第四章-電力系統(tǒng)自動化技術(shù)概論-《電力系統(tǒng)自動裝置(第2版)》教學(xué)課件

第四章電力系統(tǒng)自動化技術(shù)概論電力工程系電力系統(tǒng)自動裝置課程組§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

一、電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的復(fù)雜性及控制自動化

控制指揮這樣巨大復(fù)雜的電力系統(tǒng)，絕不是一個(gè)人或幾個(gè)人可以承擔(dān)得了的。實(shí)際上，每時(shí)每刻控制駕馭著這個(gè)巨大系統(tǒng)的，是各級調(diào)度中心（所）的調(diào)度人員和遍布各地的發(fā)電廠、變電站值班運(yùn)行人員。他們憑借各種各樣的儀表和自動化監(jiān)控設(shè)備，齊心協(xié)力嚴(yán)密配合，共同完成對電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制。

電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)可以概括為八個(gè)字：安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜監(jiān)視控制所需的實(shí)時(shí)信息越來越多，僅憑人的知識技術(shù)經(jīng)驗(yàn)是越來越難于應(yīng)付了。只有采用由當(dāng)代最新技術(shù)裝備起來的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)，才能使調(diào)度人員真正做到統(tǒng)觀全局，科學(xué)決策，正確指揮，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行?！?-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

一、電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的復(fù)雜性及控制自動化和其它任何產(chǎn)品一樣，電能也有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即頻率、電壓和波形三項(xiàng)指標(biāo)。要加強(qiáng)對波形的自動化監(jiān)測和采取有效的自動化消除諧波措施。要始終保持系統(tǒng)頻率合格，必須依賴一整套自動化的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)必須有一整套自動化的無功電壓調(diào)控系統(tǒng)，才能滿足各行各業(yè)對電壓穩(wěn)定越來越高的要求。§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

一、電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的復(fù)雜性及控制自動化最優(yōu)方案并不是一勞永逸的，因?yàn)樗歉鶕?jù)某一時(shí)刻的負(fù)荷分布計(jì)算出來的，而負(fù)荷又是隨時(shí)處在變化之中，所以每隔幾分鐘就要重新計(jì)算新的最優(yōu)方案，這樣才能使系統(tǒng)運(yùn)行始終處于最優(yōu)狀態(tài)。這種計(jì)算實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，涉及的因素多，計(jì)算量很大。顯而易見，采用人工計(jì)算是無法勝任的，必須依靠功能強(qiáng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

一、電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的復(fù)雜性及控制自動化“節(jié)能即環(huán)?！?！在這方面，電力系統(tǒng)調(diào)度也同樣肩負(fù)著重要的責(zé)任。采用先進(jìn)的調(diào)度自動化系統(tǒng)，開發(fā)加入環(huán)境指標(biāo)的優(yōu)化運(yùn)行高級應(yīng)用程序，一定可以為保護(hù)人類環(huán)境做出貢獻(xiàn)。§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

一、電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的復(fù)雜性及控制自動化§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

二、調(diào)度管理的重要性及其基本工作

分類運(yùn)行管理方面的問題占事故總數(shù)的百分?jǐn)?shù)（%）

靜態(tài)

穩(wěn)定

破壞對正?；驒z修運(yùn)行方式未進(jìn)行應(yīng)有的穩(wěn)定計(jì)算分析，在負(fù)荷增長或售電側(cè)發(fā)電廠減少出力時(shí)，未能控制潮流16.6由于無功不足、線路長、負(fù)荷重或?qū)l(fā)電機(jī)自動調(diào)整勵(lì)磁裝置退出運(yùn)行，或誤減勵(lì)磁造成運(yùn)行電壓大大下降，電壓崩潰

10.5

暫態(tài)穩(wěn)定破壞對發(fā)電機(jī)失磁是否引起穩(wěn)定破壞未作分析計(jì)算，未采取預(yù)防措施15.7高低壓環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式考慮不當(dāng)，或環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)未采取有效的解列措施14.8未考慮嚴(yán)重的故障（主要是三相短路），又未能采取有效措施5.7未考慮低壓電網(wǎng)對故障的影響8.6合計(jì)71.9根據(jù)電力工業(yè)的基本任務(wù)和電力系統(tǒng)調(diào)度的工作任務(wù)，電力系統(tǒng)調(diào)度的幾項(xiàng)基本工作如下：（1）負(fù)荷預(yù)測（2）編制發(fā)電計(jì)劃（3）指揮倒閘操作

