电力系统自动化基本内容

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1、1.2 电 力 系 统 自 动 化 基 本 内 容v 自 动 化 是 指 机 器 设 备 (动 力 )或 者 生 产 过 程 、 管 理 过 程 ， 在 没 有 人直 接 参 与 的 情 况 下 ， 经 过 自 动 检 测 、 信 息 处 理 、 分 析 判 断 、 操 纵控 制 ， 实 现 预 期 的 目 标 、 目 的 或 完 成 某 种 过 程 。 自 动 化 是 自 动 化技 术 和 自 动 化 过 程 的 简 称 。 自 动 化 技 术 主 要 有 两 个 方 面 ：v 用 自 动 化 机 械 代 替 人 工 的 动 力 方 面 的 自 动 化 技 术 ；v 在 生 产 过 程 和

2、业 务 处 理 过 程 中 ， 进 行 测 量 、 计 算 、 控 制 等 ，这 是 信 息 处 理 方 面 的 自 动 化 技 术 。v 电 力 系 统 自 动 化 也 是 自 动 化 的 一 种 具 体 形 式 ， 它 是 指 应 用 各 种 具有 自 动 检 测 、 决 策 和 控 制 功 能 的 装 置 ， 通 过 信 号 系 统 和 数 据 传 输系 统 对 电 力 系 统 各 元 件 、 局 部 系 统 或 全 系 统 进 行 就 地 或 远 方 的 自动 监 视 、 调 节 和 控 制 ， 以 保 证 电 力 系 统 安 全 经 济 地 运 行 和 具 有 合格 的 电 能 质

3、量 。 电 力 系 统 自 动 化 基 本 内 容v 电 力 系 统 自 动 化 内 容 划 分 为 电 力 系 统 调 度自 动 化 、 发 电 厂 自 动 化 和 变 电 站 自 动 化 等 三部 分 。v 调 度 自 动 化 又 可 分 为 发 电 和 输 电 调 度 自 动化 (通 常 称 为 电 网 调 度 自 动 化 )、 配 电 网 调 度自 动 化 (通 常 称 为 配 电 网 自 动 化 或 配 电 自 动化 )。 大规模联合电网的优点v 综 合 利 用 水 力 、 火 力 、 核 能 等 发 电 能 源 ， 以 解 决能 源 资 源 与 负 荷 分 布 地 域 间 的 不

4、平 衡 。v 利 用 时 差 和 季 节 错 开 负 荷 高 峰 ， 减 少 总 的 装 机 容量 。 v 采 用 大 容 量 机 组 ， 节 省 投 资 和 运 行 费 用 。 v 发 生 故 障 时 不 同 电 网 间 可 以 互 相 支 援 。 1.2.1电网调度自动化 我国目前的电网状况特点：大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制 v 装 机 容 量 超 过 2000MW电 网 11个v 已 形 成 500KV主 网 架 结 构v 1990年 华 中 与 华 东 实 现 非 同 期 联 网 （ 500KV直 流 输 电 线 ）v 电 网 结 构 大 大 改 善 v 省 调 以

5、 上 调 度 自 动 化 系 统 已 实 用 化v 电 力 专 用 通 信 网 形 成 我国目前的电网状况 东北电网辽宁 吉林黑龙江装机容量35943.9MW 华北电网北京 天津河北 山西内蒙古自治区 装机容量40716.2MW年发电量1922.35亿KWh 华东电网上海 江苏浙江 安徽装机容量41986.4MW年发电量2268.9亿KWh 华中电网河南 湖北湖南 江西装机容量43365.4MW 年发电量1673.22亿KWh 南方联营电网广东 广西 云南 贵州 西北电网陕西甘肃青海宁夏自治区 装机容量18021.9 MW年发电量736.14亿KWh 福建电网装机容量9657.4MW 年发电量

