成本高。串行傳輸特點：

傳輸速度較慢；傳輸距離長；軟件及通信規(guī)約復雜；成本低。（1）并行傳輸：

如果用8根線（另有1根公共線）將數字通信雙方連接起來，每根線傳一位碼元將這組信息傳送過去，這種方式就稱為并行傳輸。（二）數字通信傳輸方式（2）串行傳輸并行傳輸特點：串行傳輸431、信息傳輸速率（1）碼元：數據通信中，傳送的是一個個離散脈沖信號，把每個信號脈沖稱為一個碼元。（2）碼元速率：每秒傳送的碼元數，以Bd（波特）為單位。（3）信息速率：系統(tǒng)每秒傳送的信息量。單位是bit/s（比特/秒）在信息用二進制表示時，每個碼攜帶1bit信息量，這時的數碼率與信息速率是相同的。

2、誤碼率

數據經傳輸后發(fā)生錯誤的碼元數與總傳輸碼元之比。（三）信息傳輸的質量指標1、信息傳輸速率（三）信息傳輸的質量指標44單工、半雙工、雙工通信

（四）數字通信的工作方式單工、半雙工、雙工通信（四）數字通信的工作方式45二、遠距離數據通信系統(tǒng)的基本模型第三節(jié)電力系統(tǒng)遠動通信遠距離數據通信系統(tǒng)的基本模型二、遠距離數據通信系統(tǒng)的基本模型第三節(jié)電力系統(tǒng)遠動通信46（1）信源是電網中的各種信息源。（2）信源編碼：把各種信源轉換成易于數字傳輸的器件（3）信道編碼器：其作用是為了保護所傳送的信息內容，增加保護碼元。（4）調制解調器(MODEM)：信道編碼器輸出的信號都是二進制的脈沖序列，即基帶數字信號。這種信號傳輸距離較近，在長距離傳輸時往往因電平干擾和衰減而發(fā)生失真。為增加傳輸距離，將基帶信號進行調制傳送，這樣即可減弱干擾信號。（5）信道。它是信號遠距離傳輸的載體，如專用電纜、架空線、光纖、微波空間等。（6）解調器。它是調制器的逆過程，用以恢復基帶信號。（7）信道譯碼器。它是編碼器的逆過程，除去保護碼元，獲得發(fā)送側的二進制數字序列。（8）信源譯碼器。它是將二進制信號恢復到模擬信號的過程，例如D／A轉換器。（9）信宿。它是信息的接收地或接收入員能觀察的設備，如電網調度自動化系統(tǒng)中的模擬屏、顯示器(cRT)等，均為信宿。第三節(jié)數據通信的通信規(guī)約（1）信源是電網中的各種信息源。第三節(jié)數據通信的通信規(guī)約47（一）電力載波通信PLC（PowerLineCarrier）

電力載波通信是利用電力線作為高頻信號的傳輸介質，用于調度中心與廠站端的通信，它是電力系統(tǒng)特有的，應用最廣泛的一種通信方式。三、遠動信息傳輸通道利用高壓輸電線路傳輸高頻電流具有以下特點：

線路衰減小；

輸電線路機械強度很高，具有較高的傳輸可靠性；

不需要另建通信線路的投資和日常維護費用等。（一）電力載波通信PLC（PowerLineCarri48電力載波通信的基本原理電力載波通信的基本原理49圖中M是遠動裝置或數據傳輸裝置的外接調制解調器，它是將數字信號調制成音頻信號，然后再經電力載波終端設備調制成高頻信號。電力線載波通信兩端(A端和B端)均具有遠動和數據信號發(fā)送和接收功能。

耦合電容器和結合濾波器的作用：兩者共同構成高頻信號的通路，并將電力線上的工頻高電壓和大電流與通信設備隔開，以保證人身和設備的安全。結合濾波器主要用來抵消耦合電容器的高頻容抗，減小高頻電流在結合濾波器通帶內的衰減；另外，還具有對高頻電流起阻抗變換作用。使高頻電流與電力線的阻抗得到良好的匹配。線路阻波器主要用來阻止高頻信號進入電力設備。電力載波通信的基本原理圖中M是遠動裝置或數據傳輸裝置的外接調制解調器，它是將數字信50（二）光纖通信光纖通信是目前認為最有前途的一種有線通信方式優(yōu)點：?具有很好的抗電磁干擾能力；?光纖的通信容量大、功能價格比高；?安裝維護簡單；?光纖是非導體，可以很容易地與導線捆在一起敷設于地下管道內；也可固定在不導電的導體上，例如電力線架空地線復合光纖；還可以采用與電力線向桿架設的自承式光纜。

缺點:?強度不如金屬線；?連接比較困難；（二）光纖通信光纖通信是目前認為最有前途的一種有線通信方式優(yōu)51光纖通信的原理目前光纖通信技術已經成熟，在電力系統(tǒng)得到了廣泛應用。光纖通信的原理目前光纖通信技術已經成熟，在電力系統(tǒng)得到了廣泛52（三）微波中繼通信與衛(wèi)星通信波長為0.001~1.0m，頻率為300MHZ~300GHZ的無線電波稱為微波，微波基本上沿直線傳播。優(yōu)點：?微波頻段的頻帶很寬，可以容納數量很多的無線電頻道且不致互相干擾；?微波收發(fā)信機的通頻帶可以做的很寬，用一套設備可做多路通信；?不易受工業(yè)的干擾，通信穩(wěn)定；?方向性強，保密性好；?每公里話路成本比有線通信低。缺點：中繼設備復雜，技術水平要求較高。（1）微波通信（三）微波中繼通信與衛(wèi)星通信波長為0.001~1.0m，頻率53微波通信系統(tǒng)的構成微波通信系統(tǒng)的構成54特點：與一般微波通信相比，衛(wèi)星通信不受距離和地形的限制，容量大，可靠性高。目前使用的頻率：

上行（地球到衛(wèi)星）：5925~6425MHZ;下行（衛(wèi)星到地球）：3700~4200MHZ;適用：偏遠的發(fā)電廠或變電站。（2）衛(wèi)星通信（中繼站設在同步衛(wèi)星上）特點：與一般微波通信相比，衛(wèi)星通信不受距離和地形的（2）衛(wèi)55四、現場總線（20世紀80年代中期提出）現場總線打印機RTURTU現場總線（雙絞線）上位機目前幾種有影響的現場總線有：基金會、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等?，F場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節(jié)點數字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數字化、多點通信的控制網絡。四、現場總線（20世紀80年代中期提出）現場總線打印機RTU56

