現(xiàn)代電網運行技術(調度自動化第十一節(jié))

NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering

調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展

一、調度自動化技術的應用背景

對于電力系統(tǒng)，最重要的是運行的安全性，其次是經濟性。在電力系統(tǒng)的運行中，調度運行人員為實現(xiàn)這一目標付出了辛勤的勞動。調度自動化技術的應用和發(fā)展調度運行人員的基本任務是:

當電力系統(tǒng)正常運行時，實時監(jiān)視和調整電力系統(tǒng)的運行，使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，要盡快進行故障診斷，事故處理，把事故限制在最小范圍內，在此基礎上實施恢復控制，使系統(tǒng)盡快恢復正常。當運行方式變化和電力設備檢修時，要編寫調度操作票，并指揮電網各級運行值班人員進行安全有效的電氣倒閘操作。調度自動化技術的應用和發(fā)展二、國外自動化技術的發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展1、40年代將部分數(shù)據展現(xiàn)在模擬盤上增強了調度員對實際系統(tǒng)運行變化的感知能力。調度自動化技術的應用和發(fā)展2、

50年代中期，提出電網調度自動化系統(tǒng)概念標志著現(xiàn)代電網調度自動化的開始。這期間，只有遠動裝置和機電式調頻裝置，對單個發(fā)電廠進行AGC(AutomaticGenerationControl)控制，不成為系統(tǒng)。調度自動化技術的應用和發(fā)展這次事故，使得多數(shù)電力公司意識到依靠遠動設備只在模擬盤上顯示信息的方式遠不能滿足復雜電網安全運行的要求，開始把計算機應用從只考慮經濟為主轉移至以安全為主，出現(xiàn)了所謂電網SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng)。調度自動化技術的應用和發(fā)展SCADA的出現(xiàn)，實現(xiàn)了實時數(shù)據通過計算機的遠方在線顯示和管理，尤其是在提高事故處理和故障恢復的時間方面起到了很大的作用。這是電力系統(tǒng)自動化技術在電力系統(tǒng)運行應用中形成系統(tǒng)的第一個飛躍。具有代表性的系統(tǒng)是美國BPA的迪特茂調度中心。調度自動化技術的應用和發(fā)展這期間電網自動調頻和有功功率經濟分配的裝置和自動調節(jié)系統(tǒng)不再獨立存在，而是以AGC/ED（AutomaticGenerationControl/EconomicalDispatching)軟件包的形式和SCADA系統(tǒng)結合，成為SCADA／AGC－ED系統(tǒng)，這是SCADA系統(tǒng)出現(xiàn)后的調度自動化系統(tǒng)第1次功能綜合。調度自動化技術的應用和發(fā)展

4、80年代電網高級應用軟件開始應用

80年代在這一基礎上開發(fā)了調度員在線潮流、靜態(tài)安全分析等等電網高級應用軟件。電網運行方式的改變以及當前運行方式下遇到大擾動時的后果就可以通過高級應用軟件自動預計出來。調度自動化技術的應用和發(fā)展5、90年代形成EMSEnergyManagementSystem(SCADA+AGC/ED+PAS)PAS(PowerAnalysisSystem)

90年代又進一步研究和開發(fā)了各種電力系統(tǒng)的優(yōu)化軟件，如線損修正、無功優(yōu)化、最優(yōu)潮流等軟件。電網調度自動化系統(tǒng)從SCADA系統(tǒng)升級為能量管理系統(tǒng)EMS.調度自動化技術的應用和發(fā)展

