电力系统自动化第三版王葵孙莹编电力系统调度自动化PPT课件

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1、1一、调度自动化概貌第1页/共105页 电力是一种商品，它的生产、流通、消费具有一般商品的属性。 21、 电力运行概况第2页/共105页 1产品不可大规模储存性；3电力不同于普通商品的特点 n2 2生产和消费的同时性；生产和消费的同时性；n3 3系统地域广阔，不同地域产品质量可能不同；系统地域广阔，不同地域产品质量可能不同；n4 4产品质量不完全决定于生产环节；产品质量不完全决定于生产环节；n5 5恶性连锁事故的破坏性。恶性连锁事故的破坏性。第3页/共105页安安全全状状态态警警戒戒状状态态恢恢复复状状态态紧紧急急状状态态正正常常状状态态预预防防控控制制紧紧急急控控制制恢恢复复控控制制4电力状

2、态及其转换第4页/共105页扰动有功功率不平衡无功功率不平衡频率变化负荷有功功率变化动能和电磁能转化频率控制单元作用电压变化负荷无功功率变化电压控制单元作用一次调频二次调频快关汽门电气制动切机切负荷励磁变压器抽头并联电容、电抗器串联电容调相机FACTS5电力系统一般动态过程:第5页/共105页62、电力系统调度的主要任务 n保证系统供电保证系统供电质量质量；电压偏移；电压偏移；频率偏移；频率偏移；波形畸变；波形畸变；n提供强有力的提供强有力的事故处理能力事故处理能力n提高系统运行的提高系统运行的经济性经济性；合理的运行方式；合理的运行方式；n保证一定的保证一定的安全裕度安全裕度；具有足够承受事

3、故冲击能力；具有足够承受事故冲击能力；第6页/共105页电力系统是人类创造的最复杂的工程系统；规模庞大、信息量巨大、实时性要求很高7电力系统控制的难点n负荷在短时间内以及长时间内都是在不断变化的；负荷在短时间内以及长时间内都是在不断变化的；趋势的规律性以及短期的偶然性趋势的规律性以及短期的偶然性n大部分系统暴露于外部扰动之下；大部分系统暴露于外部扰动之下；雷击；风；树；雷击；风；树；车辆；飞行物；车辆；飞行物；鸟；小动物；误操作；鸟；小动物；误操作；恶劣天气（冰）；恶劣天气（冰）；第7页/共105页8n设备状况的不可严格监测设备状况的不可严格监测设备故障不可完全避免设备故障不可完全避免n人在设

4、备安装、维护中的不确定因素。人在设备安装、维护中的不确定因素。工程人员素质参差不齐、设备参数设置错误、误操作工程人员素质参差不齐、设备参数设置错误、误操作第8页/共105页93、调度自动化概貌n早期电话调度：早期电话调度：反应慢，得到的信息是历史的，不一致的反应慢，得到的信息是历史的，不一致的做出的判断和决策是不可靠的做出的判断和决策是不可靠的主要由厂站端的运行人员就地完成大部分监控功能主要由厂站端的运行人员就地完成大部分监控功能厂站端人员不了解系统状态，不了解全局厂站端人员不了解系统状态，不了解全局n大规模电力系统的需求大规模电力系统的需求SCADASCADA的必要性：的必要性：实时实时了解

5、系统的运行状态了解系统的运行状态迅速、准确、可靠迅速、准确、可靠地将厂站端信息传送到调度中心地将厂站端信息传送到调度中心迅速、准确、可靠迅速、准确、可靠地执行下发命令地执行下发命令第9页/共105页10现代电力调度中心第10页/共105页11SCADA概貌nSCADA: Supervisory Control SCADA: Supervisory Control And Data AcquisitionAnd Data Acquisitionn不是一个全面的控制系统不是一个全面的控制系统, ,主要是主要是基于基于管理层面管理层面的的n位于硬件顶层的软件系统位于硬件顶层的软件系统, ,通过通过P

6、LC,RTUPLC,RTU等模块与被控系统联系等模块与被控系统联系n广泛应用于工业的过程控制系统广泛应用于工业的过程控制系统中中n运行于运行于DOS,VMS,UNIX,NT,LINUXDOS,VMS,UNIX,NT,LINUX等等操作系统之上操作系统之上n是一种软实时的控制系统，在电是一种软实时的控制系统，在电力系统中它是一个复杂的计算机力系统中它是一个复杂的计算机群群第11页/共105页 数据采集、命令控制 - RTU12SCADA系统构成n数据传输数据传输 信道信道n数据的处理数据的处理 主站计算机主站计算机主站计算机电力系统RTU信道第12页/共105页13SCADA在调度系统中的位置电

7、力系统SCADAActualFixedAccuratesimulation快照状态估计拷贝电力系统AGCAVC在线闭环控制在线闭环控制操作控制在线开环控制在线开环控制电力系统调度计划、模拟和培训离线分析和规划培训模式SCADASCADA是调度的是调度的“眼眼”和和“手手”数据流分类数据流分类控制任务分类控制任务分类SCADA系统平台第13页/共105页 数据采集14SCADA的基本功能n数据预处理数据预处理n信息显示和报警信息显示和报警n遥控和遥调操作遥控和遥调操作n信息统计、储存和打印信息统计、储存和打印n事故追忆（事故追忆（PDRPDR）和事件顺序记录（）和事件顺序记录（SOESOE）n调

