电力系统调度自动化.ppt

电力系统调度自动化赵晋泉河海大学电气工程学院2006年11月本科生课程讲义1n电力系统n调度n自动化最好的类比：城市道路交通系统及其调度自动化；石油管道系统及其调度自动化；医疗救护系统；公安报警系统；题目解析234567美国加州电力调度大厅8我国某电厂调度室91011121314定义n定义：利用现代计算机、通信和网络技术对于物理电力系统进行监视、分析和控制。n能量管理系统(Energy Management System-EMS)：属于计算机系统、二次系统n由软件系统和硬件系统构成；n几个类比：人体的神经系统、个人电脑、比尔盖茨的家庭管理系统1516专著推荐n张伯明，相年德，邓佑满.电力系统调度自动化.清华大学电机系讲义，2000n王士政.电网调度自动化与配网自动化技术 北京：中国水利水电出版社,2003年n周杰娜周杰娜.现代电力系统调度自动化.北京:中国电力出版社.2005年 17本课程内容n上篇：SCADA系统（EMS的硬件系统和低级软件）40Supervisory Control And Data Acquisitionn下篇：PAS系统（EMS的高级软件系统）60Power-system Analysis System18何为系统？n紧密耦合与松散耦合；n最复杂的人造系统：电力系统。n最复杂的自然系统：人自身。电力系统崩溃心脏停止跳动！何为电力系统？发电机及其控制系统、网络和负荷19 物理物理电电网网发电发电发电发电用用用用电电电电输电输电输电输电变电变电变电变电配配配配电电电电数字数字电电网网20内容n序论：调度自动化的定义、内容、历史与现状n上篇：SCADA系统n下篇：PASn展望：基于PMU/WAMS的新一代调度自动化21电力系统调度自动化的发展历程n电话调度阶段n远动调度阶段n计算机调度阶段集中式系统；分布式系统；开放型系统；基于PMU/WAMS的动态系统；22电话调度n速度慢、同时性差；n信息量少、片面；n依赖运行人员的经验；n直到今天，电话是无法取代的；23远动调度阶段n四遥（厂站）：千里眼：遥测、遥信；千里手：遥调、遥控；n系统模拟屏（调度中心）n植物电力系统，没有大脑的电力系统24计算机调度n计算机技术的发展及其在电力系统分析中的应用；n1965年前后，北美发生了大停电事故；n现代调度自动化之父：Dyliaco；n通信技术和网络技术的飞速发展；25电力系统的分层分级调度n国调：三峡电厂与跨网联络线n网调：网调电厂与省间联络线n省调：省调电厂与省内220KV以上电网n地调：地方电源和地区110KV及其以下电网n县调：农村电网26调度自动化的三大任务n保证电力系统运行的安全n保证供电质量n保证电力系统运行的经济性27安全性n防止系统失去稳定、崩溃、大停电；n保证工作人员的人生安全；n保证电力设备的安全；外部系统的影响：恶劣气候等；自身系统的隐患：指挥倒闸操作；进行事故处理；28合格性电能质量三个指标：n频率有功功率的平衡；负荷预测、发电计划、AGC、卸负荷n电压无功功率的平衡；AVC、电容电抗器投切n波形29经济性n经济调度；n环保调度；n降低网损；n水火电协调；n电力市场化改革：电能交易、报价与出清、辅助服务获取与回报；30调度自动化系统的基本结构n信息收集和执行子系统；n信息传输子系统；n信息处理子系统；n人机联系子系统；31上篇：数据采集和监视控制系统SCADA32SCADA的基本功能n数据采集n数据预处理n信息显示和报警n调度员遥控遥调操作n信息统计、存储和打印n事故追忆和事件顺序记录n状态监视和控制33一、实时信息的采集n远动：四遥（远程监控）遥测：（远程测量）遥信：（远程信号）遥控：（远程切换）遥调：（远程整定）34二、实时信息的传输过程35363738394041下篇：高级应用软件系统（PAS）4243PAS软件功能结构框图网络拓扑状态估计在线潮流静态安全分析动态安全分析安全约束调度自动发电控制自动电压控制负荷预测优化控制灵敏度分析调调度度员员培培训训仿真系仿真系统统电电力市力市场场技技术术支持系支持系统统生数据熟数据机组组合44两种模式n实时模式n研究模式45一、网络拓扑分析n定义：根据开关的开合状态（遥信信息）和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系，即节点支路连通关系。n网络建模：建立和修改网络数据库；n网络模型分为物理模型和计算模型；节点模型数据母线模型数据网络拓扑46基本算法n厂站母线分析和系统网络分析n岛分析；n采用“堆栈原理”后进先出的搜索逻辑47二、状态估计(State Estimation)n何为“状态”？电力系统的运行状态可用各母线的电压幅值和相角来表示。n状态由谁决定？1，元件的电气参数；2，各元件之间的联结情况；3，边界条件：发电和负荷的状况；48量测系统可观测性分析的拓扑方法n何为“可观测性”？n量测系统分析的步骤先用支路潮流量测形成可观测岛；再用可用注入量测扩大可观测岛；n注入量测的可用性及其判断法1.辐射岛准则2.递归搜索法3.环形岛准则49n为什么要进行状态估计？1.数据不齐全；2.不良数据；3.数据不准确；n何为“状态估计”？去伪存真、去粗取精、填平补齐。是一种数学滤波方法，用量测信息的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计出系统的状态。50状态估计四步曲1.