1、第二章 電力系統調度自動化一、電力系統調度自動化是如何實現的二、電力系統的分層調度控制學時：學時：4 4學時學時第一節電力系統調度自動化是如何實現的一、采集電力系統信息并將其傳送到調度所通通信信設設備備調調制制和和解解調調器器人人機機聯聯系系設設備備調調度度計計算算機機遠遠動動終終端端接接口口發電廠發電廠變電站變電站通信線通信線路路調度中心所調度中心所至上層調度中心至上層調度中心電力系統電力系統遠動系統遠動系統遠動終端遠動終端通信系統通信系統遠動主站端遠動主站端調度計算調度計算機和人機機和人機聯系設備聯系設備圖圖2-1調度自動化系統的基本構成調度自動化系統的基本構成調調制制和和解解調調器器運行

2、狀態運行狀態和參數和參數電力設備電力設備自動裝置自動裝置RTU通通信信設設備備控制和調控制和調節命令節命令電力設備電力設備自動裝置自動裝置RTU調調制制和和解解調調器器通通信信設設備備控制和調控制和調節命令節命令運行狀態運行狀態和參數和參數通信線通信線路路 1.遠動裝置傳來的信息存在問題 有錯誤：誤碼：干擾、故障， 如“0000H”誤傳為“1000H”。 檢錯和糾錯。 精度不高：搖測誤差：每環節的誤差累計和“數據不相容性”： 同時采樣 不采用 順序采樣 不齊全二、對遠動裝置傳來的信息進行實時處理n2.信息處理的內容：n發現并糾正錯誤數據和信息、n提高數據精度和n補齊缺少的數據。n信息處理稱為電

3、力系統狀態估計。三、做出調度決策n有了信息之后，調度計算機通過執行各種應用程序對電力系統運行進行自動分析n對如何保證電力系統安全、優質和經濟運行做出調度決策n決定是否對當前的電力系統運行狀態進行調節或控制、如何調節和控制等。 調度決策包括對電力系統中電力設備的控制和調節。 可由調度計算機做出,也可由調度人員做出。 通過遠動裝置的YK、YT功能送到發電廠和變電站, 由RTU 接收后,在送往發電廠和變電站的自動裝置或設施去執行,也可由現場運行人員去執行。四、將調度決策送到電力系統去執行五、人機聯系 人機聯系程序可使調度員利用控制臺、CRT顯示器、模擬盤了解電力系統運行及調度自動化系統的工作情況,

4、利用鍵盤把命令和要求輸入計算機, 把需記錄的數據用打印機記錄下來。六、電力系統調度自動化的功能 包括：包括：電力系統電力系統監視和控制監視和控制、 電力系統電力系統狀態估計狀態估計、 電力系統電力系統安全分析安全分析和和安全控制安全控制、 電力系統電力系統穩定控制穩定控制、 電力系統電力系統潮流優化潮流優化、 電力系統電力系統實時負荷預測實時負荷預測、 電力系統電力系統頻率和有功功率自動控制頻率和有功功率自動控制、 電力系統電力系統電壓和無功功率自動控制電壓和無功功率自動控制、 電力系統電力系統經濟調度控制經濟調度控制、 電力系統電力系統負荷管理負荷管理等等。（一）電力系統（一）電力系統監視控

5、制監視控制 功能：通過數據采集和監視控制系統對電力系統運行狀態進行在線接收及對遠方設備進行操作控制。 監視是指對電力系統運行信息的采集、處理、顯示、告警和打印，以及對電力系統異常或事故的自動識別。 控制是指通過人機聯系設備對斷路器、隔離開關、靜電電容器組等設備進行遠方操作的開環性控制。 調度人員用人機聯系設備執行電力系統日運行計劃并保持頻率和中樞點電壓的質量，采取預防性措施消除不安全因素，處理事故，恢復電力系統正常運行。 監視控制功能是調度自動化的基本功能。圖圖22頻率和頻率和有功功率有功功率自動控制系統示意圖自動控制系統示意圖調度人員的調度人員的調度決策調度決策調度計算機調度計算機信息處理信