6、356亿KWh 山东电网装机容量18017.8 MW 年发电量912.05亿KWh 四川电网 电力系统电压等级v 220kv500kv 超 高 压 电 网 。 构 成 大 区 电 网 的 骨 架 和大 区 电 网 间 的 联 络 线v 110kv220kv 输 电 网 。 构 成 复 杂 的 输 电 网 络 ， 在 各地 区 间 传 输 电 能 v 35kv110kv 供 电 网 。 由 枢 纽 变 电 站 送 电 到 靠 近 负荷 区 的 本 地 变 电 站v 10kv 配 电 网 。 本 地 变 电 站 送 电 到 居 民 区 的杆 上 变 压 器 或 配 电 室 伴随着中国电力发展步伐不

7、断加快，中国电网也得到迅速发展，电网系统运行电压等级不断提高，网络规模也不断扩大，全国已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架。近年来，我国加快了特高压电网的建设力度，2006年，我国首个特高压电网工程国家电网公司晋东南南阳荆门交流特高压试验示范工程在山西长治隆重奠基，这标志着我国百万伏级电压等级的交流特高压电网工程正式进入建设阶段；2007年12月21日，四川上海800千伏特高压直流输电示范工程在四川宜宾开工。到2008年底，全国220千伏及以上输电线路回路长度已达到36.48万公里，220千伏及以上变电

8、容量达到13.8亿千伏安 。 v2009年我国电网基建投资规模进一步扩大，超过电源基本建设投资。目前电网建设已成为我国电力建设的主要方向，电网建设前景诱人。到2010年底，随着国家电网特高压及500千伏跨区、跨国电网联网的建成，跨区输电容量将达到7000万千瓦，比2005年提高5倍多，占全国合计最大负荷的11%；电量达到3200亿千瓦时，比2005年增长3倍多 v 电 力 系 统 运 行 控 制 目 标1、保证电力系统运行的安全可靠2、保证电能质量 3、保证电力系统运行的经济性v 电 力 系 统 自 动 化 内 容1 、电网调度自动化（输电、配电）2 、 发电厂自动化3、 变电站自动化（配电网

9、自动化）v 电 网 调 度 自 动 化 电力系统调度控制的基本任务v保障电网安全、稳定、正常运行和对电力用户安全可靠供电。v保证电能质量，保持频率、电压、波形合格。 v按照公平、公正的原则合理安排发电，实现发电资源的优化利用 。 电 网 调 度 的 特 点 电 网 调 度 自 动 化 的 特 点 是 统 一 调 度 ， 分 层 控 制 。 电 力 系 统是 一 个 庞 大 的 产 、 供 、 销 电 能 的 整 体 。 根 据 电 力 生 产 的 特 点 ，电 网 中 的 每 一 环 节 都 必 须 在 调 度 机 构 的 统 一 领 导 下 ， 随 用 电 负荷 的 变 化 而 协 调 运

10、行 。 电 网 统 一 调 度 一 般 包 括 如 下 内 容 ：(1) 由 电 网 调 度 机 构 统 一 组 织 全 网 调 度 计 划 的 编 制 执 行 ， 其 中包 括 统 一 平 衡 和 实 施 全 网 发 电 、 供 电 调 度 计 划 ， 统 一 平 衡 和 安排 全 网 主 要 发 电 、 供 电 设 备 的 检 修 进 度 ， 统 一 安 排 全 网 的 主 接线 方 式 ， 统 一 布 置 和 落 实 全 网 安 全 稳 定 措 施 等 。(2) 统 一 指 挥 全 网 的 运 行 操 作 和 事 故 处 理 。(3) 统 一 布 置 和 指 挥 全 网 的 调 峰 、

11、调 频 和 调 压 。(4) 统 一 协 调 和 规 定 全 网 继 电 保 护 、 安 全 自 动 装 置 、 调 度 自 动化 系 统 和 调 度 通 信 系 统 的 运 行 。 (5) 统 一 协 调 水 电 厂 、 水 库 的 合 理 运 用 。(6) 按 照 规 章 制 度 统 一 协 调 有 关 电 网 运 行 的 各 种 关 系 。 分级调度 电 网 调 度 管 理 条 例 明 确 ， 调 度 机 构 分 为 五 级 即国家调度机构跨省、自治区、直辖市调度机构省、自治区、直辖市级调度机构省辖市级调度机构县级调度机构目 前 我 国 已 建 立 了 较 完 备 的 五 级 调 度 体

