電力新技術new201101203課件

電力新技術new2011012032024/4/17電力新技術new201101203第3章現代電力系統中的自動化技術電力新技術new201101203序20世紀50年代以前，電力系統自動化多限于單項自動裝置，且以安全保護和過程自動調節(jié)為主。20世紀60年代，電力系統開始裝設模擬式調頻裝置和以離線計算為基礎的經濟功率分配裝置，并廣泛采用遠動通信技術。開始推廣使用晶體管保護裝置、可控硅勵磁調節(jié)器、電氣液壓式調速器等。20世紀70～80年代，電力系統開始采用計算機電網實時監(jiān)控系統，過程控制開始使用集中式數字控制系統CCS；隨著微處理機的發(fā)展，又產生了分布式過程控制系統DCS。20世紀90年代，新一代過程控制體系結構是廠站綜合自動化系統，300MW及以上容量機組已全面采用分布式過程控制系統DCS，逐步形成了數據采集、模擬量控制、順序控制、燃燒器管理及電氣控制等五大系統，形成現代電力系統自動化系統。電力系統自動化系統大致可分為電力系統信息化系統、能量管理系統、發(fā)電廠綜合自動化系統、變電站綜合自動化系統、配電網自動化系統等，各系統之間通過通信網絡進行通信，也可以根據需要將各系統集成。電力新技術new201101203電力信息化技術數據是系統分析與處理的對象，構成系統的應用基礎電力新技術new201101203電力信息化是信息化技術在電力工業(yè)中的應用，實現各電力企業(yè)信息化是電力信息化的主要內容。電力信息化的目的是提高電力企業(yè)的生產運行和管理水平，增加企業(yè)的競爭能力，最終提高企業(yè)的綜合效益。電力企業(yè)信息化包括生產過程自動化和管理信息化系統兩大范疇，每個范疇下根據功能和對象的不同又劃分為若干的應用系統，核心是建立在生產過程自動化基礎上的企業(yè)內部管理信息系統MIS，以及企業(yè)資源計劃ERP，重點是信息資源開發(fā)利用，由操作層向管理層延伸，實現信息化管理。MIS是一個利用現代計算機及網絡通信技術，由人、計算機及其他外圍設備等組成的能進行信息的收集、傳遞、存貯、加工、維護和使用的系統，是一個原則框架。ERP是電力行業(yè)管理信息化的具體實現模式，都屬于廣義的企業(yè)管理信息系統的范疇。

電力信息化技術電力新技術new201101203電力企業(yè)信息系統的典型結構模型

電力企業(yè)MIS是電力工業(yè)信息化技術的核心，計算機信息網絡是MIS的基礎。邏輯上分為四層：宏觀決策層、經營管理層、生產管理層和作業(yè)設備控制層。主要功能有數據處理、預測、計劃、控制和輔助決策功能。電力企業(yè)信息系統的典型結構模型電力新技術new201101203電力ERP電力ERP是一種面向供應鏈管理的現代企業(yè)管理思想和方法。應用電力ERP的目的是建立符合市場經濟體制的現代企業(yè)管理模式。包括供應鏈和信息集成兩方面的內容。

