现代电力系统调度自动化-1211

现代电力系统调度自动化学时：24教材：现代电力系统调度自动化重庆大学出版社周杰娜主编为了保证电力系统运行的安全性、可靠性，保证供电质量，提高电力系统运行的经济性，必须及时正确获得电力系统的实时信息，完整掌握电力系统的实时运行状态，部分或完全地实现调度自动化。经验型调度→分析型调度本课程主要介绍电力系统调度自动化系统的基本要求和构成，以及其基本理论和方法。第1章绪论1.1电力系统的运行状态和调度控制的基本内容为了调度控制电力系统，需要对电力系统的运行状态进行分类，并了解在不同运行状态下应如何对电力系统实行控制。1.1.1电力系统的运行状态等式约束条件：不等式约束条件电力系统的运行状态(1)正常运行状态(4)系统崩溃状态(2)警戒状态(5)恢复状态(3)紧急状态图1.1电力系统运行状态示意图图1.2电力系统故障后系统崩溃过程的例子电力系统运行的不同状态下应注意什么问题？（多目标优化）1.1.2电力系统调度控制的基本内容调度控制的目标：1、满足用户供电需要，包括供电的数量和质量（电压和频率）；2、系统安全性，保证连续的系统功能；3、最小成本（发电和输电）4、环境保护（对环境和生态的影响最小）5、节约燃料和其它资源。电力系统调度控制是一个随电力系统状态变化的多目标优化问题。电力系统调度控制是在电力系统的不同状态下为达到相应的运行目标而进行的工作，基本内容分为三方面：1、短期运行计划2、瞬时运行3、运行报表及事故处理1.2电力系统监控及调度自动化系统的发展为了合理监控和协调日益扩大的电力系统的运行方式和处理影响整个系统正常运行的事故和异常情况,人们在形成电力系统的最早阶段，就注意到电力系统的远程监控问题，并提出必须设立电力系统的调度控制中心。能量管理系统EMS:SCADA系统（监视控制和数据收集系统）AGC(自动发电控制)网络分析1.3电力系统调度自动化系统的基本结构1.3.1电力系统的分层调度从理论上讲，可以对电力系统实行集中调度控制，也可以实行分层调度控制。分层分级调度控制的优点：1)便于协调调度控制2)便于提高系统运行的可靠性3)提高实时响应的速度4)灵活性增强5)提高投资效率1.3.2调度自动化系统的基本结构(1)信息收集和执行子系统(2)信息传输子系统(3)信息处理子系统(4)人机联系子系统图1.3电力系统调度控制自动化系统的基本结构信息处理子系统完成的基本功能：1)实时信息处理2)离线分析3)电能质量的分析计算4)经济调度计算5)运行状态安全性的分析和校正电力系统分层调度有什么优点？第2章电力系统调度控制自动化系统2.1电力系统的信息收集和执行系统在一个现代化的电力系统中，为了能正确和及时地掌握每时每刻都在变化着的电力系统运行情况，控制和协调电力系统的运行方式，处理影响整个电力系统正常运行的事故和异常情况，保证电力系统的安全和经济运行，必须具备一个完善的电力系统信息收集和执行系统，将分散在几十公里、几百公里以至上千公里以外的各发电厂和变电所的大量表征电力系统运行状态的信息，迅速、正确、可靠地送到调度控制中心，同时将控制中心的控制和调节命令传送到各发电厂和变电所，实现对电力系统的自动监视和控制。2.1.1电力系统实时信息的种类和采集方法电力系统调度需要采集的信息有：1)远程测量信息(遥测Telemetering)2)远程信号信息(遥信Teleindication，Telesignal)图2.1遥测、遥信原理图电力系统运行中主要的控制和调节信息有：1)远程切换(遥控，Teleswitching)信息2)远程整定(遥调，Teleadjusting)信息图2.2遥调、遥控原理图2.1.2电力系统远动装置的配置与功能(1)电力系统远动简介1)硬件远动装置的构成及工作原理2)微机远动的构成3)远动信息的传输方式图2.3微机远动原理框图(2)远动装置的配置及其功能1)远动主控机(调度端机)2)远动终端机(厂站端机)3)远动转发机①梯级水电厂②火电厂群③枢纽变电站各厂、站与调度所间的信息交换,要由远动装置通过各种信道(或信息传输媒介)组成的信息传输系统来完成。