（电力系统及其自动化专业论文）地调scadaemsdts系统模式研究.pdf

浙江大学硕+ 学位论文地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 i nt h ep a s tf e wd e c a d e s ，t e c h n o l o g i c a la d v a n c e so fr e g i o n a lp o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n g a u t o m a t i cs y s t e mh a v ec o m et h i c ka n df a s t t h es y s t e mi n c l u d i n gs u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t aa c q u i s i t i o n 、e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e ma n dd i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o rs t a r tf r o m t h es c r a t c ha n dh a sp r o g r e s s e df r o ms i m p l e rt om o r ec o m p l e xs t a g e sa n df r o mt h a tb a s e do n c o m m o nc o m p u t e r st ot h a tb a s e do nr i s k u n i x a l o n gw i t ht h ew i d e l ya p p l i c a t i o no f u n a t t e n d e ds u b s t a t i o n si nr e g i o n a lp o w e rn e t w o r k ，n e w e ra n dd e e p e rt e c h n o l o g yi sr e q u i r e do n r e g i o n a lp o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n ga u t o m a t i cs y s t e m w h a tt h er e g i o n a lp o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n ga u t o m a t i cs y s t e mn e e di sa n a l y z e di nt h e a r t i c l e a c c o r d i n gt ot h ec o n s t r u c t i o no fs c a d a e m s d t sf o u n d o nt h es a m ec o m p o s i t i o n u s e di ns h a o x i n ge l e c t r i cp o w e rb u r e a u ，i ti si n v e s t i g a t e da n dc o m p a r e da b o u ts e v e r a l m e t h o d st om e e tt h ec h a l l e n g e h i e r a r c h i c a lc o n t r o ls c a d a m o d ea n dw e bb a s e dd t sm o d e a r ep r o p o s e dt of o rl a r g e s c a l er e g i o n a lp o w e rn e t w o r k at h r e e l e v e lm o d e li sp u tf o r w a r dt o r e a l i z er e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：h i e r a r c h i c a lc o n t r o l ，s c a d a ，r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n ，w e bb a s e d d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r 2 浙江大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 电网调度自动化系统是电网调度安全稳定运行的重要保障和手段之一。