電力系統(tǒng)自動化發(fā)展趨勢課件

1.3.1控制理論的應(yīng)用當(dāng)今控制領(lǐng)域的技術(shù)仍在不斷拓展，新的控制方法層出不窮。智能控制領(lǐng)域發(fā)展尤其迅猛，有相當(dāng)部分已投入實用。智能控制最大的吸引力在于實現(xiàn)多變量控制而不必列出繁瑣的數(shù)學(xué)模型，于是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和遺傳算法成為優(yōu)選的方法。由于模糊技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳演化技術(shù)等的發(fā)展，自動控制技術(shù)已有了進一步優(yōu)化的新方向，即智能技術(shù)的方向。綜合各種智能方法，互補優(yōu)勢，能把自動控制的適應(yīng)范圍進一步擴大深化，將推動工業(yè)建設(shè)與生產(chǎn)的發(fā)展，同時也促進電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展?；祀s系統(tǒng)(hybridsystem)是系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域中新提出的概念和理論。電力系統(tǒng)是一個標(biāo)準的混雜系統(tǒng)，它的上層(調(diào)度中心)給出的調(diào)度決策主要是邏輯性的操作指令；而下層控制(如發(fā)電機的勵磁與調(diào)速控制)主要是連續(xù)型的。如何將不同性質(zhì)的上層和下層控制恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來以達到電力系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化控制的目的，這是一個重要理論問題和應(yīng)用問題。因此，借鑒控制領(lǐng)域的新理論，發(fā)展起在電力系統(tǒng)中的運行與應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)具有良好的前景。自動控制從線性開環(huán)發(fā)展到閉環(huán)，使電力系統(tǒng)的各項控制提高到了一個新的水平。隨著計算機應(yīng)用的迅速發(fā)展，各項以前手算難以處理的問題，如矩陣運算、有限元法及微分方程的數(shù)字解等，都可利用計算機調(diào)用標(biāo)準程序來解決。辨識、建模、在線監(jiān)控等技術(shù)使自動化進入到現(xiàn)代化的新水平。1.3.1控制理論的應(yīng)用當(dāng)今控制領(lǐng)域的技術(shù)仍在不斷拓展，11.3.2數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架電力系統(tǒng)是由原動機、發(fā)電機、電力網(wǎng)絡(luò)、負荷和控制中心等組成的。原來的電力網(wǎng)絡(luò)是不可控的。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)設(shè)備引入了電力網(wǎng)，使電力網(wǎng)絡(luò)也變成是可控的了。然而在電力系統(tǒng)增加了靈活性的同時，也增加了它的復(fù)雜性。圖1.4表示的是兩個大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的電力系統(tǒng)。在它們之上還有高一級的調(diào)度中心，這可以說是多區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)的一個一般的結(jié)構(gòu)形式。1.3.2數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架電力系統(tǒng)是由原動機、2大區(qū)域電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下大區(qū)域電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下3數(shù)字電力系統(tǒng)(DigitalPowerSystem，DPS)的涵義，是指對某一實際運行的電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、物理特性、技術(shù)性能、經(jīng)濟管理、環(huán)保指標(biāo)、人員狀況、科技活動等數(shù)字地、形象化地和實時地描述與再現(xiàn)。數(shù)字電力系統(tǒng)(DigitalPowerSystem，DP4