是一種在較小的區(qū)域內使各種數據通信設備互聯(lián)在一起的通信網絡。五、局域網（LocalAreaNetworks)(1)覆蓋的地理范圍可以在一幢大樓或一個建筑群里.(2)數據傳輸速率高.(3)誤碼率很低.是一種在較小的區(qū)域內使各種數據通信設備互聯(lián)在一起的通信網57(1)距離遠(2)實時性強(3)可靠性高。國際電工委員會(IEC)建議的最大允許時延是：命令信息：0.1s～2s；狀態(tài)變化、事件信息：1s～5s；正常遙測遙信：2s～10s；存儲數據：1min～5min。在我國地區(qū)電網數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)中：

最大允許時延指標要求是變位信息、廠站端工作狀態(tài)變化信息必須在1s內送到調度中心；

廠站端遙測信息按重要程度分別在3s～20s內在調度中心實現更新；電能等存儲信息允許幾分或幾十分鐘傳送一次。（一）RTU與調度中心通信的特點六、電力系統(tǒng)通信規(guī)約(1)距離遠國際電工委員會(IEC)建議的最大允許時延是：58（二）RTU與調度中心的通信規(guī)約1、通信規(guī)約的定義在電力系統(tǒng)遠動中，主站與遠方終端之間進行實時數據通信時必須事先做出約定，制訂必須遵守的通信規(guī)則，并共同遵守。這必須共同遵守的規(guī)則與約定，即通信規(guī)約。（二）RTU與調度中心的通信規(guī)約1、通信規(guī)約的定義592、我國電網調度自動化的兩大通信規(guī)約（二）電力系統(tǒng)遠動通信規(guī)約循環(huán)式通信規(guī)約（CDT）問答式通信規(guī)約（Polling）2、我國電網調度自動化的兩大通信規(guī)約（二）電力系統(tǒng)遠動通信規(guī)601、CDT規(guī)約的特點：?廠站RTU按預先約定，周期不斷的向調度端發(fā)送信息，享有發(fā)送信息的主動權。?信息以幀為單位，按信息重要程度不同，分為A、B、C、D、E幀5種幀類別；?每幀長度可變；多種幀類別循環(huán)傳送；上幀與下幀相連，信道永無休閑的循環(huán)傳送；?信息按重要性和實時性不同，規(guī)定有不同的優(yōu)先級和循環(huán)更新時間。遙信變位優(yōu)先傳送，重要遙測量更新時間較短。?由調度中心發(fā)給RTU的各種遙控、遙調或其它命令，由上行通道隨時傳送（全雙工方式，上、下行通信可同時進行），不是循環(huán)的。（三）循環(huán)式通信規(guī)約1、CDT規(guī)約的特點：（三）循環(huán)式通信規(guī)約61對時的子站信息及遙控命令的返送控核信息均隨時插入傳送；遙信變位信息及子站工作狀態(tài)變化信息均隨時插入傳送，并要求1s內送達主站；重要遙測量安排在A幀傳送，循環(huán)更新時間≤3S；次要遙測量安排在B幀傳送，循環(huán)更新時間≤6S；

一般遙測量安排在C幀傳送，循環(huán)更新時間≤20S；一般遙信量安排在D1幀傳送，循環(huán)時間為幾分鐘至幾十分鐘；電能脈沖量安排在D2幀傳送，循環(huán)時間為幾分鐘至幾十分鐘；事件順序記錄信息安排在E幀傳送，以幀插入方式傳送。上行信息的優(yōu)先級：2、CDT中信息的優(yōu)先級順序對時的子站信息及遙控命令的返送控核信息均隨時插入傳送；上行62下行信息的優(yōu)先級：?召喚子站時鐘，設置子站時鐘校正值，設置子站時鐘。?遙控選擇、執(zhí)行、撤銷命令，設定命令。?廣播命令?復歸命令。2、CDT中信息的優(yōu)先級順序下行信息的優(yōu)先級：2、CDT中信息的優(yōu)先級順序633、CDT規(guī)約的幀格式及字格式同步字。一幀開始的標志，應當很特殊。同步字按通道傳送順序分為三組EB90H，即1110、1011、1001、0000共48位。(2)控制字?？刂谱钟脕碚f明本幀信息的有關情況，共有六個字節(jié)48位。如圖3.27所示。圖3.26循環(huán)式遠動規(guī)約幀結構3、CDT規(guī)約的幀格式及字格式同步字。圖3.26循環(huán)式遠64圖3.27循環(huán)式遠動規(guī)約控制字結構①控制字節(jié)：E——擴展位，當E=0時，使用標準的定義幀類別；當E=1時，幀類別可另行定義，以便擴展功能。L——幀長定義位，當L=0時，表示本幀沒有信息字；當L=1時，表示本幀有信息字。S——源站址定義位，S=1表示控制字中源站址有內容，源站址字節(jié)即代表信息始發(fā)站的站號。D——目的站址定義位。D=1表示目的站址字節(jié)有內容，即代表信息到達站的站號；D=0表示目的站址字節(jié)內容為FFH，即代表廣播命令，所有站同時接收并執(zhí)行此命令。以上所述的上行信息和下行信息中若同時S=0，D=0，則表示源站址和目的站址無意義。圖3.27循環(huán)式遠動規(guī)約控制字結構①控制字節(jié)：65②幀類別本規(guī)約定義的幀類別碼及其含義見表3-4。③信息字數n表示該幀中所含信息字數量，n=0表示無信息字。②幀類別③信息字數n66(3)信息字

每個信息字由六個字節(jié)構成：

功能碼一個字節(jié)，信息、數據碼四個字節(jié)和校驗碼一個字節(jié)，其通用格式如圖3.28所示。圖3.28循環(huán)式遠動規(guī)約信息字結構其中功能碼有256個(00H~FFH)，分別代表不同的信息用途，具體分配見表3-5：(3)信息字每個信息字由六個字節(jié)構成：圖3.2867電力系統(tǒng)調度自動化課件68重要數據發(fā)送周期短，實時性強；一般數據發(fā)送周期長，主站對其響應慢。采用信息字校驗方式，當某個字符出錯時，只需丟棄相應的字，其他可以正常接收；數據傳送以現場端為主，因此若發(fā)生暫時性通信失敗，當通信恢復時，未發(fā)出的數據仍有機會上報，而不至于造成顯著危害；循環(huán)式較應答式規(guī)約容量大，可傳送512路遙信量，256路遙測量。循環(huán)式通信規(guī)約的特點：重要數據發(fā)送周期短，實時性強；一般數據發(fā)送周期長，主站對其響69問答通信方式由調度中心掌握遙測、遙信通信的主動權。問答式規(guī)約特點是：?RTU有問必答：