近年来，随 着国民经济的发展，电网建设步伐不断加快，地区电网调度自动化系统获得了前所未有 的发展，重要性进一步得到体现。从电网调度自动化发展的历史来看，经过了简单的两 遥( 遥测、遥信) 系统，后逐步发展到全部依赖四遥( 遥测、遥信、遥控、遥调) 的无人值 班站监控系统，到目前正大力推广的高层应用软件e m s 和d t s ，电网调度自动化系统 经过了一个从简单到复杂，从低级到高级，从可有可无到必不可少的发展过程。 随着电网不断扩大、电压等级不断提高和应用手段的不断更新，对地区调度自动化 系统也提出了新的需求。地区调度需要面对大规模无人值班变电站信息监控需求。在科 学技术高速发展和发达的今天，电力生产和控制技术也得到了迅猛发展，变电站技术由 孤立元件逐步向全综合自动化方向发展，变电站实行完全无人值班已不存在技术困难， 实现无人值班并完全由远方集控站、主站操作和监控已成为发展趋势。集控站、各级调 度主站对变电站自动化信息的监视控制要求都不一样，大量无人值班变电站信息分层分 流上送也提出了更高要求。高级应用软件在状态估计、调度员潮流、负荷预测等基本模 块进入实用化应用后，需进一步对电压无功优化等模块进行深入研究应用，使系统更加 适合地区调度的无功和电压。随着地调的电网规模越来越大，对调度员的培训提出了更 高的要求，d t s 的应用也拓展到大中型地调，d t s 成为调度员进行事故预想、培养新 手和晋级考核的工具，为地区电网的安全运行发挥了重要作用。 1 2 绍兴地调电网情况介绍 绍兴电网是浙江电网的重要组成部分，是贯穿东西、南北的重要枢纽，电力供应维 持以大网为主、地方小热( 水) 电为补充的格局。目前绍兴市电网主要分两大片运行，一 是绍兴市区、绍兴县和上虞市一片，由5 0 0 k v 兰亭变供电；二是诸暨市、嵊州市和新 昌县一片，由5 0 0 k v 凤仪变供电。5 0 0 k v 兰亭变电源来自浙东沿海电厂，通过宁波市 5 0 0 k v 河姆变2 回和5 0 0 k v 天一变1 回送入，并向杭州市5 0 0 k v 涌潮变送出2 回。5 0 0 k v 凤仪变电源引自5 0 0 k v 兰亭变，并与杭州市5 0 0 k v 瓶窑变和金华市5 0 0 k v 双龙变各2 浙江大学硕士学位论文地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 回相联。 2 2 0 k v 变电所共有1 4 座，除了九里、滨海、暨阳和礼泉等4 个变电所由5 0 0 千伏 变电所双回路辐射供电外，其余1 0 个变电所均由2 个5 0 0 千伏变电所间环网供电。1 1 0 k v 变电所以2 2 0 千伏变电所为中心，由环型、t 型和辐射型相结合。 1 3 绍兴地调s c a d a e m s d t s 建设情况 1 3 1s c a d a 系统建设情况 绍兴地区调度设立、一个调度中心和一个无人值班信息监控中心，在八个2 2 0 k v 变 电站设立集控中心。调度中心主要进行对地区调度管辖范围的设备对象进行监视和调 度，无人值班信息监控中心对地区所有无人值班变电站进行报警信息监视和远方操作控 制，集控站对所管辖的1 1 0 k v 变电站具有报警信息监视和远方操作控制功能，在取得 调度和监控中心下放的权限后进行远方操作控制。绍兴调度s c a d a 系统从9 0 年代初 起步，从简单的遥信、遥测功能发展到具备遥信、遥测、遥控和w e b 信息发布等功能 的第三代系统，目前系统采用东方电子8 0 0 2 系统。 1 3 2e m s 建设情况 绍兴地调采用了东方电子的e m s 应用软件，主要包括网络分析软件和调度员培训 模拟等两大部分功能，并且实现了s c a d a 系统与e m s 应用软件的一体化，两者采用 一致的支撑平台，使用一致的电网模型数据和图形文件，从而为应用软件的运行和维护 带来了极大的方便。 绍兴地调电网应用软件中状态估计、调度员潮流、网络拓扑和负荷预计等模块目前 应用比较成熟，在实际运行中已经取得了显著成效，达到了基本功能实用化的要求。 