8、度控制系统的状态监视和控制调度控制系统的状态监视和控制第14页/共105页154、电力系统的分区、分级调度 n国调；国调；n网调；网调；n省调；省调；n地调；地调；n县调；县调；第15页/共105页支撑平台子系统整个系统的最重要基础，实现全系统统一平台，数据共享。支撑平台子系统包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。165、SCADA/EMS系统的子系统划分 nSCADASCADA子系统子系统 包括数据采集，数据传输及处理，计算与控制、人机界包括数据采集，数据传输及处理，计算与控制、人机界面及告警处理等。面及告警处理等。第16页/共105页 高级应用软件PAS(Power

9、 system Application Software )子系统 包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、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。17n调度员仿真培训系统调度员仿真培训系统DTSDTS（Dispatcher Training Dispatcher Training SimulatorSimulator） 包括电网仿真、包括电网仿真、SCADA/EMSSCADA/EMS系统仿真和教员控制机三部分。系统仿真和教员控制机三部分。调度员仿真培训（调度员仿真培训（DTSDTS）与实时）与实时SCADA/EMSSCADA/EMS系统共处于一个系统共处于一个

10、局域网上，局域网上，DTSDTS本身由本身由2 2台工作站组成，一台充当电网仿真台工作站组成，一台充当电网仿真和教员机，另一台用来仿真和教员机，另一台用来仿真SCADA/EMSSCADA/EMS和兼做学员机。和兼做学员机。 第17页/共105页AGC/EDC（Automatic Generation Control/ Economic Dispatch Control）子系统自动发电控制和在线经济调度（AGC/EDC）是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围，同时，还能使全系统发电成本最低。 18n调度管理信息子系统调度管理信息子系

11、统DMIS(Dispatcher Management DMIS(Dispatcher Management Information System) Information System) 调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不属于一般并不属于SCADA/EMSSCADA/EMS系统的范围。它与具体电力公司系统的范围。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，的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系，因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务。因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务。当

12、然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。当然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。 第18页/共105页 （1）电网调度自动化的初级阶段 安装于各厂站的远动装置，采集各机组出力、各线路潮流和各母线电压等实时数据，以及各断路器等开关的实时状态，然后通过远动通道传给调度中心并直接显示在调度台的仪表和系统模拟屏上。 调度员可以随时看到这些运行参数和系统运行方式。还可以立刻“看到”断路器的事故跳闸(模拟屏上相应的图形闪光)。 遥测、遥信方式的采用等于给调度中心安装了“千里眼”，可以有效地对电力系统的运行状态进行实时的监视。 远动技术还进一步提供了遥控、遥调的手段，采用这些手段，可以在调度中心直接对

13、某些开关进行合闸和断开的操作，对发电机的出力进行调节；“千里手”。196、调度自动化系统发展历程 第19页/共105页 （2）电网调度自动化的第二阶段 电力系统调度自动化的第二个发展阶段，是电子计算机在电力系统调度工作中的应用； 1965年美国、加拿大和其它一些国家的电力系统大停电事故，使人们开始认识到，安全问题比经济调度更重要，一次大面积停电事故给国民经济造成的损失，远远超过许多年的节煤效益； 计算机系统应首先参与电力系统的安全监视和控制。这样，就出现了SCADA系统，出现了AGCEDC以及电力系统安全分析等许多功能。 “大脑” 20第20页/共105页 （3）电网调度自动化系统的快速发展阶

14、段 随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADAEMS技术进入了一个快发展阶段； 经历了从集中式到分布式又到开放分布式的三代推进； 新的开放系统结构应采用“面向对象”的技术，将各种应用按“组件”接口规范进行“封装”，形成可以在不同软硬件系统上“即插即用”的“组件”。实现软件的“即插即用”，这是软件发展的理想目标。 21第21页/共105页22二、数据通信第22页/共105页 原始通信技术 语言、烽火；231、通信概述n通信指信息的传递；通信指信息的传递；n通信的要素通信的要素目的是传送信息；目的是传送信息；信息；信息；两点之间；两点之间；媒介：信息传输的载体；媒介：信息传输的载体；

15、规约；规约；第23页/共105页 1838年，莫尔斯（Morse）发明有线电报；24通信技术发展n18731873年，麦克斯韦（年，麦克斯韦（MaxwellMaxwell）提出）提出电磁波理论电磁波理论；n18761876年，贝尔（年，贝尔（BellBell）发明）发明电话电话；n18761876年，马可尼、波波夫发明年，马可尼、波波夫发明无线电报无线电报；n19071907年，年，电子管电子管的发明促使通信技术迅速发展；的发明促使通信技术迅速发展；n19181918年，调幅广播和超外差年，调幅广播和超外差收音机收音机问世；问世；n19301930年代，调制理论和年代，调制理论和多路复用技术多

