電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化簡(jiǎn)介

1、電力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力工業(yè)是具有公用事業(yè)性質(zhì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，電力行業(yè)是具有明顯的社會(huì)公益性的行業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，電力供應(yīng)的可靠性對(duì)現(xiàn)代社會(huì)具有極其重大的影響。我國(guó)經(jīng)濟(jì)在穩(wěn)步快速的發(fā)展，需要我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的支持，也給電力系統(tǒng)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)提供了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。1 我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展和現(xiàn)狀1.1 體制變遷l 97年前：電力工業(yè)部l 97年8月：國(guó)家電力公司l 02年3月：國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)了以“廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，打破壟斷，引入競(jìng)爭(zhēng)”為宗旨的電力體制改革方案(即：國(guó)務(wù)院5號(hào)文件)。l 02年10月：成立國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)（電監(jiān)會(huì)）l 02年12月29日，在原國(guó)家電力公司的基礎(chǔ)上，中國(guó)電力新

2、組建(改組)的11家公司宣告成立，包括兩家電網(wǎng)公司、五家發(fā)電集團(tuán)公司和四家輔業(yè)集團(tuán)公司分別經(jīng)營(yíng)電網(wǎng)、電源及輔業(yè)資產(chǎn)。電網(wǎng)公司： 國(guó)家電網(wǎng)公司 南方電網(wǎng)公司發(fā)電公司 華能集團(tuán)公司 大唐集團(tuán)公司 華電集團(tuán)公司 國(guó)電集團(tuán)公司 電力投資集團(tuán)輔業(yè)集團(tuán) 中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司 中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司 中國(guó)水利水電建設(shè)集團(tuán)公司 中國(guó)葛洲壩集團(tuán)公司l 電力產(chǎn)業(yè)總資產(chǎn)（2000年底）：2.5萬(wàn)億元，其中原國(guó)電總資產(chǎn)1.8萬(wàn)億元1.2 近期發(fā)展?fàn)顩rl 發(fā)電裝機(jī)容量：1980：6587萬(wàn)KW（65869MW）1987：10289.7萬(wàn)KW1993：20000萬(wàn)KW1996：23654萬(wàn)KW2003：38900萬(wàn)

3、KW2004：44000萬(wàn)KW，用電21735億千瓦時(shí)2005年底：50841萬(wàn)KW，用電24220億千瓦時(shí)未來(lái)十年，預(yù)計(jì)還要增加50000萬(wàn)KWl 變電站數(shù)量：1996年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（注）：500KV：47330KV：25220KV：1003154KV：2110KV：549666KV： 272935KV： 20921目前每年新增變電站約4000個(gè)，改造老變電站約2000個(gè)。2003年末數(shù)據(jù)（網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，供參考）：500kV：近100個(gè)220kV：1800多個(gè)110kV：5900個(gè)66kV/35kV變電站有5700多個(gè)另有數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)110KV以下、35KV以上的終端變電站有18000余座，35K

4、V等級(jí)以下的各類配電變電站數(shù)量更多近幾年，每年新增變電站約4000個(gè)，改造老變電站約2000個(gè)。2 電力系統(tǒng)概述2.1 電力系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）平衡性：電能不能儲(chǔ)存，電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用同時(shí)完成。（2）瞬時(shí)性：暫態(tài)過(guò)程非常迅速，電能以電磁波的形式傳播，真空中傳播速度為300km/ms。（3）和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門間的關(guān)系密切。2.2 電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、升壓及降壓變電設(shè)備、電力網(wǎng)及電能用戶（用電設(shè)備）組成的系統(tǒng)。發(fā)電，輸變電，配電，用電 （1） 發(fā)電部分(Generation)：發(fā)電廠，將化學(xué)能（煤炭，燃油），水能，核能，風(fēng)能等轉(zhuǎn)化為電能。 火電廠：煤、油（不可再生），空氣

5、，水 水電廠：水的勢(shì)能（可再生能源），受氣象影響大。 核電站：核燃料（比較貴），水 抽水蓄能電站：吸發(fā)兼?zhèn)?，峰谷調(diào)節(jié)，快速備用 化學(xué)能電源：各種電池，燃料電池等，效率高，比較貴 綠色能源：風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐發(fā)電，地?zé)犭娬?，比較貴，易受自然條件影響。（2）輸配電部分(Power Transmission Grid)：輸電網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)高壓輸電網(wǎng)絡(luò)將電能由發(fā)電廠輸送到負(fù)荷中心l 變電站 一次設(shè)備變壓器斷路器（開(kāi)關(guān)）隔離開(kāi)關(guān)（刀閘）限流電抗器（電感）載流導(dǎo)體（母線/輸電線）CT/PT（Current Transformer/ Potential Transformer）絕緣子接地裝置補(bǔ)償裝置（調(diào)相機(jī)/電

6、容/靜補(bǔ)裝置）中性點(diǎn)設(shè)備避雷設(shè)備 二次設(shè)備控制系統(tǒng)：直流電壓，控制短路器開(kāi)合信號(hào)系統(tǒng)：警報(bào)音響，位置信號(hào)（斷路器開(kāi)合）測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量表計(jì)同步系統(tǒng)：保證同期操作（同壓，同頻，同相）用的設(shè)備測(cè)量設(shè)備保護(hù)設(shè)備控制設(shè)備監(jiān)視設(shè)備（包括故障錄波）常規(guī)變送器和微機(jī)變送器l 輸電線路架空線路：鋼芯鋁導(dǎo)線，分裂導(dǎo)線；裸導(dǎo)線，絕緣導(dǎo)線電纜：?jiǎn)蜗啵嘟涣骶€路：潮流不可控，遠(yuǎn)距離輸電穩(wěn)定性問(wèn)題較大直流線路：潮流可控，超遠(yuǎn)距離輸電無(wú)穩(wěn)定性問(wèn)題。交直流混合輸電網(wǎng)絡(luò)（整流站，換流站，直流線路），不同頻電網(wǎng)互聯(lián)l 用電部分用電設(shè)備消耗電能高壓用戶額定電壓在1kV以上，低壓用戶額定電壓在1kV以下。2.3 對(duì)電力系統(tǒng)的基本要

7、求（1）保證供電可靠性（2）保證電能質(zhì)量（3）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性（4）其它：如環(huán)境保護(hù)問(wèn)題2.4 衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)（1）電壓偏差電壓偏差指當(dāng)供配電系統(tǒng)改變運(yùn)行方式或負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點(diǎn)的電壓也隨之改變，各點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差，通常用與系統(tǒng)額定電壓的百分比值數(shù)表示。（2）電壓波動(dòng)電壓連續(xù)變動(dòng)或電壓包絡(luò)線的周期性變動(dòng)，電壓的最大值與最小值之差與系統(tǒng)額定電壓的比值以百分?jǐn)?shù)表示，其變化速度等于或大于每秒0.2時(shí)稱為電壓波動(dòng)。（3）頻率偏差頻率偏差是指供電的實(shí)際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。我國(guó)電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏差一般不超過(guò)0.25Hz，當(dāng)電網(wǎng)容量大于3