图2.4梯级水电厂调度所远动转发机配置示意图图2.5枢纽变电站TFS配置示意图2.2电力系统的信息传输系统2.2.1信息传输系统的主要质量标准(1)可用率(可靠性)(2)误码率(准确性)(3)传输速度(实时性)2.2.2实时信息的编码电力系统采集到的量测信息，通常都经变送器变换成了标准直流电压信号。通过采样开关对各收集到的量测量和信号按规定的次序逐个采样。(1)实时信息抗干扰编码(2)信息的表达形式和信息传输的同步有两种不同的同步方式：1)非同步方式2)同步方式图2.6传输信息的例子（a）非同步方式（b）同步方式2.2.3调制和解调1)振幅调制2)频率调制3)相位调制图2.7调制方式2.2.4远动信息传输通道(1)信道媒介目前电力系统调度自动化系统使用的信道媒介有以下几种：1)远动与载波电话复用电力载波信道(载波)2)无线信道(微波)3)光纤通信4)架空明线或电缆传输远动信息图2.8远动与载波电话复用电力载波的信息传输系统图图2.9微波信息传输系统的构成示意图图2.10光纤通信系统的基本构成示意图图2.11对光源调制的示意图(2)信道的工作方式单工、半双工、双工图2.12信道工作方式（a)单工(b)半双工(c)双工(3)信息传输网络的基本类型远动通信网络有如图2.13所示的以下几种基本类型：1)点对点配置2)多路点对点配置3)多点星形配置4)多点共线配置5)多点环形配置(4)通信规约1)CDT方式通信规约2)Polling方式通信规约2.3电力系统的信息处理系统现代电力系统往往跨几个省、市，具有成百上千个发电厂和负荷点，为了实现自动监视和控制功能需进行大量的数据处理，要作复杂的电力系统运行状态分析计算和逻辑判断，然后将结果提供给运行人员作最后的决策，并对操作控制做出反应。2.3.1设计调度自动化计算机系统应考虑的原则1)可靠性2)可用性3)可维护性4)可扩充性5)高速性2.3.2实时调度计算机系统的硬件配置根据需要调度控制的对象及控制功能的要求不同，实时调度计算机系统的硬件配置也不同。一般有下列几种配置形式：1)无备用的单机系统2)双(多)重化系统3)分布式系统图2.18单机系统的不同设计方法图2.19典型的调度计算机双机系统图2.20分布式系统配置2.3.3调度计算机系统的基本硬件配置1)中央处理器：中央处理器CPU是计算机的控制中心。2)内存：微机内存基本配置现已达128MB，还可扩充到256MB以上；中、小型机内存可达几百MB。3)外存：外存主要用于存储操作系统、应用程序、历史文件、数据库等。4)输入/输出(I/O)设备：包括CRT、键盘、打印机、大屏幕显示器、大屏幕投影仪、绘图仪、音响设备及各模拟量、数字量和开关量等的输入输出装置、计算机间接口、主机与通讯网接口、计算机与远动接口等。2.3.4调度计算机系统的基本软件实时调度计算机系统的软件有以下特点:1)软件系统庞大复杂，执行速度要求很高。2)一般采用分时操作系统,例如VMS各任务有自己的优先级，分时地被执行。3)有很强的人机联系能力。4)控制功能可以不断改进和增加，可修改原有程序或增加新程序而不影响其他程序。软件分三类：(1)系统软件(2)支撑软件(3)应用软件按计算用输入数据的性质及计算结果的适应性,应用程序可分为三类：1)动态程序2)准动态程序3)静态程序(4)电力系统高级管理与分析软件主要有以下几种：1)管理信息系统(MIS—ManagementInformationSystem)2)能量管理系统(EMS—EnergyManagementSystem)3)调度员培训仿真系统(DTS—DispatcherTrainingSimulator)2.4人机联系系统电力系统采用调度自动化系统后，要求调度人员利用这一系统全面、深入和及时地掌握电力系统的运行状况，做出正确的决策和发出各种控制命令，以保证电力系统的安全和经济运行。