1 3 3i ) t s 建设情况 绍兴d t s 系统与原有s c a d a p a s 系统一体化设计，包括图形、模型和数据库等。在 功能上相对于一般网调d t s 应用的功能进行了裁剪，删除了动态仿真，保护仿真改为适 合于地区电网的定值判断，增加了一些具有地调特色的功能，如备自投逻辑仿真。由于 浙江大学硕士学位论文地调s c a d a e m s d i s 系统模式研究 采用了与e m s 统一支持平台的一体化设计，数据维护和教案生成难度和工作量大大降 低，d t s 成为调度员进行事故预想、培养新手和晋级考核的工具，为地区电网的安全运 行发挥了重要作用。 1 4 本文的主要研究工作 本论文结合绍兴地区调度自动化系统近几年的建设情况和经验，对地区调度主站 s o 蛐a 系统、集控站、e m s 应用软件和调度员仿真培训d t s 的应用需求进行分析研 究和总结，提出适合大型地调应用的s c a d 觚m s d t s 模式。 本文第一章为绪论，分析绍兴地区s c a d a ，e m s d t s 应用现状；第二章为调度 s c a d a d t s 系统功能综述，对s c a d a 系统和d t s 系统的基本功能和实现方法进行分析； 第三章对无功优化基本功能进行分析，阐述目前地区局对无功优化的实际需求；第四章 针对地区调度自动化无人值班的应用需求，提出分层分控的解决方法和相关实现技术。 第五章根据地区高级应用软件对电压无功控制的需求，提出变电站、区域和全网三级无 功优化模式。第六章利用基于w e b 互操作的w d t s 系统建设模式使d t s 系统满足地区调度 员仿真培训对反事故演习的实际需求。第七章对地调的发展模式进行总结和展望。 浙江大学硕+ 学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 第二章电网调度s o 如i a d t s 系统应用功能综述 2 1 电网调度自动化s c a d a 系统综述 2 1 1发展概况 电网调度自动化系统概念的提出是在5 0 年代中期，这标志着现代电网自动化的开 始。以前只有远动装置及机电式的调频装置，不成为系统。6 0 年代初，有些电力公司 利用数字计算机实现电力系统经济调度，开始了计算机在调度中的应用。在1 9 6 5 年美 国东北部大停电后，多数电力公司意识到依靠运动装置在模拟盘上显示信息的方式己远 不能满足复杂电网安全运行的要求，开始把计算机系统的应用从以考虑经济为主转移至 以安全为主，就出现了所谓电网s c a d a 系统。 s c a d a 系统发展到今天己经经历了三代，第一代是基于专用计算机和专用操作系 统的s c a d a 系统。第二代是8 0 年代基于通用计算机的s c a d a 系统，在第二代中， 操作系统一般是通用的u n i x 操作系统，s c a d a 系统在电网调度自动化中与经济运行 分析、自动发电控锖t i ( a g c ) 以及网络分析结合到一起构成了e m s 系统( 能量管理系统) 。 第一代与第二代s c a d a 系统都是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因 而系统维护，升级以及与其它联网存在很大困难。9 0 年代按照开放的原则，基于分布 式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的e m s s c a d a 系统称为第 三代。这一阶段是我国s c a d a 悒m s 系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都 汇集进s c a d a e m s 系统中。 2 1 2 电网调度自动化系统的主要作用 电网调度自动化己成为调度现代电网的重要手段，其作用主要有以下三个方面： ( 1 1 对电网安全运行状态实现监控 电网正常运行时，通过调度人员监视和控制电网的周波、电压、潮流、负荷与出力： 主设各的位置状况及水、热能等方面的工况指标，使之符合规定，保证电能质量和用户 计划用电、用水和用汽的要求。 但) 对电网运行实现经济调度 浙江大学硕士学位论文地调s c a d a e m s ，d t s 系统模式研究 在对电网实现安全监控的基础上，通过调度自动化的手段实现电网的经济调度，以 达到降低损耗、节省能源，多发电、多供电的目的。 ( 3 ) 对电网运行实现安全分析和事故处理 导致电网发生故障或异常运行的因素非常复杂，且过程十分迅速，如不能及时预测、 判断或处理不当，不但可能危及人身和设备安全，甚至会使电网瓦解崩溃，造成大面积 停电，给国民经济带来严重损失。为此，必须增强调度自动化手段，实现电网运行的安 全分析，提供事故处理对策和相应的监控手段，防止事故发生以便及时处理事故，避免 或减少事故造成的重大损失。 2 1 3 调度s c a d a 的基本功能 不同的电网调度中心，因其所处的地域不同，调度电网范围和规模不同，发展阶段 不同，所采用的调度自动化系统的应用软件配置有很大差异，数据采集与监视控制即 s c a d a 系统，是各种档次电网调度自动化都应具备的基本功能，其功能可以分为以下 几个子功能： ( 1 ) 数据采集与传输 数据采集功能是由位于电网调度控制中心的主站计算机系统和位于远方电厂、变电 站的r t u 及相关的信息传输通道共同完成的。r t u 负责采集现场由p t c t 、电度表等 测到的生数据，并进行必要的处理，以适应数据通道的需要。数据信息经通道传到主站， 主站计算机系统将数据转换成工程量，再提供给人机联系子系统，输出给调度运行人员。 由s c a d a 采集到的远方数据大体包括三类：模拟量、数字量、脉冲量，即所谓的遥 测量、遥信量、电度量。模拟量包括有功功率、无功功率、电流、电压等。在通常的 s c a d a 系统中，厂站端r t u 以很短的周期扫描模拟量量测系统的输出，如果某个量的 检测值比前一次的值的差超过了一定的范围f 死区) ，那么，这个新的量测值就被发往主 站。断路器、隔离开关、保护等的状态信息，属于遥信量，当r t u 检测到遥信量的变 化时，新的值就被发往主站。脉冲量通常是由脉冲电度表量测到的电度量，量测到的脉 冲累加量要连续的发往主站，才能保证主站收到可用的电度量。另外，每个一定的时间 厂站端设备也会发一次全数据，将所有的遥测，遥信，电度，发给主站端。另外，系统 还可对允许遥控的开关、刀闸进行遥控操作，对主变分接头进行升降操作，并自动生成 操作过程的全部记录等。 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 ( 2 ) 事故追忆功能 此项功能是调度员能够在电网发生事故后，及时了解事故前后发生的电网事件序列。 能将电网事故发生的前一段时间和发生事故后一段时间电网中指定模拟量值和计算量 值列表显示。启动信号可以是实时采集的模拟量或状态量，也可是计算模拟量或计算状 态量。 ( 3 ) 历史数据存储 实时数据库中的任何数据都可以被保存到系统的历史数据库中。数据类型主要是遥 测量、电度量。通过m m i ( j k 机对话1 环境中的历史数据检索功能对历史数据库进行操作 和管理。历史数据可以复制在磁带和磁盘上。事件数据可以按名称、时间等来检索。 ( 4 ) 报表功能 报表对于日常统计应用来讲是非常重要的，所以一般s c a d a 系统都具有较强的报 表功能，能方便的提取历史数据库数据。系统除了应提供报表中经常要使用的计算公式 ( 最大、最小、平均和带条件计算等) 外，维护员还可以自己制作计算公式。报表数据维 护，包括制作、修改有权限规定。方便用户自己定义各种统计分析报表，如供电可靠性、 设备可靠性统计分析报表等。 ( 5 ) 特殊运算功能 有些实时数据不是直接量测到的，比如联络线潮流总加、全网发电总功率，实际上， 这类数据是s c a d a 利用特殊运算功能得到的。特殊运算功能就是对某些直接采集到的 数据进行某种数学运算，得到一些不能直接采集到和由于某种原因没有采集到的数据， 以弥补量测系统的不足，满足电网调度的需要。主要包括实时数据( 遥信、遥测、常数 及其组合) 的计算功能，历史数据( 遥信、遥测、常数及其组合) 的计算功能。启动计算功 能的速率应可调整。提供成套完整的计算公式，算法包括四则运算、逻辑判断等。该功 能扩大了s c a d a 提供的实时数据规模，更适应电力系统调度运行的需要。 2 2 电网调度i ) t s 系统现状综述 2 2 1 调度员培训仿真研究综述 调度员培训仿真系统是一套数字仿真系统，它运用计算机技术，通过建立实际电力 系统的数学模型，再现各种调度操作和故障后的系统工况，并将这些信息送到电力系统 浙江大学硕士学位论文地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 控制中心的模型中，为调度员提供一个逼真的培训环境，以达到既不影响实际电力系统 的运行而又使调度员得到身临其境的演练的目的。 