電力ERP的基本框架電力新技術new201101203電網調度自動化電力新技術new201101203電網調度自動化電網調度自動化系統的基本結構包括調度端SCADA/EMS系統（控制中心）、主站系統、廠站端(RTU)和信息通道三大部分。根據所完成功能的不同,可以將此系統劃分為信息采集和執(zhí)行子系統、信息傳輸子系統、信息處理子系統和人機聯系子系統。主要包括：數據采集和控制（SCADA）、發(fā)電自動控制（AGC）、經濟調度運行（EDC）、電網靜態(tài)安全分析（SA）以及調度員培訓模擬（DTS）在內的能量管理系統。廠站端RTU，功能：實現“四遙”。信息傳輸通道，功能：信號傳送時的通道?？刂浦行恼{度計算機系統實時收集各個廠站RTU采集的數據，顯示并監(jiān)視系統運行參數和系統狀態(tài)，向廠站端發(fā)動送控制和調節(jié)命令，協助調度員完成電網調度任務。主站系統構成：包括①硬件層：計算機、網絡、通信、遠動等；②系統軟件層：操作系統、語言等；③支撐軟件層：數據庫、人機界面、應用接口等；④應用軟件層：SCADA/EMS電力新技術new201101203電力中心調度所控制室電力新技術new201101203能量管理系統EMSEMS構成：①數據收集級（SCADA），②能量管理級，③網絡分析級數據收集級（SCADA）功能：完成實時數據的收集和系統監(jiān)控，包括：①數據采集（DA），②數據預處理和報警，③事件順序記錄SOE，④事故追憶PDR，⑤遠方控制，⑥遠方調整，⑦趨勢曲線和棒圖，⑧歷史數據存儲和制表打印，⑨系統統一時鐘，⑩模擬盤接口。能量管理級分為發(fā)電控制類和發(fā)電計劃類。功能：利用電網總體信息（頻率、時差、機組功率、聯絡線功率等）進行調度決策，主要目標是提高控制質量和改善電網運行的經濟性。發(fā)電控制類:自動發(fā)電控制AGC、經濟調度控制EDC、發(fā)電成本分析、交換計劃評估、機組計劃等，核心是AGC/EDC。AGC對電網的發(fā)電機組出力自動進行二次調整，滿足控制目標（頻率、交換功率、旋轉備用等）的要求。EDC可與AGC配合使用。電力新技術new201101203能量管理系統EMS發(fā)電計劃類：負荷預測LF、機組啟停計劃、水火電協調計劃、交換功率計劃、火電計劃等。負荷預測LF：超短期（幾分鐘～1小時）、短期（日～1周）、中期（月～1年），用于安全監(jiān)視和負荷控制、運行計劃、檢修計劃等。網絡分析級的特點：利用電力系統全面信息（母線電壓和角度）進行分析與決策，目標的提高電網運行的安全性?；A是經過網絡拓撲分析和外部網絡等值后形成的簡化網絡模型。包括：狀態(tài)估計SE、（優(yōu)化）潮流計算、安全分析、短路電流計算、電壓穩(wěn)定性分析等。其核心軟件為狀態(tài)估計和潮流計算。一般均可工作在實時型和研究性二種模式下。狀態(tài)估計SE：根據SCADA提供的實時信息，給出電網內各個母線電壓和功率的估計值。經過狀態(tài)估計后的YC、YX值，比SCADA提供的數據更為完整、準確和可靠，產生的“可靠數據集”才能用于其它應用功能。電力新技術new201101203能量管理系統EMS最優(yōu)潮流：滿足電網各種約束的條件下，使目標函數（總發(fā)電成本、總損耗等）最小的優(yōu)化計算，得出系統最優(yōu)運行方式。安全分析SA：靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析靜態(tài)安全分析：對多種給定運行方式進行預想事故分析，對引起線路過負荷、電壓越限、發(fā)電機功率越限等故障進行警告，評估電網的安全水平，找出薄弱環(huán)節(jié)。僅僅考慮假想事故后穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的安全性，不考慮狀態(tài)轉移過程中的穩(wěn)定性。以判斷當前狀態(tài)是否有足夠的安全儲備。動態(tài)安全分析：在當前、歷史或預想運行方式下，給定預想事故集，判斷系統是否失去暫態(tài)穩(wěn)定，給出系統失穩(wěn)的故障元件的極限切除時間和系統的穩(wěn)定裕度，篩選出嚴重故障?？紤]假想事故后狀態(tài)轉移過程中是否失去穩(wěn)定的問題。一般EMS硬件平臺由數據庫服務器、通信服務器、前置服務器、SCADA服務器、高級功能軟件服務器、Web服務器、調度員工作站、工程師維護工作站、DTS培訓仿真工組站、AGC工作站，以及打印設備、網絡通信設備、物理隔離設備等組成。電力新技術new201101203EMS的硬件結構