8、000MW時(shí)，頻率偏差不超過(guò)0.2Hz。調(diào)整頻率的辦法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)有功功率。（4）供電可靠性供電可靠性指標(biāo)是根據(jù)用電負(fù)荷的等級(jí)要求制定的。衡量供電可靠性的指標(biāo)，用全年平均供電時(shí)間占全年時(shí)間百分?jǐn)?shù)表示。（5）其它 電壓閃變負(fù)荷急劇的波動(dòng)造成供配電系統(tǒng)瞬時(shí)電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對(duì)燈閃感到不適，這種現(xiàn)象稱為電壓閃變。 不對(duì)稱度不對(duì)稱度是衡量多相負(fù)荷平衡狀態(tài)的指標(biāo)，多相系統(tǒng)的電壓負(fù)序分量與電壓正序分量之比值稱為電壓的不對(duì)稱度，電流負(fù)序分量與電流正序分量之比值稱為電流的不對(duì)稱度，均以百分?jǐn)?shù)表示。 正弦波形畸變率當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓波形中出現(xiàn)諧波（有時(shí)為非諧波）時(shí)網(wǎng)絡(luò)電壓波形就要發(fā)生畸變。

9、諧波干擾是由于非線性系統(tǒng)引起的。它產(chǎn)生出不同于網(wǎng)絡(luò)頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。包括n次諧波電壓、電流含有率，電壓、電流總諧波畸變率，諧波電壓的總平均畸變系數(shù)。2.5 常用概念（1）基本量綱電壓：伏特（V），千伏（KV），萬(wàn)伏（慣用）電流：安培（A）有功功率：瓦特（W），千瓦（KW），兆瓦（MW），萬(wàn)千瓦（慣用）無(wú)功功率：乏（Var），千乏（KVar）電量：度（KWH kilowatt-hour）（1）電壓等級(jí)國(guó)家規(guī)定的等級(jí)：3，6，10，35，（66），110，（154），220，330，500KV其中：500，330，220KV用于大電力系統(tǒng)主干線110KV用于中小電力系統(tǒng)主干線

10、，和大電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)35KV用于大城市或大工業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，以及農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)10KV為最常用的更低一級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)，只有負(fù)荷中高壓電動(dòng)機(jī)比重很大時(shí)才用6KV電壓3KV用于工況企業(yè)內(nèi)部（2）調(diào)度等級(jí)五級(jí)調(diào)度（國(guó)，網(wǎng)，省，地，縣）（3）調(diào)度部門組成和作用調(diào)度部門的一般包括：調(diào)度，方式，保護(hù)，通信，遠(yuǎn)動(dòng)（自動(dòng)化）3 電力信息化電力信息化大致分為兩部分： l 電力系統(tǒng)自動(dòng)化：保障電能安全可靠地在電網(wǎng)上傳輸；l 電力營(yíng)銷和通用信息化：保證電能銷售和電網(wǎng)資產(chǎn)科學(xué)有效管理。由于電力生產(chǎn)安全性與穩(wěn)定性的要求，電網(wǎng)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制的信息技術(shù)應(yīng)用一向比較重視，而對(duì)業(yè)務(wù)及管理的信息化重視卻相對(duì)不足，生產(chǎn)自動(dòng)化與管理信息化

11、的發(fā)展處于不平衡狀態(tài)。兩者的投資比重大致為80：20。4 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本概念電力系統(tǒng)自動(dòng)化（electric power system automation）是電力信息化最重要的部分。電力系統(tǒng)自動(dòng)化是應(yīng)用各種具有自動(dòng)檢測(cè)、反饋、決策和控制功能的裝置并通過(guò)信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)方的自動(dòng)監(jiān)視、協(xié)調(diào)、調(diào)節(jié)和控制，目的是保證電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電能的供應(yīng)和使用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民日常生活密切相關(guān)。電力系統(tǒng)包括生產(chǎn)、傳輸、分配、消費(fèi)電能的各個(gè)環(huán)節(jié)，是一個(gè)復(fù)雜的連續(xù)生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程，在地域上分布遼闊而在電氣上卻是聯(lián)成一體的。電能質(zhì)量不合格將引起產(chǎn)品質(zhì)

12、量和生產(chǎn)率的下降以及人民生活的不便，突然停電和長(zhǎng)期頻率或電壓下降的情況下還回造成人身傷亡和設(shè)備損壞事故。電力系統(tǒng)中任何一個(gè)元件的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的變化都會(huì)迅速地影響到系統(tǒng)中其他元件的正常工作，所以在電力系統(tǒng)中任何一處發(fā)生故障，應(yīng)及時(shí)而正確地處理，否則將使事故擴(kuò)大，并波及電力系統(tǒng)其他運(yùn)行部分，以至造成大面積停電。一次能源調(diào)度、發(fā)電機(jī)起停和負(fù)荷分配、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和潮流分布、負(fù)荷控制和管理的合理與否，都涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行中能量的節(jié)約和所發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益。由于電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式日益復(fù)雜，單純依靠人力來(lái)監(jiān)視電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，正確而及時(shí)地進(jìn)行各項(xiàng)操作，迅速地處理事故，已經(jīng)是不可能了。

13、必須應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、圖象顯示技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的最新成就來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化。電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本要求如下：（1） 迅速而正確地收集、檢測(cè)和處理電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。（2） 根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)各元件的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全要求為運(yùn)行人員提供調(diào)節(jié)和控制的決策，或者直接對(duì)各元件進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。（3） 實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)各層次、各局部系統(tǒng)和各元件間的綜合協(xié)調(diào)，尋求電力系統(tǒng)電能質(zhì)量合格和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（4） 提高供電可靠性，減少電力系統(tǒng)事故、延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高運(yùn)行水平，節(jié)省人力，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。4.1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程電力系統(tǒng)自動(dòng)化是在應(yīng)用各種

14、自動(dòng)裝置逐步取代人工操作的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的。最先，運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)組、開(kāi)關(guān)設(shè)備等電力系統(tǒng)元件的近旁直接監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)并進(jìn)行手工操作和調(diào)節(jié)，例如人工操作開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的出力和電壓等。這種工作方式的效果與運(yùn)行人員的素質(zhì)和精神狀態(tài)有關(guān)，也與監(jiān)視儀表和調(diào)節(jié)操作裝置的完善性有密切關(guān)系，往往不能及時(shí)而正確地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，特別在發(fā)生事故時(shí)，由于來(lái)不及反應(yīng)事故的發(fā)生和發(fā)展，而使事故擴(kuò)大。隨著單個(gè)設(shè)備或單個(gè)過(guò)程自動(dòng)裝置（或調(diào)節(jié)器）的應(yīng)用，直接以運(yùn)行參數(shù)的變化作為控制裝置的輸入信號(hào)，來(lái)起動(dòng)設(shè)備的操作和控制，如利用各種繼電器來(lái)反應(yīng)系統(tǒng)故障情況下的電流和電壓的變化，使斷路器開(kāi)斷故障線路；根據(jù)發(fā)電機(jī)端電壓變化的