12、 系 ， 分 别 是国家电力调度通信中心，简称国调；东北、华北、华东、华中、西北、南方电力调度通信中心，简称网调； 各省（直辖市、自治区）电力调度通信中心，简称省调；还有270个地调和2000多个县调 国家调度中心网局调度中心地区调度中心省级调度中心县级调度中心直属电厂 地方电厂省属电厂直属变电站地方变电所变电所省属变电站 各级调度中心的基本任务v国家调度中心v 在 线 收 集 各 大 区 网 和 有 关 省 网 的 重 点 测 点 工 况 和 全 国电 网 运 行 状 况 ， 作 统 计 分 析 、 生 产 报 表 、 提 供 电 能 情况 。 v 进 行 大 区 互 联 系 统 的 潮 流

13、 、 稳 定 、 短 路 电 流 及 经 济 运行 计 算 ， 通 过 计 算 机 通 信 ， 校 核 计 算 的 正 确 性 ， 并 向下 一 级 传 送 。v 作 中 、 长 期 安 全 、 经 济 运 行 分 析 ， 并 提 出 对 策 。 各级调度中心的基本任务v大区网局调度中心v 实 现 电 网 的 数 据 收 集 和 监 控 、 经 济 调 度 和 安 全 分 析 。v 进 行 负 荷 预 测 ， 制 定 开 停 机 计 划 、 水 火 电 经 济 调 度 日分 配 计 划 ， 闭 环 或 开 环 指 导 自 动 发 电 控 制 。 v 省 (市 )间 和 有 关 大 区 网 的

14、供 受 电 量 的 计 划 编 制 和 分 析 。v 进 行 潮 流 、 稳 定 、 短 路 电 流 及 离 线 或 在 线 的 经 济 运 行分 析 计 算 ， 通 过 计 算 机 通 信 校 核 各 种 分 析 计 算 的 正 确性 并 上 报 下 传 。 各级调度中心的基本任务v省级调度中心v 实 现 电 网 的 数 据 收 集 和 监 控 。 必 须 对 电 网 中 的 开 关 状态 ， 电 压 水 平 ， 功 率 进 行 采 集 计 算 ， 进 行 控 制 和 经 济调 度 。 v 进 行 负 荷 预 测 ， 制 定 开 停 机 计 划 、 水 火 电 经 济 调 度 日分 配 计

15、划 ， 编 制 地 区 间 和 省 间 有 关 网 的 供 受 电 量 的 计划 ， 闭 环 或 开 环 指 导 自 动 发 电 控 制 。v 进 行 记 录 如 功 率 总 加 ， 开 关 变 位 ， 存 档 和 制 表 打 印 。 v 进 行 潮 流 、 稳 定 、 短 路 电 流 及 离 线 或 在 线 的 经 济 运 行分 析 计 算 ， 通 过 计 算 机 通 信 校 核 各 种 分 析 计 算 的 正 确性 并 上 报 下 传 。 各级调度中心的基本任务v地区调度中心v 采 集 当 地 网 的 各 种 信 息 ， 进 行 安 全 监 控 。v 进 行 有 关 站 点 （ 直 接 站

16、 点 和 集 控 站 点 ） 的 远方 操 作 ， 变 压 器 分 接 头 调 节 ， 电 力 电 容 器 的投 切 等 。 v 用 电 负 荷 的 管 理 。 各级调度中心的基本任务v县级调度中心v 根 据 不 同 类 型 实 现 不 同 程 度 的 数 据 采 集 和安 全 监 视 功 能 。v 有 条 件 的 县 调 可 实 现 机 组 起 停 、 断 路 器 远方 操 作 和 电 力 电 容 器 的 投 切 。 v 有 条 件 的 可 实 现 负 荷 控 制 。v 向 上 级 调 度 发 送 必 要 的 实 时 信 息 。 由 此 可 见 ， 分 层 控 制 有 如 下 优 点 ：v

