调度自动化

电力系统调度自动化

前言

现代电力系统调度运行，一方面面临大机组（大水电和大火电机组）、大容量远距离输电和区域电网互联的传统难题；另一方面，需要应对大规模集中并网和小型分布式接入的间歇式新能源发电的新挑战。电力系统规模和运行机理日益复杂，人类驾驭大电网的能力亟待提高。电力系统调度自动化系统作为电力系统运行调度与控制的大脑，其作用日益显著。与此相适应，需要加强电力系统调度自动化的科学研究，培养电力系统调度运行管理和研发的专门人才，以提高我国电力系统的运行调度和控制的水平，保证电力系统安全、经济运行。

1.我国电网调度分层结构

电能的特点之一是不能储存。电能从分散在广大地域上的发电厂发出，经高压变电站升压，经高压输电线、降压变电站、配电网直到用户。

图1 EMS和DMS在电力系统中的关系

1.1电力系统组织和结构分层

调度中心是对发电厂、变电所、线路等进行调度控制的中心，由于电力系统是一个庞大复杂的跨地区系统，必须实行分层管理。我国电网实行的统一调度分层管理：设有国家电力调度通信中心（国调）、网调、省调、地调、配调/县调。随着西电东送、全国联网的推进，国调的作用将发生改变。

调度管理的主要任务是：

①充分利用发供电设备和调节手段向用户提供合格的电能；②在不发生超过设计规定的条件下，使电力系统安全运行和对用户不间断供电；③合理使用燃料、水力等资源使电力系统在安全稳定运行的前提下达到最大的经济性和减少对环境的污染。

调度管理的主要内容是：

（1）电力系统运行计划的编制；（2）电力系统运行控制；（3）电力系统运行分析；（4）继电保护、通信和调度自动化等设备的运行管理；（5）有关规程的编制和人员培训等专业管理。

1.2电力系统调度的分层控制

世界各国电力系统都采用分层调度控制。全系统的调度控制任务分属于不同层次，下级调度除完成本层的调度控制任务外，还要接受上层调度的命令并向其传达有关信息。采用分层控制的优点主要是：（1）与组织结构相适应：

（2）系统可靠性提高；

（3）系统响应改善。

我国调度任务的分层大体是：大型发电厂、500KV及以上变电所由网调管理，中小型电厂、220KV变电所由省调调度，110KV及以下变电所和配电网由地调调度。调度任务可分为系统监视、系统控制操作、调度计划、运行记录及其它调度管理业务。

2.调度自动化系统功能

调度自动化系统的功能可分为数据采集和系统监控以及能量管理两大部分。

SCADA：完成信息采集、传输、监视和控制，通过人机界面实现对系统的在线安全监视，并有越限告警、记录、打印制表、事故追忆、系统自身监视等；对系统中的重要开关进行遥控、对有载调压变压器、调相机、电容器等设备进行调节或投切，并完成记录、统计、制表等日常工作；随着调度自动化的发展，把原来独立的频率及有功自动调节系统以及自动发电控制（Automatic Generation Control, AGC）和经济调度（Economic Dispatching）包括进来，扩展成AGC/ED功

能。

EMS：随着电力系统的扩大和接线更加复杂，仅仅监视运行工况是远远不够的，近年来在网络和通信技术的支持下发展成包括SCADA、AGC/ED、PAS、DTS的能量管理系统（EMS）。随着电网互联和电力改革的步伐的加快，对电网运行调度和控制的要求提出了许多更新更高的要求。传统的EMS的概念、结构和功能都将发生很大的变化。

2.1调度自动化系统分层

与调度管理体制相适应，我国实行五级调度自动化系统，不同系统承担不同功能。

●国调EMS：通过计算机数据通信与各大区电网控制中心相联，协

调、确定大区间的联络线潮流和运行方式，监视统计和分析全国电网运行情况：

✓采集各大区网和有关省网信息，监视大区电网的重要测点工况及全国电网运行概况，并进行统计分析；

✓进行电力互联系统的潮流、稳定、短路电流及经济运行计算，校核计算的正确性，并通过计算机数据网向下传达；

✓处理所采集的有关信息，作长期安全经济运行分析，并提出对策。

●大区网调EMS：按统一调度、分级管理原则，负责超高压电网的

安全运行，并按规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平：

✓数据采集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析；

✓进行负荷预测，制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划、闭环或开环AGC；

✓省（市）间和有关大区网的供受电量计划编制和分析；

✓进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性，并上报和下传。

●省调EMS：负责省网的安全运行，并按规定的发电计划及监控原

则进行管理，提高电能质量和运行水平。独立省网和大区网内作为一个独立的控制区域，与相邻的省网实行联络线控制的省级调度：

✓数据采集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析；

✓进行负荷预测，制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划、闭环或开环AGC；

✓地区间和有关省网的供受电量计划编制和分析；

✓进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性，并上报和下传，

并提供给运行方式部门作为计划编制的依据。

●地调：一般是SCADA系统加部分PAS、DTS功能，不包括AGC：

✓实现所辖地区的安全监控；

✓对所辖有关站点（直接站点和集控站点）开关的远方操作，变压器分接头的调节和电力电容器的投切；

✓用电负荷管理和自动投切。

●县调/配调：随着农村电气化和城乡配电自动化而发展起来，基本

功能包括基本数据采集和监控和扩展的据采集和监控，PAS、DTS 大多是选项，对于配网的网络分析具有不同于输电网的网络分析功能，有的虽然名称相同，但算法不同。此外配调还需考虑和GIS 接口。

3.调度自动化系统主站功能

1.支持平台

(1) 实时与商用数据库相结合的数据库管理系统

目前，广泛采用商用数据库已成为工业界数据库应用的潮流，有了商用数据库的管理，才能方便地实现信息的共享，现有的商用软件才可直接使用，与其它系统的互连才能按标准方式进行，系统才真正具有完全意义上的开放性。但如果全部直接使用商用数据库，又难以满足电力系统实时性的要求，所以我们在设计数据库管理系统的时候，采用实时数据库管理系统和商用数据库管理系统相结合的方法。商用数据库管理系统主要用来进行数据库建模，历史数据存贮，告警信息的登录、设备信息的存贮，管理信息和其他信息的保存，以及整个系统数据安全性的检查，一致性和完整性的保证等。

一般实时数据库管理系统是自行开发的具有Client/Server模式的数据库管理系统，具有很快的响应时间，能很好地满足电力系统实时性的要求，同时它还是一个网络数据库管理系统，它可以管理分布