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1、第5章电力系统调度自动化.1 概述l保证供电的质量优良l保证系统运行的经济性l保证系统较高的安全水平l保证强有力的事故处理措施一、电力系统调度的基本任务控制电力系统运行方式，使之在正常和事故情况下，都符合安全、经济及高质量的供电的要求、保证供电优良的质量（1）电能质量要求U=UN, f=fN（2）措施Pg= PloadQg= Qload系统的运行方式应该合理，对机组、线路及其它设备的检修计划做出合理安排。2、保证系统运行经济性（2）在确定的网络结构下，系统运行经济性取决于调度方案大机组比小机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（1 1）规划是系统运行经济性的前提）规划是系统运行经
2、济性的前提电厂选址、输电线路的长度与电压等级电厂选址、输电线路的长度与电压等级调度要从系统全局考虑，在保证安全的前提下，根据负荷的变动调度要从系统全局考虑，在保证安全的前提下，根据负荷的变动以及系统要求，合理安排备用容量，确定各主要机组输出功率的以及系统要求，合理安排备用容量，确定各主要机组输出功率的范围。范围。3、保证供电安全，承受事故冲击（1）事故原因l外因雷雨、风暴、雪鸟兽l内因设备内部隐患人员操作水平欠佳（2）预想事故分析对运行的系统，预想若干事故进行分析、计算，选择适当运行方式。 事故多半由外因引起，而通过内部的薄弱环节而爆发 。 事故无法避免，系统承受冲击的能力与协调水平密切相关
3、。4 保证强有力的事故处理措施l保证强有力的事故处理措施l恢复运行，把一些设备超限运行的危险性及早排除掉。l在恢复运行方面，目前主要靠人工处理，计算机只能提供一些事后的实时信息，以加快恢复运行的过程。二、电力系统的分区分级调度为中心调度；为省级调度中心，为地区调度所或供电局将整个电力系统按输电线路与变电所的电压等级分属不同的调度单位，进行电能生产的日常管理与控制 。 “”负责全系统的调度任务，并直接调度一些重要 的发电厂。 “” 负责省级电网所属地区网络的调度工作。 “” 负责某一地区的电能调度，并管辖某些企业的备用电厂。n职能 ：n关系 ：下级除完成上一级调度分配给它的任务外，还接受 上级调
4、度指导与制约。220 KV 以上的网络及有关的主要发电厂由“”管辖；n 分配：当低电网络发生故障时，高压网络受的影响较小，不 致影响系统的全局。220 KV 以下的网络及有关的主要发电厂由“”管辖；城市用电由“”管辖；n 分级调度的优点：l国家调度机构l跨省、自治区、直辖市调度机构l省、自治区、直辖市级调度机构l省辖市级调度机构l县级调度机构二、电力系统的分区分级调度国家调度中心网局调度中心地区调度中心省级调度中心县级调度中心直属电 厂地方电 厂省属电 厂直属 变电站地方变电 所变电所省属 变电站三、电力系统调度自动化系统的功能l电力系统是一个十分复杂的系统，对其进行调度需要从经济、安全、全局
5、统一的角度进行。l在调度过程中，系统的测量读值与运行状态信号这类信息由下层往上层传送，而控制信息则是由调度中心出发，控制所管辖范围内的电厂、变电所内的设备。l电力系统监控功能 (SCADA)： 它指调度中心与所属电厂、省级调度等进行测量读 值、 状态信息及控制信号的远距离的、高可靠性的双向交 换功能。l协调功能：安全监控、调度管理、计划l能量管理系统 (EMS)： 具有SCADA和协调功能的电力系统调度自动化系统 。图5-3 EMS功能组合示意图EMS （调度中心）l功能流程： SCADA子系统直接对所属厂、网进行实时数据的收集，实现调度中心对全系统运行状态的实时监控功能。l功能流程： SCA