15、信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以實(shí)現(xiàn)電壓和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和控制；根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的出力，以實(shí)現(xiàn)頻率和有功功率的調(diào)節(jié)和控制以及水輪機(jī)組的程序起動(dòng)等。這種單參數(shù)、單回路的調(diào)節(jié)和控制裝置的應(yīng)用，節(jié)省了人力，并能比較正確而及時(shí)地控制運(yùn)行狀態(tài)。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)裝置的組成元件也由最初的電磁型的發(fā)展成由晶體管、集成電路構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)型的并進(jìn)一步采用以微型計(jì)算機(jī)（或微處理器）為基礎(chǔ)的可編程序控制器等先進(jìn)設(shè)備。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)電廠（發(fā)電機(jī)）及電力系統(tǒng)其他元件數(shù)量的增加，運(yùn)行工況的復(fù)雜，使得協(xié)調(diào)各元件間的控制成為必要。所以，在一個(gè)發(fā)電廠、局部電力系統(tǒng)以至整個(gè)電力系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)

16、算機(jī)和通信設(shè)備來(lái)完成數(shù)據(jù)收集和處理，并且利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力、大容量?jī)?nèi)存和高度的邏輯判斷能力，實(shí)現(xiàn)一個(gè)發(fā)電廠、局部電力系統(tǒng)以至整個(gè)電力系統(tǒng)的集中監(jiān)視、決策和控制。隨著電力系統(tǒng)各元件及發(fā)電廠組成的日益復(fù)雜，以及對(duì)控制的要求日益嚴(yán)格，進(jìn)一步用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制越來(lái)越困難，這是因?yàn)樾畔⒘魁嫶?，通道擁擠，計(jì)算機(jī)的容量增大，響應(yīng)不快，運(yùn)行復(fù)雜。利用計(jì)算機(jī)性能價(jià)格比日益提高的趨勢(shì)，對(duì)被控對(duì)象多、每個(gè)對(duì)象需要監(jiān)控的參數(shù)較多、各個(gè)對(duì)象在地理上比較分散的系統(tǒng)，控制方式從集中控制發(fā)展為分層控制，如中心調(diào)度所、地區(qū)調(diào)度所、發(fā)電廠（變電所）控制中心等形式的分層控制。分層控制的最低層可以在獲取數(shù)據(jù)的地方由就近設(shè)置的

17、計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行控制。這樣可以避免大量信息可來(lái)回傳送，減輕上層計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，提高信息處理的實(shí)時(shí)性。只有涉及全系統(tǒng)的綜合信息，才由下一層轉(zhuǎn)送給上一層進(jìn)行處理和控制，在上層作出決策后向下層發(fā)送控制信息。4.2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容和現(xiàn)狀l 火電廠自動(dòng)化現(xiàn)代火電廠的發(fā)展趨勢(shì)是采用高溫、高壓、中間再熱的大型單元式發(fā)電機(jī)組，機(jī)組的單機(jī)容量大而熱力系統(tǒng)復(fù)雜，其運(yùn)行工況多變，操作頻繁而復(fù)雜，控制的對(duì)象和參數(shù)多，所以對(duì)火電廠的自動(dòng)化程度提出了很高的要求，傳統(tǒng)的監(jiān)控儀表和運(yùn)行方式已滿足不了火電廠經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的要求。近十幾年來(lái)已經(jīng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)代替常規(guī)調(diào)節(jié)儀表對(duì)單項(xiàng)參數(shù)的控制或用一些相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)控制系統(tǒng)

18、來(lái)完成局部設(shè)備的控制（如鍋爐自動(dòng)控制，噴燃器自動(dòng)控制，汽輪機(jī)自動(dòng)起動(dòng)和發(fā)電機(jī)自動(dòng)同步等），或者在傳統(tǒng)的儀表和控制器的基礎(chǔ)上增加電子計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)和控制。其主要的功能有下列幾方面。（1） 安全監(jiān)視。利用計(jì)算機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)組的各種參數(shù)和各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡回和周期性的測(cè)量和檢查。對(duì)于不同的運(yùn)行工況（如正常、異常、起停過(guò)程、事故）。檢測(cè)的內(nèi)容和周期是不同的。采取數(shù)據(jù)后還要進(jìn)行必要的處理，例如判斷數(shù)據(jù)的正確性，對(duì)某些參數(shù)的修正，進(jìn)行參數(shù)濾波等。同時(shí)，可對(duì)收集到的信息進(jìn)一步校驗(yàn)是否越限，并通過(guò)聲光顯示或打印輸出向運(yùn)行人員報(bào)告。還可以根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出如功率總加、鍋爐效率、廠用電率等性能指標(biāo)值。（

19、2） 正常調(diào)節(jié)。在正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主輔設(shè)備進(jìn)行直接或間接控制。在運(yùn)行中，因不斷受到內(nèi)外部條件及干擾影響，一些被調(diào)參數(shù)（如汽壓、汽溫、水位、流量、風(fēng)量等）經(jīng)常發(fā)生變化，這就要利用自動(dòng)調(diào)節(jié)器，根據(jù)被調(diào)量的偏差值，按規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)。最簡(jiǎn)單的是單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)可以同時(shí)控制若干回路，并考慮各參數(shù)的相關(guān)因素。（3） 機(jī)組起停。高參數(shù)和大容量機(jī)組的汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、除氧給水系統(tǒng)十分復(fù)雜，使機(jī)組起停時(shí)的控制十分困難。在從冷態(tài)起動(dòng)到帶滿負(fù)荷（幾小時(shí)到十幾小時(shí)）的過(guò)程中，包括鍋爐點(diǎn)火、升溫升壓、汽輪機(jī)升速、初負(fù)荷保持、升負(fù)荷等幾個(gè)階段，工況不斷變化。為了保證起動(dòng)設(shè)

20、備的安全，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，要對(duì)各種參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、判斷和計(jì)算，然后對(duì)各調(diào)節(jié)器和程序控制回路發(fā)出指令，或者直接去調(diào)節(jié)和操作發(fā)電機(jī)組。（4） 事故處理。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)報(bào)和報(bào)警分析。事故發(fā)生后，首先通過(guò)事故識(shí)別程序查明事故性質(zhì)及原因，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的事故處理程序。如果事故繼續(xù)發(fā)展，以致危及機(jī)組及系統(tǒng)安全時(shí)，則應(yīng)采取緊急措施（如減負(fù)荷、停機(jī)）。在事故處理過(guò)程中，要監(jiān)視和記錄設(shè)備的狀態(tài)及主要參數(shù)，以供運(yùn)行人員進(jìn)行事故后的分析。l 水電廠自動(dòng)化水電廠除了按計(jì)劃發(fā)電外，還在電力系統(tǒng)中起著調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的作用，所以機(jī)組啟動(dòng)頻繁，工況多變（如調(diào)相改發(fā)電，抽水蓄能發(fā)電廠的抽水改發(fā)電等）；