17、a. 从 电 力 系 统 调 度 控 制 的 角 度 来 看 ， 信 息 可 以 分 层 采 集 ， 只需 把 一 些 必 要 的 信 息 转 发 给 上 一 级 调 度 部 门 ， 如 地 区 调 度 控 制中 心 可 以 采 集 本 地 区 的 出 力 和 负 荷 ， 并 把 地 区 出 力 和 负 荷 总 和后 送 到 上 一 级 调 度 部 门 。 对 出 力 和 负 荷 的 控 制 也 同 样 ， 上 一 级调 度 只 对 下 一 级 调 度 发 出 出 力 和 负 荷 的 总 指 标 ， 由 下 一 级 调 度进 行 控 制 。 这 样 既 减 轻 了 上 一 级 的 负 担 ，

18、又 加 速 了 控 制 过 程 ，同 时 减 少 了 不 必 要 的 信 息 流 量 。v b. 分 层 控 制 的 电 力 系 统 中 ， 若 局 部 的 控 制 系 统 发 生 故 障 ， 一般 不 会 严 重 影 响 电 力 系 统 的 其 他 控 制 部 分 ， 并 且 每 个 分 层 间 可以 部 分 地 互 为 备 用 ， 从 而 提 高 了 电 力 系 统 运 行 的 可 靠 性 。 在 电力 系 统 中 ， 即 使 在 紧 急 状 态 下 部 分 电 网 与 系 统 解 列 ， 也 可 以 分别 地 独 立 运 行 ， 因 为 局 部 地 区 也 有 相 应 的 调 度 自 动

19、 化 系 统 ， 可以 对 电 网 实 现 监 控 。 v c. 实 现 分 层 控 制 以 后 ， 可 以 大 大 地 降 低 信 息 流 量 ， 因 而 减 少了 对 通 信 系 统 的 投 资 。v d. 分 层 控 制 的 自 动 化 系 统 ， 结 构 灵 活 ， 可 适 应 电 力 系 统 变 更或 扩 大 的 需 要 。总 之 ， 采 用 分 层 控 制 后 可 以 使 电 力 系 统 的 监 视 和 控 制 更 加 可 靠 有效 。 各 级 电 网 调 度 自 动 化 系 统 的 功 能 根 据 电 网 调 度 自 动 化 系 统 的 任 务 和 职 责 ， 电 网 调 度 自

20、 动化 系 统 应 包 括 如 下 功 能 ： 数 据 采 集 与 监 控 (SCADA)功 能 。 。 以 SCADA功 能 为 基 础 而 实 现 的 自 动 发 电 控 制 AGC(Automatic Generation Control)功 能 。 与 AGC相 配 套 的 在 线 经 济 调 度控 制 EDC(Economic Dispatch Control)。 能 量 管 理 系 统EMS(Energy Management System)。 由 于 各 级 调 度 中 心 的 职 责 不 同 ， 因 而 对 其 调 度 自 动 化 系统 的 功 能 要 求 也 不 同 。 另

21、外 ， 调 度 自 动 化 系 统 的 功 能 也 有 一个 层 次 之 分 ， 高 一 级 功 能 往 往 是 建 立 在 某 一 级 功 能 基 础 之 上的 。 电 网 调 度 自 动 化 的 发 展v 电 网 调 度 自 动 化 系 统 概 念 的 提 出 是 在 20世 纪 50年 代 中 期 ，这 标 志 着 现 代 电 网 自 动 化 的 开 始 。 当 时 的 基 于 模 拟 计 算 机和 模 拟 通 信 信 道 的 自 动 发 电 控 制 (Automatic Generation Control， AGC)， 主 要 包 括 负 荷 频 率 控 制 (LFC)和 经 济 调