16、路复用技术取得重大进取得重大进展，调频广播和电视先后开通；展，调频广播和电视先后开通；第24页/共105页25通信系统基本组成n信源、信宿；信源、信宿；n信道：有线、无线；信道：有线、无线；n发信设备；发信设备；n收信设备；收信设备；第25页/共105页 按传输信号性质分类 模拟通信系统； 数字通信系统；26通信系统分类n按传输媒体分类按传输媒体分类有线有线通信系统：电话、有线电视、电力载波、光纤；通信系统：电话、有线电视、电力载波、光纤；无线无线通信系统：微波、卫星、移动通信；通信系统：微波、卫星、移动通信；第26页/共105页27通信系统主要环节n码元码元 数据通信中，传送的是一个个离散脉

17、冲信号，故把数据通信中，传送的是一个个离散脉冲信号，故把每个每个信号脉冲信号脉冲称为一个码元。称为一个码元。；n数码率数码率 每秒传送的每秒传送的码元码元数，以数，以BdBd（波特）为单位（波特）为单位；波特率；波特率n信息速率信息速率系统每秒传送的信息量。信息量系统每秒传送的信息量。信息量以比特（以比特（bitbit）为单位，为单位，信息速率的单位就是信息速率的单位就是bit/sbit/s（比特（比特/ /秒）秒）；在信息用二进制表示时，每个码携带在信息用二进制表示时，每个码携带1bit1bit信息量，这时信息量，这时的的数码率与信息速率是相同数码率与信息速率是相同的。的。 n常见的传输速度

18、：常见的传输速度：200200，600600，12001200，24002400，48004800，9600(Microwave)9600(Microwave)第27页/共105页28n误码误码传输中发生错误的码元传输中发生错误的码元 n误码率误码率数据经传输后发生数据经传输后发生错误的码元数错误的码元数与与总传输码元数总传输码元数之比，之比，称为误码率。在电网远动通信中，一般要求误码率应称为误码率。在电网远动通信中，一般要求误码率应小于小于10105 5数量级数量级 误码率与线路质量、干扰大小等因素有关，为了减小误码率与线路质量、干扰大小等因素有关，为了减小误码率，要采用各种检错、纠错的措施

19、加以保护。误码率，要采用各种检错、纠错的措施加以保护。第28页/共105页29n差错控制差错控制 在信息传送过程常会出现各种干扰，使所传输的信号码在信息传送过程常会出现各种干扰，使所传输的信号码元发生差错，如某位元发生差错，如某位1 1变成变成0 0或或0 0变成变成1 1； 在一个实用的通信系统中一定要能在一个实用的通信系统中一定要能发现发现（检测）这种差（检测）这种差错，并采取错，并采取纠正纠正措施，把出错控制在所能允许的尽可能措施，把出错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是小的范围内，这就是差错控制差错控制。 n奇偶校验奇偶校验 采用偶校验传送采用偶校验传送7 7位二进制信息，则在传

20、送的位二进制信息，则在传送的7 7个信息位个信息位后加上一个偶校验位，如前后加上一个偶校验位，如前7 7位中位中1 1的个数是偶数，则第的个数是偶数，则第8 8位加位加0 0，如前，如前7 7位中位中1 1的个数是奇数，则第的个数是奇数，则第8 8位加位加1 1； 这样使整个字符代码（共这样使整个字符代码（共8 8位）中位）中1 1的个数的个数恒为偶数恒为偶数；接收端如检测到某字符代码中接收端如检测到某字符代码中“1 1”的个数不是偶数，即的个数不是偶数，即可可判断为错码判断为错码而不予接收而不予接收；第29页/共105页30调制和解调n二进制信息通过调制加到交流高频信号上再传输二进制信息通过

21、调制加到交流高频信号上再传输n接收端将含有信息的交流信号解调，还原信息接收端将含有信息的交流信号解调，还原信息n调制和解调器调制和解调器调幅调幅调频调频调相调相第30页/共105页 传输信道是指信号传送时所经过的通道，有狭义与广义之别。31传输信道n狭义信道也称传输媒体，分为有线和无线两类。架空线、同轴电缆等属前者，电磁波自由传输空间属后者。n广义信道包括调制信道和编码信道。当前常用的载波属调制信道，微波属编码信道。 第31页/共105页32常见传输媒介n电力线载波，电力线载波，3030500kHz500kHz高频信号高频信号n微波，微波，2 213GHz13GHz高频信号高频信号n光纤，光纤

22、，500MHz500MHz以上带宽以上带宽n卫星卫星n电话线电话线第32页/共105页33通信工作方式发端发端信道信道收端收端单工：单方向传输发端发端信道信道半双工：可不同时上下行双向传输收端收端收端收端发端发端发端发端信道信道双工：可同时上下行双向传输收端收端收端收端发端发端信道信道第33页/共105页34数据传输系统结构第34页/共105页35n电力通信网及其特点电力通信网及其特点第35页/共105页 我国已建成基于六大跨省电网的全国互联电网，装备水平日益提高，自动化技术在发、输、变、配、用等各个环节广泛采用；361、通信在电力系统中地位和作用n电力工业自动化的发展与电力通信的发展相互促进