（4）事故處理（5）經(jīng)濟(jì)調(diào)度（6）其它一些綜合性計(jì)劃§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

二、調(diào)度管理的重要性及其基本工作對電力系統(tǒng)運(yùn)行方式編制的要求（1）要有預(yù)計(jì)性（2）要選擇最優(yōu)運(yùn)行方式（3）要組織系統(tǒng)內(nèi)所有單位協(xié)同配合（4）應(yīng)符合國民經(jīng)濟(jì)基本方針§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

三、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的編制電力系統(tǒng)運(yùn)行方式編制的內(nèi)容（1）負(fù)荷預(yù)測（2）發(fā)電計(jì)劃（3）檢修安排（4）能源平衡（5）系統(tǒng)接線方式（6）潮流計(jì)算（7）安全分析§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

三、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的編制1、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)與電力系統(tǒng)綜合自動化

電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制需要自動化。在電力系統(tǒng)中早已有了許多自動化裝置：如快速準(zhǔn)確切除故障的繼電保護(hù)裝置和自動重合閘裝置，保持發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定的自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，保持系統(tǒng)有功平衡和頻率穩(wěn)定的低頻自動減載負(fù)荷裝置等。這些自動裝置大多“就地”獲取信息，并快速做出響應(yīng)，一般不需要遠(yuǎn)方通信的配合，這既是其優(yōu)點(diǎn)，也是其缺點(diǎn)。因?yàn)樗鼈児δ軉我?，不能從系統(tǒng)運(yùn)行全局進(jìn)行優(yōu)化分析，互相之間無法協(xié)調(diào)配合，更無法做出超前判斷，采取預(yù)防性措施。

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)則是基于對全系統(tǒng)運(yùn)行信息的采集分析，做出綜觀全局的明智判斷和控制決策，因此必須依賴一套可靠的通信系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)自動化的進(jìn)一步發(fā)展中，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)可以和火電廠自動化、水電廠自動化、變電站綜合自動化、配電自動化及前述各種自動化裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)、融匯和整合，實(shí)現(xiàn)更高層次上的電力系統(tǒng)綜合自動化?！?-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)2、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)按功能的分類

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是一個(gè)總稱，由于各個(gè)電網(wǎng)的具體情況不同，可以采用不同規(guī)格，不同檔次，不同功能的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)。其中最基本的一種稱為監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA），而功能最完善的一種被稱為能量管理系統(tǒng)（EnergyManagementSystem，EMS）。也有的是在SCADA的基礎(chǔ)上，增加了一些功能，如自動發(fā)電控制（AutomaticGenerationControl，AGC），經(jīng)濟(jì)調(diào)度（EconomicDispatchControl，EDC）等?！?-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)（1）監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）SCADA系統(tǒng)主要包括以下一些功能：①數(shù)據(jù)采集（遙測、遙信）；②信息顯示；③遠(yuǎn)方控制（遙控、遙調(diào)）；④監(jiān)視及越限報(bào)警；⑤信息的存儲及報(bào)告；⑥事件順序記錄（SequenceofEvents，SOE）；⑦數(shù)據(jù)計(jì)算；⑧事故追憶（DisturbanceDataRecording，DDR），也稱擾動后追憶?！?-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)（2）SCADA+AGC/EDCAGC/EDC是為了實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：①使全系統(tǒng)的發(fā)電出力緊緊跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷；②將電力系統(tǒng)的頻率誤差調(diào)整到零；③在所控制的區(qū)域內(nèi)分配系統(tǒng)發(fā)電出力，保持與其它系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線潮流為合理預(yù)定值；④在所控制的區(qū)域內(nèi)向各發(fā)電機(jī)組分配出力，使本區(qū)域運(yùn)行成本為最小。AGC/EDC可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。AGC程序幾秒鐘執(zhí)行一次。經(jīng)濟(jì)調(diào)度最初僅是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行離線計(jì)算，而現(xiàn)在也成為幾分鐘就運(yùn)算一次的在線程序了?！?-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)（3）能量管理系統(tǒng)（EMS）