d t s 是计算机软硬件技术和现代电力系统分析技术相结合的产物。它应用了计算机 工业发展的最新成就，如开放式系统、r i s c 工作站、图形技术、数据库等。d t s 的研 制需要从理论研究到实际应用的各个方面进行探讨，在算法和模型上不断改进以提高速 度和准确性；在系统硬件和软件的体系结构上要符合当前开放式的发展趋势以增强可扩 展性和互操作性。另外d t s 的功能要立足于实用、并适应当前电网发展的需要。 2 2 2d t s 继电保护仿真研究综述 在d t s 系统中仿真的设备对象根据其实现功能可分为两类，用于保护电力元件的设 备称为继电保护装置，而用于保护电力系统本身的设备称为安全自动装景。 保护装置仿真是指通过建立模型来客观再现保护装置的动作特性，它包括继电保护 仿真和安全自动装置仿真。保护装置的仿真原理是讨论建立怎样的模型以及如何建立模 型来准确描述保护装置。这里的模型既包括通常的用方程式表示的数学模型，又包括逻 辑模型。 保护装置仿真的基本要求是正确性、实时性和适用性。正确性的内涵随着保护装置 仿真的使用环境的变化而变化。譬如，d t s 中保护装置的正确性的含义是外部特性与 实际保护装置的致性；为了测试一套保护装置性能而实现的仿真，其正确性是指内部 特性与实际的保护装置具有相同的数学模型。实时性是保护装置仿真在线应用最具挑战 性的要求。譬如，为了满足实时性要求，d t s 中的保护装置仿真就必须选用合适的仿 真方法和高效率的算法。适应性是指对于不同的电网结构、不同的运行状态和不同的一 次系统仿真环境都能够客观再现各种保护装置的静态特性和动态特性。当然，d t s 中 保护装置仿真只关心保护装置的静态和动态的外部特性，而对保护装置内部的实现细节 不感兴趣。 根据原理不同，用于d t s 的保护装置仿真主要有两种：逻辑判别法和定值判别法。 逻辑判别法是从d t s 的特点出发，考虑到在d t s 中故障是由教员设置的，保护在动作 之前可以知道故障信息。定值判别法来源于微机保护的实现方法，根据故障仿真的计算 结果去比较每一继电保护装置的测量值和条件值。 逻辑比较法通过设定从故障点向外围的开关逻辑和继电保护装置动作时延的配合来 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 反映选择性，易于满足速动性的要求，但不能反映保护装置的灵敏性要求，必须依靠教 练员设置保护的拒动和误动来弥补灵敏度的不足，某些运行条件下仿真结果与实际情况 有较大的差别。定值判别法以数学模型具有的定值配合和动作时延配合来反映选择性， 靠自身的模型来反映灵敏性要求，但难以做到实时。相对于保护的要求而言，一次系统 的数学模型十分粗略，保护参量的计算结果与实际情况有较大差别，导致仿真结果与实 际情况也有相当大的距离。 2 2 3 地调d t s 继电保护仿真的特点 地调d t s 的保护仿真具有以下的特点： ( 1 ) 针对地调网络特色的逻辑判别法 在电力系统稳态仿真时，保护模拟采用逻辑判别法进行。当电网发生故障时，根据 故障信息、继电保护安装情况和保护原理来处理保护动作。地区电网需考虑的特殊之处 有以下几点： 地区电网一般为小电流接地系统，当发生无零序通路的单相接地故障时故障点 的电流很小，逻辑保护不动作： 地区电网一般为辐射状电网，线路或变压器的负荷侧开关上不存在故障电流， 故其后备保护一般不跳负荷侧开关： 地区电网存在t 接线。因此，逻辑保护变得十分复杂。在模拟时，需要根据变 压器中性点接地刀闸的开合状态来确定变压器的零序通路，并结合故障信息和 电网拓扑信息，在不进行短路电流计算的情况下，判断有无故障电流，进一步 根据保护安装情况及其原理判断保护是否需要动作。 ( 2 ) 保护参量的计算采用“故障分析型” 根据数学模型的不同，一次系统的仿真可分为“潮流分析型”、“故障分析型“稳 定分析型”。 “潮流分析型”仅仅计算系统的潮流、频率等来反映系统的特征，把发电机看 成无机电过程但可静态变化的电源，也就是计算电力系统在扰动引起的动态变 化过程平息后的运行状态。进行多平衡节点的动态潮流计算，在考虑发电机调 速器和负荷频率效应基础上进行频率计算、稳态仿真。主要包括网络拓扑、潮 流和频率计算等。 