电力系统自动化(6调度自动化)
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• 调压： 无功功率平衡 ， 发电机 、变压器 、 无功补偿等；
经济运行问题
• 例如： 等微增率原理
6.2 电力系统调度自动化系统的构成
• 基本组成及基本任务： （ 1）厂站端：测量厂站端信息上传 ，并接收调度 端命令执行 。重点： 测控技术； （2）通信信道：在厂站端与调度端之间交换信息 。 重点： 通信技术及其通信网络； （3）调度端：接收厂站端信息 ，进行分析判断 ， 作出决策后向厂站端下达 。重点： 分析与决策 、 协调与管理软件； 与准同步 、励磁 、调速器等自动装置不同 ，调度自 动化系统是一个异地闭环多输入多输出多约束的 综合测控系统 ，通信的实时性和可靠性至关重要。
通信系统的信道
• 信道的类型及其特点： （ 1） 电力线（载波）； （2） 微波（无线） ； （3） 特高频（无线） ； （4） 专用通信电缆（光纤） 。
电力线载波通信
工作原理： 电力线载波可以同时传送电话信号和远动信号 。发 送方将电话信号的频带限制在0.3～2.3kHz之内 ，数字远动信 号调频为2.7～3.4kHz之 ；相加后再与12kHz频率相乘 ，得 到12～15.4kHz及12-3.4 12kHz的频段信号，滤波保留12~
4200MHz。
微波通信及中继站
特高频通信
• 特高频（超短波 ，介于短波与微波之间， 频率低于微波） 波长1～10m ，频率 30MHz～300MHz的无线电波。
• 常用于市县电力系统通信。
远动系统的通信规约
• 厂站RTU与调度中心传递信息有两种模式： 循环式规约和问答式规约。
• 循环式规约（CDT）： 厂站按规定的变量 顺序 ， 主动地 、周期性地将遥测遥信信息 传送给调度中心 ， 厂站与调度中心的通信 采用点对点连接方式。
光纤通信
• 光纤通信： 电 －>光 －光纤（光缆）传输 －光 - >电； 某波长光的有无（相当于调幅）； 数种单色光（激光） 混合： 波分复用（原 理如同频分复用）；
• 特点： 通信容量大（最高频率达 Hz， 波长为微米级 ， 实用波长范围： 0.8～1.8
μm） ，衰耗小（ 中继距离10公里以上） ，
（或0） 则正弦波相位反相。
多路复用技术
• 多路复用技术： 用一根通信线（或无线信 道） 同时传输多路信号的技术 。（并行投 资大 ， 多元码传输不可靠）
常见有两种： （ 1）频分多路（FDM） ； （2） 时分多路（TDM）；
频分多路的数学原理
• 数学原理：
（1）任何信号均可以用傅氏分解法分解为不同频 率正弦波的线性组合（傅氏级数）；
• 电力系统调度自动化有三大基本任务： （1）安全可靠地发供电； （2） 保5种运行状态： （ 1）正常状态： 电压、频率合格 ，稳定裕度和备 用容量充足； 保证电能质量及经济运行。 （2）警戒状态： 电压 、频率合格 ，稳定裕度和备 用容量不够； 考虑发电 、供电平衡和选择安全 的运行方式。 （3） 紧急状态： 电压 、频率 、负荷发生越限； （4）崩溃状态： 系统解列 ，大量切机 、切负荷；
三角函数的积化和差公式
• 积化和差公式：
• 由公式可见 ，两个不同频率正弦波 ( ω1、ω2） 相乘 ，其结果等于两个不同频率 ( ω1+ ω2 、ω 1 - ω2 ）正弦波之和的一半 。
频分多路复用的工作原理
• 电力系统电量VIPQF所占 频段均起于0Hz ，对变化 较快的信号 ，所占频段较 宽；
• 与频率各不相同的载波调 制后再相加 ， 形成沿频率 轴分布且各路信号的频宽 区域互不重叠的合成信 号。
• 二次调制 ， 其目的是将合 成信号的频宽区域进行平 移 ， 以配置在预先分配的 频段上
时分多路复用
收发两端的转换开关同步切换 ， 实现轮换分时使用通信信道。 时分多路在任一个时间瞬间 ，通信信道只传送一路信号 ，而 频分多路是真正的在一个通信信道上同时传输多路信号。
