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1、章电力系统调度自动化 节 自动发电控制 AGC 节 概述 节 调度中心的计算机系统 节 EMS的网络分析功能 节 远方终端RTU 节 数据通信与通信规约 一 电力系统调度自动化的主要任务 第一节 概述 安全 经济 高质量供电 控制整个系统的运行方式 发电厂与 线路 用户 平衡 需要合理安排运行方式 检修计划 一 保证供电质量优良功率平衡 大机组组比小机组组效率高 新机组比旧机组效率高 高压输电比低压输电经济 是实时性很强的工作 计算机调度自动化 已投入运行的系统经济性取决于调度方案 一般 调度 安全水平 安排备用 满足负荷变动 全局 二 保证系统运行的经济性 三 保证较高的安全水平 选用具有足
2、够承受事故冲击能力的运行方式 目的 提高系统的安全水平 承受事故冲击的能力 条件 计算机应用于调度工作 四 保证提供强有力的事故处理措施 事故处理 目前 调度没参与 而是 ZPJH ZCH 解列 制动 快关汽门 常规自动装置就地处置 恢复运行方面 目前主要为人工处理 事故过程中处理 系统恢复 把事故造成的损失减少到最小 恢复供电 及早排除越限运行 目的 二 电力系统的分区 分级调度 分级调度的结构 调度中心 全系统 电网 的调度 省级调度 地区调度 下一级 完成上一级的调度分配的任务 接受上级指导 制约 三级调度 2 低压网络结构复杂 繁多 分区管理 1 高压网事故对低压网影响大 影响全局 从
3、全局处理 低压网事故对高压网影响不大 不影响全局 从局部处理 三 电电力系统调统调 度自动动化的功能概述 调度中心计算机功能 1 电力系统监控系统 SCADA 2 协调协调 功能 安全监监控 调调度管理与计计划 能量管理系统EMS Energy Management System 1 2 测量读值 状态信息 控制信号的远距离 高可兼容性的双向交换 Supervisory Control and Data Acquisition 采用分级调度 的原因 有信息流程主线 用在变电站 发电厂 RTU Remote Terminal Unite 四 电力系统调度自动化系统的发展历程 3 快速发展阶段 S
4、CADA EMS 1 初级阶段布线逻辑式远动技术 四遥 2 第二阶段 计算机的应用 SCADA AGC 计算机技术 网络技术 通信技术 自动控制技术的综合应用 五 SCADA EMS系统的子系统划分 1 支撑平台子系统 数据库管理 网络管理 图形管理 报表管理 系统运行管理 2 SCADA子系统 数据采集 数据传输及处理 计算与控制 人机界面及告警处理 3 高级应用软件PAS子系统 Power System Application Software 网络建摸 网络拓扑 状态估计 在线潮流 静态安全分析 无功优化 故障分析 短期负荷预报 4 调度员仿镇培训系统DTS Dispatcher tra
5、ining Simulator 电网仿真 SCADA EMS系统仿真 教员控制机 目前 DTS实时SCADA EMS一体化 5 AGC EDC子系统 Automatic Generation Control Economic Dispatch Control 发电机出力的闭环自动控制系统 6 调度管理信息子系统DMIS Dispatcher Management Information System 联络线功率符合规定 合同 发电成本最低 合格 办公自动化的一种业务管理系统 与电力公司的 生产过程 工作方式 管理模式 关系密切 六 电力系统调度自动化系统的设备构成 硬件 典型构成 调度端 信道
6、设备 站所端 第二节 远方终端RTU 一 RTU的任务 4 其他功能 1 当地功能 对有人值班的较大站点 如果配有 CRT 打印机等 可完成显示 打印功能 越限告警 功能 事件顺序记录功能等 2 自诊断功能 程序出轨死机时自行恢复功能 自动监视主 备通信信道及切换功能 个别插件损坏 诊断报告等功能 1 数据采集 模拟量 YC 开关量 YX 数字量 YC 脉 冲量 YC 等 2 数据通信 3 执行命令 完成遥控 YK 遥调 YT 等操作 二 RTU的结构 显示 键盘 打印 主微机 模块 接口 MODEM 与调度 通信 模入 模块 模拟量 输入 开入 模块 开关量 输入 脉冲量 输入 模块 脉冲量
