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1、,North China Electric Power University,电力工程系,Department of Electrical Engineering,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,一、调度自动化技术的应用背景 对于电力系统，最重要的是运行的安全性，其次是经济性。在电力系统的运行中，调度运行人员为实现这一目标付出了辛勤的劳动。,调度自动化技术的应用和发展,调度运行人员的基本任务是:当电力系统正常运行时，实时监视和调整电力系统的运行，使系统运行在最佳状态。当电力系统发生故障时，要尽快进行故障诊断，事故处理，把事故限制在最小范围内，在此基础上实施恢复控制，使系
2、统尽快恢复正常。当运行方式变化和电力设备检修时，要编写调度操作票，并指挥电网各级运行值班人员进行安全有效的电气倒闸操作。,调度自动化技术的应用和发展,随着电力系统不断向前发展，对电网运行的要求也日益提高。为了进一步提高调度员的工作效率，减轻调度员的劳动强度,许多学者和工程技术人员开始研究电力系统自动化技术,希望调度自动化技术在电力系统运行中得到应用，来协助调度员进行电力系统的调整、指挥和操作。,调度自动化技术的应用和发展,二、国外自动化技术的发展,调度自动化技术的应用和发展,1、40年代将部分数据展现在模拟盘上 增强了调度员对实际系统运行变化的感知能力。,调度自动化技术的应用和发展,2、50年
3、代中期，提出电网调度自动化系统 概念 标志着现代电网调度自动化的开始。这期间，只有远动装置和机电式调频装置，对单个发电厂进行AGC(Automatic Generation Control)控制，不成为系统。,调度自动化技术的应用和发展,3、70年代SCADA系统应用于电网 Supervisory Control and Data Acquisition 1965年11月9日，美国东北部电网发生大停电事故，主要原因是因为系统稳定破坏。不但使纽约市和东北部六州大停电，还波及加拿大安大略省，停电区域20万平方公里，经济损失达1亿美元，影响3000万居民。,调度自动化技术的应用和发展,这次事故，使得
4、多数电力公司意识到依靠远动设备只在模拟盘上显示信息的方式远不能满足复杂电网安全运行的要求，开始把计算机应用从只考虑经济为主转移至以安全为主，出现了所谓电网SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统。,调度自动化技术的应用和发展,SCADA的出现，实现了实时数据通过计算机的远方在线显示和管理，尤其是在提高事故处理和故障恢复的时间方面起到了很大的作用。这是电力系统自动化技术在电力系统运行应用中形成系统的第一个飞跃。具有代表性的系统是美国BPA的迪特茂调度中心。,调度自动化技术的应用和发展,这期间电网自动调频和有功功率经济分配的装置和自动调节系
5、统不再独立存在，而是以AGC/ED（Automatic Generation Control/Economical Dispatching)软件包的形式和SCADA系统结合，成为SCADAAGCED系统，这是SCADA系统出现后的调度自动化系统第1次功能综合。,调度自动化技术的应用和发展,由于这期间，远动设备、通信通道还未发展到相应的水平，SCADA采集的数据存在误差较大。为了解决这一问题，70年代初开始，发展了各种基础算法，开发了网络拓扑、外部网络等值、超短期母线负荷预计、状态估计等一系列软件，将SCADA采集到有误差的“生数据”转变成“熟数据”，建立了熟数据库。,调度自动化技术的应用和发展