下圖給出了數(shù)字電力系統(tǒng)的圖像化思考。在圖的右邊是一個運行中的電力系統(tǒng)，圖的左邊是一個DPS。DPS通過實時數(shù)據(jù)通訊和通信，軟跟蹤這個實時的電力系統(tǒng)。如上所述DPS在正常運行時給出建議，通過調(diào)度人員進行閉環(huán)；在最緊急的情況下，將緊急地不通過調(diào)度人員進行閉環(huán)，然后再“通知”調(diào)度人員，剛才進行了什么操作，產(chǎn)生了什么效果等。如果沒有DPS(現(xiàn)在的系統(tǒng)即是如此)，則調(diào)度管理人員在運行中是相當(dāng)盲目的，發(fā)生突然故障后他們不知道電力系統(tǒng)中發(fā)生了什么問題，產(chǎn)生了什么后果，穩(wěn)定域如何變化，狀態(tài)點在穩(wěn)定域的什么位置等。如果發(fā)生了故障，調(diào)度人員茫然不知所措，甚至進行誤操作，1996年、1997年美國西部電力系統(tǒng)發(fā)生事故后的情況就是如此。如果有DPS的幫助，電力系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定性將會得到極大地提高。下圖給出了數(shù)字電力系統(tǒng)的圖像化思考。在圖的右邊是5智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)（smartpowergrids），就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設(shè)備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)（smartpowergrid6美國電力科學(xué)研究院將智能電網(wǎng)定義為：一個由眾多自動化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式實現(xiàn)所有的電網(wǎng)運作，具有自愈功能；快速響應(yīng)電力市場和企業(yè)業(yè)務(wù)需求；具有智能化的通信架構(gòu)，實現(xiàn)實時、安全和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經(jīng)濟的電力服務(wù)。中國的智能電網(wǎng)的基本特征是在技術(shù)上要實現(xiàn)信息化、自動化、互動化。智能電網(wǎng)美國電力科學(xué)研究院將智能電網(wǎng)定義為：智能電網(wǎng)7

第一個就是2006年，美國IBM公司提出的“智能電網(wǎng)”解決方案。IBM的智能電網(wǎng)主要是解決電網(wǎng)安全運行、提高可靠性，從其在中國發(fā)布的《建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新運營管理－中國電力發(fā)展的新思路》白皮書可以看出，解決方案主要包括以下幾個方面：一是通過傳感器連接資產(chǎn)和設(shè)備提高數(shù)字化程度；二是數(shù)據(jù)的整合體系和數(shù)據(jù)的收集體系；三是進行分析的能力，即依據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，以優(yōu)化運行和管理。該方案提供了一個大的框架，通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。是IBM一個市場推廣策略。智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑

第一個就是2006年，美國IBM公司提出的“智能8第二個是奧巴馬上任后提出的能源計劃，除了已公布的計劃，美國還將著重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網(wǎng)系統(tǒng)進行升級換代，建立美國橫跨四個時區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng)；發(fā)展智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，最大限度發(fā)揮美國國家電網(wǎng)的價值和效率，將逐步實現(xiàn)美國太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿慕y(tǒng)一入網(wǎng)管理；全面推進分布式能源管理，創(chuàng)造世界上最高的能源使用效率智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑第二個是奧巴馬上任后提出的能源計劃，除了已公布的計劃，美國還9第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網(wǎng)“?；与娋W(wǎng)，英文為InteractiveSmartGrid，它將智能電網(wǎng)的含義涵蓋其中。互動電網(wǎng)定義為：在開放和互聯(lián)的信息模式基礎(chǔ)上，通過加載系統(tǒng)數(shù)字設(shè)備和升級電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)發(fā)電、輸電、供電、用電、客戶售電、電網(wǎng)分級調(diào)度、綜合服務(wù)等電力產(chǎn)業(yè)全流程的智能化、信息化、分級化互動管理，是集合了產(chǎn)業(yè)革命、技術(shù)革命和管理革命的綜合性的效率變革。它將再造電網(wǎng)的信息回路，構(gòu)建用戶新型的反饋方式，推動電網(wǎng)整體轉(zhuǎn)型為節(jié)能基礎(chǔ)設(shè)施，提高能源效率，降低客戶成本，減少溫室氣體排放，創(chuàng)造電網(wǎng)價值的最大化。智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網(wǎng)“?；与娋W(wǎng)，英文10互動電網(wǎng)作用互動電網(wǎng)通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向的總體效果，實現(xiàn)電力、電訊、電視、智能家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)，實現(xiàn)用戶富裕電能的回售；可以整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，完善中央電力體系的集成作用，實現(xiàn)有效的臨界負荷保護，實現(xiàn)各種電源和客戶終端與電網(wǎng)的無縫互連，由此可以優(yōu)化電網(wǎng)的管理，將電網(wǎng)提升為互動運轉(zhuǎn)的全新模式，形成電網(wǎng)全新的服務(wù)功能，提高整個電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率互動電網(wǎng)作用互動電網(wǎng)通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之11互動電網(wǎng)既是下一代全球電網(wǎng)的基本模式，也是中國電網(wǎng)現(xiàn)代化的核心

