电力调度基础知识.docx
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电力调度基础知识
电力调度基础知识
1.电力系统概况
电能从生产到消费主要经过以下5个环节：
1.1发电
电能产生的最初环节。
发电是指利用发电动力装置将水能、石化燃料（煤、石油、天然气）的热能、核能以及清洁能源（太阳能、风能、地热能）等转换为电能的生产过程。
用以供应国民经济各部门与人民生活之需。
1.1.1发电类型
✧火电
✧水电
✧风电
✧核电
✧其他能源发电：
（1）生物智能发电：
利用能够产生强生物电的生物，并手机、转化，利用其产生的生物电的一种发电方式；
（2）潮汐能发电：
利用海水潮涨和潮落形成的势能进行发电；
（3）太阳能发电：
1.2输电
将电能传输向远方的环节。
输电即电能的传输。
它和变电、配电、用电一起，构成电力系统的整体功能。
通过输电，把相距甚远的（可达数千千米）发电厂和负荷中心联系起来，使
电能的开发和利用超越地域的限制。
和其他的能源（如煤、油）的传输相比，输电的损耗小、效益高、灵活方便、易于调控、环境污染少；输电还可以将不同地点的发电厂连接起来，实行峰谷调节。
输电是电能利用优越性的重要体现，在现代社会中，它是重要的能源动脉。
1.2.1输电线路设备构成
按照设备状态检修规定，输电线路主要划分为7个单元+1个环境。
Ø7个单元分别是：
杆塔、导线、绝缘子、金具、杆塔基础、接地装置、附属设施；
Ø1个环境：
通道环境。
1.2.2输电种类
按照输送电流的性质，输电分为直流输电和交流输电。
Ø直流输电：
将发电厂发出的交流电，经整流器变换成直流电输送至受电端，再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输电方式。
主要应用于远距离大功率输电和非同步交流系统的联网，具有线路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点；
Ø交流输电：
交流输电是以交流电流传输电能。
交流输电技术的发展是以增加输送容量、扩大输送距离和提高输电线路电压等级为标志的。
1.2.3输电电压等级
输电电压的高低是输电技术发展水平的主要标志。
我国输电线路的主要电压
等级有：
1.3变电
将电能等价调高或调低的环节。
变电即为电力系统中，通过一定设备将电压由低等级转变为高等级（升压）
或由高等级转变为低等级（降压）的过程。
想要把各个不同电压等级部分连接起来形成一个整体，就需要通过变电。
1.3.1变电分类
✧升压
电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向远方的电力用户送点，
为了减少输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高。
✧降压
为了满足电力用户安全的需要，又要将电压降低，并分配给各个用户。
1.3.2变电场所---变电站
变电站就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，
它是联系发电厂和电力用户的中间环节，同时通过变电站将各电压等级的电网联系起来。
为保证电能的质量以及设备的安全，在变电站中还需要进行电压调整、潮流（电力系统各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。
1.4配电
将电能分配给用户的环节。
配电是指在电网中起电能分配作用的网络。
通常是指电力系统中二次降压变压器低压侧直接或降压后为用户供电的网络，它是电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节。
1.4.1配网组成
配电系统由配电变电所（通常是将电网的输电电压降为配电电压）、高压配电
线路（即1kV以上电压）、配电变压器、低压配电线路（即1kV以下电压）以及相应的控制保护设备组成。
1.4.2配网分类
（1）配电按电压一般分为高压配电、中压配电和低压配电：
Ø高压配电电压：
35kV、63kV，又称地方电力网；
Ø中压配电电压：
10kV；
Ø低压配电电压：
380/22V；
（2）配电按供电区域分为城市配电网、农村配电网、工厂配电网：
Ø城市配电网：
提供城市居民工作、生活用电，负荷相对集中；
Ø农村配电网：
提供农业生产和农村正常生活用电，供电半径大；
Ø工厂配电网：
提供工业基地生产所需的电能，负荷较大。
1.4.3配电作用
配电网的主要作用为以下两点：
●配电网的主要功能是从输电网接受电能，并逐级分配或就地消费，即将高压电能降低至方便运行又适合用户需要的各种电压，组成多层次的配电网，向各种用户供电；
●10kV及以下配电线路为用户供电，担负着输送和分配电能的任务。