23、；电力工业自动化的发展与电力通信的发展相互促进；n19781978年国家批准建设年国家批准建设电力专用通信网电力专用通信网；第36页/共105页 （1）传送电力系统远动、保护、负荷控制、调度自动化等运行、控制信息，保障电网安全、经济运行；37电力通信的作用n（2 2）传输各种生产指挥和企业）传输各种生产指挥和企业管理管理信息，为电力系信息，为电力系统的现代化提供高速率、高可靠性的信息传输系统；统的现代化提供高速率、高可靠性的信息传输系统；电力通信网的特点电力通信网的特点n已存在规模庞大的公用通信网，为什么还要已存在规模庞大的公用通信网，为什么还要另建另建一个一个专用电力通信网？专用电力通信网？

24、n由电力系统运行的特点和对安全性的特殊要求决定；由电力系统运行的特点和对安全性的特殊要求决定；第37页/共105页38n（1 1）实时性实时性信息的传输延时必须很小；由电力系统事故的快速性所要信息的传输延时必须很小；由电力系统事故的快速性所要求；求；公网常遇到公网常遇到”占线占线”、“不通不通”情况，不能满足电力系统情况，不能满足电力系统要求；要求；n电力通信具有以下特点：电力通信具有以下特点：n（2 2）可靠性可靠性信息传输必须高度可靠、准确，不能出错，否则控制命令信息传输必须高度可靠、准确，不能出错，否则控制命令传输错误可能导致灾难性后果；传输错误可能导致灾难性后果；第38页/共105页3

25、9n（3 3）连续性）连续性由于电力生产的不间断性，电力系统的许多信息需要占用由于电力生产的不间断性，电力系统的许多信息需要占用专门信道，长期连续传送，在公网通信中难以实现；专门信道，长期连续传送，在公网通信中难以实现；n（4 4）信息量较少）信息量较少电力通信主要传送电力系统的生产、控制、管理信息，电电力通信主要传送电力系统的生产、控制、管理信息，电力通信系统的容量比公网小；力通信系统的容量比公网小；n（5 5）网络建设可利用电力系统独特资源）网络建设可利用电力系统独特资源利用高压输电线进行载波通信，利用电力杆塔假设光纤等；利用高压输电线进行载波通信，利用电力杆塔假设光纤等；第39页/共10

26、5页40电力系统数据传输模式电力系统数据传输模式第40页/共105页 按发动通信传输的模式来划分，有一下几种类型：41n循环传输模式循环传输模式发送端按规定的顺序，周期性地发送端按规定的顺序，周期性地主动主动将远动信息送给主站，将远动信息送给主站，一帧一帧周而复始不断传送。一帧一帧周而复始不断传送。不需主站干予；只需使用不需主站干予；只需使用单向单向信道；信道；即使数据毫无变化，也照样发送，正常情况下即使数据毫无变化，也照样发送，正常情况下信道利用率信道利用率不高不高。第41页/共105页 自发（事件发动）传输模式 只有在发送端发生事件时（例如开关位置状态发生变化，测量值得变动超过预定范围等）

27、才向主站发送信息。 有事件发生就立即向主站传送数据，最适合实时性的要求。 减轻了正常运行情况下信道的负担，但在异常或事故情况下传送的工作量将大量增加。 自发传输模式通常和其它传输模式组合使用。42第42页/共105页 按请求（问答或轮询）传输模式 主站作为发动通信的一方，由它向被控站发出命令，被控站则按请求发送有关信息。 可以要求发送某一远动信息，也可以要求某些，方式灵活。 问答传输模式要双工通信，因此需要双工信道。 通常由主站逐一轮询各个子站，如此循环不息。43第43页/共105页44 以上是三种基本传输模式，实际应用中传输模式通常是它们的组合。n例如将循环传输模式与自发传输模式组合，在例如

28、将循环传输模式与自发传输模式组合，在正常正常情况下以循环传输模式情况下以循环传输模式工作，当发生工作，当发生紧急情况紧急情况时，时，例如断路器跳闸，就插入例如断路器跳闸，就插入事件发动传输事件发动传输，即优先插，即优先插入遥信变位信息传输。待紧急信息传送完毕后，再入遥信变位信息传输。待紧急信息传送完毕后，再恢复正常的循环传输模式。恢复正常的循环传输模式。n在各种模式组合时，事件发动传输模式的优先级通在各种模式组合时，事件发动传输模式的优先级通常是常是最高最高，循环传输模式的优先级，循环传输模式的优先级最低最低。第44页/共105页45调度自动化系统高级应用第45页/共105页46一、网络拓扑分

29、析第46页/共105页 电力系统由发电机、变压器、线路、母线、并联电容器等设备构成471、电力系统 = 拓扑 + 参数 + 状态n各种电网设备通过开关、刀闸连接在一起共同组各种电网设备通过开关、刀闸连接在一起共同组成电网成电网n改变开关和刀闸的状态可组成不同的运行方式改变开关和刀闸的状态可组成不同的运行方式G4V第47页/共105页48电力系统设备单端设备n发电机发电机n电容器电容器l负荷负荷l电抗器电抗器GAAAAn单端设备单端设备发电机，负荷，并联电容器，并联电抗器等发电机，负荷，并联电容器，并联电抗器等描述：设备名、所在节点描述：设备名、所在节点单端设备是一类特殊的双端设备，其一端固定为

