1、電力系統調度自動化2013-2014 第一學期 電氣10級釋名課名：電力系統調度自動化（對象 目標 方法）教材名：電網監控與調度自動化安全 穩定 經濟 優質 可靠 N-1原則電網的功能是什么?現代電網具有哪些特點？如何從宏觀上對電網進行分析? 電網中變電站的作用是什么?可分為哪幾種?電力系統通信網的功能是什么 ？各子系統的作用如何？ 電力系統 電網組成電力工業的發電及其動力系統、輸電、變電、配電、用電設備，也包括調相調壓、限制短路電流、加強穩定等的輔助設施，以及繼電保護、計量、調度通信、遠動和自動調控設備等所謂二次系統的種種設備的總和統稱為電力系統，它是按規定的技術和經濟要求組成的，并將一次能

2、源轉換成電能輸送和分配到用戶的一個統一系統。 一般我們把電力系統中的發電、輸電、變電、配電等一次系統及相關繼電保護、計量和自動化等二次網絡統稱為電力網絡，俗稱電網。 什么是電力系統的安全和穩定？經濟運行？ 安全是指運行中所有電力設備必須在不超過它們的允許電流、電壓和頻率的幅值和時間限額內運行，不安全的后果可能導致電力設備的損壞；穩定是指電力系統可以連續相符合正常供電的狀態。電力系統穩定是指當電力系統受到擾動后，能自動地恢復到原來的運行狀態，或憑借控制設備的作用過渡到新的穩定狀態運行。 同步運行穩定性（功角穩定性） 頻率穩定性 電壓穩定性 同步穩定性：靜態穩定性 暫態穩定性 動態穩定性 電網經濟

3、運行就是在整個系統發電量一定的條件下，合理分配發電廠的有功功率負荷率，使系統一次能源消耗最少，合理配置無功資源，提供功率因數，改進電網的結構和參數，組織變壓器經濟運行，以降低電力網電能損耗。 N-1準則？ 判定電力系統安全性的一種準則。又稱單一故障安全準則。按照這一準則,電力系統的N個元件中的任一獨立元件（發電機、輸電線路、變壓器等）發生故障而被切除后，應不造成因其他線路過負荷跳閘而導致用戶停電；不破壞系統的穩定性，不出現電壓崩潰等事故。當這一準則不能滿足時，則要考慮采用增加發電機或輸電線路等措施。 N1原則與可靠性分析相比較,它的計算簡便,不需搜集元件停運率等大量原始數據，是一種極為簡便的安

4、全檢查準則，在歐美一些電力公司得到了廣泛應用。但對“獨立元件”的定義不盡相同，如有的公司規定為一輸電元件（線路或變壓器）和一發電機組，或者兩臺發電機組。中國某些電力部門在電網規劃中也采用了N1原則，一般規定一個獨立元件為一臺發電機組，或一條輸電線路，或一臺變壓器。判斷線路是否過負荷，通常使用線路發熱條件的載流量極限值。 電力系統三道防線？ 電力系統安全穩定導則（DL 755-2001） 第一道防線（第一級安全穩定標準 保持穩定運行和電網的正常供電）：由繼電保護裝置快速切除故障元件，最直接最有效地保證電力系統暫態穩定； 第二道防線（第二級安全穩定標準 保持穩定運行，但允許損失部分負荷）：采用穩定

5、控制裝置及切機、切負荷等措施，確保在發生大擾動情況下電力系統的穩定性； 第三道防線（第三級安全穩定標準，當系統不能保持穩定運行時，必須防止系統崩潰并盡量減少負荷損失）：當電力系統遇到多重嚴重故障而穩定破壞時，依靠失步解列裝置將失步的電網解列，并由頻率及電壓緊急控制裝置保持解列后兩部分電網功率的平衡，防止事故擴大、防止大面積停電。 什么是電網的安全自動裝置？都有哪些？ 電網的安全自動裝置就是當電力系統發生故障或異常運行時，為防止電網失去穩定和避免發生大面積停電，而在電網中普遍采用的自動保護裝置。如自動重合閘、備用電源和備用設備自動投入、自動切負荷、按頻率（電壓）自動減負荷、發電廠事故減出力或切機

6、、電氣制動、水輪發電機自動啟動和調相改發電、抽水蓄能機組由抽水改發電、自動解列及自動快速調節勵磁等裝置。其作用就是以最快的速度恢復電力系統的完整性，防止發生和終止已開始發生的足以引起電力系統長期大面積停電的重大系統事故，如使電力系統失去穩定，頻率崩潰和電壓崩潰等。 安全自動裝置按其在電網中的作用包括如下三點。 （1）維持系統穩定的有快速勵磁、電力系統穩定器、電氣制動、快關汽門及切機、自動解列、自動切負荷、串聯電容補償、靜止補償器及穩定控制裝置等。 （2）維持頻率的有按頻率（電壓）自動減負荷、低頻自啟動、低頻抽水改發電、低頻調相轉發電、高頻切機、高頻減出力等。 （3）預防過負荷的有過負荷切電源、

