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1、第十八章 发电厂远动及调度自动化系统第一节 发电厂运行与电网调度中心的关系电力系统中连接着许许多多、大大小小的发电厂，发电厂要通过电网将生产的电能 送到用户去，而电能生产的过程又是发、送、用同时完成这就决定了电能生产、输送 分配的全过程必须要有一个统一的调度，即电力系统调度，来组织、协调和管理生产过 程，以保证电力系统的安全、可靠及稳定运行，保证电能的质量。发电厂是电力系统中 最重要的电源，特别是大容量机组电厂，机组的稳定、经济、可靠运行，对电力系统正 常、安全运行起着至关重要的作用，为此电力系统调度均采用调度自动化系统，将遍布 各地的电厂、变电所信息传送至调度中心，以使调度人员统观全局，运筹
2、帷握，有效地 指挥和控制电网安全、稳定和经济运行。调度自动化系统是电力系统调度的重要手段。也是电力系统自动化的重要组成部分。电网调度自动化的作用主要有以下几个方面：（1）监控电网运行状态。电网正常运行时，通过调度人员监视和控制电网的频率， 电压、潮流、负荷与出力，主设备的位置状态及水、热能等方面的工况指标，使之符合 规定，保证电能质量和用户按计划用电的要求。（2）按照经济合同，对各电厂的出力曲线进行控制，对电网运行实现经济调度。（3）对电网运行实现安全分析和事故处理。信息的及时传送、监控手段的改善以及安全分析，可防止事故发生或及时处理事故 避免或减少事故造成的重大损失。调度自动化系统主要由三部
3、分组成，即厂所端子系统 通信子系统，调度端子系统。调度自动化系统的构成如图18一 1所示。图 18-1 调度自动化系统构成示意图厂所端数据采集及控制子系统习惯上称为“远动系统”。 所谓远动系统就是运用通信技术传输信息，以监视控制远方运行的设备。该子系统 包括远程终端单元RTU（Remote Terminal Uni） 测量用变送器、二次回路以及控制与调节 执行元件。通信子系统包括载波、微波、无线电台、有线电话、高频电缆、光纤以及卫星通信 程控交换机等提供的数据信道。信道质量直接影响调度自动化系统的可信性和可靠性调 度端子系统主要有电子计算机、人机会话设备、各种外部设备、开发与维护设备和与 之相
4、适应的软件包等。随着计算机技术的发展，大电网中普遍实现了数据采集与监控（SCADA）,有的还实 现了自动发电控制（AGC）和经济调度控制（EDC）,还有少量的电网实现了安全分析（SA）, 大大提高了电网调度自动化水平。大型电厂通常与省调和网调分别相接。第二节 电网的分层调度和管理一、概述 电力系统是由发电厂、输电线路、配电系统及负荷等组成，并由调度中心对全系统 的运行进行统一的管理。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对电能生产的需 求不断增长，因而发电设备的装机容量不断增长，电网结构和运行方式越来越复杂，人 们对电能质量的要求也越来越高。为了保证供电的质量和电力系统的可靠性和经济性， 系
5、统的调度控制中心必须及时而准确地掌握全面的运行情况，随时进行分析，做出正确 的判断和决策，必要时采取相应的措施，及时处理事故和异常情况，以保证电力系统安 全、经济、可靠地运行。要满足以上要求，除了提高电力设备的可靠性水平，配备足够的备用容量。提高运 行人员的素质等外，还必须实现电力系统自动化，即采用继电保护和自动化装置，实现 电网调度自动化。二、电力系统的分层调度 电力系统是一个分布面广、设备量大、信息参数多的系统。电能的生产、输送分配 和消费均在一个电力系统中进行。我国已经建成五大电网（华北、东北、华东、华中、 西北）及一些省网，并且在大网之间通过联络线进行能量交换。随着三峡工程的建成， 西