實際上，互動電網(wǎng)的本質(zhì)就是能源替代、兼容利用和互動經(jīng)濟。從技術(shù)上講，互動電網(wǎng)應(yīng)是最先進的通訊、IT、能源、新材料、傳感器等產(chǎn)業(yè)的集成，也是配電網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電力電子技術(shù)、儲能技術(shù)的合成，對于推動新技術(shù)革命具有直接的綜合效果。由此，智能電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟、兼容、集成和安全等特點。我以為：互動電網(wǎng)學(xué)說的本質(zhì)就是以信息革命的造發(fā)性標(biāo)準和技術(shù)手段大規(guī)模推動工業(yè)革命最重要財產(chǎn)——電網(wǎng)體系的革新和升級，建立消費者和電網(wǎng)管理者之間的互動?；与娋W(wǎng)學(xué)說的本質(zhì)，就是以信息革命的造法性標(biāo)準和技術(shù)手段大規(guī)模推動工業(yè)革命的最重要資產(chǎn)——電網(wǎng)體系的革新和升級，建立消費者和電網(wǎng)管理者之間的互動?；与娋W(wǎng)既是下一代全球電網(wǎng)的基本模式，也是中國電網(wǎng)現(xiàn)代化的核12互動電網(wǎng)的功效

一是智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互動的智能傳輸數(shù)據(jù)，實行動態(tài)的浮動電價制度；二是可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)整合，遇到電力供應(yīng)的高峰期之時，能夠在不同區(qū)域間進行及時調(diào)度，平衡電力供應(yīng)缺口，從而達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理；三是智能電網(wǎng)能夠?qū)⑿滦涂商娲茉唇尤腚娋W(wǎng)，比如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，實現(xiàn)分布式能源管理；四是可以提高供電效率，減少能量損耗，改善供電質(zhì)量，解決電網(wǎng)商業(yè)化運轉(zhuǎn)；五是智能電表可以作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動電力部門以其終端用戶為基礎(chǔ)，進行通信、寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號?；与娋W(wǎng)的功效一是智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互動的智能傳輸數(shù)13

智能電網(wǎng)改革將推動全球能源革命的深度擴散。通過建造互動的電網(wǎng)，將推進IT革命進入創(chuàng)新階段；將為消費者提供更好的減少能源消耗的路徑；將為整個社會節(jié)約成本、降低溫室氣體排放，并促進綠色經(jīng)濟占統(tǒng)治地位。

中國電網(wǎng)升級化路線應(yīng)該定義為互動電網(wǎng)的變革，互動電網(wǎng)的發(fā)展是全球工業(yè)和信息業(yè)的一次新產(chǎn)業(yè)革命、技術(shù)革命和管理革命，應(yīng)該以此為基礎(chǔ)制定中國高起點的電網(wǎng)現(xiàn)代化的戰(zhàn)略發(fā)展路線。智能電網(wǎng)改革將推動全球能源革命的深度擴散。通過建造互14中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀近年來，中國電力工業(yè)快速發(fā)展，跨區(qū)跨省電網(wǎng)建設(shè)快速推進，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)得到加強和完善。2009年1月，中國自主研發(fā)、設(shè)計和建設(shè)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程正式投運，標(biāo)志著中國在遠距離、大容量、低損耗的特高壓核心輸電技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)化上取得重大突破，建設(shè)智能電網(wǎng)具備了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。

中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀近年來，中國電力工業(yè)快速發(fā)展，跨區(qū)跨省電網(wǎng)15中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀2009年5月，中國國家電網(wǎng)公司正式發(fā)布了舉世矚目的“建設(shè)堅強智能電網(wǎng)”的研究報告，首次向社會公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計劃。國家電網(wǎng)公司按照統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準、試點先行、整體推進的原則，在建設(shè)由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流構(gòu)成的特高壓骨干網(wǎng)架、實現(xiàn)各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時，圍繞主要環(huán)節(jié)和信息化等方面，分階段推進堅強智能電網(wǎng)發(fā)展。中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀2009年5月，中國國家電網(wǎng)公司正式發(fā)布了16智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)輸電網(wǎng)絡(luò)智能化變電站智能配用電系統(tǒng)智能終端設(shè)備發(fā)電智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)輸電網(wǎng)絡(luò)智能化變電站智能配用電系統(tǒng)智能終端設(shè)備發(fā)17智能電網(wǎng)-新能源清潔能源的廣泛和大規(guī)模的使用、傳統(tǒng)火電的節(jié)能、減排、環(huán)保、優(yōu)化等。智能電網(wǎng)-新能源清潔能源的廣泛和大規(guī)模的使用、傳統(tǒng)火電的節(jié)能18智能電網(wǎng)-新客戶無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)電動汽車等新型節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品的大規(guī)模利用分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用基于互聯(lián)網(wǎng)的新型電力客戶營銷服務(wù)的需求智能電網(wǎng)-新客戶無線數(shù)據(jù)電動汽車等新型節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品的大規(guī)模19智能電網(wǎng)-新電網(wǎng)智能電網(wǎng)-新電網(wǎng)20其本質(zhì)就是提高能源效率，實現(xiàn)能源替代和兼容利用信息化自動化互動化智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)的特征其本質(zhì)就是提高能源效率，信息化自動化互動化智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)的21堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)