21、水電廠一般要通過(guò)遠(yuǎn)距離輸電線將電能送到負(fù)荷中心，易出現(xiàn)穩(wěn)定問(wèn)題；同時(shí)水電廠還應(yīng)考慮水力資源的綜合利用。所以，水電廠的自動(dòng)化要能適應(yīng)這些要求。水電廠自動(dòng)化也是從單機(jī)自動(dòng)化開(kāi)始。首先實(shí)現(xiàn)機(jī)旁的儀表監(jiān)視和報(bào)警，就地操作和單個(gè)元件的自動(dòng)化，例如電氣液壓型的調(diào)速器，復(fù)式勵(lì)磁電壓教正器等。隨著水電廠機(jī)組數(shù)量的增多和單機(jī)容量的增大，以及水電的梯級(jí)開(kāi)發(fā)和逐步實(shí)現(xiàn)水電廠、梯級(jí)水電廠的集中控制，采用對(duì)全廠和梯級(jí)水電廠運(yùn)行狀態(tài)的巡回檢測(cè)，全廠主輔機(jī)的集中起停，自動(dòng)調(diào)頻和有功幾無(wú)功功率的成組調(diào)節(jié)，機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行，穩(wěn)定的監(jiān)視和控制（如切機(jī)、電氣制動(dòng)、低頻自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)組等）等。近幾十年來(lái)，在水電廠自動(dòng)化中廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)

22、和微處理機(jī)。機(jī)組的基礎(chǔ)自動(dòng)化裝置實(shí)現(xiàn)微機(jī)化，例如微機(jī)化的調(diào)速裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、同步系統(tǒng)等，給水電廠的基礎(chǔ)自動(dòng)化帶來(lái)了極大的方便。多微機(jī)的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使水電廠進(jìn)入全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控和綜合自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)全廠的安全監(jiān)視、自動(dòng)發(fā)電控制和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、事故順序記錄和水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度等綜合功能。在梯級(jí)開(kāi)發(fā)的水系，還可以進(jìn)行全梯級(jí)水電廠的集中調(diào)度和控制。隨著自動(dòng)化水平的提高，在一些中、小型水電廠可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班和控制中心的遠(yuǎn)方監(jiān)控。水電廠除了本身機(jī)組和電器設(shè)備監(jiān)視和控制外。還要考慮水力系統(tǒng)（上、下游，以至跨流域）對(duì)水電廠的約束，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)長(zhǎng)、中、短期的優(yōu)化調(diào)度，以及防洪、灌溉、航運(yùn)、供水、養(yǎng)殖的綜合利用。所

23、以，廣義的水電廠自動(dòng)化還包括對(duì)水庫(kù)的調(diào)節(jié)和管理，以及大壩的自動(dòng)監(jiān)視和管理。目前，已采用先進(jìn)的無(wú)線電通信手段和以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的水庫(kù)流域水情測(cè)報(bào)幾防洪調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，定時(shí)收集全流域的氣象和水文（包括降雨，上、下游用水情況等）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后可以得到未來(lái)時(shí)段水庫(kù)的入水流量變化過(guò)程幾洪水預(yù)報(bào)。也應(yīng)用自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)觀察大壩各項(xiàng)變量（如溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、壩縫開(kāi)度、滲透壓力等）。l 電力調(diào)度自動(dòng)化 電力調(diào)度的作用：安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)為了合理監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào)日益擴(kuò)大的電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)處理影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的事故和異?，F(xiàn)象，在形成電力系統(tǒng)的最早階段，就注意到電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制

24、問(wèn)題，并提出必須設(shè)立電力系統(tǒng)調(diào)度控制中心。在開(kāi)始階段由于通信設(shè)備等技術(shù)裝備的限制（如只有電話），調(diào)度人員需要花費(fèi)很多時(shí)間才能掌握有限的代表電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息，電力系統(tǒng)的很大一部分監(jiān)視和控制功能是由電力系統(tǒng)中所屬發(fā)電廠和變電所的運(yùn)行人員直接來(lái)完成的。遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，使電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息直接進(jìn)入調(diào)度控制中心成為可能，調(diào)度人員可根據(jù)這些信息迅速掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理發(fā)生的事故。20世紀(jì)60年代開(kāi)始用數(shù)字式遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備（telecontrol equipment），使信息的收集和傳輸在精度、速度和可靠性上都有很大的提高。電子計(jì)算機(jī)和圖象顯示技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)度控制中心的應(yīng)用使自動(dòng)

25、化程度達(dá)到一個(gè)新的水平。在開(kāi)始階段，計(jì)算機(jī)與相應(yīng)的遠(yuǎn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)視（包括信息的收集、處理和顯示）、遠(yuǎn)距離開(kāi)關(guān)操作，以及制表、記錄和統(tǒng)計(jì)等功能，一般稱為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（supervisory control and data acquisition - SCADA）。60年代后期國(guó)際上出現(xiàn)很多大面積停電事故以后，加強(qiáng)了全系統(tǒng)的安全監(jiān)視、分析和控制。這種控制系統(tǒng)不僅能完整地了解全系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，而且可在計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備的幫助下，能夠在正常和事故情況下及時(shí)而正確地作出控制的決策。這種包括SCADA功能、自動(dòng)發(fā)電控制及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、安全控制功能以及其他調(diào)度管理和計(jì)劃功能的系統(tǒng)稱為能量管理系統(tǒng)（ener

26、gy management system EMS）。利用這種先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)行人員已從過(guò)去以監(jiān)視記錄為主的狀況轉(zhuǎn)變?yōu)檩^多地進(jìn)行分析、判斷和決策，而日常的記錄事務(wù)則由計(jì)算機(jī)取代。l 變電站自動(dòng)化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備(包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等)的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動(dòng)化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備

27、，簡(jiǎn)化了變電站二次接線。變電站綜合自動(dòng)化是提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。變電站作為整個(gè)電網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著電能傳輸、分配的監(jiān)測(cè)、控制和管理的任務(wù)。變電站繼電保護(hù)、監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)是保證上述任務(wù)完成的基礎(chǔ)。在電網(wǎng)統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下，電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)(如變電站、發(fā)電廠)具體實(shí)施和保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。因此，變電站自動(dòng)化是電網(wǎng)自動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，它應(yīng)確保實(shí)現(xiàn)以下要求：（1） 檢測(cè)電網(wǎng)故障，盡快隔離故障部分。（2） 采集變電站運(yùn)行實(shí)時(shí)信息，對(duì)變電站運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、計(jì)量和控制。（3） 采集一次設(shè)備狀態(tài)數(shù)