6、北 75OkV 电网建设的加快，全国统一大电网的格局也将渐呈雏形。按照我国行政体制 的划分，电力系统的运行管理本身是分层次的，各区域网公司、各省电力公司、各市县 电力局均有其管辖范围，它们的运行方式和出力、负荷的分配受到上级电力部门的管理 同时又要管理下一级电力部门，以保证整个电力系统能够安全、经济、高质量地发供电我国电网实行五级分层调度管理：国家调度控制中心、大区电网调度控制中心、省 电网调度控制中心及地（市）、县电网调度控制中心，图18 一2是电网分层控制的示意 图。电网调度管理实行分层管理，因而调度自动化系统的配置也必须与之相适应，信息 分层采集，逐级传送，命令也按层次逐级下达。分级调度
7、可以简化网络的拓扑结构，使 信息的传送变得更加合理，从而大大节省了通信设备，并提高了系统运行的可靠性。为 了保证电力系统的安全、经济、高质量地运行，对各级调度自动化系统都规定了一定的 职责。第三节 电网调度自动化系统功能简介电网调度自动化是一个总称，由于各级调度中心的职责不同，因而对其调度自动化 系统的功能要求也是不一样的。另外，调度自动化系统的功能也有一个层次，其高一级 的功能往往建筑在某些基础功能之上。EMS（Energy Management System）是现代电网调度自动化系统硬件和软件的总称，它 主要包括 SCADA、AGCEDC 以及状态估计、安全分析、调度员模拟培训等一系列功能
8、。 下面简单介绍各功能的内容和含义。一、数据来集和监控（SCADA）功能SCADA（Supervisory Control And Dala Acquisition）是数据采集和监控的英文缩写，它是 调度自动化系统的基础功能，也是地区或县级调度自动化系统的主要功能。它主要包括 以下方面：（ 1）数据采集。包括模拟量、数字量、脉冲量等。（2）信息的显示和记录。包括系统或厂站的动态主接线、实时的母线电压、发电机的有 功和无功出力、线路的潮流、实时负荷曲线、负荷日报表的打印记录、系统操作和事件 顺序记录信息的打印等。（3）控制和调节。包括断路器和有载调压变压器分接头的远方操作，发电机有功出力和 无功
9、出力的远方调节（4）越限告誓。（5）实时数据库和历史数据库的建立。（6）数据预处理。包括遥测量的合理性检验、遥测量的数字滤波、遥信量的可信度检验 等。（7）事故追忆PDR（Post Disturbance Riview）.对事故发生前后的运行情况进行记录， 以便分析事故的原因。二、自动发电控制功能AGC功能自动发电控制功能AGC（Automatic Generation Control）是以SCADA功能为基础而实现的功能，一般写成SCADA+AGC。自动发电控制是为了实现下列目标：（1）对于独立运行的省网或大区统一电网，AGC功能的目标是自动控制网内各发电 机组的出力，以保持电网频率为额定值
10、。（2）对跨省的互联电网，各控制区域（相当于省网）AGC的功能目标是既要求承担 互联电网的部分调频任务，以共同保持电网频率为额定值，又要保持其联络线交换功率 为规定值，即采用联络线偏移控制的方式（在这种情况下，网调、省调都要承担AGC任 务）。三、经济调度控制功能 EDC与 AGC 相配套的在线经济调度控制是实现调度自动化系统的一项重要功能。如果说 AGC功能主要保证电网频率质量的话，那么EDC（Economic Dispatch Control）则是为了提 高电网运行的经济性。EDC通常都与AGC相配合进行。当系统在AGC下运行较长时问后，就可能会偏离最 佳运行状态，这就需要按一定的周期（通
11、常可设定为510min），启动EDC程序重新分配 机组出力，以维持电网运行的经济性，并恢复调频机组的调节范围。四、能且管理系统EMS的其他功能SCADA、AGC/EDC上面已作介绍，下面简单介绍EMS的其他功能。1. 状态估计 SE（State Estimator） 根据有冗余的测量值对实际网络的状态进行估计，得出电力系统状态的准确信息，并产生“可靠的数据集”。2. 安全分析 SA（Security Analysis）安全分析可以分为静态安全分析和动态安全分析两类。（1）静态安全分析。一个正常运行着的电网常常存在着许多潜在危险因素，静态安 全分析的方法就是对电网的一组可能发生的事故进行假想的在
