电力系统调度自动化ppt课件

第五章电力系统调度自动化§5.1概述电力系统调度的目的，就是控制整个电力系统的运行方式，使之无论在正常情况或事故情况下，都能符合安全、经济、高质量供电的要求。一、电力系统调度的主要任务 保证供电的质量优良 保证系统运行的经济性 保证较高的安全水平——选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式 保证提供强有力的事故处理综合来说，目前调度计算机主要执行下面一些使命：自动按频率减负荷、自动重合闸、自动裂解、自动制动、自动快关汽门、自动加大直流负荷等，还没有正式涉及事故处理方面的功能。在恢复正常运行方面，目前还主要靠人工处理，计算机目前只能提供一些事故后的实时信息，加快恢复正常运行的过程。甘肃农业大学工学院二、电力系统的分区分级调度所谓电力系统的分级调度机制，是将整个电力系统按输电线路与变电所的电压等级分属不同的调度单位进行电能生产的日常管理与控制。甘肃农业大学工学院三、电力系统调度自动化系统的功能概述安全水平是电力系统调动的首要问题；经济运行是电力系统调度的重要问题。在电力系统调度自动化的控制系统中，调度中心计算机必须具有两个功能，①是与所属电厂及省级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离的可靠性高的双向交换，简称为电力系统监控系统，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；②是本身应具有的协调功能。具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能量管理系统EMS（EnergyManagementSystem）。一个以微机为核心的厂、所的SCADA系统，又称为远方终端装置（远动终端）RTU（RemoteTerminalUnit），它将输入的模拟量的测量读值与开关量的设备状态信号等，按约定的规则，全部转换成数甘肃农业大学工学院字信息。RTU输出（或输入）的各类信息都是统一规范了的并能自动检错的数字信息，以向上级调度所提供该厂、所的实时运行情况、读入上级调度的指令信息并可靠执行。四、电力系统调度自动化系统的发展历程1、电网调度自动化的初级阶段决策信号有调度员手动发出 布线逻辑式远动技术的采用远动技术的主要是“四遥”——遥测、遥信、遥控、遥调2、电网调度自动化的第二阶段电网复杂化、经济运行要求迫切•电子计算机在电力系统调度工作中的应用60年代北美大停电事故使人们认识到安全问题比经济调度更为重要，因此，SCADA出现；AGC/EDC；EMS；调度员仿真培训系统。3、电网调度自动化系统的快速发展阶段•随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADA/EMS技术进入了一个快发展阶段最初形成电力系统的阶段——电话式调度管理系统 调度员没有办法及时了解和监视各个电厂或线路的运行情况，更加谈不上对各电厂和输电网络的直接控制。甘肃农业大学工学院第一代主机—前置机—RTU终端；第二代客户—服务器分布式网络结构；第三代开放型分布式系统（SCADA/EMS）五、SCADA/EMS系统的子系统划分现代电网调度自动化系统的前进步伐：1.支撑平台子系统数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。2.SCADA子系统数据采集、数据传输及处理、计算与控制、人机界面及告警处理等。3.AGC/EDC（AutomaticGenerationControl/EconomicDispatchControl）子系统4.高级应用软件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系统包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全、无功优化、故障分析及短期负荷预报等一系列高级应用软件。甘肃农业大学工学院5.调度员仿真培训系统DTS（DispatcherTrainingSimulator）6.调度管理信息子系统DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)DMIS属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不属于SCADA/EMS系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系，因此，总是与特定的电力公司合作开发。