地級調度主站典型配置示意圖電力新技術new201101203調度室南方電網新調度室采用了國際先進的大屏幕投影墻系統，該系統由24塊67in一體化三片多晶硅反射式背投單元和一套多屏拼接控制器構成，整個大屏按21°弧形排列，每列屏幕之間成3°角；以局域網連接方式接入EMS電力新技術new201101203調度員模擬培訓系統DTS調度員模擬培訓系統DTS：對電網的模擬仿真，用于培訓調度員在正常狀態(tài)下的操作能力和事故狀態(tài)下的快速反應能力，也用于電網調度運行人員和方式分析人員分析電網運行的工具。既可用當前的運行數據也可用歷史或假想數據。電力新技術new201101203變電站自動化SAS電力新技術new201101203變電站自動化

SAS智能電子設備IED電力新技術new201101203變電站自動化

SASIEC61850標準定義的SAS的功能包括控制、監(jiān)視和保護變電站的設備及其饋線，同時，還包括變電站自動化系統的維護功能，即系統組態(tài)、通信管理和軟件管理等功能，它包含變電站的高壓電氣設備監(jiān)視、繼電保護、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等設備，是集保護、測量、控制、遠傳等功能為一體，通過數字通信及網絡技術實現信息共享，實現變電站自動運行監(jiān)視和操作，完成變電站運行任務的一種集成化二次設備及系統。IEC61850標準將變電站自動化系統中的設備定義為智能電子設備IED，并定義IED是一個或者多個處理器協調工作的設備，它具有從或到一個外部源接受和發(fā)送數據/控制（如電子式多功能表計、數字繼電保護、控制器）的能力。采用IEC61850標準將使傳統變電站自動化系統中的“保護”和“自動化”及設備的界限發(fā)生根本變化。智能電子設備IED電力新技術new201101203變電站自動化

SAS電力新技術new201101203變電站自動化

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SAS電力新技術new201101203變電站自動化

SAS現代變電站自動化系統是一種數字化變電站自動化系統，其物理結構特征是一次設備智能化、二次設備網絡化，在邏輯上分層構建，能夠實現智能設備間信息共享和互操作。數字化變電站自動化系統在邏輯結構上分為變電站層、間隔層和過程層3層。各層內部及層次之間是一種高速通信網絡。包括計算機監(jiān)控、間隔繼電保護、間隔控制器、自動裝置、電能質量自動控制等多個子系統。在各個子系統中，又由多個智能模塊組成。在變電站層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口映射到制造報文規(guī)范、以太網。在間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單向傳輸以太網。變電站內的IED均采用統一的協議，通過網絡進行信息交換。

智能化一次設備的信號回路和操作回路采用智能控制器和光電技術設計，用數字信號網絡取代傳統的導線連接。網絡化二次設備及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)監(jiān)測裝置全部采用微處理器數字化、模塊化設計，常規(guī)功能裝置變成了邏輯上的功能模塊，邏輯功能模塊之間采用高速網絡通信，通過網絡實現數據共享、資源共享。電力新技術new201101203變電站自動化

SAS智能化的一次設備包括智能化斷路器和光電/電子式互感器等。智能化斷路器由微機、電力電子元器件組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機械結構的輔助開關和輔助繼電器，實現按電壓波形控制跳、合閘，跳、合閘時間控制精確，暫態(tài)過電壓幅值減少。能夠檢測斷路器開斷前一瞬間的各種工作狀態(tài)信息，具有自動選擇和調節(jié)操動機構以及滅弧室狀態(tài)相適應的合理工作條件，這樣就可獲得最佳開斷效果。智能化斷路器的設備信息由內部微機直接處理，并獨立執(zhí)行其功能，而不依賴于變電站級的控制系統。光電/電子式互感器可以輸出標準的模擬量信號和數字量信號，直接用于微機保護和智能化計量設備，能同時適用于測量和保護兩種功能的應用，以實現變電站控制系統的數字化、智能化和網絡化。電力新技術new201101203變電站自動化