7、減出力、過負荷切負荷等。 電網的功能是什么?現代電網具有哪些特點？ 電網是電源和用戶之間的紐帶，其主要功能就是把電能安全、優質、經濟地送到用戶。電力工業發展的實踐表明，要實現這一目標，這種優越性，就必須建設一個現代化的電網。大電網具有不可取代的優越性，而要充分發揮現代電網的特點主要包括： （1） 主網架由強大的超高壓系統構成。 （2） 各電網之間聯系較強。 （3） 電壓等級簡化和供電電壓提高。 （4） 具有足夠的調峰、調頻、調壓容量，能實現自動發電控制（AGC）。 （5） 具有較高的供電可靠性。 （6） 具有相應的安全穩定控制系統。 （7） 具有高度自動化的監控系統和電能量自動計量系統。 （8

8、） 具有高度現代化的通信系統。 （9） 具有適應電力市場運營的技術支持系統。 （10） 有利于各種能源的合理利用。 （11 ） 具有高素質的職工隊伍。如何從宏觀上對電網進行分析? 組成電網的發電、輸電、變電、配電、用電等設備，從電路原理上理解，無外乎是由電阻、電抗和電容三個元件組成的多重環網電路，由于發電設備是旋轉設備，電路中建立的電壓和流動的功率（包括有功功率和無功功率）是交流分量，因此分析電路中的電壓、電流、功率的關系就必須以基爾霍夫定律和矢量分析為基礎，在掌握好電阻、電抗和電容間的電氣關系前提下，用電路基本定律和矢量圖的分析方法即可對電網中的諸如電壓（勢）、電流、功率和損耗進行分析。 如

9、何從宏觀上對電網進行分析? 組成電網的發電、輸電、變電、配電、用電等設備，從電路原理上理解，無外乎是由電阻、電抗和電容三個元件組成的多重環網電路，由于發電設備是旋轉設備，電路中建立的電壓和流動的功率（包括有功功率和無功功率）是交流分量，因此分析電路中的電壓、電流、功率的關系就必須以基爾霍夫定律和矢量分析為基礎，在掌握好電阻、電抗和電容間的電氣關系前提下，用電路基本定律和矢量圖的分析方法即可對電網中的諸如電壓（勢）、電流、功率和損耗進行分析。 電網中變電站的作用是什么?可分為哪幾種? 變電站是電網中的線路連接點，是用于變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設施。 變電站是聯系發

10、電廠和用戶的中間環節，它通過其變壓器將各級電壓的電網聯系起來，是電力網的樞紐。其包含的設施主要是起變換電壓作用的變壓器設備，除此之外，變電站的設施還有開閉電路的開關設備，匯集電流的母線，計量和控制用的互感器、儀表、繼電保護裝置和防雷保護裝置，調度通信裝置等，有的變電站還有無功補償設備。 一般我們把其中變壓器、母線、斷路器、隔離開關、電纜等傳送和分配負荷的一次設備及繼電保護、自動化控制、直流系統等二次設備叫做變電站的主設備。其他如架構、建筑等叫做變電站的輔助設備。 變電站可分為樞紐變電站、區域變電站和地區變電站，當樞紐變電站全站停電時，將引起地區電網瓦解，造成大面積停電，嚴重時甚至影響整個電網的

11、幾個省、市的正常供電。 電網中變電站的作用是什么?可分為哪幾種? 變電站是電網中的線路連接點，是用于變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設施。 變電站是聯系發電廠和用戶的中間環節，它通過其變壓器將各級電壓的電網聯系起來，是電力網的樞紐。其包含的設施主要是起變換電壓作用的變壓器設備，除此之外，變電站的設施還有開閉電路的開關設備，匯集電流的母線，計量和控制用的互感器、儀表、繼電保護裝置和防雷保護裝置，調度通信裝置等，有的變電站還有無功補償設備。 一般我們把其中變壓器、母線、斷路器、隔離開關、電纜等傳送和分配負荷的一次設備及繼電保護、自動化控制、直流系統等二次設備叫做變電站的主設