7、 输入 开出 模块 遥控 输出 模出 模块 遥调 输出 I O总线 第二节 远方终端RTU 数字量 输入 模块 脉冲量 输入 智能模块 三 模拟量输入通道 变 换 器 电压形成回路 电压形成回路 低通滤波采样保持 低通滤波采样保持 多 路 转 换 开 关 A D CPU 存储器 总线 一 基于逐次逼近式A D变换的模拟量输入电路 TV TA 第二节 远方终端RTU 电压形成电路典型原理图 u t TV R1R2 C1C2 V1 V2 U i t TA R1R2 C1C2 V1 V2 U R 三 模拟量输入通道 一 基于逐次逼近式A D变换的模拟量输入电路 1 a 电压接口原理图 b 电流接口原
8、理图 电压变换器将电压进 一步降低 电流变换器将电流变 换成电压信号 并进 一步降低电压 模数转换芯片要求输 入信号电压为 5V或 10V 将一次设备的电流互 感器TA 电压互感 器TV的二次回路与 微机A D转换系统完 全隔离 提高抗干扰 能力 第二节 远方终端RTU 低通滤波 ALF 限制输入信号的最高频率 以降低采样频率 采样保持器 S H 采样保持器 S H 的基本原 理 A D转换器完成一次完整 的转换需要的一段时间里 模拟量不能变化 多路转换开关 MUX 模 数转换器 A D u t 信号波形 u t 保持波形 三 模拟量输入通道 一 基于逐次逼近式A D变换的模拟量输入电路 第二
9、节 远方终端RTU 2 3 4 5 采样保持器的采样 保持波形 二 基于V F转换的模拟量输入回路 电压 频率变换技术 VFC 的原理 电压 形成 VFC 计数 器 CPU 二进制 数字量 总线 数字脉冲量 三 模拟量输入通道 第二节 远方终端RTU 将输入的电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频率 使产生的脉冲频率正比于输入电压的大小 然后在固定的时 间内用计数器对脉冲数目进行计数 供CPU读入 uin VFC型A D变换原理框图 四 模拟量输出通道 把微型机系统输出的数字量转换成模拟量输出 主要由数 模 D A 变换器来完成 放 大 驱 动 D A 转 换 器 锁 存 器 输 出 接 口 C
10、PU 工业生 产过程 总线 第二节 远方终端RTU 作用 模拟量输出通道结构框图 五 开关量输入输出通道 最常用的是利用光电耦合器作为开关量输入计算机的隔离 器件 一 开关量输入通道 Uc R1 U01 GND2 R S A B GND1 第二节 远方终端RTU 光电耦合器原理接线图 有输入信号开关S闭合 二极管导通 三极管饱和 U01低电位 UD 五 开关量输入输出通道 为了提高抗干扰能力 开关量输出通道最好也经过一级光 电隔离 要通过软件使并行口的PB0输出 0 PB1输出 1 二 开关量输出通道 1 2 时间序列法 3 卡尔曼滤波法 4 人工神经网络法5 灰色理论 第六节 EMS的网络分
11、析功能 1 网络接线分析 网络拓扑 根据开关的开合状态 通信信息 和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系 即节点 支路的连通关系 为其它应用作好准备 电力网的物理特性用数学模型描述 定义电网的网络结构 发电机 变压器 导线 电容器 负荷 短路器 在网络拓扑分析之前需要 进行网络建摸 以便于计 算机机进行分析 使用 建立 修改网络数据库 存储 一 网络拓扑分析的基本功能 网络建摸 图形显示 给出拓扑结构 全系统 解列子系统 标设元件的带电状态 网络跟踪着色 物理模型 P153 计算模型 UNA1 UNA2 LDA STA STB LDB LNAB1 LNAB2 LNAC LDC LNBC XFC
