调度自动化讲义
第一章绪论....................................................................................................... 11.1 现代电力系统的特点.................................................................................... 1
1.2 电力系统调度的主要任务............................................................................. 2
1.2.1 保证系统运行的安全水平................................................................. 2
1.2.2 保证供电质量.................................................................................. 2
1.2.3 保证系统运行的经济性.................................................................... 2
1.2.4 保证提供有效的事故后的恢复措施.................................................. 3
1.3 电力系统调度体制和现代调度自动化系统的发展......................................... 3
1.3.1 我国的电力系统的分区分级调度...................................................... 3
1.3.2 调度自动化系统的发展.................................................................... 5
1.4 调度自动化系统的基本结构......................................................................... 7
1.4.1 信息采集和控制执行子系统............................................................. 7
1.4.2 信息传输子系统............................................................................... 7
1.4.3 信息处理子系统............................................................................... 8
1.4.4 人机联系子系统............................................................................... 8
第二章子站系统——变电站自动化................................................................. 10
2.1 引言........................................................................................................... 10
2.2 变电站自动化的基本内容........................................................................... 11
2.2.1 继电保护的功能............................................................................. 11
2.2.2 监视控制的功能............................................................................. 12
2.2.3 自动控制装置功能......................................................................... 15
2.2.4 远动及数据通信功能...................................................................... 16
2.3 变电站自动化的结构.................................................................................. 16
2.3.1 变电站自动化的设计原则和要求.............................................. 16
2.3.2 集中式变电站自动化系统............................................................... 17
2.3.3 分层分布式结构集中组屏的变电站自动化系统.............................. 18
2.3.4 分散分布式与集中相结合的变电站自动化系统.............................. 19
2.4 变电站自动化的发展.................................................................................. 20
第三章电力系统数据采集与通信..................................................................... 22
3.1 引言........................................................................................................... 22
3.2 开关量输入电路......................................................................................... 22
3.2.1 隔离电路........................................................................................ 23
3.2.2 滤波去抖电路.......................................................................... 24
3.2.3 驱动控制................................................................................. 24
3.2.4 地址译码电路.......................................................................... 25
3.2.5 输入/输出的控制方式.............................................................. 26
3.3 开关量输出电路......................................................................................... 26
3.4 模拟量输入电路......................................................................................... 27
3.4.1 基于逐次逼近型A/D 转换的模拟量输入电路............................ 27
3.4.2 电压/频率变换的模拟量输入电路............................................ 31
3.5 模拟量输出电路......................................................................................... 32
3.6 交流采集基本算法...................................................................................... 33
第四章电力系统数据通信................................................................................ 35
4.1 引言........................................................................................................... 35
4.1.1 电力系统远动通信的基本功能................................................. 35
4.1.2 电力系统远动通信的基本结构................................................. 35
4.1.3 数据通信的基本原理............................................................... 36
4.1.4 远动通信配置的基本类型........................................................ 39
4.2 信息传输与信道......................................................................................... 39
4.2.1 电力系统传输信道................................................................... 40
4.2.2 多路复用................................................................................. 43
4.2.3 数字调制与解调....................................................................... 44
4.3 差错控制.................................................................................................... 46
4.3.1 概述........................................................................................ 46
4.3.2 差错控制方式.......................................................................... 46
4.3.3 奇偶校验................................................................................. 47
4.3.4 线性分组码.............................................................................. 47
4.3.5 循环码..................................................................................... 48
4.4 通信协议.................................................................................................... 49
4.4.1 物理层..................................................................................... 49
4.4.2 链路层HDLC............................................................................. 50
4.4.3 远动信息传输的基本模式及其规约.......................................... 50
4.4.4 IEC 国际相关标准.................................................................... 54
第五章主站系统——SCADA/EMS 系统.......................................................... 57
5.1 引言........................................................................................................... 57