30、大地单端设备是一类特殊的双端设备，其一端固定为大地第48页/共105页49电力系统设备双端设备n线路（串联电抗器）线路（串联电抗器）n变压器变压器n开关开关n刀闸刀闸ABABABABn双端设备双端设备线路（串联电抗器）线路（串联电抗器） ，变压器，开关，刀闸，变压器，开关，刀闸描述：设备名、从始节点到终节点描述：设备名、从始节点到终节点第49页/共105页 节点模型（物理模型） 以节点表示的网络原始描述；输入数据用此模型； 描述了所有物理设备及其逻辑联结关系； 具有相对的唯一性；50n母线模型（计算模型）母线模型（计算模型）以以母线母线表示的表示的计算用网络描述计算用网络描述，与网络方程联系在

31、一起；，与网络方程联系在一起；母线模型随开关状态而母线模型随开关状态而变化变化；不唯一不唯一；2 2、电力系统网络模型、电力系统网络模型第50页/共105页51网络模型-例1n开关开关 From ToFrom TonA 1 2 A 1 2 nB 1 3B 1 3nC 2 4 C 2 4 nD 3 5D 3 5nE 4 6E 4 6nF 5 6 F 5 6 ACEBDF124356设备设备- -节点对照表节点对照表3/2接线接线第51页/共105页52ACEBDF1243563/2接线接线节点模型节点模型母线模型母线模型第52页/共105页53网络模型-例2单母线分段单母线分段节点模型节点模型母

32、线模型母线模型第53页/共105页54网络模型-例3双母线带旁路双母线带旁路节点模型节点模型母线模型母线模型第54页/共105页55网络模型-例4四角接线四角接线节点模型节点模型母线模型母线模型第55页/共105页56母线模型中省掉的开关SF6SF6开开关关模模型型照照片片第56页/共105页 网络拓扑分析：根据开关状态和网络元件状态由电网的节点模型产生电网的母线模型过程。 573、网络拓扑分析概念n分析步骤分析步骤厂站的结线分析厂站的结线分析系统的结线分析系统的结线分析 n搜索方法搜索方法深度优先搜索深度优先搜索(Depth First Search, DFS)(Depth First Se

33、arch, DFS)广度优先搜索广度优先搜索(Breadth First Search, BFS)(Breadth First Search, BFS)第57页/共105页4、网络拓扑分析算法58深度优先搜索方法DFS125834679深度优先搜索深度优先搜索(DFS)(DFS)示意图示意图123第58页/共105页59广度优先搜索方法BFS123456789广度优先搜索广度优先搜索BFSBFS示意图示意图第59页/共105页二、状态估计60第60页/共105页 需要随时监视系统的运行状态，获知数据。611、状态估计技术背景n因此因此, ,如何如何低成本、高精度地提供电力系统实时数低成本、高精

34、度地提供电力系统实时数据据是提高电力系统计算机应用水平的关键。是提高电力系统计算机应用水平的关键。n测量所有关心的量是测量所有关心的量是不经济不经济的，也是的，也是不可能不可能的，的，需要利用一些测量量来推算其它电气量需要利用一些测量量来推算其它电气量 。n由于误差的存在，直接测量的量由于误差的存在，直接测量的量不甚可靠不甚可靠，甚至，甚至有坏数据。有坏数据。第61页/共105页 量测值与真实值的差值称为量测误差。62误差及其来源n电力系统量测误差来源电力系统量测误差来源( (环节环节) )大体可归纳为：大体可归纳为：1 1、变换器（电压互感器和电流互感器）的误差；、变换器（电压互感器和电流互

35、感器）的误差；2 2、模数转换器的误差、模数转换器的误差3 3、数据传送过程中的误差、数据传送过程中的误差4 4、量测和传送过程中的时间延迟、量测和传送过程中的时间延迟5 5、运行中三相不平衡及功率因数的变化，会给单相量测、运行中三相不平衡及功率因数的变化，会给单相量测和计算带来误差和计算带来误差n这种由远动装置直接传送来的数据具有较大的误差，偶尔还这种由远动装置直接传送来的数据具有较大的误差，偶尔还包含不良数据，习惯上称为包含不良数据，习惯上称为生数据生数据(raw data)(raw data)。第62页/共105页 一般来讲，误差具有正态分布的性质：63误差的性质),(2NZ-+ZP(Z

36、)%7 .99)3|(|%5 .95)2|(|%3 .68)|(|ZPZPZPn只有只有0.3%0.3%的可能性，的可能性，Z Z落在落在3 3范围之外范围之外n误差大于误差大于33的量测数据可认为是的量测数据可认为是不良坏数据不良坏数据；实际应用中不良数据误差界限往往取实际应用中不良数据误差界限往往取（6 67 7）平均数、标准差第63页/共105页 建立可靠而完整的数据库有两条途径：64提高数据可靠性和完备性的措施n硬件途径硬件途径：增加量测设备和远动设备，并提高其精：增加量测设备和远动设备，并提高其精度、速度与可靠性；度、速度与可靠性；导致技术和经济上付出过大的代价导致技术和经济上付出过