28、據(jù)，供維護(hù)一次設(shè)備參考。（4） 實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾髠淇刂坪途o急控制。（5） 確保通信要求。因此，要求變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行高效、實(shí)時(shí)、可靠，對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)、管理、協(xié)調(diào)和控制。同時(shí)，又必須與電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的信息交換、共享，優(yōu)化電網(wǎng)操作，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，提高經(jīng)濟(jì)效益，并為電網(wǎng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展留下空間。傳統(tǒng)變電站中，其自動(dòng)化系統(tǒng)存在諸多缺點(diǎn)，難以滿足上述要求。例如：（1） 傳統(tǒng)二次設(shè)備、繼電保護(hù)、自動(dòng)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等大多采取電磁型或小規(guī)模集成電路，缺乏自檢和自診斷能力，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低。（2） 二次設(shè)備主要依賴大量電纜，通過(guò)觸點(diǎn)、模擬信號(hào)來(lái)交換信息，信息量小、靈活性差、可靠

29、性低。（3） 由于上述兩個(gè)原因，傳統(tǒng)變電站占地面積大、使用電纜多，電壓互感器、電流互感器負(fù)擔(dān)重，二次設(shè)備冗余配置多。（4） 遠(yuǎn)動(dòng)功能不夠完善，提供給調(diào)度控制中心的信息量少、精度差，且變電站內(nèi)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)手段不全，缺乏協(xié)調(diào)和配合力量，難以滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的要求。（5） 電磁型或小規(guī)模集成電路調(diào)試和維護(hù)工作量大，自動(dòng)化程度低，不能遠(yuǎn)方修改保護(hù)及自動(dòng)裝置的定值和檢查其工作狀態(tài)。有些設(shè)備易受環(huán)境的影響，如晶體管型二次設(shè)備，其工作點(diǎn)會(huì)受到環(huán)境溫度的影響。傳統(tǒng)的二次系統(tǒng)中，各設(shè)備按設(shè)備功能配置，彼此之間相關(guān)性甚少，相互之問(wèn)協(xié)調(diào)困難，需要值班人員比較多的干預(yù)，難于適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的控制要求。另外需要對(duì)

30、設(shè)備進(jìn)行定期的試驗(yàn)和維修，既便如此，仍然存在設(shè)備故障(異常運(yùn)行)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，甚至這種定期檢修也可能引起新的問(wèn)題，發(fā)生和出現(xiàn)由試驗(yàn)人員過(guò)失引起的故障。發(fā)展變電站綜合自動(dòng)化的必要性還體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：一是隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新增大量的發(fā)電廠和變電站，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，這樣要求各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度值班人員掌握、管理、控制的信息也大量增長(zhǎng)，電網(wǎng)故障處理和恢復(fù)卻要求更為迅速和準(zhǔn)確；二是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，對(duì)電網(wǎng)可靠供電提出了更高的要求；三是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得整個(gè)社會(huì)對(duì)環(huán)保要求更高，這樣也對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)、運(yùn)行和管理提出許多的要求，如，要求電力企業(yè)參與市

31、場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；要求發(fā)電廠、變電站減少占地面積。要解決上述問(wèn)題，顯然僅依靠各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行值班人員是難以解決的?，F(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電力電技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，為上述問(wèn)題提供了解決的方案。這些技術(shù)的綜合應(yīng)用造就了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程現(xiàn)有的變電站有三種形式：第一種是傳統(tǒng)的變電站；第二種是部分實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理、具有一定自動(dòng)化水平的變電站；第三種是全面微機(jī)化的綜合自動(dòng)化變電站。變電站自動(dòng)化的發(fā)展可以分為以下三個(gè)階段。1 由分立元件構(gòu)成的自動(dòng)裝置階段20世紀(jì)70年代以前，由研究單位和制造廠家生產(chǎn)出的各種功

32、能的自動(dòng)裝置，要采用模擬電路，由晶體管等分立元件組成，對(duì)提高變電站和發(fā)電廠的自動(dòng)化水平，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，發(fā)揮了一定的作用。但這些自動(dòng)裝置，相互之間獨(dú)立運(yùn)行，互不相干，而且缺乏智能，沒(méi)有故障自診斷能力，在運(yùn)行中若自身出現(xiàn)故障，不能提供告警信息，有的甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)安全。同時(shí)，分立元件的裝置可靠性不高，維護(hù)工作量大，裝置本身體積大，不經(jīng)濟(jì)。2 以微處理器為核心的智能化自動(dòng)裝置階段隨著我國(guó)改革開(kāi)放的發(fā)展，微處理器技術(shù)開(kāi)始引入我國(guó)，并逐步應(yīng)用于各行各業(yè)。在變電站自動(dòng)化方面，用大規(guī)模集成電路或微處理機(jī)代替了原來(lái)的繼電器晶體管等分立元件組成的自動(dòng)裝置，利用微處理器的智能和計(jì)算能力，可以發(fā)展和應(yīng)用新的算法，

33、提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性；能夠擴(kuò)充新的功能，尤其是裝置本身的故障自診斷功能，對(duì)提高自動(dòng)裝置自身的可靠性和縮短維修時(shí)間是很有意義的；此外，由于采用了數(shù)字式，統(tǒng)一數(shù)字信號(hào)電平，縮小了體積等，其優(yōu)越性是明顯的。由于這些微機(jī)型的自動(dòng)裝置，只是硬件結(jié)構(gòu)由微處理器及其接口電路代替，并擴(kuò)展了一些簡(jiǎn)單的功能，雖然提高了變電站自動(dòng)控制的能力和可靠性，但基本上還是維持著原有的功能和邏輯關(guān)系，在工作方式上多數(shù)仍然是各自獨(dú)立運(yùn)行，不能互相通信，不能共享資源，變電站和發(fā)電廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的問(wèn)題沒(méi)有得到根本的解決。3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展階段我國(guó)是從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研制變電站自動(dòng)化技術(shù)。到70年代初，便先后

34、研制出電氣集中控制裝置和集保護(hù)、控制、信號(hào)為一體的裝置。在80年代中期，國(guó)內(nèi)先后研制了35kV和220kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。此外，國(guó)內(nèi)許多高等校及科研單位也在這方面做了大量的工作，推出一些不同類型、功能各異的自動(dòng)化系統(tǒng)。為國(guó)內(nèi)的變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展起到了卓有成效的推動(dòng)作用。進(jìn)入90年代，變電站綜合自動(dòng)化已成為熱門話題，出現(xiàn)了更多的研究單位和產(chǎn)品。 l 配電網(wǎng)自動(dòng)化配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)生產(chǎn)和供應(yīng)電能的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其自動(dòng)化的主要任務(wù)是保證經(jīng)濟(jì)安全供電和負(fù)荷供需平衡的控制和管理，使用戶得到一定數(shù)量?jī)?yōu)質(zhì)、廉價(jià)的電力供應(yīng)，所以配電網(wǎng)自動(dòng)化的主要功能為：（1） 對(duì)配電網(wǎng)和無(wú)人值班變電所的監(jiān)視和自動(dòng)操作