建立数学模型2.状态估计计算3.不良数据的检测4.坏数据的辨识51状态估计问题的数学描述n量测系统的数学模型：量测方程量测量向量，m维状态向量，n维量误差向量，m维基于基尔霍夫定律和欧姆定律的量测函数方程，m维有m-n个多余方程52我院卫志农教授长期从事该领域的研究535455三、负荷预测n根据运用的目的和预测时间不同，可分为：1.长期负荷预测：月、年2.短期负荷预测：24小时3.超短期负荷预测：几分钟到1小时n负荷数据由三种分量叠加构成：1.长期趋势分量2.周期性分量3.随机性分量n系统负荷预测和母线负荷预测56影响系统负荷的因素n系统负荷的构成n系统负荷的时间变化规律n气象变化对系统负荷的影响n系统负荷的随机波动性57负荷预测的数学方法指数平滑法平均值外推法将过去一段时间的历史数据取平均，作为未来负荷的预测值。同上，但是对过去的历史数据给予不同的权重，对近期的数据给予较大的权重。58回归分析法假定一种负荷模型，利用历史数据来确定模型中的参数，然后用此模型进行预报。一元线性回归多元线性回归为模型参数为误差值使误差平方和最小59时间序列分析法把随时间变化的负荷数据看作一组随机的时间序列。60相似日法61负荷模型的辨识问题n鞠平教授是国内该领域的权威6263自动发电控制AGCn电力系统频率的一次调整1.负荷的频率特性2.发电机的功频特性3.电力系统的频率特性4.调速器的局部控制特性5.属于发电机的一个自有属性nAGC是电力系统频率的二次调整1.调度中心的集中控制、远动控制2.闭环反馈控制系统3.基于频率积差和调频功率比例系数64AGC缺点：积差信号总是滞后于系统频率的瞬间变化，因此不能保证瞬时频率在规定范围之内。复合调节方案：65互联电力系统的自动调频n区域控制误差Area Control Error-ACEn网调考核省调AGC是否合格的指标n北美电力系统可靠性委员会NERC提出的评价标准nCPS1和CPS266AGCn定频控制方式n定交换功率控制方式n定频定交换功率控制方式n自动修正时差控制方式67安全约束调度SCDn支路热约束；n断面稳定约束；n基于灵敏度的发电功率分配68经济调度(Economic Dispatch)n基于机组发电成本特性的发电功率分配n火电机组的煤耗率目标函数约束条件拉格朗日函数为：69等耗量微增率准则计及网损的等耗量微增率准则70机组组合（Unit Commitment-UC）n次日火电机组的开停机计划n0-1整数规划问题n电力市场环境下由交易计划软件取代n两类算法：进化基因类算法和拉格朗日松弛法71自动电压控制AVCn闭环控制系统n发电机端电压的自动调节：就地控制n二级电压控制：AVC，集中控制n三级电压控制：网损最小最优潮流问题n我院丁晓群教授是国内该领域的专家，在中国的市场占有率很高。72在线潮流（调度员潮流）n潮流计算在电力系统分析中的重要地位n计算机技术与电力系统专业技术完美结合稀疏技术（稀疏矩阵技术和稀疏矢量技术）节点最优排序技术约束处理技术大量控制元件动作的模拟n潮流计算本是一门专门的课程n本专业研究生的必备知识（必修课）n这是本课程的重中之重。73何谓潮流计算？潮流计算网络参数运行条件节点电压支路潮流发电和负荷已知求得到从而得到满足关系称为潮流方程也就是基尔霍夫定律1导出潮流方程式2求解潮流方程的数值方法3编程中的稀疏技术应用74潮流方程式的推导n假设条件：三相平衡，可用单相代替n节点支路关联矩阵n节点导纳矩阵（是一个复数、对称、非奇异、稀疏、对角元占优、方矩阵）n电力网络的基本数学模型复数方程组代数方程组75非线性代数方程组的牛顿解法n转化为线性代数方程组的迭代求解n计算中初值的选取问题n计算能否收敛的问题图示说明76线性代数方程组的计算机解算方法n高斯消元法n因子表求逆法77稀疏技术n稀疏矩阵元素的存放n最优消去顺序问题n因子表的稀疏存放78牛顿法迭代流程图形成导纳矩阵最优消去顺序赋初值i=1形成雅克比矩阵形成右端列向量因子化前代回代计算更新满足收敛判据吗？ENDStarti=i+1yesno循环体预处理79快速解耦法潮流计算n动机：当时（19601980年间）计算机发展水平低，内存小、机时长，需要改进；n继续挖掘电力系统自身具有的特性；n节点有功注入功率的变化，主要与有关节点的电压相位变化相关；n节点无功注入功率的变化，主要与有关节点的电压幅值变化相关；n支路电纳远大于电导（即电阻远小于电抗）80静态安全分析nN-1（或N-m）分析：预想故障的筛选分析n支路过电流检查n节点电压越限检查n校正控制n预防性控制81动态安全分析：功角稳定性评估与控制n电力系统的动态DAE模型n时域仿真法n直接法n袁越院长长期从事该领域的研究82电压稳定性评估与控制n本人是国内该领域的专家之一83可用传输容量ATC的计算84调度员培训仿真系统DTSn正常运行情况下的培训n紧急状态下的事故处理培训n事故后电力系统的恢复操作培训n预防性操作及操作后的分析n进行继电保护和自动装置研究85EMS和DTS一体化86电力市场及其技术支持系统n何谓电力市场？n为什么要建设电力市场？n股票交易中心的技术支持系统n电力市场化变革对于调度自动化的影响n世界上目前的现状n我国目前的现状n技术挑战87配电自动化技术88变电站无人化与综合自动化89负荷控制系统和需求侧管理90配电图资地理信息系统nAM自动绘图nFM设备管理n地理信息系统GIS91远程自动抄表计费系统92到此结束谢谢大家!93