5.2 调度自动化的硬件结构.............................................................................. 57
5.2.1 集中式系统.................................................................................... 57
5.2.2 分布式系统.................................................................................... 58
5.3 调度自动化系统的系统软件....................................................................... 59
5.3.1 操作系统........................................................................................ 60
5.3.2 开发支持环境................................................................................ 60
5.4 调度自动化系统的应用支持平台................................................................ 60
5.4.1 任务调度与实时通信子系统........................................................... 60
5.4.2 数据库管理系统............................................................................. 60
5.4.3 图形系统........................................................................................ 63
5.5 SCADA 系统.............................................................................................. 64
5.5.1 SCADA 系统基本功能................................................................... 64
5.5.2 SCADA 数据库.............................................................................. 69
5.5.3 SCADA 系统的评价指标................................................................ 70
5.6 EMS 应用软件基本功能(PAS).................................................................... 71
5.6.1 网络拓扑分析和动态着色............................................................... 71
5.6.2 实时状态估计................................................................................ 71
5.6.3 超短期负荷预测............................................................................. 72
5.6.4 短期负荷预测................................................................................ 72
5.6.5 在线潮流和静态安全评定............................................................... 72
5.6.6 自动故障选择................................................................................ 72
5.6.7 校正对策分析(安全约束调度).................................................... 73
5.6.8 灵敏度分析.................................................................................... 73
5.6.9 最优潮流........................................................................................ 73
5.6.10 在线故障计算与继电保护定值校核.......................................... 73
5.6.11 静态电压稳定分析功能............................................................ 73
5.6.12 在线动态安全评定功能............................................................ 74
5.7 电网与电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护................................ 74
5.8 EMS 系统的发展方向——标准化和组件化................................................ 74
5.8.1 开放系统........................................................................................ 75
5.8.2 CORBA 简介................................................................................. 76
5.8.3 概要分析........................................................................................ 76
5.8.4 主要优点........................................................................................ 77
5.8.5 CORBA 的基本框架....................................................................... 77
5.8.6 IEC61970 标准.............................................................................. 78
第六章电力系统实时网络状态分析—状态估计............................................... 81
6.1 引言........................................................................................................... 81
6.1.1 什么是状态.................................................................................... 81
6.1.2 谁决定状态.................................................................................... 81
6.1.3 厂站的典型接线方式...................................................................... 81
6.2 网络拓扑(Topology)的实时确定............................................................ 82
6.2.1 厂站的结线分析............................................................................. 83
6.2.2 网络的结线分析............................................................................. 83
6.3 电力系统静态状态估计.............................................................................. 86
6.3.1 概述............................................................................................... 86
6.4 量测系统可观测性分析的拓扑方法............................................................. 88
6.4.1 对量测系统分析的一些基本认识.................................................... 88
6.4.2 可观测性分析的步骤...................................................................... 89
6.4.3 利用边界注入量测合并量测岛....................................................... 89
6.4.4 基于潮流定解条件的可观测性分析................................................ 93
6.4.5 实时数据的误差和不良数据........................................................... 96
6.4.6 状态估计问题的数学描述............................................................... 97
6.5 电力系统静态状态估计的算法.................................................................. 100
6.5.1 Newton 法解加权最小二乘估计问题............................................ 100
6.5.2 快速分解状态估计算法FDSE...................................................... 106
6.5.3 稀疏矩阵技术的应用.................................................................... 108
6.5.4 状态估计和常规潮流的关系......................................................... 112
6.6 电力系统状态估计中不良数据的检测和辨识............................................ 113
6.6.1 概述............................................................................................. 113
6.6.2 残差方程—量测误差和残差之间的关系....................................... 114
6.6.3 不良数据的检测(Bad Data Detection).......................................... 117
6.6.4 不良数据的辨识........................................................................... 122
第七章电力系统实时静态安全分析............................................................... 132
7.1 绪言......................................................................................................... 132