中國將分三個階段推進堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)在三個階段里總投資預(yù)計將超過4萬億。2009年至2010年為規(guī)劃試點階段，重點開展“堅強智能電網(wǎng)”發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術(shù)和管理標(biāo)準，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，及各環(huán)節(jié)試點工作；2011年至2015年為全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用；2016年至2020年為引領(lǐng)提升階段，全面建成統(tǒng)一的“堅強智能電網(wǎng)”，技術(shù)和裝備全面達到國際先進水平。堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)中國將分三個階段推進堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)221.3.3電力自動化系統(tǒng)新技術(shù)與趨勢

20世紀40年代將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在模擬盤上，增強了調(diào)度員對實際系統(tǒng)運行變化的感知能力；50年代自動發(fā)電控制(AGC)將調(diào)度員從頻繁的操作中解脫出來；電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)概念的提出是在50年代中期，這標(biāo)志著現(xiàn)代電網(wǎng)自動化的開始。以前只有遠動裝置及機電式的調(diào)頻裝置，不成為系統(tǒng)。60年代初，有些電力公司利用數(shù)字計算機實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度，開始了計算機在調(diào)度中的應(yīng)用。如今電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個CCCPE的統(tǒng)一體，即計算機(computer)、控制(control)、通信(communication)和電力電子(powerelectronics)的產(chǎn)生、輸送、分配裝置以及電力電子裝置。當(dāng)然，在21世紀，不掌握電力市場知識便很難承擔(dān)電力調(diào)度工作。自動化設(shè)備所占的投資比例雖然不大，但其重要性與主設(shè)備同樣。而且先進的自動裝置不僅可以改善一次主設(shè)備的運行狀況，提高其運行效率，甚至可以推遲或避免新建一些主設(shè)備，節(jié)省數(shù)額可觀的一次設(shè)備投資。電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電能必須與消費的電能實時平衡，這只能靠自動調(diào)節(jié)和控制裝置來維持。這種平衡不僅要在正常的穩(wěn)態(tài)運行時而且要在各種擾動狀態(tài)下從毫秒級到分鐘級都能實現(xiàn)這一要求。為了滿足這種調(diào)節(jié)與控制要求，電力系統(tǒng)自動裝置可以分為正常運行自動裝置、異常狀態(tài)下的安全穩(wěn)定控制裝置及保護裝置。1.3.3電力自動化系統(tǒng)新技術(shù)與趨勢20世紀23

現(xiàn)代社會對電能供應(yīng)的“安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)”等各項指標(biāo)的要求越來越高，相應(yīng)地，電力系統(tǒng)也不斷地向自動化提出更高的要求。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)不斷地由低到高由局部到整體的發(fā)展。當(dāng)今電力系統(tǒng)的自動化技術(shù)正趨向于：①由發(fā)、輸電自動化向發(fā)、輸、配電自動化全面發(fā)展；②柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)的發(fā)展進一步提高輸電、配電自動化水平；③在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展；④在設(shè)計分析上日益要求面對多級系統(tǒng)模型來處理問題；⑤在理論工具上越來越多地借助現(xiàn)代控制理論；⑥在控制手段上日益增多了微機、電力電子器件和遠程通信的應(yīng)用；⑦在研究人員的構(gòu)成上日益需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)。現(xiàn)代社會對電能供應(yīng)的“安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)”24整個電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展則趨向于：①由開環(huán)監(jiān)測向閉環(huán)控制發(fā)展，例如從系統(tǒng)功率總加到AGC(自動發(fā)電控制)；②由高電壓等級向低電壓擴展，例如從EMC(能量管理系統(tǒng))到DMC(配電管理系統(tǒng))；③由單個元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，例如SCADA(監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集)的發(fā)展和區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展；④由單一功能向多功能、一體化發(fā)展，例如變電站綜合自動化的發(fā)展；⑤裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，例如繼電保護技術(shù)的演變；⑥追求的目標(biāo)向最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化發(fā)展，例如勵磁控制、潮流控制；⑦以提高運行的安全、經(jīng)濟、效率為目標(biāo)、同時向管理、服務(wù)的自動化擴展，例如MIS(管理信息系統(tǒng))在電力系統(tǒng)的應(yīng)用；⑧現(xiàn)場總線技術(shù)在變電站綜合自動化系統(tǒng)中應(yīng)用。