22、度 (ED)。 20世 纪 60年 代 数 字 计 算 机 首 次 应 用 于 电 力 系 统 控制 中 心 ， 出 现 了 电 网 SCADA系 统 。 发 电 厂 ， 变 电 所 所 设 的RTU将 所 收 集 到 的 信 息 通 过 双 向 信 道 传 送 给 主 站 。 其 主 要运 行 信 息 可 及 时 自 动 地 传 送 给 控 制 中 心 ， 调 度 员 可 通 过 遥控 装 置 直 接 远 距 离 操 作 发 电 厂 、 变 电 所 开 关 ;80年 代 ,AGC系 统 不 再 独 立 存 在 ， 而 是 以 AGC软 件 包 的 形 式 和 SCADA系 统结 合 ， 形

23、成 能 量 管 理 系 统 (Energy Management System EMS)， 很 快 EMS的 作 用 已 超 出 AGC。 电 网 调 度 自 动 化 系 统 是 确 保 电 网 安 全 、 优 质 、 经 济 地 发供 电 ， 提 高 电 网 调 度 运 行 管 理 水 平 的 重 要 手 段 ， 是 电 力 生 产自 动 化 和 管 理 现 代 化 的 重 要 基 础 。 电 力 调 度 自 动 化 系 统 简 图如 图 所 示 。第2、3章介绍 1.2.2 电 厂 自 动 化 v 发 电 厂 自 动 化 系 统 主 要 包 括 动 力 机 械 自 动 控 制系 统 和 自

24、 动 发 电 量 控 制 (AGC)系 统 和 自 动 电 压 控 制(AVC)系 统 。 火 电 厂 需 要 控 制 的 锅 炉 汽 机 等 热 力 设备 ， 大 容 量 火 力 发 电 机 组 自 动 控 制 系 统 主 要 有 计算 机 监 视 和 数 据 系 统 、 机 炉 协 调 主 控 系 统 和 锅 炉自 动 控 制 系 统 。 水 电 厂 则 需 要 控 制 的 是 水 轮 机 、调 速 器 以 及 水 轮 发 电 机 力 励 磁 控 制 系 统 等 。 一 般而 言 ， 水 电 厂 的 自 动 化 程 度 比 火 电 厂 要 高 。 第4、5、6、7章 变电站综合自动化的概念

25、变 电 站 综 合 自 动 化 是 将 变 电 站 的 二 次 设 备 （ 包括 测 量 仪 表 、 信 号 系 统 、 继 电 保 护 、 自 动 装 置 和 远动 装 置 ） 经 过 功 能 的 组 合 和 优 化 设 计 ， 利 用 先 进 的计 算 机 技 术 、 通 信 技 术 、 信 号 处 理 技 术 ， 实 现 对 全变 电 站 的 主 要 设 备 和 输 、 配 电 线 路 的 自 动 监 视 、 测量 、 控 制 、 保 护 、 与 上 级 调 度 通 信 的 综 合 性 自 动 化功 能 。 变 电 站 综 合 自 动 化 是 在 变 电 站 应 用 自 动 控 制 技术

26、 和 信 息 处 理 与 传 输 技 术 ， 通 过 计 算 机 硬 件 系 统 或自 动 化 装 置 代 替 人 工 进 行 各 种 运 行 作 业 ， 提 高 变 电站 运 行 、 管 理 水 平 的 一 种 自 动 化 系 统 。 传统变电站控制的问题v 安 全 、 稳 定 性 不 够 。v 难 以 保 证 供 电 质 量 。v 占 地 面 积 大 。v 无 法 满 足 快 速 计 算 、 实 时 控 制 的 要 求 。v 维 护 工 作 量 大 。 变电站综合自动化的特点v 利 用 微 机 和 大 规 模 集 成 电 路 组 成 的 自 动 化 系 统代 替 常 规 控 制 屏 、 中