调制与解调
• 载波： 一种用于携带基带信号作远距离传输的 信号 ，称为载波 。常用的载波信号是正弦波信 号。
• 调制： 用基带信号按一定规律改变载波信号的 特征参数的过程；
• 频带信号： 用基带信号对载波进行调制后得到 的信号。
• 解调： 调制的逆过程 ， 从频带信号中将基带信 号提取出来的过程。
（2）两个不同频率正弦波 ( ω1、ω2）相乘，其 结果等于两个不同频率 ( ω1+ ω2、 ω1 - ω2）
正弦波之和的一半（ 由积化和差公式可以证 明） 。
（3）根据原理（2） ，用单频率（频率ω1） 的载
波与窄带宽（频率分布在一个小区域内） 的调 制波信号调制（相乘） ，相当于将调制波信号
向右平移ω1 ( ω1+ ω2 ），并关于ω1向左做一 个镜像 ( ω1 - ω2 ）。
（5）恢复状态：恢复发电 、供电和稳定并列运行。
调度应该考虑的问题
（1） 如何保证运行在状态1？运行方式是关 键； （2） 当运行状态偏离状态1 ，例如进入状态 2，3，4，应考虑如何进行有效调整， 以 恢复到状态1 ？运行方式+安全稳定措施 。
电能质量问题
• 调频： 有功功率平衡 ， 电源侧一次调频和 二次调频 ， 负荷侧低频减载；
六、 电力系统调度自动化
本章要点
（1）电力系统调度自动化的任务； （2） 电力系统调度自动化系统的构成；
（3） 信息采集技术和远方终端RTU； （4） 数据通信； （5） 电力系统调度；
6. 1 电力系统调度自动化的任务和基本构成
• 电力系统调度指电力系统调度中心为保障 电力系统安全 、优质 、经济运行 ， 对电网 运行进行的组织 、指挥 、指导和协调。
量管理系统 。主要功能： 电力系统协调控制与 管理 ，具体有：AGC（Automatic Generation Control， 自动发电控制） 、EDC（Economic Dispatch Control ，经济调度控制）和SCADA ， 以及网络分析 、状态估计 、负荷预报 、安全分 析 、调度员培训系统 、办公自动化等等高级应 用软件模块。
• 断路器分闸 、合闸： 输出分闸脉冲和跳闸 脉冲。
6.4 通信的基本知识
（ 1） 串行通信（位 ，Bit） 与并行通信（字 节 ，Byte） ；
（2） 全双工 、半双工和单工 ； （3） 码元 、二元码和多元码 ， 比特率 、波 特率 ； （4） 方波通信存在的问题； （5） 载波 、调制与解调；
（5）安全分析与安全控制 、故障分析与处理；
负荷预测与制定发电计划
• 发电计划： 制定未来发电功率的时间曲线。 • 制定发电计划需考虑以下因素：（ 1）
（预测） 负荷；（2） 合同规定的交换功 率；（3） 可运行机组及其经济特性；（4） 备用容量和检修计划；（5） 网络损耗特 性；（6） 稳定约束等。
• 问答式规约（Polling）： 主站问 ， 从站 答 。有问必答 ， 不问不答 。采用网络连接 方式。
通信信息
6.5 电力系统调度
• 调度中心的任务： 分析与决策 、协调与管理 • 八字方针： 安全 、可靠 、优质 、经济 • 基本内容： （ 1） 网络拓扑分析与状态估计； （2） 负荷预测与制定发电计划； （3） 频率调整和电压调整； （4）最优潮流 、无功优化 、经济运行；
厂站端被控对象及其控制命令的形式
• 调速器 、励磁调节器给定值调整： 由开关 量输出接口输出调整命令 ， 闭合有效 ， 断 开停止；
• 变压器分接头升降： 开关量输出选档命令、 升档命令和降档命令；
• 电容器投切： 由开关量输出投切（接触器 或晶闸管） 电平；
• 发电机组起停： 由开关量输出起停脉冲；
• 原则： 在稳定约束条件下 ， 按照等微增率 准则 ， 力求使整个系统的发电费用最低。
电力系统负荷预测