浙江大学硕士学位论文地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 “故障分析型”在静态仿真的基础上再考虑故障瞬间的电磁暂态过程，计算短 路电流分布作为继电保护动作的判据。 “稳定分析型”考虑电力元件的动态特性、考虑机电暂态过程和锅炉等部分动 力系统的影响，进行时域积分法仿真。需要解一组代数方程和微分方程所求解 网络包含故障产生和故障切除后的各个网络。 对于地区电网，所管辖的发电机少，调度员一般不关心发电机的动态过程。地 调d t s 的动态仿真采用“故障一保护一故障”的模式进行，即“故障分析型”。当 电网中发生动态潮流程序无法处理的故障时，d t s 自动切换到故障计算模式计算短 路电流，采用定值法模拟保护动作：在保护动作和重合闸过程中，不断调用故障计算 模块，直到电网中故障被切除且保护不再动作，再转入潮流计算模式。 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s 他t s 系统模式研究 第三章无功电压控制综述 3 1 无功电压控制的重要意义 电压是电能质量的主要指标之一，电压偏移过大对用电设备正常运行会有很大的影 响。当电压过低时，对于占电力负荷比重最大的异步电动机来说，其转差增大，绕组中 电流增大，温升增大，效率降低，寿命缩短。而电动机转速的下降将影响用户产品的产 量和质量。对于发电厂，由于异步电动机转速的降低，风机、水泵的出力降低，直接影 响锅炉、汽机的出力。电压过低还会使电炉等电热设备的出力降低，自炽灯发光效率降 低，各种电子设备不能正常工作。而当电压过高时，电气设备的绝缘将会加速老化和损 坏，照明设备的寿命会明显缩短。如在电压偏高1 0 的情况下，自炽灯的寿命缩短一半， 所以，提高电压合格率对于减少工业废品，提高电器设备的效率，延长电器设备的使用 寿命都有明显的作用。 随着电力系统的发展，电压与无功控制在电力系统中的重要性越来越为人们所重 视。随着竞争机制在电力市场中的引进，电力公司迫切需要提高供电的质量和可靠性， 因此电压和无功控制倍受关注。 电力系统中的电压水平与无功功率的状况密切相关。无功功率从电源端经线路和变 压器向负荷端输送，要产生电压波动，高压线路和变压器的电压波动主要取决于通过的 无功功率。输送的距离越远，中间环节越多，引起的电压降也就越大，负荷端的电压也 就越低。合理配置无功电源，使无功功率就近平衡，不仅可以提高电压水平，而且可以 减少电网中有功功率的损耗。利用无功电源使无功功率达到就近平衡，避免无功功率的 远距离传输，不仅可以节约大量的电能，也可以节约大量的投资并减少环境污染。 无功与电压优化控制的目的是采取一切控制手段来确保电力系统在各种运行状态 h 各节点的电压与无功注入在安全约束范围之内。既包括正常运行状态，又包括些合理 的事故运行状态。当然有些情况下仅靠调节无功并不能保证各节点的电压不越限，这时 就要考虑单独的调压措施比如调有载调压变压器的分接头，升高发电机端电压。这就产 生了各种调压手段及无功优化手段的配合问题。目前从整个电网考虑，在电网规划阶段， 主要以电网投资和运行费用最小为目标对无功电源的位置和容量进行优化，实现无功电 源的合理规划和配置，并根据电网的潮流分布情况确定电网的运行方式，减小无功功率 浙江大学硕士学位论文地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 在电网中的流动。在电网建成后主要以变电站为单位自动调节电压和无功功率就地平 衡。 电网的电压无功控制手段主要通过调节发电机端电压，有载调压变压器分接头，投 切电容器组等设备进行，属于多运行参数调整问题，如仅靠人工去调节，很难达到最优， 而且加大了运行人员的劳动强度。因此如何实现区域电网的无功电压的综台调整是一个 值得研究的问题。 3 2 无功电压控制方法综述 随着人们生产生活对电能质量的要求不断提高，以及节能降耗的迫切需要，电压无 功综合控制问题日益得到人们的广泛重视。因此，近年来，国内外专家、学者提出许多 应用新理论、新方法的电压无功综合控制装置，己有一些产品用于生产，取得了不少宝 贵经验。就变电站电压无功控制的研究主要有两个方面，即全网离线无功优化和变电站 实时v q c 监控。 全网离线无功优化是根据专家经验或由计算机在变电站一次侧和二次侧有功和无 功负荷预测基础上采用传统的线性规划法进行计算得到第二天的调节方案，由调度下发 给各站。调节方案一般以小时为间隔，很粗糙。