整個電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展則趨向于：25AGC(自動發(fā)電控制)；EMC(能量管理系統(tǒng));DMC(配電管理系統(tǒng))；SCADA(監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集)；MIS(管理信息系統(tǒng))AGC(自動發(fā)電控制)；26第一講小結(jié)第一講主要介紹了電力系統(tǒng)自動化的基本概念及其自動化發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢，以及智能電網(wǎng)的相關(guān)概念和發(fā)展，旨在了解、學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)自動化控制目標(biāo)和基本內(nèi)容，特別是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的功能與組成，同時對該課程有一個較全面的認識。思考題與習(xí)題1-1試述電力系統(tǒng)自動化的控制目標(biāo)。1-2電力系統(tǒng)自動化有哪些內(nèi)容？1-3電力系統(tǒng)自動化安全控制有哪些狀態(tài)？1-4何謂電力系統(tǒng)調(diào)度自動化？1-5何謂數(shù)字電力系統(tǒng)？第一講小結(jié)第一講主要介紹了電力系統(tǒng)自動化的基本概念及其自271.3.1控制理論的應(yīng)用當(dāng)今控制領(lǐng)域的技術(shù)仍在不斷拓展，新的控制方法層出不窮。智能控制領(lǐng)域發(fā)展尤其迅猛，有相當(dāng)部分已投入實用。智能控制最大的吸引力在于實現(xiàn)多變量控制而不必列出繁瑣的數(shù)學(xué)模型，于是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和遺傳算法成為優(yōu)選的方法。由于模糊技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳演化技術(shù)等的發(fā)展，自動控制技術(shù)已有了進一步優(yōu)化的新方向，即智能技術(shù)的方向。綜合各種智能方法，互補優(yōu)勢，能把自動控制的適應(yīng)范圍進一步擴大深化，將推動工業(yè)建設(shè)與生產(chǎn)的發(fā)展，同時也促進電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展。混雜系統(tǒng)(hybridsystem)是系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域中新提出的概念和理論。電力系統(tǒng)是一個標(biāo)準的混雜系統(tǒng)，它的上層(調(diào)度中心)給出的調(diào)度決策主要是邏輯性的操作指令；而下層控制(如發(fā)電機的勵磁與調(diào)速控制)主要是連續(xù)型的。如何將不同性質(zhì)的上層和下層控制恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來以達到電力系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化控制的目的，這是一個重要理論問題和應(yīng)用問題。因此，借鑒控制領(lǐng)域的新理論，發(fā)展起在電力系統(tǒng)中的運行與應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)具有良好的前景。自動控制從線性開環(huán)發(fā)展到閉環(huán)，使電力系統(tǒng)的各項控制提高到了一個新的水平。隨著計算機應(yīng)用的迅速發(fā)展，各項以前手算難以處理的問題，如矩陣運算、有限元法及微分方程的數(shù)字解等，都可利用計算機調(diào)用標(biāo)準程序來解決。辨識、建模、在線監(jiān)控等技術(shù)使自動化進入到現(xiàn)代化的新水平。1.3.1控制理論的應(yīng)用當(dāng)今控制領(lǐng)域的技術(shù)仍在不斷拓展，281.3.2數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架電力系統(tǒng)是由原動機、發(fā)電機、電力網(wǎng)絡(luò)、負荷和控制中心等組成的。原來的電力網(wǎng)絡(luò)是不可控的。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)設(shè)備引入了電力網(wǎng)，使電力網(wǎng)絡(luò)也變成是可控的了。然而在電力系統(tǒng)增加了靈活性的同時，也增加了它的復(fù)雜性。圖1.4表示的是兩個大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的電力系統(tǒng)。在它們之上還有高一級的調(diào)度中心，這可以說是多區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)的一個一般的結(jié)構(gòu)形式。1.3.2數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架電力系統(tǒng)是由原動機、29大區(qū)域電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下大區(qū)域電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下30數(shù)字電力系統(tǒng)(DigitalPowerSystem，DPS)的涵義，是指對某一實際運行的電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、物理特性、技術(shù)性能、經(jīng)濟管理、環(huán)保指標(biāo)、人員狀況、科技活動等數(shù)字地、形象化地和實時地描述與再現(xiàn)。數(shù)字電力系統(tǒng)(DigitalPowerSystem，DP31