六、电力系统调度自动化系统的设备构成电网调度自动化系统的设备可以统称为硬件，这是相对于各种功能程序——软件而言的。它的核心是计算机系统图5.1-4所示的电网调度自动化系统由三部分组成：即调度端、信道设备、场所端。图5.1-5所示为我国国家电力调度中心的系统配置。国调中心与各大区电网调度中心由远程计算机数据通信网联系起来，相互交换信息。国调中心的系统并不与各场所端RTU直接联系。甘肃农业大学工学院甘肃农业大学工学院甘肃农业大学工学院§5.2远方终端RTU一、RTU的任务远方终端RTU（也常称为远动终端）是电网调度自动化系统基础设备，他们安装于各变电所或发电厂内，是电网调度自动化系统在基层的“耳目”和“手脚”。1．数据模拟量：如电网重要测点的P、Q、U、I→YC开关量：如断路器的开关状态、自动装置或继保状态等→YX数字量：如水电厂坝前水位、坝后水位等→YC脉冲量：如脉冲电能表的输出脉冲→YC采集2．数据通信（按预定的通信规约的规定发送、接收）3．执行命令根据接收到的调度指令，完成对指定对象的遥控（YK）、遥调（YD）等操作。4．其它功能(1)当地功能：对有人值班的较大站点，如果配有CRT、打印机等，可完成显示、打印功能；越限告警功能；事件顺序记录功能等。甘肃农业大学工学院(2)自诊断功能：程序出轨死机时自行恢复功能；自动监视主、备通信信道及切换功能；个别插件损坏诊断报告等功能。二、RTU的结构甘肃农业大学工学院三、模拟量输入通道1、基于逐次逼近式A/D变换的模拟量输入电路①电压形成电路其典型原理图如图5.2-3所示•电压变换器将电压进一步降低。•电流变换器将电流变换成电压信号，并进一步降低电压。甘肃农业大学工学院•模数转换芯片要求输入信号电压为±5V或±10V。•另一个重要作用是将一次设备的电流互感器TA、电压互感器TV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。甘肃农业大学工学院②低通滤波（ALF）•限制输入信号的最高频率，以降低采样频率。③采样保持器（S/H）•采样保持器（S/H）的基本原理：A/D转换器完成一次完整的转换需要的一段时间里，模拟量不能变化2、基于V/F转换的模拟量输入回路电压－频率变换技术（VFC）的原理是将输入的电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频率，使产生的脉冲频率正比于输入电压的大小，然后在固定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，供CPU读入。⑤模/数转换器（A/D）④多路转换开关（MUX）甘肃农业大学工学院四、模拟量输出通道甘肃农业大学工学院五、开关量通道1、开关量输入通道•最常用的是利用光电耦合器作为开关量输入计算机的隔离器件2、开关量输出通道•为了提高抗干扰能力，开关量输出通道最好也经过一级光电隔离甘肃农业大学工学院§5.3数据通信通讯规约作为调度系统，它首先需要知道电力系统的基本参数，这些参数有的是数量、有的是状态，它们需要借助通信系统实时地传到指挥调度中心；而调度中心的调度方案、控制量、动作指令等也要借助通信系统传送下去。所以，安全可靠的通信系统是是实现电力系统调度自动化的物质基础。一、并行传输与串行传输如果用8根线（另有1根公共线）将数字通信双方连接起来，每根线传一位码元将这组信息传送过去，这种方式就称为并行传输1、并行传输2、串行传输串行传输仅需要一回传输线（2根）。是根据一个字节中码元的顺序一位一位地传过去甘肃农业大学工学院目前电网调度自动化系统中，各厂、所到调度中心的通信都是串行通信（上行信息2根，下行信息也用2根，共4根线）。3、串行数据发送和接收注意：要正确地接收，必须使接收时钟与发送时钟同步。二、数据通信中的传输速率和误码率1、码元。把每个信号脉冲称为一个码元。甘肃农业大学工学院2、码元速率。每秒传送的码元数，以Bd（波特）为单位。3、信息速率。系统每秒传送的信息量。单位是bit/s（比特/秒）。4、误码率。数据经传输后发生错误的码元数与总传输码元数之比。在电网远动通信中，一般要求误码率应小于0.001%；在计算机通信中，一般要求误码率达到0.0001%。误码率与线路质量、干扰大小等因素有关。为了减少误码率，要采用各种检错、纠错措施。5、差错控制。在一个实用的通信系统中一定要能发现差错，并采取纠正措施，把出错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制。