1.5用电
消费电能的环节。
用电及通过电器消耗电能的过程，是电力环节的最后节点。
日常生活中到处都是用电环节：
日光灯、电视机、计算机、空调、冰箱、洗衣机、工业机器等等。
1.5.1用电分类
用电按负荷主要分为四大类：
Ø城市用电：
城市居民的家用电器，它具有年年增长的趋势，以及明显的季节性波动特点；
Ø农村用电：
农村居民用电和农业生成用电；
Ø商业用电：
商业部门的照明、空调、动力等用电，覆盖面积大，且用电增长平稳，商业负荷同样具有季节性波动的特性；
Ø工业用电：
工业生产的用电，一般工业用电的比重在用电构成中居于首位。
1.5.2用电反馈
通过用电情况，还可以反向指导电力系统环节中的发电、输电、变电、配电
等四个环节的建设，所以也可以说，用电是电能“发、输、变、配”的首个环节。
2.电力不同于普通商品的特点
电是商品，具有价值和使用价值，但又不同于其他商品。
其特点是：
✧电力商品的生产、供应、使用是瞬间同时完成的；
✧不能储存，没有中间环节；
✧电力商品使用数量是通过电能计量装置确定的；
✧发电厂和电力客户是通过电力线路和变电站连接组成电网并通过电网交换电力商品的；
✧电力商品的质量是以电压、频率和供电可靠性来衡量的；
✧恶性连锁事故造成的破坏性巨大。
3.基本概念
3.1两大电网公司
20XX年国家电力公司进行重组，成立了两大电网公司：
国家电网公司和南方
电网公司。
（1）国家电网公司（StateGrid），简称国家电网、国网；
（2）中国南方电网有限责任公司（ChinaSouthernPowerGridCompanyLimited），简称南方电网、南网，经营范围为广东、广西、云南、贵州和海南五省（区）。
3.2调度分层管理
《电网调度管理条例》明确，调度机构分为五级即：
Ø国调：
国家调度机构；
Ø网调：
跨省、自治区、直辖市调度机构（东北、华北、华东、华中、西北、南方电力调度通信中心）；
Ø省调：
省、自治区、直辖市级调度机构；
Ø地市调：
省辖市级调度机构；
Ø区县调：
县级调度机构。
3.3调度管理的任务
调度管理根据《电网调度管理条例》执行，它的任务是：
Ø组织、指挥、指导、协调电网内各电厂（站）、变电所的运行；
Ø按资源优化配置原则，实现优化调度；
Ø充分发挥电厂、变电所的发、供电设备能力，最大限度满足社会和人民生产生活用电需要，确保电网的电压和周波在质量允许的范围内，使电网连续、稳定、安全运行；
Ø调度指挥所辖网区运行操作、事故处理、维持正常运行等方面进行全面的管理。
3.4调度的主要内容
Ø电力系统运行计划的编制；
（1）预测用电负荷：
根据负荷变化的历史记录、天气预报、分析用电生产情况和人民生活规律，对未来24小时或48小时进行全系统负荷预测,编制预计负荷曲线,配备好相适应的发电容量（包括储备容量）；
（2）制订发电任务、运行方式和运行计划：
根据预测的负荷曲线，按经济调度原则，对水能和燃料进行合理规划和安排，分配各发电厂发电任务（包括水电站、火电厂的负荷分配），提出各发电厂的日发电计划；指定调频电厂和调频容量,并安排发电机组的起停和备用,批准系统内发、输、变电设备的检修计划；对系统继电保护及安全自动装置进行统一整定和考核，进行系统潮流和稳定计算等工作，合理安排运行方式。
Ø电力系统运行控制；
Ø电力系统运行分析：
收集全系统主要运行信息，监视运行情况，保证正常的安全经济运行。
通过安全分析（采用状态估计和实时潮流计算等应用技术）进行事故预想和提出反事故措施，防范于未然；
Ø继电保护、通信和调度自动化等设备的运行管理；
Ø指挥操作和处理事故：
对所辖厂、站和网络的重要运行操作进行指挥和监督。
在发生系统性事故时，采取有力措施及时处理，迅速恢复系统至正常运行状态。
Ø有关规程的编制和人员培训等专业管理。
3.5调度基本原则
（1）安全：
保障电网安全、稳定、正常运行和对电力用户安全可靠供电；
（2）优质：
保证电能质量，保持频率、电压、波形合格；
（3）经济：
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。
3.6电力负荷
电力系统中所有用电设备所耗用的功率，简称负荷。
✧电力系统的总负荷就是系统中所有用电设备消耗总功率的总和；
✧将工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率相加，就得电力系统的综合用电负荷；
✧综合用电负荷加网络损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功率，称为电力系统的供电负荷（供电量）；
✧供电负荷再加各发电厂本身消耗的功率（即厂用电），就是系统中各发电机应发的功率，称为系统的发电负荷（发电量）。
3.7有功功率