6、DA子系统同时向执行协调功能的子系统提供数据，形成数据库，必要时还可以人工输入有关资料，以利于计算与分析，形成协调功能。 协调后的控制信息，再经由SCADA系统发送至有关网、 厂，形成对具体设备的协调控制。图5-3 EMS功能组合示意图EMS （调度中心）l注解： 远方省调度也有自己的EMS系统，其规模小于调度中心的规模，并且省调度的EMS系统中部分的SCADA子系统还通过远动通道与调度中心进行信息交流。 对于远方厂、所而言，它们不需要系统意义上的协调功能，只需要将所属设备的运行状态、测量读值等信息传给有关的调度所，又能接受调度所发来的控制信息，并可靠的实施即可，因此它们只需具有SCADA功能
7、即可。图5-3 EMS功能组合示意图EMS （调度中心）四、电力系统调度自动化系统的发展历程l形成背景： 调度员通过电话来了解和监视各个发电厂或线路的运行 情 况，以个人经验选择系统的运行方式，再用电话通 知各厂、所值班人员进行调整，实时性差，出现事故时系统要很长时间才能恢复正常运行。l电网调度自动化的初级阶段：该阶段主要采用布线逻辑式远动技术，主要内容为四遥：遥测、遥信、遥控、遥调 遥测和遥信：调度中心的 “千里眼”，采集各机组的输出功率、各线路潮流和各母线电压等实时数据，还采集各断路器等开关的实时状态，有效的实现对电力系统运行状态的实时监控。 遥控和遥调：通过它们可以在调度中心直接对某些开
8、关进行合闸和断开的操作，并可以对发电机的输出功率进行调节，它是调度 中心的 “千里手”。l电网调度自动化的第二阶段： 电子计算机在电力系统调度工作中的应用。 相当于给调度中心安装了一个 “大脑”。l电网调度自动化的快速发展阶段： 第一代为主机-前置机-RTU终端方式的集中式结构。 第二代为客户-服务器的分布式网络结构。 第三代为开放型分布式的网络结构，可将各种应用按“组件”接口规范进行 “封装”。五、EMS系统子系统的划分l支撑平台子系统： 该子系统是整个系统最重要的基础，它包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等功能。lSCADA子系统： 该子系统具有数据采集、数据传输及
9、处理、计算与控制，人机界面及报警处理等功能。lAGC/EDC子系统： 该子系统不仅能保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率负荷规定范围，同时能保证全系统发电成本最低。l高级应用软件子系统 (PAS)： 该子系统包括网络建模、网络拓扑、状态拓扑、在线潮 流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预 报等一系列高级应用软件。l调度员仿真培训子系统(DTS) ： 该子系统包括电网仿真、SCADA/EMS系统仿真和教员控制机三部分。 l调度管理信息系统(DMIS) ： 它属于办公自动化的一种业务管理系统，它与具体电力公司的生 产过程、工作方式以及管理模式有非常密切的联系。5.2 远方终端（R
10、TU）一、远方终端的概念远方终端（RTU）又称远动终端，是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置，检测并传输各终端（发电厂或变电站）的信息，并执行调度中心发给厂、所的命令。二、远方终端的任务l数据采集l数据通信l执行命令l其他功能1、数据采集（1 1）模拟量：P、Q、U、I（2 2）数字量：电厂坝前、坝后水位等（3 3）脉冲量：脉冲电能表的输出脉冲（电能计量）（4 4）开关量：断路器、隔离开关、继电保护的状态YCYX2、数据通信l自动循环的向调度中心发送所采集的本厂、所数据l接收调度端下达的各种命令3、执行命令根据接收的命令，完成对指定对象的遥控（YK）、 遥调（YT）操作lY
11、K： YXlYT： YC4、其他功能l当地功能：显示、打印，越限报警，事件 顺序记录。l自诊断功能：死机自动恢复，自动监视主、备用通信信道及切换功能，个别插件损坏诊断报告功能。三、RTU的结构主CPU分CPU地址总线：选通l 主 CPU： 它统筹全局，与各个模块采用并行或串行的通信 方 式，可用命令定义各模块，设置工作参数，并对 模块 进行定时扫描。l 公共总线： 它包括数据总线、地址总线和控制总线，他们由 主CPU控制，并通过地址总线来选择各模块。l 各子模块： 它们都具有自己的CPU，可由常规芯片或单片机 构成。四、模入模出通道1、模入通道l逐次逼近式lV/F转换式（1）逐次逼近式电压形成