RTU收到主機查詢命令時，必須在規(guī)定的時間內應答，否則視為通信失??；?RTU無問不答：

當RTU未收到主機查詢命令時，決不允許上報信息。（四）問答式通信規(guī)約問答通信方式由調度中心掌握遙測、遙信通信的主動權。（四）問答70問答規(guī)約的優(yōu)點：①允許多臺RTU以共線的方式共用一個通道。②采用變化信息傳送策略，壓縮了數據塊的長度，提高了數據傳送速度；③通道適應性強。問答規(guī)約的缺點：①由于需要詢問，因此主站對數據的采集速度較慢；②由于采用變化信息傳送方式，對信道的要求高。一次通信失敗會影響后續(xù)信息；③采用整幀校驗，數據多、出錯幾率大，且若出錯就丟失整幀，信息量丟失量大；④出錯棄幀后須經重新詢問RTU才重發(fā)出錯信息。第三節(jié)電力系統(tǒng)遠動通信問答規(guī)約的優(yōu)點：第三節(jié)電力系統(tǒng)遠動通信71第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)一、調度中心的計算機系統(tǒng)1、調度計算機系統(tǒng)的任務2、對計算機系統(tǒng)的基本要求

數值計算和邏輯判斷能力；輸入輸出中斷處理能力；實時操作系統(tǒng)能力；高可靠性、可維護性和可擴展性。3、計算機系統(tǒng)的專用接口（1）遠動終端接口

一種專用接口，按遠動終端的通信規(guī)約接收來自RTU的信息和將調度決策送往RTU。遠動終端接口的硬件一般是以微處理器為基礎的專用通信控制器。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)一、調度中心的計算機系統(tǒng)72（2）人機聯(lián)系接口（CRT顯示器）（3）計算機遠程通信接口

計算機系統(tǒng)的硬件一般采用支持某一標準規(guī)約的智能接口板插入主計算機，也可采用專用的通信節(jié)點計算機承擔所有遠程通信和規(guī)約轉換等工作，以減輕主計算機的負載。（4）統(tǒng)一時鐘接口

一般在一個調度中心設置一個精確時鐘，再由計算機向發(fā)電廠和變電站的RTU下發(fā)對時信號。

各級調度所之間對準時間只能通過共同接收國家或地域的無線電對時信號解決。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)（2）人機聯(lián)系接口（CRT顯示器）第四節(jié)調度中心的計算機734、計算機軟件系統(tǒng)（1）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是計算機制造廠家為了用戶使用方便和充分發(fā)揮計算機能力而提供的管理和服務性軟件，是最底層的軟件。

它包括：為用戶編制程序提供的各種工具和手段，如各種程序設計語言(FORTRAN語言、C語言、PASCAL語言等)的編譯程序，各種便于調試程序的工具等；（2）支持軟件

支持軟件是為計算機的在線、實時應用開發(fā)服務的服務性軟件，主要有數據庫管理、人機聯(lián)系管理、故障切除及備用管理等。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)4、計算機軟件系統(tǒng)第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)74（3）電網高級應用軟件PAS

應用軟件是利用系統(tǒng)軟件和支持軟件提供的服務編制的實現電力系統(tǒng)調度自動化各項功能的軟件。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)網絡建模網絡拓撲分析狀態(tài)估計潮流分析與調度員潮流負荷預報自動發(fā)電控制與經濟調度安全控制調度員培訓仿真系統(tǒng)等電網高級應用軟件（3）電網高級應用軟件PAS第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)網755、調度中心計算機系統(tǒng)的配置?前置機：完成數字信號的接收及預處理等功能。擔負著與廠所RTU和各分局的數據通信及通信規(guī)約解釋等任務，是SCADA/EMS系統(tǒng)的橋梁和基礎。?后臺處理機：完成數據的進一步處理、存儲、系統(tǒng)監(jiān)視與分析等高級功能。

第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)5、調度中心計算機系統(tǒng)的配置第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)76例：Open-2000系統(tǒng)前置機系統(tǒng)結構示意圖：1．前置機值班前置主機擔負以下任務：①與系統(tǒng)服務器及SCADA工作站通信。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)②與各RTU通信及通信規(guī)約處理。③控制切換裝置的切換動作。④設置各終端服務器的參數。備用前置機可能擔負以下任務中的部分或全部：①監(jiān)聽前置主機的工作情況，一旦前置主機發(fā)生故障，立即自動升格為主機，擔負起主機的全部工作。②監(jiān)聽次要通道的信息，確定該通道的運行情況。例：Open-2000系統(tǒng)前置機系統(tǒng)結構示意圖：第四節(jié)調772．終端服務器每臺終端服務器有16個串行通信口，可與16路廠/所RTU通信。另外，終端服務器也應雙備份。運行中一組與前置主機協(xié)同工作，另一組則與備用機通信。終端服務器的參數及其切換由前置主機控制。3．切換裝置切換裝置可以完成對上行雙通道信號及下行信號的選擇切換。4．通道設備作用是與各種不同的通道信號適配。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)2．終端服務器第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)78二、調度中心SCADA/EMS系統(tǒng)結構（一）系統(tǒng)結構?SCADA/EMS系統(tǒng)結構配置見圖5-31。?2000系統(tǒng)采用三網機制。?主網雙網配置可實現負荷熱平衡及熱備用雙重使命。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)二、調度中心SCADA/EMS系統(tǒng)結構第四節(jié)調度中心的計79第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)80（二）主網各節(jié)點功能簡介1．系統(tǒng)服務器（Server）?負責保存所有歷史數據、登陸各類信息。2．SCADA工作站?雙機熱備用，主要運行SCADA軟件及AGC/EDC軟件。3．PAS工作站（電力系統(tǒng)高級應用軟件）?用于各項PAS計算以實現各項PAS功能。4．調度員工作站?承擔對電網實時監(jiān)控和操作的功能，實時顯示各種圖形和數據，并進行人機交互。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)（二）主網各節(jié)點功能簡介第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)815．配電自動化工作站?完成配電自動化管理功能。6．DTS工作站?調度員仿真培訓。7．調度管理工作站?負責與調度生產有關的計劃和運行設備的管理。8．電量管理工作站?實現電量的自動查詢、記錄、獎罰電量的計算等功能。9、網絡?網絡是分布式計算機系統(tǒng)的關鍵部件，2000系統(tǒng)采用高速雙網結構，保證信息能高速可靠傳輸。第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)5．配電自動化工作站第四節(jié)調度中心的計算機系統(tǒng)82第五節(jié)自動發(fā)電控制一、AGC的基本功能在正常的系統(tǒng)運行狀態(tài)下，AGC的基本功能是：?使發(fā)電自動跟蹤電力系統(tǒng)負荷變化；?響應負荷和發(fā)電的隨機變化，維持電力系統(tǒng)頻率為額定值；?在各區(qū)域間分配系統(tǒng)發(fā)電功率，維持區(qū)域間凈交換功率為計劃值；?對周期性的負荷變化按發(fā)電計劃調整發(fā)電功率；?監(jiān)視和調整備用容量，滿足電力系統(tǒng)安全要求。第五節(jié)自動發(fā)電控制一、AGC的基本功能83第五節(jié)自動發(fā)電控制第五節(jié)自動發(fā)電控制84第五節(jié)自動發(fā)電控制二、AGC的一般過程?從AGC的功能來看，它主要完成系統(tǒng)區(qū)域間交換功率的限制和系統(tǒng)頻率的維持功能。第五節(jié)自動發(fā)電控制二、AGC的一般過程85第五節(jié)自動發(fā)電控制二次調頻由AGC實現?區(qū)域調節(jié)控制確定機組的調節(jié)分量PR。?區(qū)域跟蹤控制的目的是按計劃提供機組發(fā)電基點功率（basepoint）Pi.?將PR加到基點功率Pi上，它們共同形成的期望發(fā)電量P作用于調頻機組的控制系統(tǒng)。?控制調速器的nREF，形成機組出力的閉環(huán)控制。第五節(jié)自動發(fā)電控制二次調頻由AGC實現86第五節(jié)自動發(fā)電控制三、AGC與其它應用軟件的關系?AGC是EMS的有機組成部分，需要在其它應用軟件的支持下工作:第五節(jié)自動發(fā)電控制三、AGC與其它應用軟件的關系87第五節(jié)自動發(fā)電控制四、發(fā)電計劃?發(fā)電計劃是EMS的核心軟件。向AGC提供基點功率值。?發(fā)電計劃也稱火電系統(tǒng)經濟調度（EDC），即在已知系統(tǒng)負荷、機組組合、水電計劃、交換計劃、備用監(jiān)視計劃、機組經濟特性、網絡損失特性和運行限制等條件下，按照等耗微增率準則，編制火電機組發(fā)電計劃，使整個系統(tǒng)的發(fā)電費用最低。第五節(jié)自動發(fā)電控制四、發(fā)電計劃88第五節(jié)自動發(fā)電控制（一）電力系統(tǒng)負荷預測的分類?電力系統(tǒng)的負荷預測可以分為系統(tǒng)的負荷預測和母線的負荷預測兩類。?按照系統(tǒng)負荷預測的周期來分，電力系統(tǒng)的負荷預測可分為：

