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
于网络中各个结点上的所有分布式数据库，这就为系统的灵活配置和功能的随意组合提供了技术基础。

两种数据库在系统中的有机结合，协调同步是一个系统设计成败的关键，必需采用先进的管理机制，对两种数据库进行统一管理，向用户提供统一的访问接口和人机界面，用户访问数据库时，只要指出要访问的对象，就可检索到相应的数据，而无须指明所需访问的数据是在实时库中还是在商用库中，是在本地机器上还是在异地机器上，两种数据库对用户完全透明，这就为用户的访问提供了极大的方便，减少了很多不必要的繁琐细节。

数据库应支持实时方式及多种研究方式，以保证不同的计算和不同应用的要求，并支持多种应用功能，不仅支持SCADA、PAS、DTS、AGC/EDC，而且还支持DMS等。

(2) 图形系统
图形系统一般是基于OSF/Motif或OpenGl采用面向对象的技术开发的全图形、全汉化系统。

其基本功能有：
●应提供一功能强大、操作方便的图形编辑器、图元编辑器；
●图形显示功能应灵活、多样、可放大、缩小、滚动、漫游、分层
分平面显示，并提供导航图、如果是多显示屏的话，图形的导航图可分在两个屏幕中，便于检索和漫游；
●图形具有多种形式，如接线路、潮流图、地理图、曲线、棒图、
饼图、表盘图、刻度尺等，支持多屏显示；
●应具有地理信息图的显示，支持图形信息的统计和检索；
●具有动态着色功能，可根据电网网络拓朴结构，自动判断和推理，
直观用颜色区分电网的电压等级和运行状态(如：正常、停电、接地等)；
●操作功能应能配置灵活，所有操作控制菜单可在线定义，控制执
行模块功能单一，正确可靠；
●采用图形制导技术，作图的同时可以在图形界面上录入数据库，
使作图和录入数据一次完成，自动建立图形上的设备和数据库中的数据的对应关系，所见即所得，快速生成系统。

利用图模库一体化技术根据接线图上的连接关系自动建立整个电网的网络拓朴关系，大大减少了EMS系统的工程化的复杂性和维护工作量，保证维护工作的正确性，避免人为错误，保证图形、电网模型、数据库的一致性，减少建模和建库时间。

(3) 前置机系统
前置机采用高性能的服务器（SUN、ALPHA、IBM等均可）作为硬件平台，多任务多线程的UNIX操作系统作为软件环境，可以接入与处理多个厂站的信息，系统配置灵活，裁剪方便。

其主要功能应包括：
●不仅能采用终端服务器，实现分布式串口接入，还能接入网络通
道
●多种通信介质、多种通信规约、多种通信方式互为热备用
●高可靠性设计，配置灵活、扩充方便、适应性强
●统一软件支持平台、人性化界面
●基于构件方式的通讯规约库
●远程诊断
（4）信息分层处理及责任区域管理
调度中心/控制中心的调度员/值班员一般都会根据不同岗位有不同的职责范围，针对这一情况，EMS系统应具有责任区域管理和信息分层处理功能。

针对不同的信息，根据责任区域、操作权限按级别分层次处理，每个工作站只处理责任范围内需要处理的信息，且只能监视、操作、控制责任区域内的相关设备和信息，其他无关设备的信息将被屏蔽，不仅起到各个工作站节点之间信息分层和安全有效隔离的作用，而且在对信息进行了有效的分流和分层处理之后，网上的报文流量大大减轻，响应速度得到相应的提高，从而整个系统的性能和信息吞吐量也得到了提高。

（5）安全管理
依据国家经贸委［2002］第30号令《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护的规定》的要求和《全国电力二次系统安全
防护总体方案（第7稿）》的规定，采取必要的安全措施，以保证系统的安全性。

安全管理一般应包括系统安全防护和内部安全管理两部分。

系统应在网络边界的安全防护方面除采取了上述防火墙和电力专用隔离装置实现不同安全区间的可靠隔离外，还统一部署了入侵检测系统（IDS）。

对于安全区I与II，部署一套IDS管理系统，其IDS探头主要部署在安全区I与II的边界点、电力调度数据网络（SPDnet）的接入点以及安全区I与II内的关键应用网段。

其它的安全措施包括对系统的拨号访问服务采取认证、加密、访问控制等安全防护措施；当条件具备时，安全区Ⅰ、Ⅱ接入SPDnet及对于一些重要业务也将采用认证加密机制。

此外，还采取了多种措施（安全配置、安全补丁及主机加固等）以加强各主机自身的安全防护。

在内部安全管理方面，应通过用户管理、责任区、日志等方式，加强管理，堵塞安全漏洞。

（6）Web子系统
遵循《电网调度信息披露实施细则》的规定，OPEN－2000通过Web 服务器对外进行信息发布，允许非本系统用户根据不同授权级别通过Web服务器采用桌面PC机的标准浏览器观看EMS系统信息。

为保证Web的安全，采用经国家有关部门认证的专用、可靠的电力安全隔离设施等，在Web 服务器和EMS网络之间实现安全隔离。