6、,4、80年代电网高级应用软件开始应用 80年代在这一基础上开发了调度员在线潮流、静态安全分析等等电网高级应用软件。电网运行方式的改变以及当前运行方式下遇到大扰动时的后果就可以通过高级应用软件自动预计出来。,调度自动化技术的应用和发展,5、90年代形成EMSEnergy Management System(SCADA+AGC/ED+PAS)PAS(Power Analysis System)90年代又进一步研究和开发了各种电力系统的优化软件，如线损修正、无功优化、最优潮流等软件。电网调度自动化系统从SCADA系统升级为能量管理系统EMS.,调度自动化技术的应用和发展,电网调度自动化从SCADA
7、发展到EMS花了近30年的时间。从它的发展过程看，除了各功能算法和软件的开发及完善外，总体趋势是不断地综合，其目的就是更好地保证大电网安全、稳定、经济运行。,调度自动化技术的应用和发展,EMS功能的内容:智能化的网络建模 拓扑分析和动态着色 量测系统的分析和维护 实时状态估计 短期超短期负荷预测 外网等值 在线潮流 经济评估分析 静态安全分析,调度自动化技术的应用和发展,三、我国调度自动化技术的发展,调度自动化技术的应用和发展,1、80年代初为纸带计算机2、80年代末，进口大型计算机3、90年代初开始发展远动和通信，建立初期SCADA系统4、90年代末，形成EMS并达到实用化。,调度自动化技术
8、的应用和发展,四、调度自动化的基本结构,调度自动化技术的应用和发展,以计算机为中心的电网调度自动化，其基本结构包括主站控制中心、厂站端和信息通道三大部分。根据所完成功能的不同，可以将此系统划分为信息采集和执行子系统、信息传输子系统、信息处理子系统和人机联系子系统。,调度自动化技术的应用和发展,信息采集与监控子系统的基本功能是在各发电厂、变电站采集各种表征电力系统运行状态的实时信息。如发电机功率、母线电压、变压器负荷、输电线路功率等等，并根据需要向调度控制中心提供各种监视、分析和控制电力系统所需的其它信息。硬件构成主要包括变送器和RTU（远动终端单元），后者执行操作及处理功能。,调度自动化技术的
9、应用和发展,另外，此系统还负责接收和执行上级调度控制中心发出的操作、调节或控制命令。信息传输子系统为信息采集、执行子系统和调度控制中心提供了信息交换的桥梁，其核心是数据通道，它经调制解调器与RTU及主站前置机相连。在电力系统中，传统的信息传输通道一般为微波和电力线载波两种，随着电力通信事业的发展，光纤通信已开始普及应用。,调度自动化技术的应用和发展,信息处理子系统是整个调度自动化系统的核心，以计算机为主要组成部分。该子系统包含大量的直接面向电网调度、运行人员的计算机应用软件，完成对采集到的信息的各种处理及分析计算，乃至实现对电力设备的自动控制与操作。,调度自动化技术的应用和发展,信息处理子系统
10、一般由前置机和后台处理机两部分组成，前置机完成数值信号的接收及预处理等功能；后台处理机完成数据的进一步处理、存储、系统监视与分析等高级功能。,调度自动化技术的应用和发展,人机联系子系统将传输到调度控制中心的各类信息进行处理，通过各种显示设备、打印设备和其它输出设备，为调度人员提供完整实用的电力系统实时信息。调度人员发出的遥控、遥调指令也通过此系统输入，传送给执行机构。,调度自动化技术的应用和发展,人机联系子系统中的输出设备包括：模拟屏、图形显示器、有声报警装置、记录仪、制表或图形打印设备；输入设备主要有键盘、鼠标等。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,在整个调度自动化系统