EMS主要包括SCADA，AGC/EDC，狀態(tài)估計(jì)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，網(wǎng)絡(luò)化簡，偶然事故分析，靜態(tài)和動態(tài)安全分析，在線潮流，最佳潮流以及調(diào)度員培訓(xùn)仿真等一系列功能。一般把狀態(tài)估計(jì)及其后面的一些功能稱為電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的高級應(yīng)用功能，相應(yīng)的這些程序被稱為高級應(yīng)用軟件（PAS）。能量管理系統(tǒng)EMS并沒有一個(gè)確切的功能目錄，隨著新技術(shù)新要求的出現(xiàn)，加入到這個(gè)系統(tǒng)中的功能還會不斷增加。一般認(rèn)為，增加了狀態(tài)估計(jì)功能之后系統(tǒng)才可能運(yùn)行安全分析等高級軟件，也才可以稱為能量管理系統(tǒng)?！?-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)§4-1電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化概述

四、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)所謂配電自動化系統(tǒng)，按美國電氣電子工程學(xué)會（IEEE）的定義，是指一種可以使電力企業(yè)在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式監(jiān)控、協(xié)調(diào)和操作各種配電設(shè)備的系統(tǒng)。其具體功能可分為三類：（1）監(jiān)視：采集電壓、電流等模擬量和線路開關(guān)狀態(tài)等開關(guān)量，判定配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。（2）控制：必要時(shí)可以自動控制斷路器等配電設(shè)備，改變當(dāng)前配電系統(tǒng)的運(yùn)行工況，使之更加適合用戶的需要，如無功/電壓控制和故障后網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等。（3）保護(hù)：可以自動識別配電系統(tǒng)中的故障點(diǎn)，并進(jìn)行故障隔離?！?-2配電自動化系統(tǒng)

一、配電自動化系統(tǒng)概述經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段由自動重合器和自動分段開關(guān)來消除瞬時(shí)性故障，隔離永久故障。第二階段在上述基礎(chǔ)上增設(shè)遙控裝置實(shí)現(xiàn)在變電站或配電控制中心的遠(yuǎn)方控制。第三階段再進(jìn)一步利用現(xiàn)代通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集中的遙測、遙信和遙控功能，并對配電網(wǎng)各種信息進(jìn)行自動化的處理和應(yīng)用。從全國來看，配電自動化工業(yè)還剛剛興起。正處于研制設(shè)備，培養(yǎng)人才，由點(diǎn)到面，逐步推廣的階段。在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的推動下，已經(jīng)出現(xiàn)了與電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)集成在一起的SCADA/EMS/DMS系統(tǒng)，前述的面向?qū)ο蟮拈_放式系統(tǒng)的概念也應(yīng)當(dāng)涵蓋配電自動化領(lǐng)域?！?-2配電自動化系統(tǒng)