電網調度自動化從SCADA發(fā)展到EMS花了近30年的時間。從它的發(fā)展過程看，除了各功能算法和軟件的開發(fā)及完善外，總體趨勢是不斷地綜合，其目的就是更好地保證大電網安全、穩(wěn)定、經濟運行。調度自動化技術的應用和發(fā)展三、我國調度自動化技術的發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展1、80年代初為紙帶計算機2、80年代末，進口大型計算機3、90年代初開始發(fā)展遠動和通信，建立初期SCADA系統(tǒng)4、90年代末，形成EMS并達到實用化。調度自動化技術的應用和發(fā)展四、調度自動化的基本結構調度自動化技術的應用和發(fā)展信息采集與監(jiān)控子系統(tǒng)的基本功能是在各發(fā)電廠、變電站采集各種表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時信息。如發(fā)電機功率、母線電壓、變壓器負荷、輸電線路功率等等，并根據需要向調度控制中心提供各種監(jiān)視、分析和控制電力系統(tǒng)所需的其它信息。硬件構成主要包括變送器和RTU（遠動終端單元），后者執(zhí)行操作及處理功能。調度自動化技術的應用和發(fā)展另外，此系統(tǒng)還負責接收和執(zhí)行上級調度控制中心發(fā)出的操作、調節(jié)或控制命令。信息傳輸子系統(tǒng)為信息采集、執(zhí)行子系統(tǒng)和調度控制中心提供了信息交換的橋梁，其核心是數(shù)據通道，它經調制解調器與RTU及主站前置機相連。在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的信息傳輸通道一般為微波和電力線載波兩種，隨著電力通信事業(yè)的發(fā)展，光纖通信已開始普及應用。調度自動化技術的應用和發(fā)展信息處理子系統(tǒng)是整個調度自動化系統(tǒng)的核心，以計算機為主要組成部分。該子系統(tǒng)包含大量的直接面向電網調度、運行人員的計算機應用軟件，完成對采集到的信息的各種處理及分析計算，乃至實現(xiàn)對電力設備的自動控制與操作。調度自動化技術的應用和發(fā)展人機聯(lián)系子系統(tǒng)將傳輸?shù)秸{度控制中心的各類信息進行處理，通過各種顯示設備、打印設備和其它輸出設備，為調度人員提供完整實用的電力系統(tǒng)實時信息。調度人員發(fā)出的遙控、遙調指令也通過此系統(tǒng)輸入，傳送給執(zhí)行機構。調度自動化技術的應用和發(fā)展人機聯(lián)系子系統(tǒng)中的輸出設備包括：模擬屏、圖形顯示器、有聲報警裝置、記錄儀、制表或圖形打印設備；輸入設備主要有鍵盤、鼠標等。調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展我國從2000年1月，國家電力公司正式下發(fā)文件，EMS開始在全國各電網推廣應用。目前我國EMS所具備的基本功能的內容為：SCADA狀態(tài)估計調度員潮流靜態(tài)安全分析負荷預測AGC/ED

1、SCADA的功能：數(shù)據采集和處理安全監(jiān)視與報警制表打印特殊運算事故追憶歷史數(shù)據管理拓撲著色人機聯(lián)系實時數(shù)據及歷史數(shù)據庫系統(tǒng)時鐘調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展1）、數(shù)據采集與處理（包括主站和子站）子站采集到的電網運行狀態(tài)信息，經通道傳送到主站，主站計算機系統(tǒng)將數(shù)據信息轉換為工程量，再提供給系統(tǒng)分析和控制子系統(tǒng)，形成輔助決策方案，輸出給調度運行人員。調度自動化技術的應用和發(fā)展2）、安全監(jiān)視與報警從遠方采集到的數(shù)據首先用于安全監(jiān)視，通過顯示終端為調度員提供畫面或表格形式的實時信息提示。所謂告警，就是當電網中出現(xiàn)異?；蚴鹿?，SCADA采集到相關信息時，向調度員發(fā)出警告信息，以引起注意（包括音響或閃爍顯示）。調度自動化技術的應用和發(fā)展3）、制表打印具備調度運行日報的定時打印和召喚打印功能。調度自動化技術的應用和發(fā)展4）、特殊運算特殊運算功能就是對某些直接采集到的數(shù)據進行某些數(shù)學運算，得到一些不能直接采集到或采集不到的數(shù)據。以彌補量測系統(tǒng)的不足，滿足電網調度的需要。比如：聯(lián)絡線潮流總和、全網發(fā)電總功率等。調度自動化技術的應用和發(fā)展5）、事故追憶事故追憶是在電網發(fā)生事故后，準確記錄指定時間內電網發(fā)生的事件序列，尤其是每個事件發(fā)生的絕對時間，并能以合適的方式及時的報告。調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展2、狀態(tài)估計