有功功率（P）是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它
形式的能量（机械能，光能，热能等）的电功率。
比如，5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒。
有功功率的符号用P表示，单位有：
瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。
3.8无功功率
无功功率（Q）是指电气设备中电感、电容等元件工作时建立磁场所需的电
功率。
它主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换，在电气设备（电路系统）中建立和维护磁场的功率。
它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁场转化为电能，周而复始，并无能量损耗。
比如，40瓦的日光灯，除需40多瓦的有功功率（镇流器也需要消耗一部分有功功率）来发光外，还需要80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。
由于它不对外作功，才被称为“无功”。
特别指出的是无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能为外界提供能量，作用却十分重要。
无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。
3.9ACE
区域控制偏差（AreaControlError），是实际发电与控制目标之差。
3.10主网
Ø按电能从生产到消费的环节分：
发电和输电；
Ø按电压等级分：
220kV及以上电压等级；
Ø按调度分层管理分：
国调、网调、省调；
3.11配网
Ø按电能从生产到消费的环节分：
配电和用电；
Ø按电压等级分：
110kV及以下电压等级；
Ø按调度分层管理分：
地（市）调、区（县）调；
3.12遥信
遥信即远程信号。
它是将采集到的被监控发电厂或变电站的设备状态信号，
按规约传送给调度中心。
包括：
●断路器、开关、刀闸的位置信号（开合状态）；
●继电保护和自动装置的位置信号（开合状态）；
●发电机和远动设备的运行状态等。
3.13遥测
遥测即远程测量，它是将采集到的被监控发电厂或变电站的主要参数按规约
传送给调度中心。
包括各设备的P、Q、U、I、档位、温度等。
3.14潮流
潮流即输电线路上的电流的流动方向。
如下图中输电线路上的箭头方向：
3.15输电断面
输电断面为某一基态潮流下，有功潮流相同且电气距离相近的一组输电线路
的集合。
也称潮流断面。
如下图中蓝色圆弧虚线部分：
3.16一次设备
一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。
它包括发电机、输电线路、电力电缆、变压器、母线、断路器（开关）、刀闸、
电容器、绕组、电抗器、PT、CT等。
3.17二次设备
二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。
它包括：
测量仪表、继电器、操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置（如蓄电池、硅整流器等）。
3.18待定
4.调度系统
电力系统调度是由许多发电厂提供电能，通过输电、变电、配电、供电网络
向广大用户供电，是一个复杂的系统。
其产、供、销过程在一瞬间同时完成和平衡。
因此，其调度任务有别于一般的工业生产调度。
电力系统调度要随时保持发电与负荷的平衡，要求调度管辖范围内的每一个部门严格按质按量完成调度任务。
4.1D5000
国家电网为适应特高压电网运行的客观需要，落实国家电网公司“四化”的
工作要求，全面提升调度机构驾驭大电网的能力，国调中心在公司系统内组织开展广域全景分布式一体化电网调度技术支持系统的研制工作。
作为整个系统的基础平台，D-5000是整个系统研制的核心和重点，其开发由国调中心统一组织，各网省调参加，中国电科院和国网电科院共同承担。
D-5000平台采用先进的软件开发技术，具有标准、开放、可靠、安全和适应性强等特点，直接承载着实时监控与预警（新EMS）、调度计划（OPS）、安全校核（SCS）和调度管理（OMS）四大应用平台，对提高电网的调度运行水平、加快调度机构的标准化建设和提高调度业务精益化的管理具有重要而深远的意义。
总体结构图
平台通过自主开发具有完全自主知识产权的电力中间件、调度计划应用和调度管理类应用系统，实现了电网运行实时监控、在线稳定性分析、调度业务管理等功能。
其子系统包括：
●能量管理系统（EMS）；
●动态稳定预警系统；
●广域相量测量系统；
●电力计划管理系统；
●调度员培训模拟系统（DTS）；