12、线计算机分析，例如按 N 一 1 原则进行事故预想，校核这些事故发生后电力系统稳态运行方式的安全性，从而 判断当前的运行状态是否有足够的安全储备。当发现当前的运行方式安全储备不够时， 就要修改运行方式，使系统在有足够安全储备的方式下运行。（2）动态安全分析。动态安全分析就是校核电力系统是否会因为一个突然发生的事故而 导致失去稳定。校核因假想事故后电力系统能否保持稳定运行的稳定计算。由于精确计 算工作量大，难以满足实施预防性控制的实时性要求，因此人们一直在探索一种快速而 可靠的稳定判别方法。3. 调度员模拟培训 DTS（DispatcherTraining Simulator） 调度员模拟培训系
13、统的主要作用如下： （1）使调度员熟悉本系统的运行特点、熟悉控制系统设备和电力系统应用软件的使 用。（2）培养调度员处理紧急事件的能力。（3）试验和评价新的运行方式和控制方法。调度自动化系统的功能是随着电力系统发展的需要和计算机技术及通信技术提供的 可能而变化的，电网调度自动化技术的发展，可以使电网运行的安全性和经济性达到更 高的水平。第四节远程终端单元（RTU）远动装置在电力系统调度自动化中担负的任务是实现各层或各级调度的实时数据收 集，形成多层次的实时数据网。对构成实时数据网的终端设备，除要求完成传统的遥测、 遥信、遥控、遥调基本功能之外，还要求远方终端能同时向两个（或两个以上）调度所 发
14、送两种不同规约及不同内容的数据；要求对重要厂（所）实现事件顺序记录、事故追 忆记录及动态数据记录。此外，终端设备应能与计算机接口，并能与数字量设备接口， 如水位计、频率计等。上述这些要求，布线逻辑远动装置是无法满足的。由于微型计算 机技术的迅速发展，出现了各种微机远动终端装置，即完成远动功能的微型计算机系统， 如图183所示。它含有微型计算机的基本组成部分，即中央处理单元CPU、随机存贮 器RAM、只读存贮器ROM、输入/输出接口 I / O；同时含遥信输入DI、模拟量输入AI、 脉冲量输入 PI 以及遥控、遥调输入单元和数字量输出单元、传输信息用调制解调器 MODEM。这一系统称作微机型RT
15、U。一、远动信息 远动信息所包含的基本内容有：遥信、遥测、遥控和遥调信息。1、遥信信息遥信信息含发电厂中主要的断路器合闸或跳闸位置状态信号、隔离开关的合闸或分 闸位置状态信号，重要继电保护与自动装置的动作信号以及一些运行状态信号。如厂（所） 设备事故总信号、发电机组运行状态的变动信号、远动及通信设备的运行故障信号等。 此外，也可用遥信信息传送测量参数的上、下越限告警信号，如频率越限、水位越限和 其他设定值的越限信号。遥信对象只有“0”“1”两种状态，故在国际上习惯称为 DI 信 号，即数字输入（digitalinput）。在远动装置内经编码后形成遥信码字。fool |躍盘11甲行接口 併行接口
16、 I中新揑制I MODEM图 18-3 微机远动终端装置构成示意图2、遥测信息 在遥测信息中，功率测量必不可少。对发电厂中的发电机组、调相机组、变压器、 线路出口等通过的有功与无功功率进行测量，可以获得电力系统的出力、潮流与负载情 况；另外，对电流、母线电压、频率、厂用电和地区负荷、联络线交换电量、功角等的 测量也属于遥测范围。上述被测对象代表的是随时间连续变化的模拟量。这些模拟量一般是通过变送器把 实时测量值变成直流电压或电流。在新型综合自动化系统中，己大多采用交流采样，送 入远动装置，经标度变换的计算，进行编码，形成遥测码字送往调度中心。因为遥测信 息大部分为模拟量，所以又称为AI （Analog Input）。遥测与遥信信息在远动系统中又可概括定义为上行信息。它由厂（所）向调度中心 传送或从下级调度中