?

超短期負荷預測：通常包括用于質量控制需要5~10s的負荷值，用于安全監(jiān)視需1~5min的負荷值，用于預防控制和緊急狀態(tài)處理需要10~60min的負荷值。

超短期負荷使用的對象是調度員。

第五節(jié)自動發(fā)電控制（一）電力系統(tǒng)負荷預測的分類89第五節(jié)自動發(fā)電控制?短期負荷預測：主要應用在電力系統(tǒng)的火電分配、水火電協(xié)調、機組緊急組合和交換功率計劃，需要1日~1周的負荷值，使用對象是編制調度計劃的工程師。

?中期負荷預測：主要用于水庫調度、機組檢修、交換計劃和燃料計劃，需要1月~1年的負荷值。使用對象是編制中長期運行計劃的工程師。?長期負荷預測：用于電源的發(fā)展規(guī)劃和網絡規(guī)劃等，需要數午甚至是數十年的負荷值，使用對象是系統(tǒng)規(guī)劃工程師。第五節(jié)自動發(fā)電控制?短期負荷預測：主要應用在電力系統(tǒng)的90第五節(jié)自動發(fā)電控制(二)負荷預測的要求及影響負荷預測的因素?衡量電力系統(tǒng)負荷預測軟件和方法的主要指標是負荷預測的精度。?電力系統(tǒng)負荷預測的精度，首先是決定于對具體電力系統(tǒng)負荷變化規(guī)律的掌握，其次才是模型和算法的選擇。第五節(jié)自動發(fā)電控制(二)負荷預測的要求及影響負荷預測的91第五節(jié)自動發(fā)電控制第五節(jié)自動發(fā)電控制92第五節(jié)自動發(fā)電控制2、負荷預測算法?目前比較實用的算法主要有：線性外推法、線性回歸法、時間序列法、卡爾曼濾波法、人工神經網絡法、灰色系統(tǒng)和專家系統(tǒng)方法等。各種方法都有一定的使用場合，可以說沒有一個算法是既適用于各種負荷預測模型而精度又都比其它的算法要高。第五節(jié)自動發(fā)電控制2、負荷預測算法93第六節(jié)EMS的網絡分析功能一、網絡接線分析（網絡拓撲）（一）網絡拓撲的定義及基本功能

網絡拓撲分析的基本功能是根據開關的開合狀態(tài)（遙信信息）和電網一次接線圖來確定網絡的拓撲關系。在網絡拓撲分析之前需要進行網絡建模。網絡建模是將電力網絡的物理特性用數學模型來描述，以便用計算機進行分析。網絡拓撲分析是其它高級應用軟件的基礎；網絡拓撲分析軟件應可靠、方便、快速。第六節(jié)EMS的網絡分析功能一、網絡接線分析（網絡拓撲）94第六節(jié)EMS的網絡分析功能（二）網絡拓撲的基本術語?網絡元件（Component）：開關、機組、負荷、電容器、電抗器、變壓器和線路等均稱為網絡元件。其中變壓器、線路和開關等稱為雙端元件；機組、負荷、電容器或電抗器等稱為單端元件。

?節(jié)點（Node)：網絡元件的連接點稱為節(jié)點。元件通過相互公共的節(jié)點連接成電網。?邏輯支路（LogicBranch）：即開關元件。開關只有開合兩種狀態(tài)。連接兩節(jié)點的邏輯支路(開關)不是呈零阻抗(開關閉合)就是呈無窮大阻抗(開關斷開)，因此開關在結線分析得到的計算模型中已經消失了。