37、大的代价 n软件途径软件途径：采用数学、软件技术，对数据进行实时：采用数学、软件技术，对数据进行实时处理，提高数据的可靠性和完整性。处理，提高数据的可靠性和完整性。在具备一定水平的硬件基础上，采用状态估计技术则能在具备一定水平的硬件基础上，采用状态估计技术则能充分发挥已有硬件的潜力，充分发挥已有硬件的潜力，提高数据的精度提高数据的精度，补充测点补充测点和量测项目的不足，排除和量测项目的不足，排除偶然的错误信息和数据偶然的错误信息和数据，提高，提高整个数据系统的整个数据系统的质量与可靠性质量与可靠性。 第64页/共105页 也称为滤波，它是利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰

38、所引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态（或轨道）。652、状态估计基本概念n状态估计作为近代计算机实时数据处理的手段，首状态估计作为近代计算机实时数据处理的手段，首先应用在宇宙飞船、卫星、导弹、潜艇和飞机的追先应用在宇宙飞船、卫星、导弹、潜艇和飞机的追踪、导航和控制。踪、导航和控制。n状态估计主要处理对象是某一时间断面上的高维空状态估计主要处理对象是某一时间断面上的高维空间（网络）问题，而且对量测误差的统计知识又不间（网络）问题，而且对量测误差的统计知识又不够清楚，因此目前很多电力系统实际采用的状态估够清楚，因此目前很多电力系统实际采用的状态估计算法是计算法是最小二乘法最小二乘法。第65页

39、/共105页 降低量测系统投资，少装测点66状态估计的作用n计算出计算出未测量的电气量未测量的电气量n利用量测系统的冗余信息，利用量测系统的冗余信息，提高量测数据的精度提高量测数据的精度第66页/共105页67状态估计数学描述n量测矢量：量测矢量：Z=ZZ=Z1 1,Z,Z2 2, ,Z,Zm m T T, m, m维维 实际量测值实际量测值()mnZ = h(x)+ n量测误差矢量：量测误差矢量： =1 1, , 2 2, , , m m T T, m, m维维n量测函数：量测函数：h(x)=hh(x)=h1 1(x),h(x),h2 2(x),(x),h,hm m(x)(x)T T 理论理

40、论n状态量：状态量：x x x x1 1, x, x2 2, , x, xn n T T, n, n维维量测方程量测方程第67页/共105页111212212212(,.)(,.).(,.)nnmmnmZh x xxvZh x xxvZhx xxv68量测方程的特点n方程个数方程个数m m大于状态变量的个数大于状态变量的个数n nn多余多余m-nm-n个方程为矛盾方程，找不到常规意义上的个方程为矛盾方程，找不到常规意义上的解，只能用统计的方法求在某种估计意义上的解。解，只能用统计的方法求在某种估计意义上的解。第68页/共105页69最小二乘估计（Least Squares Estimation

41、）n对量测方程对量测方程: :Z = h(x)+ n满足上述目标的满足上述目标的 称为称为 的最小二乘估计值的最小二乘估计值 xx21.( )miMinJ xTii(Z - h(x) (Z - h(x)(Z - h(x)n建立目标函数，求极小值：建立目标函数，求极小值：第69页/共105页*10 ;10UVR70最小二乘估计示例A10伏R10欧Vn状态量状态量x为电流为电流In测量值：测量值：I = 1.05A；U = 9.8V ；n量测方程：量测方程：Z1 = x + v1Z2 = Rx + v2Z3 = Rx2 + v3n标么化：标么化：10W*I *S 1A第70页/共105页71示例续

42、22(1.05)2(0.98)4 (0.96)0 xxxxn目标函数：目标函数：Min. J(x)=(1.05-x)Min. J(x)=(1.05-x)2 2+(0.98-Rx)+(0.98-Rx)2 2+(0.96-Rx+(0.96-Rx2 2) )2 230.041.0150 xx0.9917x ( )0J xxn令令第71页/共105页72n状态的估计值状态的估计值x = 0.9917n量测的估计值：量测的估计值：电流电流电压电压有功有功P = Rx2 n量测估计值的误差：量测估计值的误差：电流电流I 电压电压U 有功有功P 第72页/共105页三、负荷预测73第73页/共105页 针对

43、影响系统负荷的因素，系统总负荷预测模型一般可以按四个分量模型描述为：741、电力系统负荷预测模型 L(t) = B(t) + W(t) + S(t) + R(t) L(t) = B(t) + W(t) + S(t) + R(t)式中：式中： L(t) - L(t) - 为为 t t 时刻的系统总负荷；时刻的系统总负荷； B(t) - B(t) - 为为 t t 时刻的时刻的基本正常基本正常负荷分量；负荷分量； W(t) - W(t) - 为为 t t 时刻的时刻的天气敏感天气敏感负荷分量；负荷分量； S(t) - S(t) - 为为 t t 时刻的时刻的特别事件特别事件负荷分量；负荷分量； R

44、(t) - R(t) - 为为 t t 时刻的时刻的随机负荷随机负荷分量。分量。 第74页/共105页751.2 基本正常负荷分量模型n对于基本正常负荷分量，可用线性变化型模型和周期变化型模型描述，或用两者的合成共同描述: B(t) = X(t) Z(t) (2)式中： X(t) X(t) 为线性变化模型负荷分量；为线性变化模型负荷分量； Z(t) Z(t) 为周期变化模型负荷分量。为周期变化模型负荷分量。第75页/共105页76第76页/共105页 线性变化模型可表示为77X(t)abt(3)第77页/共105页（2）周期变化模型iiiX) t (L) t (Z78n是用来反映负荷按日、按月