最简单和最常用的检错方法是奇偶校验。三、数据通信系统的工作方式单工方式只能向一个方向传送数据。半双工方式也只需一回传输线，但可以互为发、收端，采用切换方式分时交替进行。全双工方式双方均可同时发送和接收数据。甘肃农业大学工学院甘肃农业大学工学院四、异步传输和同步传输1、异步通信格式•每帧以“起始位”（低电平）开头，接着传送信息码元，最后附加一位“奇偶校验位”和“停止位”（高电平）。不传送信息时用“空闲位”（高电平）填充，直到下一帧“起始位”到来……2、同步通信格式甘肃农业大学工学院•同步通信方式的发、收必须时刻严格保持同步。同步格式以“同步字”（SYN）为一帧的开头。后面是“控制字”，对本帧的长度、发送地址、目的地址、信息类别等加以说明。在后面就是具体的“信息字”了。五、远距离数据通信的基本模型甘肃农业大学工学院六、数字信号的调制与解调数字信号在电路中表现为一系列的高低电平脉冲序列，称为“基带数字信号”。这种波形所包含的谐波成分很多，占用的频带很宽。而电话线等传输线路是为传输语言等模拟信号而设计的，频带很甘肃农业大学工学院甘肃农业大学工学院窄，直接在这种线路上传输基带数字信号，距离很短尚可，距离长则波形就会发生很大畸变，使接收端不能正确判读，从而造成通信失败。而调制/解调（Modem）设备正是为解决这一问题而被引入的。1、数字调幅•又称振幅键控方式（ASK），它是用正弦波不同的振幅来代表“1”和“0”两个码元。——数字调幅最简单，但抗干扰性能不太好。2、数字调频•数字调频又称移频键控（FSK），它是用不同频率来代表“1”和“0”，而其振幅和相位则相同。例如用较高的频率f+△f表示“1”，用f-△f表示“0”。——数字调频在电网调度自动化系统中应用较广，抗干扰性能较好。3、数字调相•数字调相又称移相键控（PSK），又分为二元绝对调相和二元相对调相两种方式。•（1）二元绝对调相（PSK）。图5.3-8（d）波形中初相位为0代表甘肃农业大学工学院“0”，而初相位为则代表“1”。•（2）二元相对调相（DPSK）。图5.3-8（e）波形中后一周波的相位继续与前一周波相同的，代表码元“0”；而后一周波相位与前一周波相位相反的则代表码元“1”。——数字调相抗干扰性能最好，但硬、软件均比较复杂。七、局域网及其应用局部网络(LocalNetwork)是一种在较小区域内使各种数据通信设备互连在一起的通信网络。局部网络局部区域网络(LocalAreaNetwork)→局域网(LAN)计算机交换机(CBX)局域网(LAN)能为分布式的自动化系统提供通信介质、传输控制和通信功能的良好服务，应用十分广泛。1、令牌环（TokenRing） 这种环形结构采用令牌方式进行访问控制，令牌只有1个，循环传递； Pi是接口机（中继器），其功能是接收上游接口机发来的信息，并向下游接口机转发；甘肃农业大学工学院 每个站都有自己的站址编号； 信息传送：信息托付发送接口机→帧形成→空令牌到达→空令牌被翻成忙令牌→接收站接收→注明接收状态，信息继续传递→标准帧回到发送接口机→发送接口机查阅状态位已变化，知道信息已被接收（否则将会启动重发）→忙令牌被撤销→空令牌被传到下一个接口机→‥‥‥。开始标志（8位）+终点地址（8位）+源地址（8位）+信息（任意长）+检验位（16位）+状态位（2位）+结束位（8位）标准帧构成： 这种方式的缺点是环中一个节点发生故障会导致全网瘫痪，令牌的管理也比较复杂。甘肃农业大学工学院2、以太网（Ehternet）以太网采用总线结构，总线每段长度不超过500m，必要时可经中继器再增加一段或几段，通常在1～10km中等规模的范围内使用，属单一组织或一个单位内的非公用网。以太网的传输介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。传输速率达10Mbit/s，误码率为10-8～10-11，具有高度的扩充灵活性和互联性，建设费用低。甘肃农业大学工学院 各主机(Host)发出的报文分组，所有站点均可收到，但只有目的地址制定的终端才可以真正接受信息； 不需要选择路径，控制是完全分散的，没有中央计算机来进行网络控制； 网络中某个节点发生故障，不会影响整个系统的运行； 以太网采用载波监听多重访问/冲突检测方式(CSMA/CD)共享通道，不支持带优先级的实时访问。“先听后发”(Listenbeforetalk)和“边发送边监听”(Listenwhiletalk)是核心准则。 