11、中，各子系统是互相联系、密不可分的，只有各个子系统密切配合、互相协调，调度自动化系统才能真正发挥作用，反之，任何一个子系统出现问题，都将影响整个系统的实用性与可靠性。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,我国从2000年1月，国家电力公司正式下发文件，EMS开始在全国各电网推广应用。目前我国EMS所具备的基本功能的内容为：SCADA 状态估计调度员潮流静态安全分析负荷预测 AGC/ED,1、SCADA的功能：数据采集和处理安全监视与报警制表打印特殊运算事故追忆历史数据管理拓扑着色人机联系实时数据及历史数据库系统时钟,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,1
12、）、数据采集与处理（包括主站和子站）子站采集到的电网运行状态信息，经通道传送到主站，主站计算机系统将数据信息转换为工程量，再提供给系统分析和控制子系统，形成辅助决策方案，输出给调度运行人员。,调度自动化技术的应用和发展,2）、安全监视与报警从远方采集到的数据首先用于安全监视，通过显示终端为调度员提供画面或表格形式的实时信息提示。所谓告警，就是当电网中出现异常或事故，SCADA采集到相关信息时，向调度员发出警告信息，以引起注意（包括音响或闪烁显示）。,调度自动化技术的应用和发展,3）、制表打印具备调度运行日报的定时打印和召唤打印功能。,调度自动化技术的应用和发展,4）、特殊运算特殊运算功能就是对
13、某些直接采集到的数据进行某些数学运算，得到一些不能直接采集到或采集不到的数据。以弥补量测系统的不足，满足电网调度的需要。比如：联络线潮流总和、全网发电总功率等。,调度自动化技术的应用和发展,5）、事故追忆事故追忆是在电网发生事故后，准确记录指定时间内电网发生的事件序列，尤其是每个事件发生的绝对时间，并能以合适的方式及时的报告。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,2、状态估计状态估计有三种功能:1）、通过对遥信或刀闸状态错误开发一些专家规则来进行拓扑排错，自动改正确定性的拓扑错误，并且对可疑的拓扑错误给出报警，由使用人员确认后改正。,调度自动化技
14、术的应用和发展,2）辩识并剔除明显的坏数据 对遥测量，利用元件正常参数的物理限制，结合专家规则开发了预过滤功能，自动过滤明显的坏数据，通常把误差达到正常测量范围的14%以上的数据作为不良数据。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,3）对未量测点和实时数据（存在随机误差）进行计算估计 状态估计目前所采用的计算方法一般为基于加权最小二乘的快速分解法、带约束的最小二乘法、正交变换法以及支路潮流状态估计法、递推状态估计法等。但目前应用最为广泛的仍是加权最小二乘的快速分解法，计算速度快，收敛性好。,调度自动化技术的应用和发展,加权最小二乘法准则是，各个量测量各取一个权值，精度高的测量
15、量权大一些，而精度低的测量量权小一些。对一个实际电网，一般中枢点变电站的通信和远动设备配备齐全且水平较高，则测量量取权数大一些，对直馈变电站和对系统运行影响较小的变电站取权数小一些,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,对于随机误差较大的测量量，也可以用加权残差辨识法对其进行排除或在迭代过程中减少它的权值，都可以达到提高状态估计精度的目的。还可同时用牛顿法提高量测冗余度，结合确定的潮流方向信息，由有功潮流量测和电流量测来进一步扩大可观测区域。,调度自动化技术的应用和发展,状态估计经过以上计算分析步骤，将SCADA采集的“生数据”变成“熟数据”，送进“熟数据”库，供调度员在线潮