2.4.1调度员控制台调度员控制台是调度人员对电力系统进行监视和控制的交互型人机联系设备。(1)屏幕显示器(2)操作键盘(3)屏幕游标定位部件(4)音响报警装置(5)语音输入输出装置2.4.2调度员工作站2.4.3模拟屏2.4.4记录设备1)趋势记录仪2)绘图仪3)画面拷贝机2.5SCADA系统2.5.1SCADA系统的基本功能(1)数据采集(2)数据预处理1)测量合理性校验2)遥测值变化率合理性校验3)测值的平滑滤波4)开关变位可信性校验(3)信息显示和报警对电力系统监视的内容一般有：①电能质量监视②安全限制监视③开关状态监视④停电监视⑤计划执行情况监视⑥设备状态监视⑦保护和自动装置监视图2.21CRT显示的系统接线图(4)调度员遥控摇调操作(5)信息统计、储存和打印(6)事故追忆和事故顺序记录(7)调度控制系统的状态监视和控制2.5.2SCADA系统的运行原理(1)查询问答方式(2)数据输入(3)控制输出(4)数据库(5)人机接口(6)外部接口图2.22当前电力系统的数据采集与通讯的工作模式电力系统调度自动化系统应包含哪些子系统？各子系统的功能是什么？谈一下你对微机远动系统的认识？简述SCADA系统的基本功能及其运行原理。第3章电力系统状态估计3.1概述在电力系统信息的收集和传输过程中，由于测量装置、各种变换设备和传送设备的误差，或故障失灵，以及在传送过程中的各种外界干扰，使未经处理的原始数据具有不同程度的误差和不可靠性。状态估计一般可分为如下四个步骤：1)假设数学模型2)状态向量的估计计算3)检测4)识别图3.1状态估计的步骤3.2电力系统运行状态的表征与可观察性3.3最小二乘估计3.4静态最小二乘估计的改进3.5支路潮流状态估计法3.6电力系统的递推状态估计3.7不良数据的检测3.8不良数据的残差搜索辨识法3.9不良数据的估计辨识法3.10电力系统网络拓扑的实时分析3.11网络结构辨识的基本概念3.2电力系统运行状态的表征与可观察性电力系统的运行状态可以用节点电压模值、电压相角、线路有功与无功潮流、节点有功与无功注入等物理量来表示。图3.2π形线路元件模型图用测量量来估计系统状态存在若干不正确或不准确的因素，概括有以下内容：1)数学模型不完善2)测量系统的系统误差3)随机误差3.3最小二乘估计前面已经提及，所谓静态估计就是用一定的统计学准则，通过测量向量z求出状态向量x,且使之尽量接近其真值x。图3.3加权最小二乘估计框图图3.4节点注入对H阵影响示意图图3.5信息矩阵的结构示意图3.4静态最小二乘估计的改进3.4.1快速解耦状态估计3.4.2正交变换法图3.8s1、s2向量及其正交向量s3示意图图3.9含误差时向量s1、s2的交叉图3.5支路潮流状态估计法由J.F.Dopazo等人提出的支路潮流状态估计法，是早期应用于美国AEP电力公司的一种较为成功的算法。图3.10输电线与变压器等值电路3.6电力系统的递推状态估计前面几节讨论的是属于静态估计的方法。3.7不良数据的检测电力系统的测量信息如果误差不大，测量系统的配置恰当，则用以上所介绍的状态估计方法可以得到满意的实时数据库。3.7.1J(x)检测法3.7.2加权残差检测法3.7.3标准化残差检测法3.8不良数据的残差搜索辨识法通常对不良数据辨识的基本思路是：在检测出不良数据后，应进一步设法找出这个不良数据并在测量向量中将其排除，然后重新进行状态估计。1)加权残差搜索法。2)标准化残差搜索法。图3.13残差搜索辨识法程序流程框图3.9不良数据的估计辨识法不良数据的估计辨识是我国发展起来的一种新方法，这种方法具有较好的辨识多个不良数据的功能，实时性也较好，因此近年来已得到了进一步的发展。3.10电力系统网络拓扑的实时分析电力系统运行的在线分析计算中许多程序都是以节点导纳矩阵为基础的。节点导纳矩阵随网络的结线而变化。3.10.1厂站的结线分析图3.14厂站接线图与相应的网络图3.10.2网络接线分析3.11网