12、備。其他如架構、建筑等叫做變電站的輔助設備。 變電站可分為樞紐變電站、區域變電站和地區變電站，當樞紐變電站全站停電時，將引起地區電網瓦解，造成大面積停電，嚴重時甚至影響整個電網的幾個省、市的正常供電。 電網中變電站的作用是什么?可分為哪幾種? 電力系統通信網的任務是為電網生產運行、管理、基本建設等方面服務，主要功能應滿足調度電話、行政電話、電網自動化、繼電保護、安全自動裝置、計算機聯網、傳真、圖像傳輸等各種業務的需要。 電力系統通信網的子系統及作用為： （1）調度通信子系統，該系統為電網調度服務。 （2）數據通信子系統，這個系統為調度自動化，繼電保護、安全自動裝置、計算機聯網等各種數據傳輸提供

13、通道。 （3）交換通信子系統，這個系統為電力生產、基建和管理部門之間的信息交換服務。 電力系統通信網 電力系統通信網的任務是為電網生產運行、管理、基本建設等方面服務，主要功能應滿足調度電話、行政電話、電網自動化、繼電保護、安全自動裝置、計算機聯網、傳真、圖像傳輸等各種業務的需要。 電力系統通信網的子系統及作用為： （1）調度通信子系統，該系統為電網調度服務。 （2）數據通信子系統，這個系統為調度自動化，繼電保護、安全自動裝置、計算機聯網等各種數據傳輸提供通道。 （3）交換通信子系統，這個系統為電力生產、基建和管理部門之間的信息交換服務。 第一章 概述第一節 電力系統運行及監控與調度自動化 第二

14、節 電網監控與調度自動化系統的結構與功能 第一節 電力系統運行及監控與調度自動化 一 電力系統的運行狀態1、進行電力系統運行狀態劃分的目的2、電力系統運行狀態劃分的標準 (視角和范圍)2.1 設備角度 各設備均運行于參數允許范圍之內。2.2 系統角度 電力系統運行中的約束條件1、系統負荷需求（等式約束，未計及網損，E）2、運行約束（無潮流電壓越限，不等式約束，C）3、可靠性約束（預想事故分析檢查，R）電力系統的運行狀態儲備系數減小或干擾概率增大由于外界干擾使電壓、頻率、潮流越限解列不安全安全危險系統解列二 電力系統控制的分類按控制對象時間特性 假設條件按控制對象分類的三大自動控制系統1、AGC

15、 (Automatic Generation Control) 自動發電控制（AFC）2、AVC (Automatic Voltage Control) 自動電壓控制3、ASC (Automatic State Control) 自動穩定控制視角： 橫向（維度） 縱向 （深度）AGC (Automatic Generation Control) 正常運行時的頻率控制 在負荷正常變化時，自動調節發電機的有功出力，以保持有功供需平衡和頻率穩定，保持系統聯絡線的功率為規定值。同時，在調節發電功率時，還要考慮按最經濟原則（EDC）分配各機組處理。 緊急狀態下的頻率控制 在系統中有功功率出現大的擾動，頻

16、率出現大的偏差時，強力調控頻率使其盡快返回正常值，以保證電力系統的運行安全。按時間特性1、實時控制 就地裝置完成2、非實時控制 集中式控制系統完成電力系統自動化系統基本構成1、信息就地處理系統 就地、分散配置，控制、保護2、信息集中處理系統 信息采集、通信、遠方控制信息就地處理系統 繼電保護 自動裝置 同步發電機并列裝置 電壓、無功自動調節裝置 頻率及有功功率自動調節裝置 低頻自動減負荷裝置 故障測距、小接地選線 備用電源自投入 自動重合閘 信息集中處理系統變電所發電廠調度中心變電所發電廠變電所 保證電力系統在進入電力市場時代后安全、優質、經濟運行的支柱。繼電保護安全自動裝置安全穩定控制系統電

17、網調度自動化系統電力專用通信網系統電力市場技術支持系統 電力系統自動化系統基本構成按假定條件第一條件：時間性質 過去 現在 將來 （1）將來 預防性控制 按假定條件1、時間性質（2）過去 現在 基于當前所處狀態的定義假定系統穩定運行，控制操作不會影響系統穩定運行 穩態控制 優化調度、經濟運行、AGC、AVC假定系統不處于穩定運行狀態或臨界狀態，控制操作目的使系統恢復系統穩定或返回正常運行狀態 緊急控制 頻率控制、電壓控制、穩定控制 假定系統崩潰后，系統處于恢復狀態 恢復控制 黑啟動（全停條件下的恢復）三 電力系統中的可調控點1、可調控點位于廠站內2、具體的可調可控點發電機組調速器（調節原動機的