35、，如通過(guò)遠(yuǎn)方投切電網(wǎng)中聯(lián)絡(luò)斷路器或分段斷路器，以便切除故障或調(diào)整潮流；（2） 在系統(tǒng)頻率下降時(shí)切除負(fù)荷，在電壓變動(dòng)時(shí)自動(dòng)投切靜電電容器或者調(diào)整變壓器分接頭；（3） 通過(guò)對(duì)負(fù)荷的直接控制來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線和保持電能供需平衡。最初用時(shí)間開(kāi)關(guān)來(lái)控制用戶的負(fù)荷，定時(shí)切換用戶的不同記價(jià)電表，用經(jīng)濟(jì)的手段來(lái)管理負(fù)荷。對(duì)于工業(yè)用戶可采取控制最大需電量、分時(shí)記價(jià)、按合同規(guī)定用電時(shí)間等方法進(jìn)行控制。為了使負(fù)荷控制直接到每一用戶，可采取工頻、音頻、載波、無(wú)線電等控制手段，有配電網(wǎng)調(diào)度所根據(jù)上級(jí)調(diào)度所的指令和系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，直接發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)事先分門別類的負(fù)荷進(jìn)行控制，操作被控用戶的短路器。隨著自動(dòng)化裝置和被控設(shè)

36、備可靠性的提高，中、小型變電所的控制可由就地操作過(guò)度到遠(yuǎn)方操作和自動(dòng)操作。近年來(lái)也開(kāi)始在變電所內(nèi)建立微型計(jì)算機(jī)為核心的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、安全監(jiān)視、電壓和無(wú)功綜合控制等功能。一些變電所已實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班或遠(yuǎn)方控制的自動(dòng)化運(yùn)行體制。5 電力調(diào)度自動(dòng)化電力調(diào)度自動(dòng)化是電力自動(dòng)化的重要內(nèi)容之一，是指綜合利用計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)和遠(yuǎn)程通信等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度管理工作的自動(dòng)化。電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成，并由調(diào)度控制中心對(duì)全系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一管理。為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及供電的質(zhì)量，系統(tǒng)的調(diào)度控制中心必須及時(shí)而準(zhǔn)確地掌握全面的運(yùn)行情況，隨時(shí)進(jìn)行分析，作出正確的判

37、斷和決策，必要時(shí)采取相應(yīng)的措施，及時(shí)處理事故和異常情況。早期的電力調(diào)度以人工方式操作，用打電話的方式收集數(shù)據(jù)，下達(dá)調(diào)度命令，速度慢，實(shí)時(shí)性差。由于電網(wǎng)是一個(gè)迅變系統(tǒng)，電能以極快的速度傳送，電網(wǎng)中一個(gè)地方出故障，瞬間就會(huì)波及到全網(wǎng)，因此手工方式很難滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求。特別對(duì)于大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓的現(xiàn)代電網(wǎng)，調(diào)度中心需要采集和處理的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)數(shù)量眾多，實(shí)時(shí)性要求很高，調(diào)度工作只能采用現(xiàn)代化手段進(jìn)行。因此，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)不可缺少的組成部分。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的準(zhǔn)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，由裝在調(diào)度中心的主站系統(tǒng)、裝載發(fā)電廠或變電所的遠(yuǎn)動(dòng)終端以及遠(yuǎn)動(dòng)通道等構(gòu)成。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的主

38、要功能是實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)和信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析和處理，為調(diào)度員提供進(jìn)行監(jiān)視與控制的操作界面，有效地幫助電力系統(tǒng)調(diào)度員執(zhí)行電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)發(fā)供電任務(wù)。5.1 調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程電力生產(chǎn)是發(fā)輸電與用電同時(shí)進(jìn)行的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。電力系統(tǒng)分布地域廣闊，是一個(gè)龐大的生產(chǎn)體系，必須嚴(yán)格地進(jìn)行調(diào)度管理才能保證安全發(fā)供電。早期電力系統(tǒng)規(guī)模較小，調(diào)度員利用電話即可了解各發(fā)電廠、變電所的運(yùn)行狀況。調(diào)度命令也是通過(guò)電話下達(dá)的。當(dāng)電力系統(tǒng)日益發(fā)展，廠站數(shù)越來(lái)越多時(shí)，僅靠電話已經(jīng)無(wú)法及時(shí)進(jìn)行調(diào)度控制。特別是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)延長(zhǎng)事故處理時(shí)間，甚至擴(kuò)大事故。因此必須有自動(dòng)化的手段支持才能完成調(diào)度工作

39、?，F(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提供了技術(shù)支持手段。隨著支持技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了各種調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備，調(diào)度工作逐步脫離了原始手工方式，開(kāi)始采用各種自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行操作。早期的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)稱為“遠(yuǎn)動(dòng)（telecontrol）”系統(tǒng)，主要功能是把遠(yuǎn)方廠站的測(cè)量量和斷路器信號(hào)及時(shí)傳送到調(diào)度所，通過(guò)模擬屏顯示出電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，使調(diào)度員能及時(shí)了解所發(fā)生的事件。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在第二次世界大戰(zhàn)后就進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)度階段，中國(guó)20世紀(jì)60年代開(kāi)始在電力調(diào)度中使用遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)。l 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)的發(fā)展從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)的發(fā)展看，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)先后采用過(guò)分立元件設(shè)計(jì)、IC/CPU板

40、級(jí)設(shè)計(jì)、集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)設(shè)計(jì)，發(fā)展到今天的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分布式設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)，早期的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)大都是建立在分立元件的基礎(chǔ)上的，這些系統(tǒng)和設(shè)備在我國(guó)直到80年代中期還有單位在使用。但由于系統(tǒng)完全由硬件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能單一，一般只有數(shù)據(jù)采集功能，支持少量數(shù)據(jù)的模擬屏數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)可靠性低，經(jīng)常出故障。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)百萬(wàn)或上千萬(wàn)千瓦的容量時(shí)，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)收集遠(yuǎn)方廠站數(shù)據(jù)可達(dá)數(shù)千或上萬(wàn)個(gè)，即使增大模擬屏也無(wú)法容納如此眾多的數(shù)碼管和信號(hào)燈，調(diào)度員也難以清楚地分辨這些信號(hào)，無(wú)法判斷電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和所發(fā)生的事故。因此國(guó)際上從60年代起就出現(xiàn)了基于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著微處理器應(yīng)用的普及

41、，70年代至80年代初，國(guó)內(nèi)有了基于IC/CPU的以電路板為單元的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。集成電路，特別是具有“智能”的CPU的使用大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增加了系統(tǒng)功能，提高了系統(tǒng)可靠性。但由于沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持，這種基于IC/CPU系統(tǒng)需要從硬件、底層軟件一直到應(yīng)用軟件的全套設(shè)計(jì)，工作量大，系統(tǒng)功能不夠靈活，因而一般用于功能較為固定的設(shè)備，如RTU等。80年代初，國(guó)內(nèi)開(kāi)始普及基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有豐富的軟硬件資源，能將所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，通過(guò)屏幕顯示器以多幅畫面的形式提供更加直觀的信息顯示，并可由打印機(jī)打印出統(tǒng)計(jì)報(bào)表和記錄，節(jié)省了調(diào)度員許多繁瑣的工作，使調(diào)度效果得到明顯提