45、、按年的周期变化特性。n周期变化规律可以用日负荷变化系数表示：其中，其中，Li(t)为一天中各小时的负荷；为一天中各小时的负荷；Xi为当天的日平均负荷。为当天的日平均负荷。第78页/共105页 利用历史数据来做日负荷预测79n1ii) t (Zn1) t (Z( t = 1, 2, , 24 )式中式中:n - :n - 过去日负荷的天数；过去日负荷的天数； Z Zi i(t) - (t) - 过去第过去第i i天第天第t t小时负荷变化系数。小时负荷变化系数。 B(t) = X(t) Z(t)第79页/共105页801.3 天气敏感负荷分量模型以温度为例说明天气敏感负荷模型：以日负荷预测为例

46、，给定过去若干天负荷记录、温度记录，利用线性回归或曲线拟合方法，可以用三段直线描述天气敏感负荷模型：swwwwsssTtT0Tt)Tt (KTt)Tt (K) t (W第80页/共105页 可以用专家系统方法来实现，也可以简单用人工修正来实现。人工修正方法通常用因子模型来描述。因子模型又可以分为乘子模型和叠加模型。811.4 特别事件负荷分量模型乘子模型乘子模型 ：用一乘子用一乘子k k来表示特别事件对负荷的影响程度来表示特别事件对负荷的影响程度 S(t) = ( B(t) + W(t) * k叠加模型叠加模型：直接把特别事件引起的负荷变化值当成特别事件负直接把特别事件引起的负荷变化值当成特别

47、事件负荷分量荷分量 S(t) = L(t)第81页/共105页 时间序列法进行预测821.5 随机负荷分量模型n（1 1）自回归模型）自回归模型n（2 2）动平均模型）动平均模型n（3 3）自回归动平均模型）自回归动平均模型n（4 4）累积式自回归动平均模型）累积式自回归动平均模型第82页/共105页四、电力系统安全分析83第83页/共105页841、电力系统运行的要求满足系统负荷需求；满足运行约束（无潮流和电压越限）；满足稳定性约束（能够承受预想的故障）。建立可靠的电力系统运行监视、分析和控制系统，是电网安全经济运行的重要保证；计算机技术的发展提供了必要的技术支持；第84页/共105页 安全

48、的广义解释是保持不间断的供电，亦即不失去负荷。852、安全的含义n在实际运行中，可以用正常供电情况下，是否能保在实际运行中，可以用正常供电情况下，是否能保持潮流及电压在持潮流及电压在允许限值范围允许限值范围内来表示。内来表示。n静态安全分析：分析在发生静态安全分析：分析在发生预想事故预想事故后系统是否会后系统是否会发生发生过负荷或电压越限过负荷或电压越限；n动态安全分析：分析在发生预想事故后系统是否会动态安全分析：分析在发生预想事故后系统是否会失去稳定失去稳定；第85页/共105页863、电力系统运行的4种状态 将系统从警戒状态转变到正常状态的控制，称为预防控制。n安全状态安全状态：也称为：也

49、称为安全正常状态安全正常状态，满足三个安全运，满足三个安全运行的要求，即行的要求，即能满足全部负荷又没有越限，而且能能满足全部负荷又没有越限，而且能承受预想故障的冲击承受预想故障的冲击。n警戒状态警戒状态：也可称为：也可称为不安全正常状态不安全正常状态，能满足全部，能满足全部负荷又没有越限，但负荷又没有越限，但承受不了预想故障的冲击承受不了预想故障的冲击。第86页/共105页87n紧急状态紧急状态：能满足全部负荷但：能满足全部负荷但已出现支路或电压越已出现支路或电压越限限；如能准确及时地采取如能准确及时地采取安全校正措施安全校正措施，可能回到警戒状态，可能回到警戒状态或正常状态，否则可能导致系

50、统瓦解；或正常状态，否则可能导致系统瓦解；紧急状态下试图将系统转变到正常状态或警戒状态的控紧急状态下试图将系统转变到正常状态或警戒状态的控制措施为制措施为紧急控制紧急控制；n恢复状态恢复状态：事故不再扩大，网络元件越限已经解除，：事故不再扩大，网络元件越限已经解除，但许多用户尚未但许多用户尚未恢复供电恢复供电，通过恢复控制回到正常，通过恢复控制回到正常状态；状态；第87页/共105页88安安全全状状态态警警戒戒状状态态恢恢复复状状态态紧紧急急状状态态正正常常状状态态预预防防控控制制紧紧急急控控制制恢恢复复控控制制第88页/共105页894、预想故障分析的概念 预想故障分析指的是针对预先设定的电