狀態(tài)估計有三種功能:1）、通過對遙信或刀閘狀態(tài)錯誤開發(fā)一些專家規(guī)則來進行拓撲排錯，自動改正確定性的拓撲錯誤，并且對可疑的拓撲錯誤給出報警，由使用人員確認后改正。調度自動化技術的應用和發(fā)展2）辯識并剔除明顯的壞數(shù)據對遙測量，利用元件正常參數(shù)的物理限制，結合專家規(guī)則開發(fā)了預過濾功能，自動過濾明顯的壞數(shù)據，通常把誤差達到正常測量范圍的±14%以上的數(shù)據作為不良數(shù)據。調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展3）對未量測點和實時數(shù)據（存在隨機誤差）進行計算估計狀態(tài)估計目前所采用的計算方法一般為基于加權最小二乘的快速分解法、帶約束的最小二乘法、正交變換法以及支路潮流狀態(tài)估計法、遞推狀態(tài)估計法等。但目前應用最為廣泛的仍是加權最小二乘的快速分解法，計算速度快，收斂性好。調度自動化技術的應用和發(fā)展

加權最小二乘法準則是，各個量測量各取一個權值，精度高的測量量權大一些，而精度低的測量量權小一些。對一個實際電網，一般中樞點變電站的通信和遠動設備配備齊全且水平較高，則測量量取權數(shù)大一些，對直饋變電站和對系統(tǒng)運行影響較小的變電站取權數(shù)小一些

調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展對于隨機誤差較大的測量量，也可以用加權殘差辨識法對其進行排除或在迭代過程中減少它的權值，都可以達到提高狀態(tài)估計精度的目的。還可同時用牛頓法提高量測冗余度，結合確定的潮流方向信息，由有功潮流量測和電流量測來進一步擴大可觀測區(qū)域。調度自動化技術的應用和發(fā)展狀態(tài)估計經過以上計算分析步驟，將SCADA采集的“生數(shù)據”變成“熟數(shù)據”，送進“熟數(shù)據”庫，供調度員在線潮流計算用。經過狀態(tài)估計的“熟數(shù)據”較“生數(shù)據”，數(shù)據精度高，潮流計算收斂性能好。調度自動化技術的應用和發(fā)展3、短期負荷預報短期負荷預報用于預報一周內的系統(tǒng)負荷曲線，廣泛采用的預測方法有時間序列法、多元線性回歸法等，利用歷史數(shù)據進行預報擬和，自動確定各種方法的最佳權系數(shù)。超短期負荷預報用于預報1h－2h之內的系統(tǒng)負荷，目的是用于預報潮流，便于進行預想事故的安全分析或無功電壓的控制。調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展4、調度員在線潮流調度員潮流可取用狀態(tài)估計所得的熟數(shù)據，也可取用歷史數(shù)據和預報數(shù)據進行計算，從而實現(xiàn)對歷史、實時和未來整個時間軸上進行潮流研究的目的?？蛇M行各種潮流調整，進行解合環(huán)、調壓、改變負荷（發(fā)電）水平等模擬，觀察調整后的潮流分布，這樣我們可以充分考慮系統(tǒng)解并列、不平衡功率的分配和頻率變化等特殊問題。