第六節(jié)EMS的網絡分析功能（二）網絡拓撲的基本術語95第六節(jié)EMS的網絡分析功能?保留元件（RetainedComponents）：在計算模型中，所有非邏輯支路被保留下來，其中包括零阻抗支路，這些保留下來的元件稱為保留元件。?零阻抗支路（ZeroimpedanceBranch）：阻抗為零的特殊支路，在計算模型中用于隔離母線。?母線：是被閉合邏輯支路聯(lián)系在一起的節(jié)點集合，即保留支路的連接點。?活島和死島：由閉合支路連接起來的母線集合，并包含發(fā)電機、電壓調節(jié)母線和負荷，即包括電源的拓撲島，稱為活島?；顛u中元件都處于帶電狀態(tài)。反之，不包括電源的拓撲島稱為死島。死島內的元件不帶電。?主母線：當開關即邏輯支路全部閉合時，建立的編號母線稱為主母線。第六節(jié)EMS的網絡分析功能?保留元件（Retained96電力系統(tǒng)調度自動化課件97網絡計算模型（母線模型）網絡計算模型（母線模型）98第六節(jié)EMS的網絡分析功能第六節(jié)EMS的網絡分析功能99第六節(jié)EMS的網絡分析功能二、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計（一）狀態(tài)估計的必要性SCADA數據庫存在下面明顯缺點：

1.數據不齊全2.數據不精確3.受干擾時會出現不良數據4.數據不和諧數據不和諧是指數據相互之間不符合建立數學模型所依據的基爾霍夫定律。原因有二：一是前述各項誤差所致，二是各項數據并非是同一時刻采樣得到。這種數據的不和諧影響了各種高級應用軟件的計算分析。第六節(jié)EMS的網絡分析功能二、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計100第六節(jié)EMS的網絡分析功能（二）狀態(tài)估計的功能?得到最接近于系統(tǒng)真實狀態(tài)的最佳估計值。?對生數據進行不良數據（或叫壞數據）的檢測與辨識，刪除或改正不良數據。?推算出齊全而精確的電力系統(tǒng)運行參數。例如根據周圍相鄰變電所的遙測量推算出某個未裝遠方終端的變電所的各種運行參數，或者根據現有類型的遙測量推算出另外類型的難于測量的運行參數。第六節(jié)EMS的網絡分析功能（二）狀態(tài)估計的功能101第六節(jié)EMS的網絡分析功能?根據遙測量估計電網的實際結構，糾正偶爾會出現的開關狀態(tài)遙信錯誤，保證數據庫中電網結構數據的正確性。?估計某些可疑或未知的設備參數。?以現有數據預測未來的趨勢和可能出現的狀態(tài)。

例如電力系統(tǒng)負荷預測和水庫來水預測等。?確定合理的測點數量和合理的測點分布。將新的量測點設置在關鍵點，全面優(yōu)化量測配置，使之達到某一量測指標而付出成本最小。第六節(jié)EMS的網絡分析功能?根據遙測量估計電網的實際結102電力系統(tǒng)調度自動化課件103第六節(jié)EMS的網絡分析功能（三）狀態(tài)估計的基本原理1.測量的冗余度

狀態(tài)估計算法必須建立在實時測量系統(tǒng)有較大冗余度的基礎之上。一般要求是：

測量系統(tǒng)的冗余度=系統(tǒng)獨立測量數/系統(tǒng)狀態(tài)變量數=（1.5～3.0）

電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量是指表征電力系統(tǒng)特征所需最小數目的變量。

一般取各節(jié)點電壓幅值及其相位角為狀態(tài)變量,若有N個節(jié)點，則有2N個狀態(tài)變量。由于可以設某一節(jié)點電壓相位角為零，所以對一個電力系統(tǒng)，其未知的狀態(tài)變量數為2N-1；第六節(jié)EMS的網絡分析功能（三）狀態(tài)估計的基本原理104第六節(jié)EMS的網絡分析功能第六節(jié)EMS的網絡分析功能105第六節(jié)EMS的網絡分析功能

2、狀態(tài)估計的步驟（1）假定數學模型。是在假定沒有結構誤差、參數誤差和不良數據的條件下，確定計算所用的數學方法?？蛇x用的數學方法有加權最小二乘法、快速分解法、正交化法和混合法等。（2）狀態(tài)估計計算根據所選定的數學方法，計算出使“殘差”最小的狀態(tài)變量估計值。所謂殘差，就是各量測值與計算的相應估計值之差。（3）不良數據的檢測。檢查是否有不良測值混入或有結構錯誤信息；如果沒有，此次狀態(tài)估計即告完成。如果有，轉入下一步。（4）識別，或叫辨識。是確定具體的不良數據或網絡結構錯誤信息的過程在除去或修正已識別出來的不良測值和結構錯誤后，重新進行第二次狀態(tài)估計計算，這樣反復迭代估計，直至沒有不良數據或結構錯誤為止。第六節(jié)EMS的網絡分析功能2、狀態(tài)估計的步驟106第六節(jié)EMS的網絡分析功能第六節(jié)EMS的網絡分析功能107第六節(jié)EMS的網絡分析功能三、安全分析與安全控制1．安全監(jiān)視?對電力系統(tǒng)的實時運行參數(頻率、電壓和功率潮流等)以及斷路器、隔離開關等的狀態(tài)進行監(jiān)視。當出現參數越限和開關變位時即進行報警，由運行人員進行適當的調整和操作。2．安全分析?在安全監(jiān)視的基礎上，對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)做出安全評價。對發(fā)生的假想事故進行快速的計算分析，如發(fā)現在可能發(fā)生的事故巾會出現不安全的狀態(tài)，則由運行人員根據顯示出的分析結果進行必要的調整摔制，以改善運行水平。包括靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析。3．安全控制?安全控制是為保證電力系統(tǒng)安全運行所進行的調節(jié)、校正和控制。第六節(jié)EMS的網絡分析功能三、安全分析與安全控制108（一）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)衡量電力系統(tǒng)是否正常運行的條件：（1）等式約束條件系統(tǒng)發(fā)出的總的有功功率和無功功率應在任一時間與總的消耗的有功和無功負荷(包括網損)相等。