42、高。由于有完善的操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的支持，也極大地方便了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能也日益靈活復(fù)雜。除了功能簡(jiǎn)單，生產(chǎn)批量較大的設(shè)備如RTU等以外，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備大量采用了基于系統(tǒng)機(jī)的設(shè)計(jì)，主站系統(tǒng)幾乎無(wú)例外的都是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造的。80年代廣泛使用的這些調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)有時(shí)也稱為集中式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是以一臺(tái)計(jì)算機(jī)（小型機(jī)或微型計(jì)算機(jī)）為核心，擔(dān)負(fù)各種系統(tǒng)功能。雖然80年代已經(jīng)有了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的技術(shù)，但主要用于不同系統(tǒng)間的互連，并未采用基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。80年代我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)的許多調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)也屬于這一類設(shè)計(jì)。隨著對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)功能的要求日益增加，集中式系統(tǒng)

43、越來(lái)越暴露出不足之處。由于將數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)會(huì)話等幾乎所有功能都集中于一臺(tái)機(jī)器上，很容易造成計(jì)算機(jī)負(fù)荷過(guò)載，因而需要更大、更快的機(jī)器，而機(jī)器的性能與價(jià)格并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，這導(dǎo)致系統(tǒng)造價(jià)昂貴。同時(shí)，由于許多功能模塊裝在一臺(tái)機(jī)器上，模塊間耦合緊密，相互影響，如果修改一個(gè)功能模塊，其它模塊往往也需要修改，因此系統(tǒng)功能很難擴(kuò)充。在調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)，一般需要多個(gè)人機(jī)會(huì)話席位，這種集中式設(shè)計(jì)很難滿足超過(guò)4個(gè)以上操作臺(tái)的要求。隨著接入廠站數(shù)目的增多，信息量的增加，集中式系統(tǒng)也無(wú)法滿足不斷擴(kuò)充的容量要求。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，國(guó)內(nèi)從90年代開(kāi)始出現(xiàn)基于局域網(wǎng)的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)靈活，功能強(qiáng)大，擴(kuò)充性好

44、，性能價(jià)格比高，很快成為調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)的主流技術(shù)。這類系統(tǒng)也稱為網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)。同樣是網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)，由于軟件體系結(jié)構(gòu)的不斷進(jìn)步，又從對(duì)等式系統(tǒng)發(fā)展到客戶/服務(wù)器方式的系統(tǒng)，然后又逐步轉(zhuǎn)向向Intranet模式。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，使調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜，功能也越來(lái)越強(qiáng)大。近年來(lái)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展出現(xiàn)了一種綜合趨勢(shì)。傳統(tǒng)方式是一種功能一套系統(tǒng)，多個(gè)系統(tǒng)再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連。這種分散模式導(dǎo)致系統(tǒng)共享資源困難，管理復(fù)雜。目前的趨勢(shì)是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上首先構(gòu)筑一個(gè)支持平臺(tái)，或稱為環(huán)境，用于支持所有調(diào)度自動(dòng)化應(yīng)用軟件。各種應(yīng)用子系統(tǒng)作為系統(tǒng)部件安裝在環(huán)

45、境中，在統(tǒng)一支持環(huán)境的協(xié)調(diào)下相互通信，配合工作。這種系統(tǒng)已經(jīng)超出一般調(diào)度自動(dòng)化的范圍，不但包括SCADA、EMS功能，還可以包括調(diào)度管理子系統(tǒng)，電力市場(chǎng)支持子系統(tǒng)，以及可能出現(xiàn)的與調(diào)度工作有關(guān)的其他信息子系統(tǒng)。l 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)功能的發(fā)展采用計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要是數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程信號(hào)、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，即所謂的“四遙”功能。具備這種功能的系統(tǒng)也稱為“SCADA系統(tǒng)”。SCADA功能是電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。有時(shí)也將自動(dòng)發(fā)電控制（AGC Automatic Generation Control）功能歸入SCADA的范疇，但地區(qū)及以下級(jí)別的調(diào)度一般不直接

46、對(duì)電廠，特別是大電廠進(jìn)行操作，因此一般沒(méi)有AGC功能。60年代以來(lái)國(guó)際上出現(xiàn)了多次大面積停電事故，特別是1965年11月9日和1977年7月13日兩次紐約大停電事故，以及1978年12月19日法國(guó)大停電事故后，人們總結(jié)了教訓(xùn)。除了要解決電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、保護(hù)和安全自動(dòng)裝置等問(wèn)題外，還需要加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的分析、計(jì)算和模擬，應(yīng)使調(diào)度員的工作從經(jīng)驗(yàn)型調(diào)度轉(zhuǎn)變?yōu)榉治鲂驼{(diào)度。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件能力的增強(qiáng)，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了功能更強(qiáng)的應(yīng)用軟件包，如狀態(tài)估計(jì)、在線潮流計(jì)算、安全分析、事故模擬等，使調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在原有的安全監(jiān)視功能基礎(chǔ)上增加了安全分析輔助決策的功能。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，使調(diào)度員能預(yù)測(cè)系統(tǒng)可能的變化后果。系統(tǒng)處于緊

47、急狀態(tài)時(shí)，能幫助調(diào)度員迅速處理事故，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常狀態(tài)。這些應(yīng)用功能都屬于能量管理系統(tǒng)（EMS）的范疇。目前，自動(dòng)化系統(tǒng)有一種綜合趨勢(shì)，1.3節(jié)所述的電力系統(tǒng)自動(dòng)化所包含的各項(xiàng)內(nèi)容已經(jīng)不再是相互獨(dú)立系統(tǒng)。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)不僅可以包括SCADA和EMS系統(tǒng)，還可以包括配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的許多功能，以至調(diào)度管理和電力市場(chǎng)支持系統(tǒng)等內(nèi)容。不同的電力自動(dòng)化系統(tǒng)相互融合，并與其他系統(tǒng)互聯(lián)，構(gòu)成面向電力系統(tǒng)綜合應(yīng)用的大規(guī)模信息系統(tǒng)。5.2 電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的一般構(gòu)成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的一般構(gòu)成包括安裝在調(diào)度中心的主站系統(tǒng)，安裝在各發(fā)電廠和變電所的遠(yuǎn)動(dòng)終端，兩者經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)互聯(lián)信息，完成數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控