18、進氣量或進水量）調節發電機有功功率P；發電機勵磁調節器（調節發電機的轉子勵磁電流）調節發電機無功功率Q；變壓器檔位調節開關（改變變壓器繞組的匝數比和電壓比）調節變壓器二次側線電壓；三 電力系統中的可調控點斷路器（控制電路的通斷）投入/切除發電機、變壓器、線路、負荷、電容器、電抗器、制動電阻、以及電網的解列/并網；調相機勵磁調節器（調節調相機的轉子勵磁電流）調節調相機無功功率值Q；靜止補償器（調節晶閘管的導通角）調節其無功功率Q汽輪機組快關汽門快速減少發電機有功功率值P；發電機滅磁開關快速減少發電機定子電壓電力系統中的可調控點 在一個大型電力系統中，發電機會有幾百臺，變壓器會有上萬臺，而斷路器則

19、有幾萬臺。因此大型電力的可調可控點一定是數以萬計，甚至有幾十萬個。 怎么管理四、 電力系統一次系統的數據模型1、電力系統一次系統的數據模型2.1 模型 對研究對象的有目的抽象。 抽象是指從眾多的事物中抽取出共同的、本質性的特征，而舍棄其非本質的特征。2.2 電力系統一次系統 模型 (1)電力系統一次系統 (2) 如何為電力系統一次系統建模 如何有目的的省略后建立電力系統的模型 電力系統一次系統1、由發、輸、變、配、用這樣五個環節構成的系統，被稱為電力系統。2、進行省略2.1 輸電系統 發、輸、變、配2.2 配電系統 輸、變、配、用3、 以輸電系統為例進行建模 南方電網地理接線示意圖 以輸電系統

20、為例進行建模 1、輸電系統的構成(顯式) 輸電線 廠站（發電廠、變電站）2、輸電系統的構成（隱式） 公司（管理者） 控制區（邏輯管理） 廠站內設備（發電廠設備、變電站設備） 廠站的出線3、層次型的電力系統模型 用樹型(層次)結構表示實體類型及實體間聯系的數據模型稱為層次模型。層次型的電力系統一次系統數據模型四、電力系統一次系統數據模型 電力系統實際組織模式直接影響到電力系統運行管理方式。五、電力系統的分層控制大規模聯合電網綜合利用水力、火力、核能等發電能源，以解決能源資源與負荷分布地域間的不平衡。利用時差和季節錯開負荷高峰，減少總的裝機容量 。 采用大容量機組， 節省投資和運行費用。 發生故障

21、時不同電網間可以互相支援。 我國目前的電網狀況特點：大電網、大電廠、大機組、高電壓輸電、高度自動控制 裝機容量超過2000MW電網11個已形成500KV主網架結構1990年華中與華東實現非同期聯網（500KV直流輸電線 ）電網結構大大改善省調以上調度自動化系統已實用化電力專用通信網形成我國調度系統構成信息調度令國家調度中心網局調度中心地區調度中心省級調度中心縣級調度中心直屬電廠地方電廠省屬電廠直屬變電站地方變電所變電所省屬變電站國調職責 國家調度（國調）通過計算機數據通信網與各大區電網控制中心相連，協調、確定大區電網間的聯絡線潮流和運行方式，監視、統計和分析全國電網運行情況。其主要任務包括：（

22、1）在線收集各大區電網和有關省網的信息，監視大區電網的重要監測點工況及全國電網運行概況，并作統計分析和生產報表。（2）進行大區互連系統的潮流、穩定、短路電流及經濟運行計算，通過計算機數據通信校核計算結果的正確性，并向下傳達。（3）處理有關信息，作中期、長期安全經濟運行分析。大區級調度 職責 大區調度（區調）按統一調度分級管理的原則，負責跨省大電網的超高壓線路的安全運行并按規定的發用電計劃及監控原則進行管理，提高電能質量和運行水平。具體任務包括：（1）實現電網的數據收集和監控、經濟調度以及有實用效益的安全分析。（2）進行負荷預計，制定開停機計劃和水火電經濟調度的日分配計劃，閉環或開環地指導自動發

23、電控制。（3）省（市）間和有關大區電網的供受電量計劃編制和分析。（4）進行潮流、穩定、短路電流及離線或在線的經濟運行分析計算，通過計算機數據通信校核各種分析計算的正確性并上報、下傳。大區級調度 職責（5）進行大區電網繼電保護定值計算及其調整試驗。（6）大區電網中系統性事故的處理。（7）大區電網系統性的檢修計劃安排。（8）統計、報表及其他業務。省級調度 職責 省級調度按統一調度，分級管理的原則，負責省內電網的安全運行并按照規定的發電計劃及監控原則迸行管理，提高電能質量和運行水平。其具體任務包括：（1）實現電網的數據收集和監控、經濟調度以及有實用效益的安全分析。（2）進行負荷預測，制定開停機計劃和