6、息處理* *檢錯和糾錯檢錯和糾錯* *狀態估計狀態估計調度計算機的調度計算機的調度決策調度決策* *有功功率平衡有功功率平衡計算計算* *火電廠間負荷火電廠間負荷經濟分配計算經濟分配計算* *水、火電廠間水、火電廠間負荷經濟分配計算負荷經濟分配計算* *網損優化計算網損優化計算* *聯絡線交換功聯絡線交換功率計算率計算發電廠運行人發電廠運行人員的控制決策員的控制決策頻率和頻率和有功功率有功功率調度控制決策調度控制決策遠動裝置的遠動裝置的調度終端機調度終端機發電廠有功功發電廠有功功率控制決策及率控制決策及自動裝置自動裝置* *廠內機組的廠內機組的有功功率調節有功功率調節* *機組開停機的機組開停

7、機的邏輯控制邏輯控制* *機組調速的機組調速的自動控制自動控制* *廠內機組的廠內機組的經濟組合經濟組合* *廠內有功功率廠內有功功率的經濟分配的經濟分配* *自動發電控制自動發電控制發發電電廠廠的的遠遠動動裝裝置置終終端端機機離線計算支持離線計算支持* *負荷預測負荷預測* *長期水電火電長期水電火電優化調度優化調度* *調度程序開發調度程序開發校核校核* *調度培訓調度培訓調度目標調度目標* *頻率質量目標頻率質量目標* *經濟運行目標經濟運行目標* *安全運行目標安全運行目標YK,YTYX,YCYX,YC（二）電力系統頻率和有功功率自動控制在調度中心在調度中心1系統構成在在調度中心調度中

8、心根據根據調度計算機調度計算機和和調度人員調度人員作出的作出的調度控制決策調度控制決策，形成形成頻率頻率和和有功功率有功功率調度控制決策調度控制決策，并把這些決策通過遠動的并把這些決策通過遠動的遙控遙控(YK)和和遙調遙調(YT)裝置裝置送到送到調節頻率和有功功率調節頻率和有功功率的的發電廠發電廠。n在在發電廠發電廠，根據遠動送來的調度命令，結合電，根據遠動送來的調度命令，結合電廠運行人員的控制決策，形成電廠有功功率控廠運行人員的控制決策，形成電廠有功功率控制決策，通過開停機邏輯控制、機組調速自動制決策，通過開停機邏輯控制、機組調速自動控制、自動發電控制等自動裝置控制本廠機組控制、自動發電控制

9、等自動裝置控制本廠機組開、停，調節機組有功功率。開、停，調節機組有功功率。n系統中系統中各發電廠的運行結構和運行參數各發電廠的運行結構和運行參數通過遠通過遠動的動的YX和和YC裝置送到調度中心的調度計算機。裝置送到調度中心的調度計算機。調度計算機調度計算機收到各廠、站送來的收到各廠、站送來的YX和和YC信息信息后后首先進行首先進行信息處理信息處理,得出表征電力系統運行狀態的得出表征電力系統運行狀態的完整而準確的信息完整而準確的信息供供調度計算機調度計算機進行進行調度決策計調度決策計算算和和邏輯判斷邏輯判斷使用。使用。調度計算機調度計算機再根據電力系統的再根據電力系統的新的新的實時運行狀態實時運

10、行狀態，結合結合頻率和有功功率調度目標頻率和有功功率調度目標以及以及離線計算離線計算的的有有關數據關數據進行進行新一輪計算新一輪計算，形成，形成新的新的調度控制決策調度控制決策。n調度中心調度中心再根據調度計算機的決策和調度人員再根據調度計算機的決策和調度人員的決策的決策形成形成頻率和有功功率控制控制決策，送頻率和有功功率控制控制決策，送往調頻發電廠往調頻發電廠。n這樣這樣循環往復循環往復構成構成電力系統頻率和有功功率的電力系統頻率和有功功率的自動控制系統。自動控制系統。 2.調度計算機的控制決策l電力系統電力系統調度控制的目標調度控制的目標是保證電力系統安是保證電力系統安全、優質和經濟運行。