SAS現代變電站自動化系統是將傳統上分散布置的設備集成在一起，將二次回路中的邏輯通過智能控制器的軟邏輯替代，強電模擬信號和控制信號電纜被光數字和光纖代替，完全取消了傳統的集中控制屏、繼電保護屏、信號屏等。現代變電站自動化系統在功能上采用現場總線技術完成“4遙”功能，通過網絡與遠程通信控制單元和后臺計算機系統進行通信，從而完成傳統RTU和變電站自動化系統的功能，包括自動控制功能（電壓/無功綜合控制、低周減載、靜止無功補償器控制等）；測量表計功能；繼電保護功能，與繼電保護相配套的功能（故障錄波、測距、小電流接地選線等）；接口功能（與微機五防、電源、電能表計、全球定位裝置等接口），系統功能（與主站通信、SCADA等），以及五防功能。五防功能是指①防止誤分、合斷路器。②防止帶負荷分、合隔離開關。③防止帶電掛（合）接地線（接地開關）。④防止帶接地線（接地開關）合斷路器（隔離開關）。⑤防止誤入帶電間隔。電力新技術new201101203IEC60870遠動設備及系統標準IEC60870-5系列標準采用三層參考模型，即物理層、鏈路層、應用層結構，涵蓋了各種網絡配置（點對點、多個點對點、多點共線、多點環(huán)型、多點星形）,各種傳輸模式（平衡式、非平衡式），網絡的主從傳輸模式和網絡的平衡傳輸模式，電力系統所需要的應用功能和應用信息，是一個完整的集，既可用于變電站和控制中心之間交換信息，也可用于變電站和配電控制中心之間交換信息、各類配電遠方終端和變電站控制端之間交換信息。上述標準即常說的101、102、103、104規(guī)約，是相當一段時間里指導變電站自動化技術發(fā)展的重要標準，得到了廣泛應用，在變電站和控制中心之間使用101規(guī)約，在變電站內部使用103規(guī)約，電能量計量計費系統使用102規(guī)約。新的國際標準IEC61850頒布之后，變電站自動化系統從過程層到控制中心將使用統一的通信協議。電力新技術new201101203IEC61850變電站通信網絡和系統國際標準電力新技術new201101203對象模型與映射電力新技術new201101203數字化變電站的分層結構電力新技術new201101203數字化變電站的分層結構電力新技術new201101203數字化變電站的分層結構站控層由具有數據庫的高性能工作站或專用智能控制器、工業(yè)計算機、操作員平臺和遠方通信接口等組成。主要任務是通過以上兩級網絡匯總全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按既定規(guī)約將數據信息送向調度或控制中心，接收調度或控制中心的控制命令并轉間隔層、過程層執(zhí)行，以實現各智能電子設備信息采集和處理、監(jiān)視控制和操作，以及遠方網絡通信交換功能，包括全變電站的監(jiān)控計算機、現場總線和局域網，供計算機之間與間隔層交換信息。站控層的功能分兩類：一是與過程有關的變電站層功能，使用多個間隔或整個變電站的數據對多個間隔或整個變電站的一次設備進行操作。如變電站范圍內的閉鎖、自動順序控制或母線保護。這些功能主要通過邏輯接口進行通信。二是與接口有關的變電站層功能，包括變電站自動化系統與本站操作員的接口HMI與調度控制中心的接口TCI或與遠方監(jiān)視和維護工程師站的接口TMI。這些功能通過邏輯接口和TCI與外部進行通信。具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能、站內當地監(jiān)控功能、人機聯系功能，以及對間隔層、過程層設備在線維護、在線組態(tài)、在線修改參數功能，還有變電站故障自動分析和操作培訓功能等。電力新技術new201101203電力地理信息系統GIS電力新技術new201101203GIS的基本含義電力新技術new201101203地理信息系統的構成