24、水火電經濟調度的日分配計劃，閉環或開環地指導自動發電控制。（3）地區間和有關省網的供受電量計劃的編制和分析。（4）進行潮流、穩定、短路電流及離線或在線的經濟運行分析計算，通過計算計算機數據通信校核各種分析計算的正確性并上報、下傳。地區調度 職責具體任務包括：（1）實現所轄地區的安全監控。（2）實施所轄有關站點（直接站點和集控站點）的開關遠方操作、變壓器分接頭調節、電力電容器投切等。（3）所轄地區的用電負荷管理及負荷控制。縣級調度 職責 縣級調度主要監控 110KV及以下農村電網的運行，其主要任務有以下幾點：（1）指揮系統的運行和倒閘操作。（2）充分發揮本系統的發供電設備能力，保證系統的安全運行

25、和對用戶連續供電。（3）合理安排運行方式，在保證電能質量的前提下，使本系統在最佳方式下運行。 我國電力系統調度管理的方式 統一調度、分級管理、 分層控制 與電力系統的實際物理結構密切相關，可解決可靠性、系統響應。調度管理的具體內容調度管理的主要內容包括：（1）電力系統運行計劃的編制；（2）電力系統運行控制；（3）電力系統運行分析；（4）繼電保護、通信和調度自動化等設備的運行管理，（5）有關規程制度的編制和人員培訓等專業管理。據此，內部分為調度室（科、處）、運行方式室（科、處）、自動化室（科、處）、保護室（科、處）、通信室（科、處或公司）。 調度管理模式 根據電網管理形式不同，世界上典型的調度管

26、理模式大致可分為三種（1）統一電網、統一調度 1)局部電網的統一管理、統一調度 2)國家電網的統一管理、統一調度 （2）聯合電網、統一調度 PJM電網（3）聯合電網、聯合調度 北美電網等 六、電力系統調度自動化系統的發展1、早期階段2、遠動技術應用于調度自動化系統中3、以計算機技術為基礎的調度自動化技術的應用4、調度自動化系統數據網絡的建立早期階段 數據收集困難，主要依靠自動裝置、電話以及調度運行人員的經驗來調度和操作，無法做到實時管理，無法及時處理事故，容易造成事故的而擴大化，造成嚴重損失。遠動技術應用于調度自動化系統中 計算機與相應的遠動裝置（實現“四遙”功能）以及通信設備組成系統，主要用

27、來完成電力系統運行狀態的監視（包括信息的收集、處理和顯示）、遠距離開關操作以及制表記錄和統計等功能，一般稱為數據采集與監視控制（SCADA Supervisory Control And Data Acquisition）。 該階段遠動裝置經歷了從電子管和繼電器邏輯、晶體管、集成電路的發展歷程，最終進入全面的微機時代。以計算機技術為基礎的調度自動化技術的應用（計算機技術、通信技術、網絡技術）1、遠動裝置的微機化，功能多樣化（如SOE）2、主站系統的功能升級 從最初的SCADA，功能擴展到AGC、網絡分析NA、調度管理和計劃功能的系統，被稱為能量管理系統（EMS Energy Managemen

28、t System）。 集中式分布式開放式調度自動化系統數據網絡的建立 我國國家電力信息網作為電力工業市場化運作所必需的網絡基礎設施已建設為基于IP交換技術的四級網絡。 網上開通的業務主要有：調度自動化系統、電子郵件服務、WWW服務、域名解析服務、辦公自動化系統、管理信息系統、視頻點播系統等，同時承載著實時準實時生產控制業務和管理信息業務。調度自動化的發展范圍： 局部子系統管理系統 理論基礎： 經典控制理論 現代控制理論 電力市場經濟理論階段 調度自動化的發展編年史40年代：出現模擬屏，直觀展示系統狀態50年代：布線邏輯的遠動裝置及機電式的調頻裝置實現自動發電控制（AGC） 60年代：利用數字計算機實現電力系統經濟調度 70年代：經濟調度轉移為安全調度，電網SCADA系統出現80年代：電網自動調頻、有功功率經濟分配的裝置、自動調節系統和SCADA系統結合，成為SCADA/AGC-EDC系統 90年代：增加電網高級應用軟件（PAS） 形成能量管理系統（EMS） 七、 調度自動化小結1、電力系統調度自動化的基本任務2、電力系統調度自動化的基本概念電力系統調度自動化的基本任務保證供電優良的質量保證系統運行經濟性保證供電安全保證強有力的事故處理措