如果信息的目的地址是“广播地址”，信息被所有节点接收； 主要缺点是不能保证紧急信息优先传送。八、现场总线1、RS-422/RS-485接口的应用在现场设备之间以及中心计算机和相关设备之间很多使用RS-422/RS-485接口相连，实现状态信息和数据相互交换。甘肃农业大学工学院RS-422/RS-485接口的主要限制因素： 挂接节点数目受限较大（≤32）； 主机管理和问答式通信，速度较慢，效率较低； 主节点容易成为系统系统瓶颈； 不同厂家的设备RS-422/RS-485接口通信规约不一致，使不同厂家生产的设备很难互联，给用户带来不便。2、现场总线现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、特别在变电站的分层分布式综合自动化系统中具有广泛的应用前景。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制设备之间以及现场设备与远程计算机之间实现数据传输与信息交换，形成适应各种实际需要的自动控制系统。甘肃农业大学工学院九、循环式规约（CDT）和问答式规约（Polling）1、通讯规约 在通信网中，为了保证通信双方能正确、有效、可靠地进行数据传输，在通信的发送和接收的过程中有一系列的规定，以约束双方进行正确、协调的工作，我们将这些规定称为数据传输控制规程，简称为通信规约。 通信规约主要明确以下几个问题：①有共同的语言②有一致的操作步骤③规定检查错误以及出现异常情况时计算机的应付方法甘肃农业大学工学院 一个通信规约包括的主要内容有：代码（数据编码）、传输控制字符、传输报文格式、呼叫和应答方式、差错控制步骤、通信方式（指单工、半双工、全双工通信方式）、同步方式及传输速率等。2、循环式通信规约•按循环方式工作时，厂站RTU享有发送信息的主动权。•发送端与接收端保持严格的同步，信息按事先约定的先后次序排列，并一次循环发送。•各RTU将采集并编码的遥测信息和遥信信息循环不息地传送给调度中心（可视情况不同规定不同优先级和扫描频率）。•由调度中心发给RTU的各种遥控、遥调或其它命令，由下行通道随时传送（全双工通道上、下行通信可同时进行），不是循环的。3、问答式通信规约•问答通信方式由主站掌握遥测，遥信通信的主动权。主站输流询问各RTU。各RTU只有在接到主站询问后才可以回答（报送数据）。•主站向子站发送的命令大致可分为初始化设置参数类,查询类，管理控制类，其他类。•应答式规约特点是：RTU有问必答，RTU无问不答。甘肃农业大学工学院 应答规约的优点有：①允许多台RTU以共线的方式共用一个通道。②采用变化信息传送策略，压缩了数据块的长度，提高了数据传送速度；③通道适应性强。十、通讯信道甘肃农业大学工学院1、电力线载波通信电力线载波通信是利用一载波频率经现有电力线去传送信息，利用架空电力线的某相导线作为信息传输的媒介。甘肃农业大学工学院电力线载波通信是电力系统特有的通信方式，可靠、经济、不需单独架设线路，是电力系统的基本通信方式之一。甘肃农业大学工学院2、光纤通信甘肃农业大学工学院光纤通信就是以光波为载体、以光导纤维作为传输媒质，将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。光纤通信的特点： 良好的抗电磁干扰能力； 通信容量大，性价比高； 安装维护简单； 光纤是非导体，易于和导线一起捆绑。如架空地线复合光纤（OPGW）；与电力线同杆架设的自承式光缆（ADSS）。目前，光纤通信系统是采用简单的直接检波系统，即在发送端直接把信号调制在光波上（将信号的变化变为光频强度的变化），通过光纤传送到接收端。接收端直接用光电检波管将光频强度的变化转变为电信号的变化。光纤通信系统主要由电端机、光端机和光导纤维组成。见图5.3-13。甘肃农业大学工学院甘肃农业大学工学院光纤通信系统设计的主要内容：①光纤线路和光缆的选择②调制方式③线路码型的选择④光纤路由的选择⑤光源和光检测器的选择⑥系统接口等。3、微波中继通信与卫星通信波长为0.001～1.0m，频率为300MHz～300GHz的无线电波称为微波。微波基本上沿直线传播。每40～50km需要设一个中继站。微波传递信号的这种方式称为微波中继通信。甘肃农业大学工学院微波中继通信的特点： 微波频段的频带很宽，可以容纳数量很多的无线电频道且不至相互干扰； 微波收发信机的通频带可以做得很宽，同一套设备可做多路通信； 不易受工业干扰，通信稳定； 方向新强，保密性好； 每公里话路成本比有线通信低； 微波中继通信的设备比较复杂，技术水平要求较高。