11、全、優質和經濟運行。l調度計算機調度計算機根據根據自身信息處理自身信息處理l得出的得出的信息信息、離線計算支持離線計算支持和和調度目標調度目標, ,l進行進行如下計算如下計算, ,并做出并做出調度控制決策調度控制決策：l有功功率平衡有功功率平衡計算；計算；l網損優化網損優化計算；計算；l火電廠間負荷經濟分配火電廠間負荷經濟分配計算；計算；l水火電廠間負荷經濟分配水火電廠間負荷經濟分配計算計算l聯絡線交換功率聯絡線交換功率計算。計算。(1)(1)有功功率平衡計算有功功率平衡計算l電力系統頻率是靠維持系統內有功功率平衡維持的。l因此，要維持系統頻率在額定值就必須知道下一個時刻電力系統中負荷功率是多

12、少，并依此確定系統內所有發電機發出的總功率。l預測電力系統下一個時刻的負荷功率是由調度計算機中的電力系統實時負荷預測軟件完成的，即前面所說的“電力系統實時負荷預測”功能。l電力系統實時負荷預測是利用電力系統的實時信息和歷史數據對未來時刻的電力系統負荷進行預測。l它是能量管理系統(EMS)中的一項實時功能。l一般預測的對象是未來時刻電力系統的總有功功率及系統中各節點的有功負荷和無功負荷。l實時負荷預測分為短期負荷預測和超短期負荷預測。l短期負荷預測一般預測下一至兩天每小時的負荷，最長預測周期為一周。l預測結果用來制訂發電計劃、決定機組間的負荷分配、協調水火電機組、啟停機組及制訂與相鄰系統間的功率

13、交換計劃等。l調度員在進行某項系統操作或改變運行方式之前，需要根據未來時刻的負荷情況進行潮流計算以判斷改變運行方式后系統是否安全，是否會發生越限事件。l調度員也需要對未來時刻的系統在某種預想事故(例如某一臺發電機或某一條線路事故斷開)條件下進行潮流計算以判斷系統是否安全。l這種預測的周期較短，一般是幾分鐘至幾十分鐘后的負荷，稱為超短期負荷預測。 在現代化的調度中心，在現代化的調度中心，短期負荷預測短期負荷預測和和超短期負荷預測超短期負荷預測都可以在都可以在實時實時環境環境中進行，因此稱為中進行，因此稱為實時負荷預測實時負荷預測。 實時負荷預測實時負荷預測即根據在線計算機中的即根據在線計算機中的

14、實時數據和歷史數實時數據和歷史數據據按規定的周期啟動在線程序進行負荷預測。按規定的周期啟動在線程序進行負荷預測。 如果不具備實時條件，如果不具備實時條件，短期負荷預測短期負荷預測也可以根據負荷的也可以根據負荷的歷史記錄數據進行離線計算預測歷史記錄數據進行離線計算預測。 而而超短期負荷預測超短期負荷預測由于由于周期短、預測頻繁周期短、預測頻繁，只能在，只能在實時實時環境中環境中進行。進行。 (2)電廠間負荷經濟分配l電力系統中的電力系統中的負荷負荷，無論是，無論是計劃分量計劃分量還是還是隨機分隨機分量量，都，都隨時間隨時間不斷變化，而且這種變化又將影響不斷變化，而且這種變化又將影響電網中的電網中

15、的負荷分布及傳輸損耗負荷分布及傳輸損耗( (簡稱簡稱網損網損) )。l為了為了跟蹤跟蹤系統負荷及網損的變化系統負荷及網損的變化, ,系統的總發電出系統的總發電出力也必須進行相應的調整。力也必須進行相應的調整。l但但如何將如何將當前所需的總發電出力當前所需的總發電出力分配于分配于數以百計數以百計的各類發電機組的各類發電機組, ,可能有可能有無數種方案無數種方案。l電廠間負荷經濟分配電廠間負荷經濟分配就是通過調度計算機進行就是通過調度計算機進行計算計算, ,求出在各電廠間求出在各電廠間如何分配如何分配負荷功率才能使負荷功率才能使系統運行更經濟系統運行更經濟, ,包括水、火電廠間包括水、火電廠間,