－為發(fā)電機i的有功功率和無功功率；－為負荷j的有功功率和無功功率；－為電力系統(tǒng)中各種配電和輸電線路及設備的總有功功率和無功功率損耗。（一）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)－為發(fā)電機i的有功功率和109(2)不等式約束條件為了保證系統(tǒng)安全運行，有關電氣設備的運行參數都應處于運行允許值范圍內。——分別為發(fā)電機i有功功率及其上、下限值；——分別為發(fā)電機i無功功率及其上、下限值；——分別為輸電線路i-j和變壓器的視在功率及其上、下限值；——分別為節(jié)點i電壓及其上、下限值；——分別為系統(tǒng)頻率及其上、下限值。(2)不等式約束條件為了保證系統(tǒng)安全運行，有關電氣設備的運110(3)電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)正常狀態(tài)警戒狀態(tài)緊急狀態(tài)崩潰狀態(tài)恢復狀態(tài)由兩種約束條件可將系統(tǒng)的運行分為以下五種狀態(tài)：(3)電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)正常狀態(tài)由兩種約束條件可將系統(tǒng)的運111表明發(fā)電機有一定的旋轉備用容量；輸變電設備也有一定的富余容量；在負荷變化時，系統(tǒng)頻率和電壓值在規(guī)定的范圍之內，并向系統(tǒng)用戶供應合格的電能。正常運行狀態(tài)：特點：滿足所有等式和不等式約束條件。電力系統(tǒng)是安全的。電力系統(tǒng)有一定的安全水平，在正常干擾下，能從一個正常狀態(tài)連續(xù)變化到另一個正常狀態(tài)。采取的調度措施：可實行經濟調度表明發(fā)電機有一定的旋轉備用容量；輸變電設備也有一定的富余容量112警戒狀態(tài)：當電力系統(tǒng)中的某些電力設備的備用容量減少到使電力系統(tǒng)的安全水平不能承受正常干擾的程度時，電力系統(tǒng)進入預警狀態(tài)。特點：滿足所有等式和不等式約束條件。但是備用儲備減少，某些干擾可能導致不等式約束破壞(如設備過載)，使系統(tǒng)安全受到威脅。應采取的調度措施：應采取預防控制使系統(tǒng)恢復到正常狀態(tài)。電力系統(tǒng)是不安全的。警戒狀態(tài)：113緊急狀態(tài):一個處于正?；蚓錉顟B(tài)的電力系統(tǒng)，如果受到嚴重干擾，比如短路或大容量電機組的非正常退出工作，系統(tǒng)可能進入緊急狀態(tài)。特點：某些不等式約束條件遭到破壞，等式約束條件仍能滿足。此時，系統(tǒng)是危險的。應采取的調度措施：采取緊急控制措施，應盡快消除故障的影響，爭取使系統(tǒng)恢復到警戒或正常狀態(tài)。緊急狀態(tài):114崩潰狀態(tài)：在緊急狀態(tài)下，如不能及時消除故障，電力系統(tǒng)可能失去穩(wěn)定。為了不使事故擴大并保證對重要用戶的供電，自動解列裝置動作，將一個并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)解列成幾部分。特點：解列后的各子系統(tǒng)中等式與不等式約束條件均不成立。崩潰狀態(tài)：在緊急狀態(tài)下，如不能及時消除故障，電力系統(tǒng)可能失去115通過自動裝置或調度人員的控制，在崩潰系統(tǒng)大體穩(wěn)定下來以后，可使系統(tǒng)進入恢復狀態(tài)。將已解列的系統(tǒng)重新并列。根據實際情況可恢復到預警狀態(tài)或正常狀態(tài)。恢復狀態(tài)：通過自動裝置或調度人員的控制，在崩潰系統(tǒng)大體穩(wěn)定下來以后，可116電力系統(tǒng)運行狀態(tài)及轉換框圖電力系統(tǒng)運行狀態(tài)及轉換框圖117第六節(jié)EMS的網絡分析功能（四）正常運行狀態(tài)（包括警戒狀態(tài)）的安全控制為了保證電力系統(tǒng)正常運行的安全性。1.在編制運行方式時就要進行安全校核；2.在實際運行中，要對電力系統(tǒng)進行不間斷的嚴密監(jiān)視，對電力系統(tǒng)的運行參數如頻率、電壓和線路潮流等不斷地進行調整，始終保持盡可能的最佳狀態(tài)；3.還要對可能發(fā)生的假想N-1事故進行后果模擬分析；4.當確認當前屬警戒狀態(tài)時，可對運行中的電力系統(tǒng)進行預防性的安全校正。第六節(jié)EMS的網絡分析功能（四）正常運行狀態(tài)（包括警戒118第六節(jié)EMS的網絡分析功能（五）緊急狀態(tài)時的安全控制緊急狀態(tài)的安全控制可分為三大階段。?第一階段的控制目標是事故發(fā)生后快速而有選擇地切除故障，這主要由繼電保護裝置和自動裝置完成，目前最快可在一個周波內切除故障。?第二階段的控制目標是防止事故擴大和保持系統(tǒng)穩(wěn)定，這需要采取各種提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。?第三階段是在上述努力均無效的情況下，將電力系統(tǒng)在適當地點解列。第六節(jié)EMS的網絡分析功能（五）緊急狀態(tài)時的安全控制119第六節(jié)EMS的網絡分析功能（六）恢復狀態(tài)時的安全控制重大事故后的電力系統(tǒng)恢復過程是一個有序的協(xié)調過程。?首先要使各獨立運行部分的頻率和電壓都正常，消除各元件的過負荷狀態(tài)。?然后再將各解列部分重新并列，并逐個恢復停電用戶的供電。第六節(jié)EMS的網絡分析功能（六）恢復狀態(tài)時的安全控制120第六節(jié)EMS的網絡分析功能四、調度員培訓仿真系統(tǒng)

現代大電力系統(tǒng)對運行的安全可靠性提出了越來越高的要求。這就要求電力系統(tǒng)運行操作人員必須具備豐富的專業(yè)知識、經驗和能力。調度員培訓仿真系統(tǒng)是培訓電力系統(tǒng)運行操作人員的有效工具。

DTS作為調度EMS的功能子系統(tǒng)，應能對電力系統(tǒng)的動態(tài)行為進行逼真的模擬，嚴格模擬調度室中人機會話和操作過程，表現調度EMS的全部功能。

可見，DTS應從SCADA系統(tǒng)取得電網的實時數據和歷史數據，并且與實際電網調度的環(huán)境完全一致，受訓學員在真實的操作環(huán)境中接受調度培訓、進行“準實戰(zhàn)”考核，能夠盡快熟悉其所在電網的特性和薄弱環(huán)節(jié)，掌握保證電能質量和防止重大事故的能力，積累迅速正確判斷和處理各種故障的經驗。

第六節(jié)EMS的網絡分析功能四、調度員培訓仿真系統(tǒng)121第六節(jié)EMS的網絡分析功能DTS的主要功能有：1、正常運行條件下的操作培訓；2、緊急狀態(tài)下的事故處理培訓；3、事故后電力系統(tǒng)的恢復操作培訓4、預防性操作及操作后分析重演；5、運行方式研究，繼電保護和自動裝置的整定配合分析。