12、回路采样保持低通滤波多路转换开关A/D转换电压形成回路l它主要包括电压变换器和电流变换器。l将来自电压互感器和电流互感器二次侧的电压及电流变换成低电压信号，以满足模数转换芯片的要求。l它将电流、电压互感器二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。l香农定理：采样频率2倍输入信号最高频率l限制输入信号最高频率，降低采样频率低通滤波采样保持器（S/H）l将瞬间采集的模拟量“样本”冻结一段时间，以保证A/D转换的精度。A/D转换：模拟天平称重法，最高电压砝码与之比较电压砝码总和多路转换开关：受CPU控制的高速电子切换开关，被选通的一路可进入A/D转换器（2）基于电压-频率变换技术的模拟量
13、输入回路l逐次逼近A/D变换的缺点： 在变换过程中，CPU要使采样保持、多路转换开关及 A/D 变换器三个芯片之间协调好，故接口电路复杂。 A/D变换器的芯片结构比较复杂，成本高。l电压-频率（V/F）变换技术： 它将输入电压模拟量线性地变换为数字脉冲式频率，使其正比于输入电压大小，然后通过计数器对脉冲数进行计数，再按比例算出输入电压对应的数字量。五、模拟量输出通道(1)l作用： 将微型计算机系统输出的二进制数字量转换成相应的模拟量输出，该功能主要由数/模 (D/A)变换器来完成。 l锁存器： 由于D/A变换器需要一定的转换时间，在此期间输入待转换的数字量应保持不变，而微机输出的数据在数据总线
14、上稳定的时间很短，故引入锁存器保证数字量的稳定。 l低通滤波器： 使D/A转换器的输出模拟信号波形更加平滑。 l功率放大器： 为使模拟量输出能驱动受控设备，采用功率放大器对模拟输出进行放大。 五、模拟量输出通道(2)六、开关量输入与输出通道（1）开入：光电耦合器开出：光敏三极管l开关量：断路器的合闸或跳闸等信息有一个特点，即它们可用二进制码元“1”来表示闭合或动作，用码元“0”来表示断开或未动作，这种仅有两个状态的信息通常称为开关量。 六、开关量输入与输出通道（2）l开关量输入通道： 它利用光电耦合器来作为开关量输入计算机的隔离器件。光电耦合器的特点：输入输出均为电信号，信息的传递介质为光。光
15、电耦合器的优点：由于信息传递和转换过程都是在密闭环境下进行，没有电的直接联系，故它不受电磁信号干扰，隔离效果比较好。六、开关量输入与输出通道（3）l开关量输出通道： 为提高抗干扰能力，开关量输出通道也要经过一级光电隔离。u 并行接口不直接连发光二极管的原因： 并行接口带负荷能力有限，不足以驱动发光二极管 。 采用与非门后要满足两个条件才能使继电器动作， 增加了抗干扰能力。第三节 数据通信的通信规约一、并行传输与串行传输1 基本原理并行传输 机理：8位二进制，8+1根线，每根线传送一位 码元 特点：传输速度快（百兆字节/s），通信规约 简单所需信号线多，成本高 应用：传输距离短、高速的场合 串行
16、传输 机理：一回传输线（2根），一个一个码元传输 特点：所需信号线少，成本低传输速度慢，通信规约复杂 应用：厂、所与调度普遍应用2 串行数据的发送和接收 3 串行传输的格式（1）异步传输存在起始位和终止位，有效信息比低，传输效率低（2）同步传输无起始位和终止位，有效信息长，传输效率高二、数据通信中的传输速率和误码率码元：每个信号脉冲为一个码元（1，0）或（+1，-1）数码率：每秒传送码元数，Bd信息速率：系统每秒传送的信息量，bit误码率：数据传输后错误码元数与总码元数之 比， 10-5或 10-6差错控制：对错误信号进行纠正，奇校验和偶校验奇校验和偶校验l奇校验：使检测到的代码中“1”的个数为奇数l偶校验：使检测到的代码中“1”的个数为偶数有效信息1011001附加奇校验位1合成码10