• 按预测时间的长短分为4种：（ 1） 超短期（通常指1h以内。 若用于质量控制需要5～ 10s ， 用于安全监视需要1～5min， 用于预防控制和紧急状态处理需要10～60min ， 用于调度员 运行指导）；（ 2） 短期（ 1天～ 1周 。用于编制发电调度计 划 ，如机组和交换功率）；（ 3） 中期（ 1月~ 1年 。用于中长 期运行计划 ， 如水库 、燃料和检修）；（4） 长期（数年～数 10年 ， 用于电源规划和电网规划）；
电力系统调度自动化功能模块
• SCADA系统：Supervisory Control And Data
Acquisition ， 监视控制与数据采集系统 。主要 功能： 测量 、监视 、越限报警 、执行等功能， 构成调度自动化的基础；
• EMS系统：Energy Management System ，能
15.4kHz频段信号； 再次与300kHz频率相乘 ， 得到312~
315.4kHz及300- 15.4kHz～300- 12kHz频段信号 ，滤波保留 312～315.4kHz频段信号； 最后耦合进入输电线路。
接收方将接收到的信号滤波保留312～315.4kHz频段信号； 然 后与300kHz信号相乘 ， 得到312～315.4kHz-300kHz及312~ 315.4kHz+300kHz的频段信号 ， 滤波保留12～15.4kHz频段信 号； 与12kHz信号相乘 ，得到0～3.4kHz及12～15.4kHz+12k 的频段信号 ，滤波保留0～3.4kHz频段信号；最后低通滤波得 到0～2.3kHz电话信号 ，高通滤波得到2.7～3.4kHz远动信号。 特点： 频率范围： 数百kHz ，投资小 ， 坚固耐用 ， 噪声大、误 码率高。
名词概念
• 码元： 一个具有确定时间宽度T的基本信息单元； • 二元码和多元码：
• 比特率（ 比特 ，bit）和波特率（码元 ，baud）： bps ， 比特/秒 ，每秒传输位数； Bps ，Baud ，波特/秒 ，每秒传输码元数； • 基带信号和基带通信： 数字电平信号及其传输； • 载波 、调制和频带信号： • 解调： 从频带信号中提取基带信号；
6.3 远方终端RTU
• RTU Remote Terminal Unit 远方终端单 元 ， 也称远动终端 ， 安装在厂站端。
• RTU的任务： （ 1）测量：模拟量 、开关量 、脉冲量； （2） 执行： 调速 、励磁的给定 ，变压器分接 头升降 、 电容器投切 、发电机组起停等； （3） 通信： 双向数字（基带） 通信；
不怕雷击 ， 不受外界电磁干扰 ， 保密性能 好 ， 抗腐蚀 ， 敷设方便（地下或架空或中 空防雷地线） 。
微波通信
• 波长1mm~ 1.0m ，频率300MHz~
300GHz的无线电波。 • 特点： 直线传播 ， 中继距离40～50公里。 • 电力系统通信主干线采用2GHz频段 ， 分 支线用8GHz频段 ，局部系统用11GHz频 段。 • 卫星通信属于微波通信 ， 它的中继站是地 球同步卫星 。地球 －>卫星（上行） 频率 5925～6425MHz ， 下行频率为3700~
电力系统测量技术
• 模拟量测量技术： （1）电量变送器法；（2） 数值计算法 • 开关量测量技术： 光电隔离开关量输入即 可电路； • 脉冲量： 光电隔离+计数器；
电力系统模拟量数值测量原理及技术
• 数值测量方法： 正弦函数模型和周期函数模型； • 正弦函数模型算法： （ 1）一点采样算法； （2）两点采样算法（间隔90 和任意角度）； （3）三点采样算法（间隔120 和任意角度） ； （4）半周积分法； • 周期函数模型算法： 傅立叶算法。
• 调制解调合而为一 的仪器 ，称为调制解调器：
MODEM。
三种数字调制方法
• 三种数字调制方式 ： （ 1）调幅：数字0、1反映为正弦波幅值的有无 ， 称调幅； （2）调频：数字0 、1反映为正弦波频率的高低 ， 称调频； （3）调相：数字0 、1反映为正弦波初相角的变化， 称调相； 初相角只取0 和180 两种数值。 • 调相方式有绝对调相和相对调相两种： （ 1）绝对调相：0对应0 （或180 ），则1对应 180 （或0 ），对应关系固定； （2）相对调相：遇0（或1）正弦波相位不变 ，遇1