第六節(jié)EMS的網絡分析功能DTS的主要功能有：122本章小結

電力系統(tǒng)調度自動化的結構遠動終端RTU的“四遙”功能及實現遠動信息傳輸通道及電力系統(tǒng)遠動通信規(guī)約調度中心的計算機系統(tǒng)自動發(fā)電控制EMS的網絡分析功能重點本章小結電力系統(tǒng)調度自動化的結構重點123本章作業(yè)：1、調度自動化系統(tǒng)的基本結構是什么?簡述各部分的任務。2、簡述遠動終端(RTU)的任務。3、簡述電力調度自動化系統(tǒng)的信道有哪些類型?各種信道有何特點?4、我國電網調度自動化中常用的兩大通信規(guī)約是什么，其特點如何？5、簡述電力系統(tǒng)狀態(tài)估計在EMS中的必要性及作用。6、電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)一般分為哪5種狀態(tài)?各狀態(tài)的概念及其相應的轉換關系是怎樣的?本章作業(yè)：1、調度自動化系統(tǒng)的基本結構是什么?簡述各部分的任124第五章電力系統(tǒng)調度自動化第五章電力系統(tǒng)調度自動化125第五章電力系統(tǒng)調度自動化學習目的：通過本章學習，掌握電力系統(tǒng)調度自動化的結構，掌握調度自動化各部分的功能以及實現方法；了解電力系統(tǒng)遠動通信的原理及其實現。重點：

電力系統(tǒng)調度自動化的結構及各部分功能的實現；電力系統(tǒng)遠動通信的原理及實現。難點：電力系統(tǒng)調度自動化各部分的功能及其實現。第五章電力系統(tǒng)調度自動化學習目的：126回顧：1、電力系統(tǒng)調度的任務

控制整個電力系統(tǒng)的運行方式。（1）保證供電的質量優(yōu)良（2）保證系統(tǒng)運行的經濟性（3）保證較高的安全水平——選用具有足夠的承受事故沖擊能力的運行方式。（4）保證提供強有力的事故處理措施2、電力系統(tǒng)調度自動化的任務

綜合利用電子計算機、遠動和遠程通信技術，實現電力系統(tǒng)調度管理自動化，有效的幫助電力系統(tǒng)調度員完成調度任務。第五章電力系統(tǒng)調度自動化回顧：1、電力系統(tǒng)調度的任務第五章電力系統(tǒng)調度自動化1273、電力系統(tǒng)調度自動化的特點：“統(tǒng)一調度，分層管理”第五章電力系統(tǒng)調度自動化3、電力系統(tǒng)調度自動化的特點：“統(tǒng)一調度，分層管理”第五章128二、電力系統(tǒng)調度自動化的功能概述安全水平是電力系統(tǒng)調度的首要問題在電力系統(tǒng)調度自動化的控制系統(tǒng)中，調度中心計算機必須具有兩個功能：其一是與所屬電廠及省級調度等進行測量讀值、狀態(tài)信息及控制信號的遠距離的可靠性高的雙向交換，簡稱為電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；另一是本身應具有的協(xié)調功能。具有這兩種功能的電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)稱為能量管理系統(tǒng)EMS（EnergyManagementSystem）。第五章電力系統(tǒng)調度自動化二、電力系統(tǒng)調度自動化的功能概述安全水平是電力系統(tǒng)調度的首要129第五章電力系統(tǒng)調度自動化圖5-3表示了EMS信息流程的主線，還給出了遠方省級調度及遠方電廠與調度中心進行信息交換的功能示意框圖。二、電力系統(tǒng)調度自動化的功能概述第五章電力系統(tǒng)調度自動化圖5-3表示了EMS信息流程的主130三、電力系統(tǒng)調度自動化的發(fā)展過程

電力系統(tǒng)調度自動化之前：通信方式---“電話”（1）電網調度自動化的初級階段（20世紀50年代中期）

布線邏輯式遠動技術的采用?！八倪b”（2）電網調度自動化的第二階段（20世紀60年代）電子計算機在電力系統(tǒng)調度工作中的應用

出現了電網SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng)。在SCADA的基礎上，又發(fā)展為包括許多高級功能的能量管理系統(tǒng)(EnergyManagementSystemEMS)。（3）電網調度自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展階段（20世紀80年代）

隨著計算機技術、通信技術和網絡技術的飛速發(fā)展，SCADA／EMS技術進入了一個快速發(fā)展階段。第五章電力系統(tǒng)調度自動化三、電力系統(tǒng)調度自動化的發(fā)展過程電力系統(tǒng)調度自動化之前：131四、SCADA/EMS系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分1.支撐平臺子系統(tǒng)

支撐平臺是整個系統(tǒng)的最重要基礎，有一個好的支撐平臺，才能真正地實現全系統(tǒng)統(tǒng)一平臺，數據共享。支撐平臺子系統(tǒng)包括數據庫管理、網絡管理、圖形管理、報表管理、系統(tǒng)運行管理等。2.SCADA子系統(tǒng)

包括數據采集，數據傳輸及處理，計算與控制，人機界面及告警處理等。3.AGC/EDC子系統(tǒng)自動發(fā)電控制和在線經濟調度是對發(fā)電機出力的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，不僅能夠保證系統(tǒng)頻率合格，還能保證系統(tǒng)間聯(lián)絡線的功率符合合同規(guī)定范圍。同時，還能使全系統(tǒng)發(fā)電成本最低。第五章電力系統(tǒng)調度自動化四、SCADA/EMS系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分第五章電力系統(tǒng)調度1324.高級應用軟件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系統(tǒng)

包括網絡建模、網絡拓撲、狀態(tài)估計、在線潮流、靜態(tài)安全分析、無功優(yōu)化、故障分析及短期負荷預測等高級應用軟件。5.調度員仿真培訓系統(tǒng)DTS（DispatcherTrainingSimulator）包括電網仿真、SCADA／EMS系統(tǒng)仿真和教員控制機三部分。調度員仿真培訓與實時SCADA／EMS系統(tǒng)共處于一個局域網上。DTS本身由2臺工作站組成，一臺充當電網仿真和教員機，另一臺用來仿真SCADA／EMS和兼做學員機。6.調度管理信息子系統(tǒng)DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)調度管理信息系統(tǒng)屬于辦公自動化的一種業(yè)務管理系統(tǒng)，一般并不屬于SCADA/EMS系統(tǒng)的范圍。它與具體電力公司的生產過程、工作方式、管理模式有非常密切的聯(lián)系,因此總是與某一特定的電力公司合作開發(fā)，為其服務。當然，其中的設計思路和實現手段應當是共同的。