51、力系统元件故障及其组合，确定它们对电力系统安全运行产生的影响。对静态安全分析而言，预想故障主要包括支路开断和发电机开断。第89页/共105页90预想故障分析的功能要求 能够对多种给定运行方式(状态)进行预想事故分析，能快速扫描预想故障集并进行分类；能够对整个电网的安全水平进行评估，对会引起电网安全运行构成威胁的故障如：线路过载、电压越限和发电机功率越限等进行警示；提供方便的故障定义手段，可定义单多重故障（多个元件同时断合），故障元件包括：线路元件、变压器元件、开关（合断）、母线等。 第90页/共105页91N-1故障扫描分析 N-1原则 (电力系统安全稳定导则) :正常运行方式下的电力系统中任

52、一元件（如线路、发电机、变压器等）无故障或因故障断开，电力系统应能保证稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。这通常称为N-1原则。电力系统静态安全分析指应用N-1原则 ：逐个断开如线路、变压器等元件，检查其他元件是否因此过负荷或电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求。第91页/共105页92N-1扫描故障分析存在的问题随着电网结构的增强，绝大多数单重元件的开断已不构成对系统的危害，即使有极少数构成危害的单重元件的开断，其影响范围和安全对策已被调度人员所熟悉。因此机械地n-1扫描方式在实用中由于效率过低而不受重视。随着电网规模的扩大和结构的变化，

53、调度人员更重视的是多重故障分析，但若进行n-2或n-3扫描方式则计算量将雪崩，技术上要求很高。第92页/共105页93预想故障集合90年代出现了以预想故障集合方式代替n-1扫描方式，其特点是能方便灵活地定义多重故障，因此是最实用的方式。预想故障集合是由有经验的调度人员和运行分析人员给出的，它包括各种可能危及系统安全的故障及其组合，并且可以规定监视元件及条件故障以自动产生复杂故障，运行中使用者可以激活感兴趣的故障组进行分析计算。第93页/共105页94预想故障组合故障组故障主开断元件条件监视元件条件开断元件规则集第94页/共105页主开断元件95 可以是电网中任何元件，如变压器、线路、发电机、负

54、荷、电容器、电抗器、开关或母线等。故障可以是单重的，也可以是多重的，而多重故障可以是同一类元件，也可以是几类元件的组合。第95页/共105页96条件监视元件及条件开断元件 二者配合使用，可以模拟继发性故障。在实际电力系统中，某些元件故障可能引发其他元件的开断，这就需要引入条件故障的概念。 当主开断元件的动作引起开断监视元件越限时，条件开断元件随之动作。这种带条件监视元件和条件开断元件的故障称为条件故障。第96页/共105页97规则集 描述主开断元件动作后，调度人员按规定或经验所必须进行的操作。 在实际电网中，当一些关键元件开断或关键监视元件越限时，系统内已制定了一些相应措施指导调度人员操作，规

55、则集放置这些措施，以便有效模拟故障后系统的真实状态。预案第97页/共105页98故障扫描 故障扫描是对故障集合中的故障进行预处理，将其分为两大类，一类是无需潮流计算即可确定为不会产生越限的“无害”故障，一类是需要通过潮流计算才能判断其危险程度的“有害”故障。 故障扫描的要求是用较短的时间尽可能多淘汰“无害”故障，但又不能漏掉一个有害故障。第98页/共105页99故障扫描的方法可以分为两大类：（1）间接法：或称排队法或性能指标法，不直接计算故障后的功率和电压，仅利用产生故障时的某些数据进行排队，快速性好精度低。（2）直接法：快速计算故障后的近似潮流，由此将故障按严重程度排队。第99页/共105页

56、100预想故障分析中的行为指标 预想事故分析是在各种开断情况下进行潮流计算，然后对系统所致后果的严重程度，用各种行为指标来表征。 预想事故分析的主要特点是在表征后果严重程度的行为指标的选取上。第100页/共105页101有功行为指标它用来表征线路潮流违限的严重程度，是衡量线路的有功功率过负荷的标尺： 2maxiPPaiPPIWPPW有功功率加权因子 iP线路i中的有功潮流 maxiP线路i中的有功限值 有功功率过负荷的线路集合，求和只对过负荷的线路，以避免遮蔽现象。 第101页/共105页102无功行为指标 用来表征节点电压违限的严重程度，这一行为指标由下面公式给出：limlimlimlimi

57、iiQiiiVQVQQQWVVVWPIiVlimiVVWiQlimiQQW节点i电压模值 节点i电压模限值 电压加权因子 节点i的无功功率注入值 线路i无功功率限值 无功功率加权因子 电压模值越限的所有节点集合 无功功率越限的所有节点集合 第102页/共105页103分布系数指标以潮流法为基础，算出某一预想事故下的各线路的有功潮流，再根据反映线路的有功过负荷的行为指标公式计算故障的严重程度。分布系数由下面公式给出： 21max2NLllllPPWPJPIlW有功加权系数 lP线路l 的有功潮流 maxiP线路l 的有功最大限值 NL网络中线路的总数 本方法中，所有线路，不论其是否过负荷，都参与计算。 第103页/共105页104预想故障分析的软件设计（）采用先进的模型、算法和程序技巧提高分析速度；（）故障定义应方便与直观，并且可以考虑多重故障和条件故障；（）故障分组，可以规定某个组是否参加分析，也可以规定一个组内的某些故障是否起作用；（）故障结果可按各种指标排队，并按要求给出各种越限信息；（）故障分析过程可以灵活控制。第104页/共105页