●水调自动化系统；
●继电保护及故障信息管理系统；
●调度生产管理信息系统；
●电力调度数据网络系统；
●雷电监测系统；
●电网稳定自动控制装置；
●微机继电保护装置；
●电网仿真计算系统；
●变电站自动化系统；
●发电厂计算机监控系统等。
本系统是电力行业在核心业务中使用国产数据库（KingbaseES）的项目。
4.1.1EMS
能量管理系统（EnergyManagementSystem）。
能量管理系统是提供给电力系统调度控制中心的，对电力系统进行数据采集、监视和控制，进行优化分析和控制，以及进行安全分析和控制的计算机软硬件系统的总称，是电网调度自动化得以实现的物质基础。
包括为上层电力应用提供服务的支撑软硬件平台和为发输电设备安全监视和控制、经济运行提供支持的高级电力应用软件。
狭义：
发电控制和发电计划；
EMS一般：
数据收集、能量管理、网络分析；
广义：
还包括调度员培训。
EMS是主网上的管理系统。
4.1.1.1EMS的功能组成
●数据采集与监控（SCADA）；
●自动发电控制（AGC）和经济调度（EDC）；
●高级应用软件（PAS）
网络接线分析、状态估计、潮流计算、网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、无功优化、故障分析、负荷预报等。
●安全分析；
●调度员培训仿真系统（DTS）；
4.1.1.2SCADA
SCADA是SupervisoryControIAndDataAcquiSitionSystem（数据采集与监视
控制系统）的缩写，SCADA系统是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。
它在远动系统中占重要地位，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实
现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，即我们所知的“四遥”功能。
4.1.1.2.1SCADA硬件系统
SCADA的硬件组成主要包括：
现场远方量测终端（RTU）、传输信道和主站计
算机三大部分。
4.1.1.2.1.1远方量测终端（RTU）
也叫做远动装置。
电网调度自动化系统中安装在发电厂、变电站的一种具有四遥远动功能的自
动化设备。
采用微处理器和数字信号处理技术，连续对各母线电压、主变压器各侧电流、
各线路电流进行采样，同时采集变电站内相应开关和刀闸状态、变压器挡位、保护信号、电度量脉冲信号和数字量信号以及控制命令的状态信息，实现遥测、遥信、电度量和BCD码等的采样接收并向上级传送，同时接受上级的指令完成遥控、遥调输出的功能。
可简单归纳为：
（1）收集现场（发电厂和变电站）的量测量（遥测）和状态量（遥信）等数据，接收主站（调度中心）命令，对现场设备进行控制；
（2）采集数据的简单处理，如：
量测量死区比较、状态量变位比较、数字滤波、越限报告等。
（3）与主站通信：
进行通信规约处理，将数据传送给主站，接收主站下达的数据。
数据传送分为两种方式：
Ø应主站要求的直接报告方式；
Ø二是在量测量变化（超过死区）或状态量变位时的例外报告方式。
当前数据收集按两种形式进行：
Ø循环式，即现场发送端循环不断地将数据送给主站的接收端，需独占信道；
Ø应答式：
由主站一次查询远动终端（RTU）有无信息发送，几台RTU可共用信道。
4.1.1.2.1.2传输信道
传输信道是指信号传送时所经过的通道。
包括无线数据传输，现场总线传输，TCP/IP网络传输，光纤传输以及卫星通
信。
4.1.1.2.1.3主站计算机
计算机放在监控中心，对系统传送过来的数据进行分析整理，并且发出命令
控制系统。
4.1.1.2.2数据收集
4.1.1.2.2.1状态量
断路器状态、隔离开关状态、报警和其他信号等均用状态量来表示。
4.1.1.2.2.2量测值
设备电压值、有功功率、无功功率、温度和变压器抽头位置等均用量测值表
示。
量测值反映的是量测对象的瞬间状态。
4.1.1.2.2.3电量值
电量值由脉冲计数方式得到。
脉冲计数正常包括两项登录内容：
一个连续计
数器和一个时间间隔记录。
到指定的时间周期（时刻）要冻结其值，过后再继续计数或清零后计数。
全系统冻结时间的一致性有助于功率平衡。
为了控制交换功率符合计划或协议，交换功率点的电量值采用几分钟的时间间隔。
4.1.1.2.3监视与事件处理
对收集到的电力系统数据要自动进行监视。
状态量要监视其变化，并正确记
录其时间序列。
量测值和计算值应保持在允许范围内，对变化速度超出限值者应加以记录。
数据监视到状态变化和量测值越限，则需进行事件处理，分类报告给调度员。
4.1.1.2.3.1状态量监视
将最新的状态量与保存的状态量比较，有变化时就产生一个事件。