下圖給出了數(shù)字電力系統(tǒng)的圖像化思考。在圖的右邊是一個運行中的電力系統(tǒng)，圖的左邊是一個DPS。DPS通過實時數(shù)據(jù)通訊和通信，軟跟蹤這個實時的電力系統(tǒng)。如上所述DPS在正常運行時給出建議，通過調(diào)度人員進行閉環(huán)；在最緊急的情況下，將緊急地不通過調(diào)度人員進行閉環(huán)，然后再“通知”調(diào)度人員，剛才進行了什么操作，產(chǎn)生了什么效果等。如果沒有DPS(現(xiàn)在的系統(tǒng)即是如此)，則調(diào)度管理人員在運行中是相當(dāng)盲目的，發(fā)生突然故障后他們不知道電力系統(tǒng)中發(fā)生了什么問題，產(chǎn)生了什么后果，穩(wěn)定域如何變化，狀態(tài)點在穩(wěn)定域的什么位置等。如果發(fā)生了故障，調(diào)度人員茫然不知所措，甚至進行誤操作，1996年、1997年美國西部電力系統(tǒng)發(fā)生事故后的情況就是如此。如果有DPS的幫助，電力系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定性將會得到極大地提高。下圖給出了數(shù)字電力系統(tǒng)的圖像化思考。在圖的右邊是32智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)（smartpowergrids），就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設(shè)備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)（smartpowergrid33美國電力科學(xué)研究院將智能電網(wǎng)定義為：一個由眾多自動化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式實現(xiàn)所有的電網(wǎng)運作，具有自愈功能；快速響應(yīng)電力市場和企業(yè)業(yè)務(wù)需求；具有智能化的通信架構(gòu)，實現(xiàn)實時、安全和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經(jīng)濟的電力服務(wù)。中國的智能電網(wǎng)的基本特征是在技術(shù)上要實現(xiàn)信息化、自動化、互動化。智能電網(wǎng)美國電力科學(xué)研究院將智能電網(wǎng)定義為：智能電網(wǎng)34

第一個就是2006年，美國IBM公司提出的“智能電網(wǎng)”解決方案。IBM的智能電網(wǎng)主要是解決電網(wǎng)安全運行、提高可靠性，從其在中國發(fā)布的《建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新運營管理－中國電力發(fā)展的新思路》白皮書可以看出，解決方案主要包括以下幾個方面：一是通過傳感器連接資產(chǎn)和設(shè)備提高數(shù)字化程度；二是數(shù)據(jù)的整合體系和數(shù)據(jù)的收集體系；三是進行分析的能力，即依據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，以優(yōu)化運行和管理。該方案提供了一個大的框架，通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。是IBM一個市場推廣策略。智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑

第一個就是2006年，美國IBM公司提出的“智能35第二個是奧巴馬上任后提出的能源計劃，除了已公布的計劃，美國還將著重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網(wǎng)系統(tǒng)進行升級換代，建立美國橫跨四個時區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng)；發(fā)展智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，最大限度發(fā)揮美國國家電網(wǎng)的價值和效率，將逐步實現(xiàn)美國太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿慕y(tǒng)一入網(wǎng)管理；全面推進分布式能源管理，創(chuàng)造世界上最高的能源使用效率智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑第二個是奧巴馬上任后提出的能源計劃，除了已公布的計劃，美國還36第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網(wǎng)“?；与娋W(wǎng)，英文為InteractiveSmartGrid，它將智能電網(wǎng)的含義涵蓋其中?；与娋W(wǎng)定義為：在開放和互聯(lián)的信息模式基礎(chǔ)上，通過加載系統(tǒng)數(shù)字設(shè)備和升級電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)發(fā)電、輸電、供電、用電、客戶售電、電網(wǎng)分級調(diào)度、綜合服務(wù)等電力產(chǎn)業(yè)全流程的智能化、信息化、分級化互動管理，是集合了產(chǎn)業(yè)革命、技術(shù)革命和管理革命的綜合性的效率變革。它將再造電網(wǎng)的信息回路，構(gòu)建用戶新型的反饋方式，推動電網(wǎng)整體轉(zhuǎn)型為節(jié)能基礎(chǔ)設(shè)施，提高能源效率，降低客戶成本，減少溫室氣體排放，創(chuàng)造電網(wǎng)價值的最大化。智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網(wǎng)“。互動電網(wǎng)，英文37互動電網(wǎng)作用互動電網(wǎng)通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向的總體效果，實現(xiàn)電力、電訊、電視、智能家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)，實現(xiàn)用戶富裕電能的回售；可以整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，完善中央電力體系的集成作用，實現(xiàn)有效的臨界負荷保護，實現(xiàn)各種電源和客戶終端與電網(wǎng)的無縫互連，由此可以優(yōu)化電網(wǎng)的管理，將電網(wǎng)提升為互動運轉(zhuǎn)的全新模式，形成電網(wǎng)全新的服務(wù)功能，提高整個電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率互動電網(wǎng)作用互動電網(wǎng)通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之38互動電網(wǎng)既是下一代全球電網(wǎng)的基本模式，也是中國電網(wǎng)現(xiàn)代化的核心

實際上，互動電網(wǎng)的本質(zhì)就是能源替代、兼容利用和互動經(jīng)濟。從技術(shù)上講，互動電網(wǎng)應(yīng)是最先進的通訊、IT、能源、新材料、傳感器等產(chǎn)業(yè)的集成，也是配電網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電力電子技術(shù)、儲能技術(shù)的合成，對于推動新技術(shù)革命具有直接的綜合效果。由此，智能電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟、兼容、集成和安全等特點。我以為：互動電網(wǎng)學(xué)說的本質(zhì)就是以信息革命的造發(fā)性標(biāo)準和技術(shù)手段大規(guī)模推動工業(yè)革命最重要財產(chǎn)——電網(wǎng)體系的革新和升級，建立消費者和電網(wǎng)管理者之間的互動?；与娋W(wǎng)學(xué)說的本質(zhì)，就是以信息革命的造法性標(biāo)準和技術(shù)手段大規(guī)模推動工業(yè)革命的最重要資產(chǎn)——電網(wǎng)體系的革新和升級，建立消費者和電網(wǎng)管理者之間的互動?；与娋W(wǎng)既是下一代全球電網(wǎng)的基本模式，也是中國電網(wǎng)現(xiàn)代化的核39互動電網(wǎng)的功效

一是智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互動的智能傳輸數(shù)據(jù)，實行動態(tài)的浮動電價制度；二是可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)整合，遇到電力供應(yīng)的高峰期之時，能夠在不同區(qū)域間進行及時調(diào)度，平衡電力供應(yīng)缺口，從而達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理；三是智能電網(wǎng)能夠?qū)⑿滦涂商娲茉唇尤腚娋W(wǎng)，比如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，實現(xiàn)分布式能源管理；四是可以提高供電效率，減少能量損耗，改善供電質(zhì)量，解決電網(wǎng)商業(yè)化運轉(zhuǎn)；五是智能電表可以作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動電力部門以其終端用戶為基礎(chǔ)，進行通信、寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號?；与娋W(wǎng)的功效一是智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互動的智能傳輸數(shù)40

智能電網(wǎng)改革將推動全球能源革命的深度擴散。通過建造互動的電網(wǎng)，將推進IT革命進入創(chuàng)新階段；將為消費者提供更好的減少能源消耗的路徑；將為整個社會節(jié)約成本、降低溫室氣體排放，并促進綠色經(jīng)濟占統(tǒng)治地位。