48、制和其它功能。主站以數(shù)據(jù)通信方式接收從下層主站轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的信息，又向上層主站轉(zhuǎn)發(fā)本站的信息。由各級(jí)調(diào)度所的計(jì)算機(jī)根據(jù)功能要求分別進(jìn)行相應(yīng)的處理。按功能劃分，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)由下列4個(gè)子系統(tǒng)所組成。（1） 信息收集和執(zhí)行子系統(tǒng)。在各發(fā)電廠、變電所收集各種信息，向調(diào)度控制中心發(fā)送。如果在一些廠（所）設(shè)有微型計(jì)算機(jī)為核心的遠(yuǎn)方終端（remote terminal unit，RTU），則所傳送的信息將是已經(jīng)處理和加工過(guò)的。這個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)接受上級(jí)控制中心發(fā)來(lái)的操作、調(diào)節(jié)或控制命令，例如開(kāi)關(guān)操作，起停機(jī)組，調(diào)節(jié)功率等。在接到命令后，或者直接作用于控制機(jī)構(gòu)，或者按一定的規(guī)律將命令轉(zhuǎn)發(fā)給各被控設(shè)備。（2） 信息

49、傳輸子系統(tǒng)。將收集到的信息通過(guò)傳輸媒介送到調(diào)度控制中心，傳輸媒介有電力載波、微波、光纖、同軸電纜、公共話路等。（3） 信息處理子系統(tǒng)。以電子計(jì)算機(jī)為核心的主要組成部分，對(duì)收集到的信息進(jìn)行處理、加工，為監(jiān)視和分析計(jì)算電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提供正確的數(shù)據(jù)。分析計(jì)算的結(jié)果為運(yùn)行人員提供控制決策的依據(jù)、或者直接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這種分析計(jì)算主要有：l 為調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率和電壓的電能質(zhì)量計(jì)算；l 經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)算；l 安全監(jiān)視和安全分析計(jì)算。計(jì)算機(jī)還可用于完成日發(fā)電計(jì)劃編制、檢修計(jì)劃編制、統(tǒng)計(jì)計(jì)算等工作。（4） 人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)。用以向運(yùn)行人員顯示和輸出信息，同時(shí)也輸入運(yùn)行人員的控制和操作命令。通過(guò)這一子系統(tǒng)使運(yùn)行人員與電

50、力系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)整體。人機(jī)聯(lián)系設(shè)備包括圖形顯示器及其控制臺(tái)和鍵盤、模擬盤、制表或圖形打印機(jī)、記錄器（儀）等。電力系統(tǒng)隨著發(fā)展變得日益龐大而復(fù)雜，若把各廠站的調(diào)度信息集中到一個(gè)調(diào)度中心，則不但調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過(guò)重，通信信道擁擠，調(diào)度人員也很難處理如此大量的信息。因此，將這種集中控制方式改變?yōu)榉謱涌刂品绞?，?huì)更加適應(yīng)調(diào)度組織分級(jí)管理的實(shí)際情況，可使各種問(wèn)題得到合理解決。發(fā)電廠和變電所裝有遠(yuǎn)動(dòng)終端或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)直接采集實(shí)時(shí)信息并控制當(dāng)?shù)卦O(shè)備。只有涉及全網(wǎng)性信息才向調(diào)度中心傳送。上層作出決策后再向下發(fā)送控制命令。調(diào)度中心集中信息后作適當(dāng)處理、編輯后向更高層次調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)。這種分層采

51、集信息和分層控制使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，通道需要量減少，信息量減少，實(shí)時(shí)性明顯提高。主站和遠(yuǎn)動(dòng)終端之間交互的信息分為上行信息和下行信息：各發(fā)電廠、變電所通過(guò)其遠(yuǎn)動(dòng)終端收集運(yùn)行參數(shù)向主站發(fā)送，參數(shù)有：電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、有功電量、無(wú)功電量、頻率、水位、斷路器位置信號(hào)、繼電保護(hù)信號(hào)等，一般稱上行信息。主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度員輸入命令或程序計(jì)算結(jié)果向各廠站或下層主站下達(dá)遙控?cái)嗦菲髅罨蜻b調(diào)及自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）命令，稱下行信息。此外，在分層控制的大系統(tǒng)，還有存在于各級(jí)調(diào)度自動(dòng)化主站之間的上行或下行信息。l 遠(yuǎn)動(dòng)終端簡(jiǎn)介遠(yuǎn)動(dòng)終端實(shí)際是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS）的一部分，包括SAS中需要與上級(jí)調(diào)度

52、部門交互的組成部分。遠(yuǎn)動(dòng)終端定時(shí)采集包括模擬量、脈沖量以及開(kāi)關(guān)量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約發(fā)給主站。從主站下達(dá)的命令通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)終端接收識(shí)別后輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)或調(diào)節(jié)器。有的廠、站遠(yuǎn)動(dòng)終端還可向本站值班人員提供一般控制屏上所沒(méi)有的監(jiān)測(cè)信息，如功率總加、越限告警等，稱當(dāng)?shù)毓δ?。大型火電廠、水電站或超高壓變電站裝有當(dāng)?shù)乇O(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，此時(shí)，遠(yuǎn)東中斷僅需有接口與它連接，但不再重復(fù)提供當(dāng)?shù)毓δ?。遠(yuǎn)動(dòng)終端還裝有同步時(shí)鐘。同步時(shí)鐘精度越高，斷路器動(dòng)作事件順序記錄的站間分辨率就越高。遠(yuǎn)動(dòng)終端的基本功能概括為：遙測(cè)、遙信、事件順序記錄、遙控、遙調(diào)以及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控。細(xì)節(jié)見(jiàn)“變電站自動(dòng)化”一節(jié)。l 主站系統(tǒng)簡(jiǎn)

53、介主站系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)稱，一般是設(shè)置在調(diào)度部門的與電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行直接相關(guān)的系統(tǒng)。根據(jù)功能要求，主站系統(tǒng)可以很簡(jiǎn)單，也可以非常復(fù)雜。主站系統(tǒng)中的通信控制器與各遠(yuǎn)動(dòng)終端通信取得信息，主計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息加工、計(jì)算處理，檢測(cè)一些參數(shù)是否越限。斷路器是否有變位等，將結(jié)果通過(guò)人機(jī)聯(lián)系（屏幕或模擬屏）向調(diào)度員報(bào)告。調(diào)度員向計(jì)算機(jī)輸入控制命令，向各遠(yuǎn)動(dòng)終端發(fā)送斷路器操作命令或調(diào)整發(fā)電機(jī)出力等控制命令。主站還要將經(jīng)過(guò)處理的信息向上層調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)，通常通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)進(jìn)行。主站的上述功能稱為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）。主站系統(tǒng)計(jì)算機(jī)一般是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)（工作站，服務(wù)器）通過(guò)局域網(wǎng)連接的分布式系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能要求不同，主站系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的數(shù)量也不同。主站系統(tǒng)的前置接口子系統(tǒng)負(fù)責(zé)通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通道采集數(shù)據(jù)，發(fā)送命令，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)屏幕或其它人機(jī)交互設(shè)備展現(xiàn)給信息使用者（如調(diào)度員）。同時(shí)，調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其它信息系統(tǒng)互連，交換信息。遠(yuǎn)動(dòng)通道：調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站與遠(yuǎn)動(dòng)終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的設(shè)備。遠(yuǎn)動(dòng)通道中所用