16、流计算用。经过状态估计的“熟数据”较“生数据”，数据精度高，潮流计算收敛性能好。,调度自动化技术的应用和发展,3、短期负荷预报 短期负荷预报用于预报一周内的系统负荷曲线，广泛采用的预测方法有时间序列法、多元线性回归法等，利用历史数据进行预报拟和，自动确定各种方法的最佳权系数。超短期负荷预报用于预报1h2h之内的系统负荷，目的是用于预报潮流，便于进行预想事故的安全分析或无功电压的控制。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,4、调度员在线潮流 调度员潮流可取用状态估计所得的熟数据，也可取用历史数据和预报数据进行计算，从而实现对历史、实时和未来整个时间轴上进行潮流研究的目的。可进
17、行各种潮流调整，进行解合环、调压、改变负荷（发电）水平等模拟，观察调整后的潮流分布，这样我们可以充分考虑系统解并列、不平衡功率的分配和频率变化等特殊问题。,调度自动化技术的应用和发展,潮流计算一般仍采用快速分解法，其速度快且收敛性不成问题，牛顿法可作为其算法选项。,调度自动化技术的应用和发展,5、静态安全分析 静态安全分析是要研究电网中设备因故障开断后的潮流分布，检查是否会产生支路过载或电压越限，开断设备可由人工设定，为调度员提供了预想事故分析的重要手段。自动故障选择可对全网中所有可能开断的设备组合逐个开断，计算开断后的全网潮流，并计算严重性指标。通过对严重性指标的降序排列，即可筛选出严重的开
18、断，从而自动找出电网安全的薄弱环节。,调度自动化技术的应用和发展,6、AGC/ED AGC/ED的作用是：在电力系统稳态运行时，通过调节发电机的功率来调节系统频率和联络线的交换功率。AGC/ED是根据测量出的系统频率或联络线交换功率的实际值同计划值之差来计算出系统所需的调节量。,调度自动化技术的应用和发展,AGC/ED的基本控制目标是：1）、调整发电出力，使电网频率偏差调节到零，从而保持电网频率为额定值。2）、在各控制区域内分配全网发电出力，使区域间联络线潮流与计划值相等。3）、在本区域发电厂之间分配发电出力，使区域运行成本最小。,调度自动化技术的应用和发展,AGC主站,电厂RTU,单机控制系
19、统,AGC主站,电厂RTU,闭环监控系统,调度自动化技术的应用和发展,AGC/ED运行前，系统频率控制为500.2HZ，AGC/ED运行后，系统频率控制提高为500.1HZ。大大提高了电力系统的电能质量。,调度自动化技术的应用和发展,能量管理系统EMS，将现代电力系统理论与计算机技术有机地融合成一体，成功的应用于电力系统的分析控制之中，在一定程度上提高了电网调度自动化水平，电网的运行水平由经验型调度上升为分析型调度，实现调度水平上的第二次飞跃。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,五、调度自动化技术今后的发展 虽然电力系统自动化的高层应用软件（EMS）在电力系统运行中已得到
20、了广泛的应用，但由于只停留在分布式独立在线计算分析阶段，还需要调度人员进行被动调用进行计算分析，然后再进行综合决策，使电网运行利用调度自动化应用软件进行智能调度受到了一定的限制。,调度自动化技术的应用和发展,面对越来越复杂的调度决策问题，EMS的局限性越来越明显。1）传统的EMS只能利用SCADA系统提供的电网稳态运行信息，没有采集故障信息，因此，只能反映电网正常运行状态，不能反映电网故障发生后系统的演变过程。,调度自动化技术的应用和发展,2）传统的EMS只能提供诸如状态估计、调度员潮流、静态安全分析等电网稳态计算分析结果，没有提供电网在线动态安全分析结果的功能。3）传统的EMS系统各计算分析
21、应用软件不能自主、自动的根据电网运行的协调运行，为调度运行人员自动提供电网实时运行分析报告，从根本上减轻调度运行人员的工作负担。,调度自动化技术的应用和发展,为解决上述问题，国内外研究人员进行了积极的研究和探索。1）从数据源角度，将广域测量系统（WAMS）和SCADA系统相结合，为EMS提供稳态信息和暂态信息的综合数据源。2）建立故障信息系统，将继电保护和安全自动装置信息与SCADA系统相结合，为EMS提供稳态信息和故障信息相结合的综合数据源。,调度自动化技术的应用和发展,3）从电网分析应用角度，将暂态稳定计算分析、故障诊断、故障恢复和故障操作等软件添加到EMS系统中。4）利用人工智能技术，研