经济运行问题
• 例如： 等微增率原理
6.2 电力系统调度自动化系统的构成
• 基本组成及基本任务： （ 1）厂站端：测量厂站端信息上传 ，并接收调度 端命令执行 。重点： 测控技术； （2）通信信道：在厂站端与调度端之间交换信息 。 重点： 通信技术及其通信网络； （3）调度端：接收厂站端信息 ，进行分析判断 ， 作出决策后向厂站端下达 。重点： 分析与决策 、 协调与管理软件； 与准同步 、励磁 、调速器等自动装置不同 ，调度自 动化系统是一个异地闭环多输入多输出多约束的 综合测控系统 ，通信的实时性和可靠性至关重要。
通信系统的信道
• 信道的类型及其特点： （ 1） 电力线（载波）； （2） 微波（无线） ； （3） 特高频（无线） ； （4） 专用通信电缆（光纤） 。
电力线载波通信
工作原理： 电力线载波可以同时传送电话信号和远动信号 。发 送方将电话信号的频带限制在0.3～2.3kHz之内 ，数字远动信 号调频为2.7～3.4kHz之 ；相加后再与12kHz频率相乘 ，得 到12～15.4kHz及12-3.4 12kHz的频段信号，滤波保留12~
4200MHz。
微波通信及中继站
特高频通信
• 特高频（超短波 ，介于短波与微波之间， 频率低于微波） 波长1～10m ，频率 30MHz～300MHz的无线电波。
• 常用于市县电力系统通信。
远动系统的通信规约
• 厂站RTU与调度中心传递信息有两种模式： 循环式规约和问答式规约。
• 循环式规约（CDT）： 厂站按规定的变量 顺序 ， 主动地 、周期性地将遥测遥信信息 传送给调度中心 ， 厂站与调度中心的通信 采用点对点连接方式。
光纤通信
• 光纤通信： 电 －>光 －光纤（光缆）传输 －光 - >电； 某波长光的有无（相当于调幅）； 数种单色光（激光） 混合： 波分复用（原 理如同频分复用）；
• 特点： 通信容量大（最高频率达 Hz， 波长为微米级 ， 实用波长范围： 0.8～1.8
μm） ，衰耗小（ 中继距离10公里以上） ，
（或0） 则正弦波相位反相。
多路复用技术
• 多路复用技术： 用一根通信线（或无线信 道） 同时传输多路信号的技术 。（并行投 资大 ， 多元码传输不可靠）
常见有两种： （ 1）频分多路（FDM） ； （2） 时分多路（TDM）；
频分多路的数学原理
• 数学原理：
（1）任何信号均可以用傅氏分解法分解为不同频 率正弦波的线性组合（傅氏级数）；
• 电力系统调度自动化有三大基本任务： （1）安全可靠地发供电； （2） 保5种运行状态： （ 1）正常状态： 电压、频率合格 ，稳定裕度和备 用容量充足； 保证电能质量及经济运行。 （2）警戒状态： 电压 、频率合格 ，稳定裕度和备 用容量不够； 考虑发电 、供电平衡和选择安全 的运行方式。 （3） 紧急状态： 电压 、频率 、负荷发生越限； （4）崩溃状态： 系统解列 ，大量切机 、切负荷；
三角函数的积化和差公式
• 积化和差公式：
• 由公式可见 ，两个不同频率正弦波 ( ω1、ω2） 相乘 ，其结果等于两个不同频率 ( ω1+ ω2 、ω 1 - ω2 ）正弦波之和的一半 。
频分多路复用的工作原理
• 电力系统电量VIPQF所占 频段均起于0Hz ，对变化 较快的信号 ，所占频段较 宽；
• 与频率各不相同的载波调 制后再相加 ， 形成沿频率 轴分布且各路信号的频宽 区域互不重叠的合成信 号。
• 二次调制 ， 其目的是将合 成信号的频宽区域进行平 移 ， 以配置在预先分配的 频段上
时分多路复用
收发两端的转换开关同步切换 ， 实现轮换分时使用通信信道。 时分多路在任一个时间瞬间 ，通信信道只传送一路信号 ，而 频分多路是真正的在一个通信信道上同时传输多路信号。
调制与解调
• 载波： 一种用于携带基带信号作远距离传输的 信号 ，称为载波 。常用的载波信号是正弦波信 号。