目前，我国才有2GHz频段作为电力系统通信的主干线，8GHz频段用于分支线，11GHz频段用于近距离的局部系统。卫星通信系统实际上也是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖，由于卫星工作于几百、几千、甚至上万公里的轨道上，因此覆盖范围远大于一般的移动通信系统。但卫星甘肃农业大学工学院通信要求地面设备具有较大的发射功率，因此不易普及使用。与一般卫星通信系统相比，卫星通信不受距离和地形的限制，通信容量大，不受大气层骚动的影响，通信可靠性高。卫星通信使用的频率，上行为5925~6425NHz，下行为3700~4200MHz。在微波频带，整个通信卫星的工作频带约有500MHz宽度，为了便于放大和发射及减少变调干扰，一般在星上设置若干个转发器。每个转发器被分配一定的工作频带。目前的卫星通信多采用频分多址技术，不同的地球站占用不同的频率，即采用不同的载波。比较适用于点对点大容量的通信。近年来，时分多址技术也在卫星通信中得到了较多的应用，即多个地球站占用同一频带，但占用不同的时隙。与频分多址方式相比，时分多址技术不会产生互调干扰、不需用上下变频把各地球站信号分开、适合数字通信、可根据业务量的变化按需分配传输带宽，使实际容量大幅度增加。另一种多址技术是码分多址(CDMA)，即不同的地球站占用同一频率和同一时间，但利用不同的随机码对信息进行编码来区分不同的地址。CDMA采用甘肃农业大学工学院了扩展频谱通信技术，具有抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调度传输资源等优点。它比较适合于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。甘肃农业大学工学院§5.4调度中心的计算机系统一、调度中心SCADA/EMS的前置机系统前置机系统担负着与厂站RTU和各分局的数据通信及通信规约解释等任务，是SCADA/EMS系统的桥梁和基础。super-2000系统前置图→1、前置机前置主机为双机配置，一台为主机，另一台为备用机。担负以下任务：①与系统服务器及SCADA工作站通信。②与各RTU通信及通信规约处理。甘肃农业大学工学院③控制切换装置的切换动作。④设置各终端服务器的参数。备用前置机可能担负以下任务中的部分或全部：①监听前置主机的工作情况，一旦前置主机发生故障，立即自动升格为主机，担负起主机的全部工作。②监听次要通道的信息，确定该通道的运行情况。2、终端服务器•每台终端服务器有16个串行通信口，可与16路厂站RTU通信。3、切换装置•切换装置可以完成对上行双通道信号及下行信号的选择切换。4．通道设备包括调制解调器(Modem)、光电隔离板(光隔)及长线驱动器，其作用与是与各种不同的通道信号适配。甘肃农业大学工学院 若通道信号为模拟调制信号，应选用调制解调器； 若通道信号为RS-232数字信号，应选用光电隔离板； 若通道信号为RS-232数字信号但信号电缆较长时，应采用长线驱动器，同时在其远端加装对应的长线驱动设备。二、调度中心SCADA/EMS系统结构1、系统结构•SCADA/EMS系统结构配置见图5.4-3。•Super-2000系统采用三网机制。•主网双网配置可实现负荷热平衡及热备用双重使命。2、主网各节点功能简介①系统服务器（Server）——系统服务器运行Sybase商用数据库管理系统，负责保存历史数据、登录各类信息。②SCADA工作站——双机热备用，主要运行SCADA软件及AGC/EDC软件，完成基本SCADA功能和AGC/EDC控制与显示功能。③PAS工作站——用于各项PAS计算以实现各项PAS功能。如潮流计甘肃农业大学工学院甘肃农业大学工学院算、短路计算等，并保存结果，如需要，也可保存为历史数据。④调度员工作站——承担对电网实时监控和操作的功能，实时显示各种图形和数据，并进行人机交互。其实，在主网的每个工作站上都可以SCADA数据、PAS数据、DTS数据、DMS数据及GIS数据，但其他工作站没有对电网进行操作控制的权限。⑤配电自动化工作站——完成配电自动化管理(DMS)功能,其地理信息系统(GIS)功能极强。⑥DTS工作站——调度员仿真培训。⑦调度管理工作站——负责与调度生产有关的计划和运行设备的管理工作。⑧电能管理工作站——实现电量的自动查询、记录、奖罚电量的计算等功能。⑨网络——网络是分布式计算机系统的关键部件，Super-2000系统采用高速双网结构，保证信息能高速可靠传输。甘肃农业大学工学院甘肃农业大学工学院