調度自動化技術的應用和發(fā)展潮流計算一般仍采用快速分解法，其速度快且收斂性不成問題，牛頓法可作為其算法選項。調度自動化技術的應用和發(fā)展5、靜態(tài)安全分析靜態(tài)安全分析是要研究電網中設備因故障開斷后的潮流分布，檢查是否會產生支路過載或電壓越限，開斷設備可由人工設定，為調度員提供了預想事故分析的重要手段。自動故障選擇可對全網中所有可能開斷的設備組合逐個開斷，計算開斷后的全網潮流，并計算嚴重性指標。通過對嚴重性指標的降序排列，即可篩選出嚴重的開斷，從而自動找出電網安全的薄弱環(huán)節(jié)。

調度自動化技術的應用和發(fā)展6、AGC/EDAGC/ED的作用是：在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，通過調節(jié)發(fā)電機的功率來調節(jié)系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線的交換功率。AGC/ED是根據測量出的系統(tǒng)頻率或聯(lián)絡線交換功率的實際值同計劃值之差來計算出系統(tǒng)所需的調節(jié)量。調度自動化技術的應用和發(fā)展AGC/ED的基本控制目標是：1）、調整發(fā)電出力，使電網頻率偏差調節(jié)到零，從而保持電網頻率為額定值。2）、在各控制區(qū)域內分配全網發(fā)電出力，使區(qū)域間聯(lián)絡線潮流與計劃值相等。3）、在本區(qū)域發(fā)電廠之間分配發(fā)電出力，使區(qū)域運行成本最小。調度自動化技術的應用和發(fā)展AGC主站電廠RTU單機控制系統(tǒng)AGC主站電廠RTU閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)調度自動化技術的應用和發(fā)展AGC/ED運行前，系統(tǒng)頻率控制為50±0.2HZ，AGC/ED運行后，系統(tǒng)頻率控制提高為50±0.1HZ。大大提高了電力系統(tǒng)的電能質量。調度自動化技術的應用和發(fā)展能量管理系統(tǒng)EMS，將現(xiàn)代電力系統(tǒng)理論與計算機技術有機地融合成一體，成功的應用于電力系統(tǒng)的分析控制之中，在一定程度上提高了電網調度自動化水平，電網的運行水平由經驗型調度上升為分析型調度，實現(xiàn)調度水平上的第二次飛躍。調度自動化技術的應用和發(fā)展調度自動化技術的應用和發(fā)展

五、調度自動化技術今后的發(fā)展雖然電力系統(tǒng)自動化的高層應用軟件（EMS）在電力系統(tǒng)運行中已得到了廣泛的應用，但由于只停留在分布式獨立在線計算分析階段，還需要調度人員進行被動調用進行計算分析，然后再進行綜合決策，使電網運行利用調度自動化應用軟件進行智能調度受到了一定的限制。調度自動化技術的應用和發(fā)展面對越來越復雜的調度決策問題，EMS的局限性越來越明顯。1）傳統(tǒng)的EMS只能利用SCADA系統(tǒng)提供的電網穩(wěn)態(tài)運行信息，沒有采集故障信息，因此，只能反映電網正常運行狀態(tài)，不能反映電網故障發(fā)生后系統(tǒng)的演變過程。

調度自動化技術的應用和發(fā)展2）傳統(tǒng)的EMS只能提供諸如狀態(tài)估計、調度員潮流、靜態(tài)安全分析等電網穩(wěn)態(tài)計算分析結果，沒有提供電網在線動態(tài)安全分析結果的功能。3）傳統(tǒng)的EMS系統(tǒng)各計算分析應用軟件不能自主、自動的根據電網運行的協(xié)調運行，為調度運行人員自動提供電網實時運行分析報告，從根本上減輕調度運行人員的工作負擔。調度自動化技術的應用和發(fā)展為解決上述問題，國內外研究人員進行了積極的研究和探索。1）從數(shù)據源角度，將廣域測量系統(tǒng)（WAMS）和SCADA系統(tǒng)相結合，為EMS提供穩(wěn)態(tài)信息和暫態(tài)信息的綜合數(shù)據源。2）建立故障信息系統(tǒng)，將繼電保護和安全自動裝置信息與SCADA系統(tǒng)相結合，為EMS提供穩(wěn)態(tài)信息和故障信息相結合的綜合數(shù)據源。調度自動化技術的應用和發(fā)展3）從電網分析應用角度，將暫態(tài)穩(wěn)定計算分析、故障診斷、故障恢復和故障操作等軟件添加到EMS系統(tǒng)中。4）利用人工智能技術，研發(fā)軟件指揮系統(tǒng)，使多個軟件模塊協(xié)調運行于統(tǒng)一調度環(huán)境下，根據測量到的信息以及當前的命令，各應用軟件協(xié)調運行，最終為調度運行人員自動提供綜合決策方案。