• 调制： 用基带信号按一定规律改变载波信号的 特征参数的过程；
• 频带信号： 用基带信号对载波进行调制后得到 的信号。
• 解调： 调制的逆过程 ， 从频带信号中将基带信 号提取出来的过程。
（2）两个不同频率正弦波 ( ω1、ω2）相乘，其 结果等于两个不同频率 ( ω1+ ω2、 ω1 - ω2）
正弦波之和的一半（ 由积化和差公式可以证 明） 。
（3）根据原理（2） ，用单频率（频率ω1） 的载
波与窄带宽（频率分布在一个小区域内） 的调 制波信号调制（相乘） ，相当于将调制波信号
向右平移ω1 ( ω1+ ω2 ），并关于ω1向左做一 个镜像 ( ω1 - ω2 ）。
（5）恢复状态：恢复发电 、供电和稳定并列运行。
调度应该考虑的问题
（1） 如何保证运行在状态1？运行方式是关 键； （2） 当运行状态偏离状态1 ，例如进入状态 2，3，4，应考虑如何进行有效调整， 以 恢复到状态1 ？运行方式+安全稳定措施 。
电能质量问题
• 调频： 有功功率平衡 ， 电源侧一次调频和 二次调频 ， 负荷侧低频减载；
六、 电力系统调度自动化
本章要点
（1）电力系统调度自动化的任务； （2） 电力系统调度自动化系统的构成；
（3） 信息采集技术和远方终端RTU； （4） 数据通信； （5） 电力系统调度；
6. 1 电力系统调度自动化的任务和基本构成
• 电力系统调度指电力系统调度中心为保障 电力系统安全 、优质 、经济运行 ， 对电网 运行进行的组织 、指挥 、指导和协调。
量管理系统 。主要功能： 电力系统协调控制与 管理 ，具体有：AGC（Automatic Generation Control， 自动发电控制） 、EDC（Economic Dispatch Control ，经济调度控制）和SCADA ， 以及网络分析 、状态估计 、负荷预报 、安全分 析 、调度员培训系统 、办公自动化等等高级应 用软件模块。
• 断路器分闸 、合闸： 输出分闸脉冲和跳闸 脉冲。
6.4 通信的基本知识
（ 1） 串行通信（位 ，Bit） 与并行通信（字 节 ，Byte） ；
（2） 全双工 、半双工和单工 ； （3） 码元 、二元码和多元码 ， 比特率 、波 特率 ； （4） 方波通信存在的问题； （5） 载波 、调制与解调；
（5）安全分析与安全控制 、故障分析与处理；
负荷预测与制定发电计划
• 发电计划： 制定未来发电功率的时间曲线。 • 制定发电计划需考虑以下因素：（ 1）
（预测） 负荷；（2） 合同规定的交换功 率；（3） 可运行机组及其经济特性；（4） 备用容量和检修计划；（5） 网络损耗特 性；（6） 稳定约束等。
• 问答式规约（Polling）： 主站问 ， 从站 答 。有问必答 ， 不问不答 。采用网络连接 方式。
通信信息
6.5 电力系统调度
• 调度中心的任务： 分析与决策 、协调与管理 • 八字方针： 安全 、可靠 、优质 、经济 • 基本内容： （ 1） 网络拓扑分析与状态估计； （2） 负荷预测与制定发电计划； （3） 频率调整和电压调整； （4）最优潮流 、无功优化 、经济运行；
厂站端被控对象及其控制命令的形式
• 调速器 、励磁调节器给定值调整： 由开关 量输出接口输出调整命令 ， 闭合有效 ， 断 开停止；
• 变压器分接头升降： 开关量输出选档命令、 升档命令和降档命令；
• 电容器投切： 由开关量输出投切（接触器 或晶闸管） 电平；
• 发电机组起停： 由开关量输出起停脉冲；
• 原则： 在稳定约束条件下 ， 按照等微增率 准则 ， 力求使整个系统的发电费用最低。
电力系统负荷预测
• 按预测时间的长短分为4种：（ 1） 超短期（通常指1h以内。 若用于质量控制需要5～ 10s ， 用于安全监视需要1～5min， 用于预防控制和紧急状态处理需要10～60min ， 用于调度员 运行指导）；（ 2） 短期（ 1天～ 1周 。用于编制发电调度计 划 ，如机组和交换功率）；（ 3） 中期（ 1月~ 1年 。用于中长 期运行计划 ， 如水库 、燃料和检修）；（4） 长期（数年～数 10年 ， 用于电源规划和电网规划）；