電力新技術new201101203地理信息系統的基本功能GIS將計算機技術與空間數據相結合，基本功能是數據采集、管理、處理、分析和輸出。通過利用空間分析技術、模型分析技術、網絡技術、數據庫和數據集成技術、二次開發(fā)環(huán)境等，演繹出豐富多彩的各種應用系統功能。即，GIS能夠解決空間、時間、原由和解決方案4大類問題：空間問題就是用GIS的專業(yè)語言描述事物或物體所處的地理位置和事情將要發(fā)生的地點；時間問題就是能準確推斷事情發(fā)生的時間和將要發(fā)生的時間；原由問題就是能通過數據收集和分析，推斷出事情發(fā)生的原因是什么，解決方案問題就是通過對數據分析，正確找出解決方法。空間信息處理和分析功能：位置、條件、變化趨勢、模式和模型。包括拓撲空間查詢、緩沖區(qū)分析、疊置分析、空間集合分析、地學分析等。數據采集、監(jiān)測、存儲與編輯功能：包括圖形數據采集與編輯和屬性數據編輯與分析。數據存儲與組織是建立地理信息系統數據庫的關鍵步驟，涉及到空間數據和屬性數據的組織。數據庫管理功能：包括數據庫定義、數據庫的建立與維護、數據庫操作、通信功能等。制圖功能：根據GIS的數據結構及繪圖儀的類型，用戶可獲得矢量地圖或柵格地圖。GIS不僅可以輸出全要素地圖，而且可以根據需要分層輸出各種專題地圖，還可以通過空間分析得到一些特殊的地學分析用圖，如剖面圖等。電力新技術new201101203電力GIS應用軟件的功能

電力GIS是將電力企業(yè)的電力設備、變電站、輸配電網絡、電力用戶與電力負荷和生產及管理等核心業(yè)務連接形成電力信息化的生產管理的綜合信息系統。它提供的電力設備設施信息、電網運行狀態(tài)信息、電力技術信息、生產管理信息、電力市場信息與地形地貌，及氣象、水文、地質、資源等自然環(huán)境信息集中于統一系統中。通過GIS可查詢有關數據、圖片、圖象、地圖、技術資料、管理知識等。電力GIS平臺包括基本構件層、系統環(huán)境層、數據庫連接層、圖形與數據接口工具層、應用系統層等。分層建立各種數據模型，并建立各層的連接關系。建立地理層信息與設備信息的拓撲和映射關系。支持多空間同屏顯示和多空間關聯建模、多空間索引。電力GIS應用軟件的基本功能應包括電力空間數據的建模、存儲、數據管理、數據交換格式定義、信息檢索、查詢、挖掘和分析、數據安全保護保密技術等。電力GIS可實現電網數字化描述，能對電網實現快速查詢，及時掌握電網運行狀態(tài)，快速診斷電網故障，提高處理事故能力，保證電網運行質量以及提高用戶服務質量?？蓪D形數據、可執(zhí)行圖形和屬性數據的嵌套操作與映射查詢關系運算；根據配電設備的圖形、屬性信息與地理位置、地形數據、環(huán)境數據、線路走向數據、線路設備歷史檔案和即時信息，對線路設計方案、施工方案、搶修和停電措施提供決策依據及輔助決策。電力新技術new201101203電力GIS應用軟件的功能

電力GIS能夠實現與電網調度自動化系統、電力用戶關系管理系統、電力營銷系統、電力市場管理系統等應用系統共享信息。支持多種管理應用系統的連接，其中包括與企業(yè)的MIS系統融為一體。電力GIS能對信息庫進行安全保護，制定管理與使用的安全保密措施和機制，包括內外網絡的隔離、重要電力設施電子地圖和設備信息數據庫的保護等。輸變電GIS的基本功能電力新技術new201101203配電網GIS

配電網GIS的應用主要有兩種趨勢，一是把GIS作為整個配電管理系統DMS的基礎平臺，另一種是把GIS作為DMS的子系統，與SCADA等其他系統共同完成整個配電網自動化的功能?；陔娏IS的配電管理系統DMS包括SCADA、負荷管理LM、負荷控制和故障管理、自動繪圖AM、設備管理FM、電話投訴管理TCM等，是一個涉及供電企業(yè)運行管理、設備管理、用戶服務等各個方面的計算機集成系統，從而實現配電網管理自動化、配電網運行優(yōu)化，提高供電可靠性，為用戶提供優(yōu)質服務。配電網GIS的基本功能電力新技術new201101203變電站遙視系統網絡簡介

通過與SCADA系統的接口，實時顯示模擬圖上設備的遙測信息，對站內設備進行監(jiān)控；通過SCADA系統與GIS的接口，遙信遙測站內開關變位信息，自動糾正站內開關開合狀態(tài)并實時分析處理全網的線路及設備停供電狀態(tài)，及時刷新圖形窗口。利用變電站信息查詢功能和Intranet應用部分可顯示該變電站的一次接線圖、現場錄像等。