16、,火電廠間負火電廠間負荷的經濟分配。荷的經濟分配。l經濟調度控制的主要經濟調度控制的主要目標函數目標函數是在使系統的總是在使系統的總發電出力與負荷及網損相平衡的約束條件下，發電出力與負荷及網損相平衡的約束條件下，令所有機組的令所有機組的發電成本最低發電成本最低。將其用數學式表將其用數學式表達，即達，即l目標函數：目標函數：F=minfi ( PGi)l約束條件：約束條件：=PL+PSPGi=0lPGi第第i臺機組的有功出力臺機組的有功出力,i=1、2、Nlfi(PGi)第第i臺機組的發電成本函數；臺機組的發電成本函數；l N系統中發電機組臺數；系統中發電機組臺數；lPL系統總負荷系統總負荷,由

17、上述實時負荷預測計算求出；由上述實時負荷預測計算求出；lPS系統總網損。系統總網損。 在在EMS中，中，經濟調度控制經濟調度控制一般每一般每5min計算一次，求出各機計算一次，求出各機組的組的基準出力基準出力； 有功功率與頻率自動控制有功功率與頻率自動控制每每28 s計算一次，求出各機組計算一次，求出各機組當當前的調節量前的調節量。 將兩者將兩者(基準出力和調節量基準出力和調節量)合成起來合成起來即為機組當前即為機組當前理想出力理想出力. 上述的經濟調度控制是以上述的經濟調度控制是以全系統發電成本最低全系統發電成本最低為為目標目標的，沒的，沒有考慮網損。有考慮網損。 電力系統潮流優化電力系統潮

18、流優化也是也是調度自動化調度自動化的一種功能。的一種功能。 它是在滿足它是在滿足安全性約束安全性約束的條件下的條件下合理安排合理安排電力系電力系統統運行方式運行方式， 使總的使總的運行費用最少運行費用最少或或其它目標其它目標( (如網損等如網損等) )最優最優， 是一種可以是一種可以綜合安全性和經濟性綜合安全性和經濟性或或某些目標某些目標的方的方法。法。3發電廠有功功率控制l發電廠發電廠是是電力系統頻率和有功功率控制的執行者，電力系統頻率和有功功率控制的執行者，l控制內容控制內容包括包括廠內有功功率自動調節廠內有功功率自動調節、機組經濟組機組經濟組合控制合控制和和有功功率經濟分配有功功率經濟分

19、配。l為了執行關于頻率和有功功率自動控制的調度命令為了執行關于頻率和有功功率自動控制的調度命令且實現電廠的經濟運行，發電廠中配置有且實現電廠的經濟運行，發電廠中配置有一整套自一整套自動控制裝置動控制裝置，它們是電力系統頻率和有功功率控制，它們是電力系統頻率和有功功率控制系統的重要組成部分系統的重要組成部分 發電廠和變電站發電廠和變電站運行人員的運行人員的控制決策控制決策調度人員的調度人員的調度決策調度決策調度計算機調度計算機信息處理信息處理* *檢錯和糾錯檢錯和糾錯* *狀態估計狀態估計調度計算機的調度計算機的調度決策調度決策* *最優無功潮流最優無功潮流和網損和網損* *安全監視安全監視（無

20、功限制）（無功限制）無功功率和無功功率和電壓電壓調度控制決策調度控制決策遠動裝置的遠動裝置的調度終端機調度終端機發電廠和變電站發電廠和變電站無功功率和電壓無功功率和電壓調度控制決策調度控制決策* *發電機、調相機發電機、調相機勵磁電流控制勵磁電流控制* *無功補償設備無功補償設備控制控制* *改變調壓變壓器改變調壓變壓器分接頭位置分接頭位置發發電電廠廠的的遠遠動動裝裝置置終終端端機機離線計算支持離線計算支持調度目標調度目標* *電壓質量目標電壓質量目標* *經濟運行目標經濟運行目標* *安全運行目標安全運行目標YK,YTYX,YC圖圖2-3電力系統電壓和無功功率自動控制系統示意圖電力系統電壓和

21、無功功率自動控制系統示意圖(三)電力系統電壓和無功功率自動控制l如圖如圖2-3所示。所示。l維持電力系統電壓在額定值水平上，是通過控制維持電力系統電壓在額定值水平上，是通過控制系統內所有無功電源發出的無功功率系統內所有無功電源發出的無功功率等于等于系統負系統負荷和電力系統本身在荷和電力系統本身在額定電壓時額定電壓時消耗的無功功率消耗的無功功率實現的。實現的。l電力系統電力系統無功電源無功電源除了發電機之外還有并聯電容除了發電機之外還有并聯電容器、同步調相機、靜止補償器等。器、同步調相機、靜止補償器等。l為了減少為了減少無功功率遠距離傳輸造成的無功功率遠距離傳輸造成的損耗損耗以以提提高高電力系統