电力系统调度自动化功能模块
• SCADA系统：Supervisory Control And Data
Acquisition ， 监视控制与数据采集系统 。主要 功能： 测量 、监视 、越限报警 、执行等功能， 构成调度自动化的基础；
• EMS系统：Energy Management System ，能
15.4kHz频段信号； 再次与300kHz频率相乘 ， 得到312~
315.4kHz及300- 15.4kHz～300- 12kHz频段信号 ，滤波保留 312～315.4kHz频段信号； 最后耦合进入输电线路。
接收方将接收到的信号滤波保留312～315.4kHz频段信号； 然 后与300kHz信号相乘 ， 得到312～315.4kHz-300kHz及312~ 315.4kHz+300kHz的频段信号 ， 滤波保留12～15.4kHz频段信 号； 与12kHz信号相乘 ，得到0～3.4kHz及12～15.4kHz+12k 的频段信号 ，滤波保留0～3.4kHz频段信号；最后低通滤波得 到0～2.3kHz电话信号 ，高通滤波得到2.7～3.4kHz远动信号。 特点： 频率范围： 数百kHz ，投资小 ， 坚固耐用 ， 噪声大、误 码率高。
名词概念
• 码元： 一个具有确定时间宽度T的基本信息单元； • 二元码和多元码：
• 比特率（ 比特 ，bit）和波特率（码元 ，baud）： bps ， 比特/秒 ，每秒传输位数； Bps ，Baud ，波特/秒 ，每秒传输码元数； • 基带信号和基带通信： 数字电平信号及其传输； • 载波 、调制和频带信号： • 解调： 从频带信号中提取基带信号；
6.3 远方终端RTU
• RTU Remote Terminal Unit 远方终端单 元 ， 也称远动终端 ， 安装在厂站端。
• RTU的任务： （ 1）测量：模拟量 、开关量 、脉冲量； （2） 执行： 调速 、励磁的给定 ，变压器分接 头升降 、 电容器投切 、发电机组起停等； （3） 通信： 双向数字（基带） 通信；
不怕雷击 ， 不受外界电磁干扰 ， 保密性能 好 ， 抗腐蚀 ， 敷设方便（地下或架空或中 空防雷地线） 。
微波通信
• 波长1mm~ 1.0m ，频率300MHz~
300GHz的无线电波。 • 特点： 直线传播 ， 中继距离40～50公里。 • 电力系统通信主干线采用2GHz频段 ， 分 支线用8GHz频段 ，局部系统用11GHz频 段。 • 卫星通信属于微波通信 ， 它的中继站是地 球同步卫星 。地球 －>卫星（上行） 频率 5925～6425MHz ， 下行频率为3700~
电力系统测量技术
• 模拟量测量技术： （1）电量变送器法；（2） 数值计算法 • 开关量测量技术： 光电隔离开关量输入即 可电路； • 脉冲量： 光电隔离+计数器；
电力系统模拟量数值测量原理及技术
• 数值测量方法： 正弦函数模型和周期函数模型； • 正弦函数模型算法： （ 1）一点采样算法； （2）两点采样算法（间隔90 和任意角度）； （3）三点采样算法（间隔120 和任意角度） ； （4）半周积分法； • 周期函数模型算法： 傅立叶算法。
• 调制解调合而为一 的仪器 ，称为调制解调器：
MODEM。
三种数字调制方法
• 三种数字调制方式 ： （ 1）调幅：数字0、1反映为正弦波幅值的有无 ， 称调幅； （2）调频：数字0 、1反映为正弦波频率的高低 ， 称调频； （3）调相：数字0 、1反映为正弦波初相角的变化， 称调相； 初相角只取0 和180 两种数值。 • 调相方式有绝对调相和相对调相两种： （ 1）绝对调相：0对应0 （或180 ），则1对应 180 （或0 ），对应关系固定； （2）相对调相：遇0（或1）正弦波相位不变 ，遇1