22、发软件指挥系统，使多个软件模块协调运行于统一调度环境下，根据测量到的信息以及当前的命令，各应用软件协调运行，最终为调度运行人员自动提供综合决策方案。,调度自动化技术的应用和发展,实现了上述目标，电网的运行水平将由分析型调度上升为智能型调度，实现调度水平上的第三次飞跃。调度自动化向智能调度方向发展，也是国家电网公司“十一五”规划目标之一。,调度自动化技术的应用和发展,智能调度系统基本功能除传统的EMS功能外，还应具备以下功能：1、柔性SCADA 2、暂态稳定计算分析 3、故障诊断和恢复 4、智能调度操作票 5、软件指挥系统 6、综合电源备自投 7、最优解列,调度自动化技术的应用和发展,1、柔性S
23、CADA 所谓柔性SCADA系统包括故障信息系统和广域测量系统，是指该系统除了采集反映电网正常运行状态的四遥数据，还采集保护、录波、安全自动装置等二次数据，以反映电网故障信息，采集相角量（PMU)以反映电网动态信息；除了具备数据采集功能，还具有数据管理和按需交互信息功能，可以实现灵活交互式的信息传输。灵活的通信方式是实现在线智能故障处理的基础。,调度自动化技术的应用和发展,2、暂态稳定计算分析对于暂态稳定计算分析，由两个应用软件模块组成，即快速暂态计算模块和详细暂态计算模块。,调度自动化技术的应用和发展,快速暂态计算分析，也称直接法稳定计算，指对指定计算范围内的支路或母线进行快速严重故障（如三
24、相短路）扫描，通过求取系统的能量函数判断系统暂态稳定裕度是否充足，并提供稳定裕度指标。可以显著提高计算分析的效率，为用户提供一个偏保守的暂态稳定判断结果。,调度自动化技术的应用和发展,根据快速暂态计算的结果情况，通过设定暂态稳定计算的范围（稳定裕度低于某一固定值），根据电网实时运行状态、模型和参数、预想故障方式自动执行详细的暂态稳定计算。,调度自动化技术的应用和发展,对仿真曲线进行数据挖掘，提取系统安全稳定性以及动态模式特征：暂态功角稳定性、暂态电压安全性、暂态频率安全性、设备过载的安全性等，确定电网安全稳定的薄弱环节。,调度自动化技术的应用和发展,以事先设定的调整方式（如根据负荷的增加，哪些
25、调峰、调频机组需要调整，调整步骤等），进行电气设备暂态稳定极限计算（如重要联络线或通过暂态稳定计算确定的电网的薄弱环节等），极限值同时满足暂态功角稳定性、暂态电压安全性、暂态频率安全性、设备过载的安全性等约束，并计算电网当前运行状态下暂态稳定裕度。,调度自动化技术的应用和发展,3、故障诊断和恢复 只有基于柔性SCADA，才可以实现计算机辅助调度员在线完成故障诊断和故障恢复。柔性SCADA除了采集反映电网正常运行状态的四遥数据，还采集保护、录波、安全自动装置等二次数据，以反映电网故障信息，采集相角量（PMU)以反映电网动态信息；除了具备数据采集功能，还具有数据管理和按需交互信息功能，可以实现灵活
26、交互式的信息传输。,调度自动化技术的应用和发展,故障诊断可根据收集到的各种故障信息诊断出电网中发生故障的元件和故障性质，然后确定隔离故障的方案和步骤和停电的元件中哪些可恢复供电，哪些需要进一步检查（如试送、巡线或试验等），并在此基础上识别误动和拒动的开关和保护，确定开关是否能正常操作，保护是否继续投入运行。,调度自动化技术的应用和发展,根据电网故障诊断的结果，电网的恢复处理能完成以下主要任务：对未停电系统提出消除过载、保证系统安全运行的方案；对停电系统提出恢复方案，搜索合理的供电路径。在得到调度员的确认后，这些措施和方案自动生成故障恢复处理状态下可执行的具体操作指导步骤。,调度自动化技术的应用