27、 央 信 号 系 统 和 远 动 屏 。v 利 用 微 机 保 护 代 替 常 规 保 护 。v 能 采 集 完 整 的 运 行 信 息 ， 利 用 计 算 机 的 高 速 计算 与 逻 辑 判 别 能 力 实 现 监 视 、 控 制 、 运 行 报 告等 功 能 。v 功 能 综 合 化 、 结 构 微 机 化 、 监 视 屏 幕 化 、 运 行管 理 智 能 化 。 综合自动化的优越性v 提 高 安 全 稳 定 性 。v 提 高 电 压 合 格 率 。v 提 高 运 行 管 理 水 平 。v 缩 小 占 地 面 积 。v 提 高 设 备 可 靠 性 ， 减 小 维 护 工 作 量 。 v无

28、人值班是管理模式，综合自动化是技术水平。我国变电站综合自动化研究起步于80年代末，目前已进入实用阶段 1.2.4 配 电 自 动 化 v 配 电 是 电 力 系 统 直 接 面 向 用 户 的 功 能 ， 是 电 力 系 统 的 重 要 组 成 部分 。 配 电 网 是 电 力 生 产 和 供 应 中 的 最 后 一 个 环 节 ， 与 千 家 万 户 直接 密 切 联 系 。 配 电 系 统 最 大 的 特 点 是 供 电 设 备 极 端 的 分 散 ， 与 用户 直 接 相 关 。 接 线 方 式 虽 然 大 多 数 为 干 线 式 ， 但 可 以 分 段 串 联 ，运 行 方 式 变 换

29、 灵 活 。 它 的 主 要 任 务 是 ：v 保 证 配 电 网 重 要 用 户 的 供 电 ， 控 制 负 荷 ， 使 供 电 、 用 电 平 衡 ，提 高 负 荷 的 利 用 率 ；v 随 时 掌 握 配 电 网 的 运 行 状 态 ， 及 时 调 整 配 电 网 设 备 的 运 行 ，使 有 功 功 率 分 布 合 理 ； v 及 时 调 整 无 功 功 率 补 偿 设 备 的 运 行 ， 保 证 符 合 供 电 电 压 的 质量 ；v 降 低 配 电 线 路 的 线 路 功 率 损 耗 ， 提 高 配 电 网 运 行 的 经 济 性 ；v 发 生 事 故 时 ， 迅 速 获 取 信

30、息 ， 及 时 处 理 事 故 ， 保 证 用 户 的 供电 并 尽 量 缩 短 对 用 户 的 停 电 时 间 。 v 目 前 ， 在 一 些 发 达 工 业 国 家 ， 在 这 方 面 开 展 了 相 当 多 的 工 作 ， 例如 日 本 、 西 欧 、 美 国 等 都 已 有 相 当 成 熟 的 配 电 网 自 动 化 运 行 经 验 ，并 正 在 向 光 纤 通 信 、 大 规 模 地 形 显 示 、 人 工 智 能 等 实 用 化 技 术 方面 纵 深 发 展 。 我 国 的 配 电 自 动 化 采 用 三 种 基 本 功 能 模 式 ：v 就 地 控 制 的 馈 线 自 动 化 ；

31、v 集 中 监 控 模 式 的 配 电 自 动 化 ；v 集 中 监 控 模 式 的 配 电 自 动 化 与 配 电 管 理 相 结 合 的 模 式 。 对 于近 期 采 用 较 多 的 后 两 种 模 式 ， 都 采 用 分 布 式 总 体 结 构 ， 一 般 分 为两 层 (主 站 、 远 方 终 端 )或 三 层 (主 站 、 子 站 、 远 方 终 端 )。 主 站 至子 站 、 子 站 至 远 方 终 端 间 通 过 网 络 联 在 一 起 ， 形 成 统 一 的 配 电 自动 化 系 统 。 v 总 之 ， 配 电 自 动 化 需 要 有 有 效 的 信 息 传 输 系 统 来 传 递 配 电 网 控 制中 心 与 大 量 远 动 终 端 装 置 之 间 的 数 据 和 控 制 信 息 。 随 着 计 算 机 技术 、 通 信 技 术 、 控 制 理 论 及 其 信 息 处 理 技 术 的 发 展 ， 配 电 自 动 化系 统 水 平 一 定 会 有 一 个 较 大 的 提 高 。第8章介绍