也可以与
预先设置的正常状态比较，可产生一个正常或非正常的设备运行状态。
4.1.1.2.3.2量测值的限值监视
每一量测值均有其合理限值，由此可以检查数据的可信程度和告警。
●物理限值：
超过此值肯定是数据错误，电力系统不可能出现这样的值；
●警报限值：
越此限要向调度员发出警报；
●警告限值：
越此限说明运行已接近警报状态，发出警告提醒调度员注意。
量测值小到某一程度可判为零，主要用于事件处理。
4.1.1.2.3.3量测值的趋势监视
属于这一类型的监视有：
●量测值变化率监视；
●模拟盘或显示器上的记录值；
●根据外推算法预报未来的变化，例如：
负荷预报和水库水位预报。
趋势监视可提早检测出可疑的变化，并应考虑能自动初始化。
4.1.1.2.3.4数据质量标志
通过硬件报告和监视结果对每个量测数据标上质量特征。
对异常者可以在画面上加标志或变颜色，并且集中到表格画面单独输出。
这一类的属性有：
●更新/未更新，采集/人工/计算；
●闭锁更新；
●闭锁事件处理；
●正常/异常状态；
●越限，物理/警报/警告/零值区；
●警报状态；
●警报响应。
4.1.1.2.3.5事件处理
电力系统的运行变化和操作在SCADA中连续不断地产生大量的事件，既不应
该将全部事件都通知给调度员，那将分散他们的注意力，更不应漏掉重要信息，那将带来损失。
事件产生后是按时间次序排列的，事件处理过程实际上是分类过程，可以按地区、重要程度和处理对象等原则分类。
下面举一些事件处理：
●未响应和持续的警报，它们以闪光、反背景和彩色变化出现在单线图和事件表格画面上。
未响应警报标志保持到调度员响应为止，持续警报保持到警报状态消失或被人工切除为止。
●将线路潮流、母线电压、断路器、变压器和继电保护等警报按区集中到一起。
●按事件的原因归纳到一起，如：
自发事件、断路器跳闸还是重合、是手动还是控制命令等。
●对所有事件赋以处理的优先级，而优先级是与设备类型及事件原因联系在一起的。
事件处理特别是警报处理是非常复杂的问题，许多设计者借助专家系统来实
现。
4.1.1.2.4控制功能
这是直接作用于电力系统运行的功能，控制功能可以分为4类：
单个设备控
制、向调节设备发调节信息、顺序控制计划和自动控制计划。
单个设备控制是直接控制电力系统的基本命令，对断路器和隔离刀闸出发出的是合/开命令，对机组发出的是启/停命令等。
给调节设备发出控制信息是较高级的控制功能，发出的是升/降或设置到某一工作点的信息。
这些功能执行的方式是过渡型的，需对远方的设备的实际状态不断进行监视，看是否越限，防止发出错误控制命令。
通常较复杂的控制需要执行一系列相关的命令，顺序控制计划可自动执行规定好的一串命令，包括适当的安全校验和时间延迟。
例如：
某些照明和电热设备的启动，变电设备的恢复和切换等均可做顺序控制计划进行自动操作。
上面的开关设备的状态控制和调节设备的调节控制一般是人工发出的，而顺序控制可以由事件启动或定时启动。
还有一种自动启动的闭环控制方式，例如：
自动发电控制（AGC），它自动响应电力系统频率偏差和交换功率偏差调整机组出力，它量测量是机组出力、频率和交换功率，自动确定各机组的控制量，送到各机组的调节设备上。
4.1.1.2.5故障数据收集与记录
电力系统控制的主要目标是防止系统事故，而一旦出现事故，当时的记录将
是分析事故和预防事故的宝贵资料。
因此，故障数据的收集与记录是SCADA重要功能之一，它分为顺序事件记录（SOE）和事故追忆（PDR）两部分。
4.1.1.2.5.1顺序事件记录（SOE）
开关和继电保护等状态量出现变化时通常要按时间（内部时钟）准确加以记
录，其时间分辨率应达到毫秒级，这对分析故障是很重要的。
而要做到较高的时间分辨率，电力系统各地远方终端（RTU）的时间必须达到良好的同步。
SOE正常状态下以较长的周期较低的优先级做为SCADA正常扫描的一部分，一旦出现状态量变化，立即提高其优先级顺序记录事件信息，用于事后追查和分析事故。
SOE通常采用事件表的形式滚动存放，它应能存放一次最复杂事故过程中的全部信息。
SOE应能以系统和厂站的形式显示和打印出来。
4.1.1.2.5.2事故追忆（PDR）
事故追忆（PDR）功能用于记录电力系统事故前后的量测数据和状态数据。
PDR存放引起记录的事件及相关的数据，为以后方便时用画面研究事故成为可能。
事故追忆（PDR）循环采集规定的数据集合或全部量测值，循环周期由数秒到数分，也有的设计在当地记录达到毫秒级。
一旦出现规定的事件，连续记录的数据就送到专门的存储区PDR区。
状态量的变化和量测值越限均可引起PDR动作（数据冻结），当有地方PDR功能时，它记录到的数据也要送到调度中心计算机中使用。
事故
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