7.1.1 电力系统运行的安全性和可靠性.................................................. 132
7.1.2 电力系统运行状况的数学模型..................................................... 132
7.1.3 电力系统实时运行状态的分类..................................................... 133
7.1.4 电力系统安全控制的分类............................................................. 134
7.1.5 安全控制功能的总框图................................................................ 135
7.2 电力系统静态安全分析中的潮流算法....................................................... 136
7.2.1 直流潮流法简介........................................................................... 137
7.2.2 Newton-Raphson 法潮流计算...................................................... 137
7.2.3 快速解耦潮流计算....................................................................... 139
7.3 电力系统静态安全评定............................................................................ 139
7.3.1 矩阵求逆辅助定理....................................................................... 140
7.3.2 快速分解法交流开断潮流的计算.................................................. 141
7.3.3 发电机开断的模拟....................................................................... 144
7.4 安全控制对策........................................................................................... 146
7.4.1 灵敏度矩阵.................................................................................. 146
7.4.2 校正控制的数学模型.................................................................... 148
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7.4.3 控制变量变化量的求解........................................................... 150
7.4.4 线性规划的数学模型.................................................................... 150
7.5 电力系统安全控制对策............................................................................ 151
7.5.1 电力系统有功安全校正对策分析.................................................. 151
7.5.2 电力系统无功安全校正对策分析.................................................. 152
7.6 电力系统最优潮流简介............................................................................ 154
第八章电力系统短期负荷预测...................................................................... 156
8.1 引言......................................................................................................... 156
8.2 短期负荷预测的基本概念......................................................................... 156
8.2.1 负荷分类...................................................................................... 156
8.2.2 短期负荷预测一般过程................................................................ 158
8.3 负荷预测的基本原则................................................................................ 159
8.4 几种常用的负荷预报方法......................................................................... 159
8.4.1 常用算法分类.............................................................................. 159
8.4.2 平均值外推法.............................................................................. 160
8.4.3 指数平滑法.................................................................................. 161
8.4.4 序列回归分析方法....................................................................... 162
8.4.5 人工神经网络方法....................................................................... 163
8.4.6 灰色系统法.................................................................................. 165
8.4.7 综合预测算法.............................................................................. 167
8.5 扩展短期负荷预测.................................................................................... 172
第九章自动发电控制(AGC )...................................................................... 175
9.1 引言......................................................................................................... 175
9.2 电力系统负荷的频率特性......................................................................... 175
9.3 发电机组的功频特性................................................................................ 176
9.4 电力系统的频率特性................................................................................ 178
9.5 电力系统调频方式和自动调频准则........................................................... 180
9.5.1 简单的调节方式........................................................................... 180
9.5.2 联合电力系统的自动调频............................................................. 181
9.5.3 自动发电控制(AGC) .................................................................... 182
9.6 AGC 总体结构......................................................................................... 183
9.7 AGC 系统性能评价指标........................................................................... 184
9.7.1 A1、A2 标准简介........................................................................ 184
9.7.2 CPS1、CPS2 标准简介............................................................... 185
9.7.3 CPS 系列标准较A 系列标准的优越性......................................... 186
第十章调度员培训仿真系统(DTS)............................................................ 187
10.1 引言....................................................................................................... 187
10.2 基本概念................................................................................................ 187
10.3 DTS 的结构分类.................................................................................... 188
10.4 DTS 的基本功能.................................................................................... 189
10.4.1 仿真支持功能........................................................................ 189
10.4.2 电力系统模型仿真................................................................. 191
10.4.3 控制中心模型功能仿真.......................................................... 196
10.5 动态潮流基本原理.................................................................................. 196
10.5.1 动态模型的计算..................................................................... 197
10.5.2 潮流计算与频率偏差的关系................................................... 200
10.5.3 考虑加速功率的潮流计算方法............................................... 200
10.5.4 发电机单元与网络单元数学模型的衔接................................. 202
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