調度自動化技術的應用和發(fā)展實現(xiàn)了上述目標，電網的運行水平將由分析型調度上升為智能型調度，實現(xiàn)調度水平上的第三次飛躍。調度自動化向智能調度方向發(fā)展，也是國家電網公司“十一五”規(guī)劃目標之一。

調度自動化技術的應用和發(fā)展

智能調度系統(tǒng)基本功能除傳統(tǒng)的EMS功能外，還應具備以下功能：1、柔性SCADA2、暫態(tài)穩(wěn)定計算分析3、故障診斷和恢復4、智能調度操作票5、軟件指揮系統(tǒng)6、綜合電源備自投7、最優(yōu)解列調度自動化技術的應用和發(fā)展1、柔性SCADA所謂柔性SCADA系統(tǒng)包括故障信息系統(tǒng)和廣域測量系統(tǒng)，是指該系統(tǒng)除了采集反映電網正常運行狀態(tài)的四遙數(shù)據，還采集保護、錄波、安全自動裝置等二次數(shù)據，以反映電網故障信息，采集相角量（PMU)以反映電網動態(tài)信息；除了具備數(shù)據采集功能，還具有數(shù)據管理和按需交互信息功能，可以實現(xiàn)靈活交互式的信息傳輸。靈活的通信方式是實現(xiàn)在線智能故障處理的基礎。調度自動化技術的應用和發(fā)展2、暫態(tài)穩(wěn)定計算分析對于暫態(tài)穩(wěn)定計算分析，由兩個應用軟件模塊組成，即快速暫態(tài)計算模塊和詳細暫態(tài)計算模塊。調度自動化技術的應用和發(fā)展

快速暫態(tài)計算分析，也稱直接法穩(wěn)定計算，指對指定計算范圍內的支路或母線進行快速嚴重故障（如三相短路）掃描，通過求取系統(tǒng)的能量函數(shù)判斷系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度是否充足，并提供穩(wěn)定裕度指標?？梢燥@著提高計算分析的效率，為用戶提供一個偏保守的暫態(tài)穩(wěn)定判斷結果。調度自動化技術的應用和發(fā)展

根據快速暫態(tài)計算的結果情況，通過設定暫態(tài)穩(wěn)定計算的范圍（穩(wěn)定裕度低于某一固定值），根據電網實時運行狀態(tài)、模型和參數(shù)、預想故障方式自動執(zhí)行詳細的暫態(tài)穩(wěn)定計算。調度自動化技術的應用和發(fā)展對仿真曲線進行數(shù)據挖掘，提取系統(tǒng)安全穩(wěn)定性以及動態(tài)模式特征：暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓安全性、暫態(tài)頻率安全性、設備過載的安全性等，確定電網安全穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)。調度自動化技術的應用和發(fā)展