第五章電力系統(tǒng)調度自動化4.高級應用軟件PAS(PowersystemAppl133第五章電力系統(tǒng)調度自動化五、電力系統(tǒng)調度自動化基本結構發(fā)電廠變電站信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)信息傳輸子系統(tǒng)信息收集、處理、控制子系統(tǒng)人機聯(lián)系子系統(tǒng)廠站端（RTU）信息傳輸通道調度中心第五章電力系統(tǒng)調度自動化五、電力系統(tǒng)調度自動化基本結構發(fā)134二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

（遠動終端RTU）1、作用

采集各發(fā)電廠、變電所中各種表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時信息，并根據運行需要將有關信息通過信息傳輸通道傳送到調度中心，同時也接受調度端發(fā)來的控制命令，并執(zhí)行相應的操作。二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

1352、功能可以實現“四遙”功能：遙測(YC)、遙信(YX)、遙控(YK)和遙調(YT).遙測:采集并傳送電力系統(tǒng)運行模擬量的實時信息；遙信:采集并傳送電力系統(tǒng)中開關量的實時信息；遙控:指接收調度中心主站發(fā)送的命令信息，執(zhí)行對斷路器的分合閘、發(fā)電機的開停、并聯(lián)電容器的投切等操作；遙調:指接收并執(zhí)行調度中心主站計算機發(fā)送的遙調命令，如調整發(fā)電機的有功出力或無功出力、發(fā)電機組的電壓、變壓器的分接頭等。二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

（遠動終端RTU）2、功能二、信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)

136三、信息傳輸子系統(tǒng)（信道）作用：信息傳輸子系統(tǒng)是調度中心和廠站端(RTU)信息溝通的橋梁。將遠動終端的各種實時信息上傳給主站，把主站發(fā)出的各種調度命令下達到各有關廠站，即完成主站與遠動終端之間信息與命令可靠、準確地傳輸。

三、信息傳輸子系統(tǒng)（信道）作用：137信息收集處理與控制子系統(tǒng)，是整個電力調度自動化系統(tǒng)的核心。由于現代電力系統(tǒng)往往跨區(qū)域，由許多發(fā)電廠和變電所組成，為了實現對整個電網的監(jiān)視和控制，調度中心需要收集分散在各個發(fā)電廠和變電所的實時信息。

由于傳輸到調度中心的實時信息不可避免地包含各種誤差，如測量誤差、傳輸誤差等，同時還由于設備條件的限制，有些電力系統(tǒng)運行所需的參數無法收集到，為了減小誤差，信息處理子系統(tǒng)可以利用收集到的冗余信息，采用狀態(tài)估計技術，對無法收集到的參數進行估計，從而得到精確而完整的運行參數。運行人員根據分析計算的結果，通過分析、綜合、判斷，從而決定控制策略，并通過控制子系統(tǒng)予以執(zhí)行。該子系統(tǒng)是以計算機為主要組成部分。四、信息收集處理與控制子系統(tǒng)（調度端）信息收集處理與控制子系統(tǒng)，是整個電力調度自動化系統(tǒng)的核心。四138電網調度自動化系統(tǒng)的設備構成電網調度自動化系統(tǒng)的設備構成139第二節(jié)遠方終端RTU一、RTU的任務1．數據采集（1）模擬量。采集電網重要測點的P、Q、U、I等運行參數，稱為“遙測”（2）開關量。如斷路器的開或關狀態(tài)，自動裝置或繼電保護的工作狀態(tài)，稱為“遙信”（3）數字量。如水電廠壩前水位、壩后水位等（由數字式水位計輸入），也屬于“遙測”（4）脈沖量。如脈沖電能表的輸出脈沖等。第二節(jié)遠方終端RTU一、RTU的任務140一、RTU的任務2、數據通信

按照預定通信規(guī)約的規(guī)定，自動循環(huán)（或按調度端要求）地向調度端發(fā)送所采集的本廠站數據，并接收調度端下達的各種命令。3、執(zhí)行命令根據接收到的調度命令，完成對指定對象的遙控、遙調等操作。4、其它功能

(1)當地功能：

對有人值班的較大站點，如果配有CRT、打印機等，可完成顯示、打印功能；越限告警功能；事件順序記錄功能等。

(2)自診斷功能：

程序出軌死機時自行恢復功能；自動監(jiān)視主、備通信信道及切換功能；個別插件損壞診斷報告等功能。一、RTU的任務2、數據通信141二、RTU的結構1、RTU的硬件結構(1)單CPU結構的RTU硬件基本構成框圖適用于小型的發(fā)電廠或變電站！二、RTU的結構1、RTU的硬件結構適用于小型的發(fā)電廠或變電142多CPU結構的RTU硬件結構框圖(2)多CPU結構的RTU硬件基本構成框圖多CPU結構的RTU硬件結構框圖(2)多CPU結構的RTU硬1432、RTU的軟件結構多CPU結構的RTU軟件結構框圖以多CPU結構的RTU為例：軟件組成：由一個主管理系統(tǒng)程序和多個子系統(tǒng)程序組成。2、RTU的軟件結構多CPU結構的RTU軟件結構框圖以多CP144三、模擬量輸入通道—“遙測”模擬量采集的兩種方法A/D轉換方式電壓-頻率變換技術三、模擬量輸入通道—“遙測”模擬量采集的兩種方法A/D轉換145（一）基于A/D變換的模擬量輸入電路基于A/D轉換的模擬量采集原理圖（一）基于A/D變換的模擬量輸入電路基于A/D轉換的模擬量采1461、電壓形成電路的典型原理圖（1）電量采集的兩種采樣方式電量信號非電量信號電量變送器或傳感器A/D轉換計算機標準電信號直流采樣交流采樣基于A/D變換的模擬量輸入電路1、電壓形成電路的典型原理圖（1）電量采集的兩種采樣方式電量1471）直流采樣直流采樣方式原理：電量變送器①交流電壓變送器和交流電流變送器②有功功率變送器和無功功率變送器③有功電能變送器和無功電能變送器④頻率變送器⑤功率因數變送器⑥直流電壓變送器和直流電流變送器⑦微機電量變送器電量信號非電量信號電量變送器/非電量變送器A/D轉換計算機直流電信號非電量變送器溫度變送器壓力變送器流量變送器水位變送器等1）直流采樣直流采樣方式原理：電量變送器電量信號非電量信號電148電量變送器0~5V的直流輸出電壓交流電壓變送器交流電流變送器電量變送器0~5V的直流輸出電壓交流電壓變送器交流電流變送器149直流采樣的優(yōu)點：軟件設計簡單，計算簡便。對采樣值只須作一次比例交換，即可得到被測量的數據，因而采樣周期短。在微機應用的初期，此方法得到了廣泛的應用。直流采樣的缺點：采樣結果實時性較差；直流采樣輸入回路，因要濾去整流后的波紋