一、配電自動化系統(tǒng)概述§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)饋電線路自動化（FeederAutomation，F(xiàn)A）簡稱饋線自動化，按照IEEE對配電自動化的定義，饋線自動化系統(tǒng)是對配電線路上的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制的一個(gè)集成系統(tǒng)，是配電自動化的重要組成部分之一，也是提高配電網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一。饋線自動化的作用是：正常運(yùn)行時(shí)檢測線路狀態(tài)，如電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)及進(jìn)行相關(guān)操作；當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，能準(zhǔn)確確定故障所在線路，跳開故障線路開關(guān)，使故障線路被隔離，并恢復(fù)非故障線路的供電；通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制和降低網(wǎng)絡(luò)損耗?！?-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)在配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)饋線自動化有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少停電時(shí)間，提高供電可靠性（2）提高供電質(zhì)量（3）節(jié)省總體投資（4）減少電網(wǎng)運(yùn)行與檢修費(fèi)用目前饋線自動化大致可分為以下三種模式：（1）簡易模式（2）基于重合器模式（3）基于遠(yuǎn)方終端FTU模式§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)重合器是指具有多次重合功能和自具功能的斷路器。是一種能夠檢測故障電流，并能在給定時(shí)間內(nèi)遮斷故障電流并進(jìn)行給定次數(shù)重合的控制裝置。§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)線路自動分段器（AutomaticLineSectionalizer）簡稱分段器，是一種與電源側(cè)前級開關(guān)設(shè)備相配合，在無電壓或無電流的情況下自動分閘的開關(guān)設(shè)備。過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器通常與前級開關(guān)設(shè)備（重合器或斷路器）配合使用，它不能開斷短路故障電流，但具有“記憶”前級開關(guān)設(shè)備開斷故障電流動作次數(shù)的能力。在預(yù)定的記錄次數(shù)后，當(dāng)前級開關(guān)設(shè)備將線路從電網(wǎng)短時(shí)切除的無電流間隙內(nèi)分段器才分閘，隔離故障線路段，使前級開關(guān)設(shè)備如重合器或斷路器可重合到無障礙線路，恢復(fù)線路運(yùn)行。如果故障時(shí)瞬時(shí)的或未達(dá)預(yù)定記憶次數(shù)，分段器在一定的復(fù)位時(shí)間之后會“忘記”其所作的記憶而恢復(fù)到預(yù)先整定的初始狀態(tài)，為新的故障發(fā)生準(zhǔn)備另一次循環(huán)操作。§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)電壓—時(shí)間型分段器是憑借加壓、失壓的時(shí)間長短來控制其動作的，失壓后分閘，加壓后合閘或閉鎖。電壓—時(shí)間型分段器有三個(gè)重要參數(shù)，分別為x時(shí)限、y時(shí)限、z時(shí)限。x時(shí)限：為延時(shí)合閘時(shí)限，即指從分段器電源側(cè)加電壓至該分段器合閘的時(shí)間。y時(shí)限：又稱為故障檢測時(shí)間或延時(shí)分閘時(shí)限，其含義是：若分段器合閘后在未超過y時(shí)限的時(shí)間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時(shí)也不再自動重合。z時(shí)限：閉鎖合閘時(shí)限，為分段器從失壓到自動跳閘之間的短暫延時(shí)。若設(shè)重合器或斷路器的保護(hù)動作時(shí)間為t，為使分段器可靠工作，對于x，y，z時(shí)限的整定必須滿足如下關(guān)系：（t+z）<y<x?！?-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)§4-2配電自動化系統(tǒng)

二、配電自動化通信系統(tǒng)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)是電力系統(tǒng)高級應(yīng)用軟件的一個(gè)模塊（程序），只有增加了該功能后，系統(tǒng)才可能運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)分析等高級軟件，這是由于許多安全和經(jīng)濟(jì)方面的功能都要用可靠數(shù)據(jù)集作為輸入數(shù)據(jù)集，而可靠數(shù)據(jù)集就是狀態(tài)估計(jì)程序的輸出結(jié)果。所以，狀態(tài)估計(jì)是一切高級應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，真正的能量管理系統(tǒng)必須有狀態(tài)估計(jì)功能?！?-2配電自動化系統(tǒng)

第三節(jié)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)SCADA系統(tǒng)收集了全網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，匯成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫—SCADA數(shù)據(jù)庫，而SCADA數(shù)據(jù)庫存在下列明顯缺點(diǎn)：1.數(shù)據(jù)不齊全2.數(shù)據(jù)不精確3.受干擾時(shí)會出現(xiàn)不良數(shù)據(jù)4.數(shù)據(jù)不和諧§4-2配電自動化系統(tǒng)

第三節(jié)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)“狀態(tài)估計(jì)”是一種計(jì)算機(jī)程序，有時(shí)也按硬件的說法稱其為“狀態(tài)估計(jì)器”。狀態(tài)估計(jì)能實(shí)現(xiàn)以下這些功能：1、給出電網(wǎng)和諧、完整、準(zhǔn)確的運(yùn)行斷面數(shù)據(jù)。2、對生數(shù)據(jù)進(jìn)行不良數(shù)據(jù)（或叫壞數(shù)據(jù)）的檢測與辨識，刪除或改正不良數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可靠性。3、推算出齊全而精確