12、XTCUNC 12 3 4 二 基本术语 1 网络元件 2 节点 3 逻辑支路 即开关元件 开关只有开合两种状态 连接两点的逻辑支路 开关 不是呈零阻抗 开关闭合 就是呈无穷大阻抗 开关断开 4 保留元件 在计算模型中 所有非逻辑支路被保留下来 其中包括零阻抗支路 这些保留下来的元件称为保留元件 5 零阻抗支路 阻抗为零的特殊支路 在计算模型中用与隔离母线 开关 机组 负荷 电容器 变压器 和线路等均为网络元件 其中变压器 线路和开关等称为双端元件 机组 负荷 电容器或电抗器等称为单端元件 网络元件的连接点称为节点 元件通过相互公共的节点连接成电网 二 基本术语 8 主母线 当开关既逻辑支路全
13、部闭合时 建立的编号母线既主母线 无论母线接线怎样变化 这些母线编号都不会消失 当母线分裂时 为分裂出的母线分配新的编号 但注明为非主母线 当母线合并时 则消去非主母线 引入主母线的目的是在一系列开关操作后 开关状态恢复到原来状态时 各厂站的主母线编号能相对固定 即母线模型也恢复到原来模型 5 零阻抗支路 阻抗为零的特殊支路 在计算模型中用与隔离母线 6 母线 是被闭合逻辑支路联系在一起的节点集合 即保留支路的连接点 7 活岛和死岛 由闭合支路连接起来的母线集合 并包括电源的拓扑岛 称为活岛 活岛中元件都处于带电状态 反之 不包括电源的拓扑岛称为死岛 死岛内的元件不带电 二 电力系统状态估计
14、输出结果 可靠的数据集 一 状态估计的必要性 SCADA数据存在明显缺点 3 受干扰时扰时 会出现现不良数据 错误错误 数据 完全不合理 4 数据不和谐谐 不满满足 基本霍夫定律 解决 状态估计 一 种计算机程序 PAS的一个模块 程序 2 数据不全 不是所有站所都有RTU 1 数据不精确 有采集 传输环节误差 时差 误差 二 状态态估计计的功能 1 计算生数据SCADA 给出电网和谐 完整 准确的运行断面数据 节点 母线 电压 相角 支路 线变 功率潮流 2 不良数据的检测 辩识 提高数据的可靠性 已采到的数据 模拟量 3 推算出齐全 精确的系统运行参数 4 估计电网的实际结构 纠正遥信错误
15、 开关量 5 估计可疑或未知的设备参数 有载分接头 6 预测未来的趋势和可能出现的状态 负荷预测 7 确定合理的测点分布和测点数量 未装RTU站的参数 难测参数 未测参数 功率 电压的相角 网络接线辩识 开关状态辩识 参数辩识 状态估计 计算机 程序组 有冗余的测量值 系统结构信息 开关状态 系统设计参数 1 电力系统运行状态的可靠估 计值 节点电压值及相位值 2 电力系统模型的可靠值计值 结构和参数 总总之 生数据 状态态估计计 可靠数据库库 可用于调调度 控制 三 状态估计的基本原理 1 测量的冗余度 状态变量 表征电力系统特征所需最小数目的变量 一般取各节点电 压幅值及其相位角为状态变量
16、 若有N个节点 则有2N个状态变量 由于可以设某一节点电压相位角为 零 所以对一个电力系统 其未知的状态变量为2N 1 对那些不随时间而变化的量 为消除测量数据的误差 常用的方法就 是多次重复测量 测量的次数越多 它们的平均值就越接近真值 电力系统运行参数属于时变参数 消除或减少时变参数测量误差必须 利用一次采样得到一组有多余的测量值 测量系统的冗余度 系统独立测量数 系统状态变量数 1 5 3 0 2 状态估计的步骤 状态估计可分为以下四个步骤 确定计算所用的数学方法 用的较多的是加权最小二乘法 假定数学模型 将目标函数J定义为实际 测量值与按设定的数学模 型计算出来的对应值之差 的平方和 当目标函数J有最小值 时 求得的状态变量值 即为最佳估计值 对应测量精度较高的测量 值乘以较高的 权值 这就是加权最小二乘法 状态估计计算 根据所选定的数学方法 计算出使 残差 最小的状 态变量估计值 所谓残差 就是各测量值与计算的相应估计值之差 检测 识别 确定具体的不良数据或网络结构错误信息的过程 在除去或修正已识别出的不良测值和结构错误后 重新进 行第二次状态估计计算 检查是否有不良测值混入