27、和发展,4、智能调度操作票 电网除正常运行状态和故障状态外，还有一种运行状态就是检修状态。操作票是电力系统日常检修、变更运行方式时倒闸操作的一项重要指令，智能调度操作票系统，是根据电网的当前运行情况，进行设备状态的自动识别和跟踪，采用智能化的推理机制，实现自动生成调度操作票。,调度自动化技术的应用和发展,智能调度操作票具备一下主要功能：1）根据电网的当前运行情况，实现设备状态的自动识别和跟踪。2）在操作过程中出现的合/解环、并/解列、以及部分设备的过载进行安全校验。3）对逐项操作指令进行五防安全校验，并采用“人机联合把关”的方式防误闭锁。,调度自动化技术的应用和发展,4）对操作票的应用流程“拟
28、票审核发令操作结果反馈”进行严格的控制。5）提供操作票的自动编号、分类存储、统计、查询等管理功能。6）建立与DMIS系统接口，使生成的操作票能够在DMIS系统中流转。,调度自动化技术的应用和发展,5、软件指挥系统软件指挥系统负责协调各不同的功能应用软件模块，使他们能够协调的运行于一个统一调度的环境下，能够根据测量到的信息以及当前的命令，自动智能化的决定执行哪些分析计算，以及这些计算模块以何种次序、何种组合方式执行。在执行这些分析模块的过程中，软件指挥系统协调智能调度系统与运行人员间实现交互信息、共享知识、共同完成调度任务等交互功能。,调度自动化技术的应用和发展,在软件指挥系统的指挥下：智能调度
29、系统可在电网正常运行时不断进行安全和经济性的评估；当电网中电气元件需要检修时，根据调度员的要求和电网当前运行状态，自动生成调度操作票；当电网中发生故障时，智能调度系统将根据上传的报警信息进行故障诊断，在判断故障元件的同时，对故障涉及到的开关和保护的动作情况进行评价；然后智能调度系统将进行故障恢复决策，给出恢复策略。,调度自动化技术的应用和发展,5、综合电源备自投,调度自动化技术的应用和发展,6、最优解列,调度自动化技术的应用和发展,7、系统运行状态可视化。调度员在运行过程中最关心的就是系统的安全裕度，能知道系统是否是安全的，距离安全边界有多远，故障或扰动将导致系统朝什么方向偏离安全域，最先导致
30、哪个环节失去安全。,调度自动化技术的应用和发展,显示画面是监控的关键.1、着色/闪光监视/报警/输入2、动态/移动监视/检查3、等高图电压/相角差/电价/裕度/负荷4、三维图监视5、地理图规划/设计/配电/抢修6、数据显示/操作模拟/虚拟电力系统,调度自动化技术的应用和发展,表示潮流的箭头是动的，箭头大小代表输送有功功率的大小。线路上的饼图代表线路的负荷率，是动态变化的。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,智能调度系统实现的目标：1、调度员的助手和参谋 为调度员出谋划策，提供决策方案供调度员参考，协助调度员完成保证电网安全、稳定、经济运行的任务
31、。2、紧急情况下代理调度员对电网进行控制 在系统紧急情况下，如系统事故状态下的紧急控制、最优解列等，可由智能系统直接执行，随后再将详细情况报告调度员，如事故情况、处理方案、处理过程和处理结果等等。,调度自动化技术的应用和发展,3、调度员的顾问 当调度员发现系统运行中有难以解决的问题时，可向智能调度系统提出咨询请求，由智能调度系统回答调度员提出的问题。4、调度员的助理 调度员在工作中难免出错，智能调度系统可实时对调度员的操作行为进行监视，若发现错误，及时向调度员发出警告，同时提出纠正错误的方案。,调度自动化技术的应用和发展,总之，智能调度系统将是高智能、高速度、高信息和高准确度的计算机自动化系统，它不但具备人的智慧，还具备人不能具备的速度和准确度。,调度自动化技术的应用和发展,调度自动化技术的应用和发展,