中國電網(wǎng)升級化路線應(yīng)該定義為互動電網(wǎng)的變革，互動電網(wǎng)的發(fā)展是全球工業(yè)和信息業(yè)的一次新產(chǎn)業(yè)革命、技術(shù)革命和管理革命，應(yīng)該以此為基礎(chǔ)制定中國高起點的電網(wǎng)現(xiàn)代化的戰(zhàn)略發(fā)展路線。智能電網(wǎng)改革將推動全球能源革命的深度擴散。通過建造互41中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀近年來，中國電力工業(yè)快速發(fā)展，跨區(qū)跨省電網(wǎng)建設(shè)快速推進，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)得到加強和完善。2009年1月，中國自主研發(fā)、設(shè)計和建設(shè)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程正式投運，標(biāo)志著中國在遠距離、大容量、低損耗的特高壓核心輸電技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)化上取得重大突破，建設(shè)智能電網(wǎng)具備了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。

中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀近年來，中國電力工業(yè)快速發(fā)展，跨區(qū)跨省電網(wǎng)42中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀2009年5月，中國國家電網(wǎng)公司正式發(fā)布了舉世矚目的“建設(shè)堅強智能電網(wǎng)”的研究報告，首次向社會公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計劃。國家電網(wǎng)公司按照統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準、試點先行、整體推進的原則，在建設(shè)由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流構(gòu)成的特高壓骨干網(wǎng)架、實現(xiàn)各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時，圍繞主要環(huán)節(jié)和信息化等方面，分階段推進堅強智能電網(wǎng)發(fā)展。中國智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀2009年5月，中國國家電網(wǎng)公司正式發(fā)布了43智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)輸電網(wǎng)絡(luò)智能化變電站智能配用電系統(tǒng)智能終端設(shè)備發(fā)電智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)輸電網(wǎng)絡(luò)智能化變電站智能配用電系統(tǒng)智能終端設(shè)備發(fā)44智能電網(wǎng)-新能源清潔能源的廣泛和大規(guī)模的使用、傳統(tǒng)火電的節(jié)能、減排、環(huán)保、優(yōu)化等。智能電網(wǎng)-新能源清潔能源的廣泛和大規(guī)模的使用、傳統(tǒng)火電的節(jié)能45智能電網(wǎng)-新客戶無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)電動汽車等新型節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品的大規(guī)模利用分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用基于互聯(lián)網(wǎng)的新型電力客戶營銷服務(wù)的需求智能電網(wǎng)-新客戶無線數(shù)據(jù)電動汽車等新型節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品的大規(guī)模46智能電網(wǎng)-新電網(wǎng)智能電網(wǎng)-新電網(wǎng)47其本質(zhì)就是提高能源效率，實現(xiàn)能源替代和兼容利用信息化自動化互動化智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)的特征其本質(zhì)就是提高能源效率，信息化自動化互動化智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)的48堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)

中國將分三個階段推進堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)在三個階段里總投資預(yù)計將超過4萬億。2009年至2010年為規(guī)劃試點階段，重點開展“堅強智能電網(wǎng)”發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術(shù)和管理標(biāo)準，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，及各環(huán)節(jié)試點工作；2011年至2015年為全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用；2016年至2020年為引領(lǐng)提升階段，全面建成統(tǒng)一的“堅強智能電網(wǎng)”，技術(shù)和裝備全面達到國際先進水平。堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)中國將分三個階段推進堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)491.3.3電力自動化系統(tǒng)新技術(shù)與趨勢

20世紀40年代將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在模擬盤上，增強了調(diào)度員對實際系統(tǒng)運行變化的感知能力；50年代自動發(fā)電控制(AGC)將調(diào)度員從頻繁的操作中解脫出來；電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)概念的提出是在50年代中期，這標(biāo)志著現(xiàn)代電網(wǎng)自動化的開始。以前只有遠動裝置及機電式的調(diào)頻裝置，不成為系統(tǒng)。60年代初，有些電力公司利用數(shù)字計算機實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度，開始了計算機在調(diào)度中的應(yīng)用。如今電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個CCCPE的統(tǒng)一體，即計算機(computer)、控制(control)、通信(communication)和電力電子(powerelectronics)的產(chǎn)生、輸送、分配裝置以及電力電子裝置。當(dāng)然，在21世紀，不掌握電力市場知識便很難承擔(dān)電力調(diào)