以事先設定的調整方式（如根據負荷的增加，哪些調峰、調頻機組需要調整，調整步驟等），進行電氣設備暫態(tài)穩(wěn)定極限計算（如重要聯(lián)絡線或通過暫態(tài)穩(wěn)定計算確定的電網的薄弱環(huán)節(jié)等），極限值同時滿足暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓安全性、暫態(tài)頻率安全性、設備過載的安全性等約束，并計算電網當前運行狀態(tài)下暫態(tài)穩(wěn)定裕度。調度自動化技術的應用和發(fā)展3、故障診斷和恢復只有基于柔性SCADA，才可以實現(xiàn)計算機輔助調度員在線完成故障診斷和故障恢復。柔性SCADA除了采集反映電網正常運行狀態(tài)的四遙數(shù)據，還采集保護、錄波、安全自動裝置等二次數(shù)據，以反映電網故障信息，采集相角量（PMU)以反映電網動態(tài)信息；除了具備數(shù)據采集功能，還具有數(shù)據管理和按需交互信息功能，可以實現(xiàn)靈活交互式的信息傳輸。調度自動化技術的應用和發(fā)展故障診斷可根據收集到的各種故障信息診斷出電網中發(fā)生故障的元件和故障性質，然后確定隔離故障的方案和步驟和停電的元件中哪些可恢復供電，哪些需要進一步檢查（如試送、巡線或試驗等），并在此基礎上識別誤動和拒動的開關和保護，確定開關是否能正常操作，保護是否繼續(xù)投入運行。調度自動化技術的應用和發(fā)展根據電網故障診斷的結果，電網的恢復處理能完成以下主要任務：對未停電系統(tǒng)提出消除過載、保證系統(tǒng)安全運行的方案；對停電系統(tǒng)提出恢復方案，搜索合理的供電路徑。在得到調度員的確認后，這些措施和方案自動生成故障恢復處理狀態(tài)下可執(zhí)行的具體操作指導步驟。調度自動化技術的應用和發(fā)展

4、智能調度操作票電網除正常運行狀態(tài)和故障狀態(tài)外，還有一種運行狀態(tài)就是檢修狀態(tài)。操作票是電力系統(tǒng)日常檢修、變更運行方式時倒閘操作的一項重要指令，智能調度操作票系統(tǒng)，是根據電網的當前運行情況，進行設備狀態(tài)的自動識別和跟蹤，采用智能化的推理機制，實現(xiàn)自動生成調度操作票。調度自動化技術的應用和發(fā)展智能調度操作票具備一下主要功能：1）根據電網的當前運行情況，實現(xiàn)設備狀態(tài)的自動識別和跟蹤。2）在操作過程中出現(xiàn)的合/解環(huán)、并/解列、以及部分設備的過載進行安全校驗。3）對逐項操作指令進行五防安全校驗，并采用“人機聯(lián)合把關”的方式防誤閉鎖。

調度自動化技術的應用和發(fā)展4）對操作票的應用流程“擬票—審核—發(fā)令—操作結果反饋”進行嚴格的控制。5）提供操作票的自動編號、分類存儲、統(tǒng)計、查詢等管理功能。6）建立與DMIS系統(tǒng)接口，使生成的操作票能夠在DMIS系統(tǒng)中流轉。調度自動化技術的應用和發(fā)展5、軟件指揮系統(tǒng)軟件指揮系統(tǒng)負責協(xié)調各不同的功能應用軟件模塊，使他們能夠協(xié)調的運行于一個統(tǒng)一調度的環(huán)境下，能夠根據測量到的信息以及當前的命令，自動智能化的決定執(zhí)行哪些分析計算，以及這些計算模塊以何種次序、何種組合方式執(zhí)行。在執(zhí)行這些分析模塊的過程中，軟件指揮系統(tǒng)協(xié)調智能調度系統(tǒng)與運行人員間實現(xiàn)交互信息、共享知識、共同完成調度任務等交互功能。調度自動化技術的應用和發(fā)展在軟件指揮系統(tǒng)的指揮下：智能調度系統(tǒng)可在電網正常運行時不斷進行安全和經濟性的評估；當電網中電氣元件需要檢修時，根據調度員的要求和電網當前運行狀態(tài)，自動生成調度操作票；當電網中發(fā)生故障時，智能調度系統(tǒng)將根據上傳的報警信息進行故障診斷，在判斷故障元件的同時，對故障涉及到的開關和保護的動作情況進行評價；然后智能調度