22、運行的電力系統運行的經濟性經濟性，電力系統無功功率，電力系統無功功率應盡量采用應盡量采用就地、就近平衡就地、就近平衡。l調度計算機的調度計算機的電壓和無功功率調度計算電壓和無功功率調度計算的兩項的兩項內容：內容：l 最優無功潮流和網損優化計算；最優無功潮流和網損優化計算；l 安全監視計算。安全監視計算。l計算的目的計算的目的是是l在在保證保證電力系統電壓要求和設備安全電力系統電壓要求和設備安全的的前提下前提下,l確定確定如何綜合利用如何綜合利用無功和電壓的控制手段無功和電壓的控制手段來改來改善善無功潮流和電壓無功潮流和電壓，l使系統的使系統的有功網損達到最小有功網損達到最小,以實現經濟運行。以

23、實現經濟運行。l發電廠和變電站發電廠和變電站根據調度給出的無功調節命令根據調度給出的無功調節命令l調節調節發電機和調相機的勵磁電流發電機和調相機的勵磁電流，l控制無功補償設備的投入或切除控制無功補償設備的投入或切除，l改變變壓器的分接頭位置改變變壓器的分接頭位置來來控制控制l它所管轄的它所管轄的母線電壓母線電壓和和線路上的無功功率線路上的無功功率。圖圖24電力系統安全自動控制系統示意圖電力系統安全自動控制系統示意圖調度人員的調度人員的調度決策調度決策調度計算機調度計算機信息處理信息處理*檢錯和糾錯檢錯和糾錯*狀態估計狀態估計調度計算機的調度計算機的調度決策調度決策*安全分析和預防安全分析和預防

24、性校正控制計算性校正控制計算*緊急狀態和恢復緊急狀態和恢復狀態安全控制計算狀態安全控制計算*事故診斷事故診斷事故處理專家系統事故處理專家系統發電廠和變電發電廠和變電站運行人員的站運行人員的控制決策控制決策安全調度安全調度控制決策控制決策遠動裝置的遠動裝置的調度終端機調度終端機發電廠和變電站發電廠和變電站安全控制決策安全控制決策*機組解列和并機組解列和并列控制列控制*變電站斷路器變電站斷路器控制控制*機組有功、無機組有功、無功功率控制功功率控制發發電電廠廠的的遠遠動動裝裝置置終終端端機機離線計算支持離線計算支持調度目標調度目標*電壓質量目標電壓質量目標*經濟運行目標經濟運行目標*安全運行目標安全

25、運行目標(四)電力系統安全控制l電力系統安全控制系統的構成示意圖如圖電力系統安全控制系統的構成示意圖如圖2-42-4所示。所示。l電力系統安全控制電力系統安全控制需調度計算機進行如下需調度計算機進行如下計算計算：l安全分析計算和預防性校正控制計算；安全分析計算和預防性校正控制計算；l緊急狀態和恢復狀態安全控制計算；緊急狀態和恢復狀態安全控制計算；l事故診斷。事故診斷。l發電廠和變電站的安全控制發電廠和變電站的安全控制包括包括：l機組并列和解列控制；機組并列和解列控制；l變電站斷路器控制；變電站斷路器控制；l機組有功和無功功率控制。機組有功和無功功率控制。第四節電力系統的分層調度控制v從理論上講

26、，可以對電力系統實行集中調度控制，也可以實行分層調度控制。v所謂集中調度就是把電力系統內所有發電廠和變電站的信息都集中在一個調度控制中心，由一個調度控制中心對整個電力系統進行調度控制。v從從經濟上經濟上看，由于電力看，由于電力設備在地理位置上設備在地理位置上分布很分布很廣廣，通過遠距離通道，通過遠距離通道把所有的信息傳輸并集中把所有的信息傳輸并集中到到一個地點，一個地點，投資和運行費投資和運行費都是都是比較比較高高的。的。v從從技術上技術上看，把數量很大的看，把數量很大的信息集中信息集中在一個調度在一個調度中心，調度值班人員不可能全部中心，調度值班人員不可能全部顧及和處理顧及和處理，即，即使使

27、用計算機輔助處理，也會占用計算機大量的使使用計算機輔助處理，也會占用計算機大量的內存和處理時間內存和處理時間。v從從數據傳輸的可靠性數據傳輸的可靠性看，傳輸距離越遠，受干擾看，傳輸距離越遠，受干擾的機會就越大，數據出現錯誤的機會也就越大。的機會就越大，數據出現錯誤的機會也就越大。v鑒于集中調度控制的鑒于集中調度控制的缺點缺點，目前世界各國的大型，目前世界各國的大型電力系統電力系統都是采用分層調度控制都是采用分層調度控制的。的。v國際電工委員會標準國際電工委員會標準(IEC870-1-1)提出的提出的典典型分層結構型分層結構就將就將電力系統調度中心電力系統調度中心分分為主調度中為主調度中心心(M

28、CC)、區域調度中心區域調度中心(RCC)和和地區調度中心地區調度中心(DCC)。v這些相當于中國的這些相當于中國的大區電網調度中心大區電網調度中心(簡稱簡稱網調網調)、省調度中心省調度中心(簡稱簡稱省調省調)和和地區調度所地區調度所(簡稱簡稱地調地調)。v分層調度控制將全電力系統的監視控制任務分配給屬于不同層次的調度中心。v下一層調度根據上一層調度中心的命令結合本層電力系統的實際情況完成本層次的調度控制任務，v同時向上層調度傳遞所需信息分層調度控制可以克服集中控制的缺點。v其主要優點有以下三點。1)便于協調調度控制 v電力系統調度控制任務有全局性的，亦有局部性的，但大量的則是屬于局部性的。v

29、分層調度控制將大量的局部性調度控制任務由下層相應的調度機構完成，而全系統性或跨地區的調度控制可以由上層相應的調度機構完成。v這種結構模式便于協調電力系統的調度與控制。2)提高系統可靠性v 采用分層調度控制方式，每一個調度控制中心或調度所都有一套相應的調度自動化系統收集自己管轄范圍內的電力系統運行狀態信息，完成所分工的調度任務，v當某一調度所的調度自動化系統出現故障或停運時，只影響它分工的那一部分，而其它調度控制中心的調度自動化系統仍然照常工作。v這就提高了整個系統的可靠性。3)改善系統響應v 電力系統調度控制的實時性是很重要的,事故處理、負荷調度、不正常運行狀態的改善和消除都必須在一定時間內完

30、成.v采用分層調度控制方式使不少調度控制任務由不同層次的調度自動化系統并行處理，從而加快了處理速度，亦即改善了整個系統的響應時間(從系統的輸入發生變化起，到系統做出控制決策并將決策輸出為止所需的時間)。 在實施分層調度控制時,合理確定分層數和每層的功能,對保證電力系統可靠而靈活的運行是很重要的。 圖2-23是我國電力系統分層調度控制示意圖,分為五個級別: 國家級主要掌握全國發電量及負荷，協調大區之間的功率傳輸，了解各大區電力系統的安全狀況。 大區級主要維持系統頻率，執行水火電聯合調度計劃和調峰，保證系統的穩定和安全。 省級主要保證省屬電力系統的安全和經濟運行，執行自動發電控制，實行安全分析和安全控制。 地區級主要對地區電力系統實行監控、分配負荷、實行電壓和無功功率的優化運行。 縣級主要是分配負荷和控制負荷。 各級調度的控制和調度管理任務見表2- 4。大區電網調度中心大區電網調度中心省調度中心省調度中心省調度中心省調度中心大區電網調度中心大區電網調度中心主網樞紐變電所主網樞紐變電所（500KV以上）以上）大區電網調度中心大區電網調度中心國家調度中心國家調度中心大型火電廠、水電廠大型火電廠、水電廠和核電廠和核電廠地區調度所地區調度所省直接調度變電站省直接調度變電站大型火電廠、水電廠大型火電廠、水電廠省調度中心省調度中心梯級水電站梯級水電站控制中心控制中心水電廠水電廠水電廠水電廠樞紐