变电站实时v q c 监控是通过对变电站 主变高压侧无功功率和中低压侧母线电压不断采样，一旦发现母线电压或无功功率超越 限值就采用一定的优化算法( 经典的或现代的) 得到一组可行解，来以此调节各控制变 量，将电压和无功控制在各自允许的范围内。 3 3 变电站v q c 调节原理 对于变电站来讲，为了使电压与无功达到所需的值，通常采用改变主变分接头档位 和投切电容器组来改变系统的电压和无功。分接头的变化不仅对电压有影响，而且对无 功也有一定的影响，同样电容器组的投切对无功影响的同时也对电压起着一定的影响。 如果调节的依据是功率因数，可以根据当时的有功功率换算出无功的控制范围，那么无 功的上下限范围是始终动态变化的值。 浙江人学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 图3 1 v q c 控制流程框图 在实际应用中，主变分节头调节主要用于电压的调节，电容器的投切主要用于无功 的调节同时也用于电压的调节。下面以一台变压器为例来分析一下各种情况下的电压与 无功调节方式，分接头调节和电容器投切这两种控制手段引起的电压和无功的变化情况 示于图3 2 中。 q 电压( u ) 为主变的变低侧母线线电压； 无功( o ) 为主变的变高侧无功 图3 2 电压，无功控制装置引起的电压与无功变化情况 ( 1 ) 接头调节 分接头上调后u 将变大， 分接头下调后u 将变小， ( 2 ) 电容器投切 投入电容器后q 将变小， 退出电容器后q 将变大， q 将变大； q 将变小。 u 将变大； u 将变小。 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 v q c 系统一般基于图3 3 所示的十七区域图原则，根据当前母线的电压和无功情况 找出它在十七区域图上所处的区域，并根据区域的不同给出不同的控制方案，使其恢复 到正常状态。 图3 3 十七区图控制的原理图 图7 中： au u 分节头调节一档引起的电压最大变化量 u q 投切一组电容器引起的电压最大变化量 aq u 分节头调节一档引起的无功最大变化量 q q 投切一组电容器引起的无功最大变化量 v q c 调节方式分为以下几种： ( 1 ) 只调电压 ( 2 ) 只调无功 ( 3 ) 电压优先f 当电压与无功不能同时满足要求时，优先保证电压正常) ( 4 ) 无功优先( 当电压与无功不能同时满足要求时，优先保证无功正常) ( 5 ) 智能( 当电压与无功不能同时满足要求时，保持现状) 对于只调电压和只调无功的系统，调节方式较为简单，调电压时，需要优先电容器 动作，以下调节策略考虑到在电容器优先的方式不同的策略。 区域i ：u 越上限，q 越下限。 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 调节对策：退出电容器 备用方案：分接头下调( 电压优先方式) 区域2 ：u 越上限，q 正常偏小。 调节对策：退出电容器 备用方案：分接头下调( 电压优先方式) 区域3 ：u 越上限，q 正常。 调节对策：分接头下调或退出电容器( 电容器优先) 备用方案：退出电容器或分接头下调( 电容器优先) 区域4 ：u 越上限，q 正常偏大。 调节对策：分接头下调 备用方案：退出电容器( 电压优先方式) 区域5 ：u 越上限，q 越上限。 调节对策：分接头下调 备用方案：退出电容器( 电压优先方式) 或投入电容器( 无功优先方式) 区域6 ：u 正常偏大，q 越下限。 调节对策：退出电容器 区域7 ：u 正常偏大，q 越上限。 调节对策：分接头下调 备用方案：投入电容器( 无功优先方式) 区域8 ：u 正常，q 越下限。 调节对策：退出电容器 区域9 ：u 正常，q 正常。 一切正常，保持现状 区域1 0 ：u 正常，q 越上限。 调节对策：投入电容器 区域l l ：u 正常偏小，q 越下限。 调节对策：分接头上调 备用方案：退出电容器( 无功优先方式) 区域1 2 ：u 正常偏小，q 越上限。 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a , q e m s d t s 系统模式研究 调节对策：投入电容器 区域1 3 ：u 越下限，q 越下限。 调节对策：分接头上调 备用方案：退出电容器( 无功优先方式) 或投入电容器( 电压优先方式) 区域1 4 ：u 越下限，q 正常偏小。 调节对策：分接头上调 备用方案：投入电容器( 电压优先方式) 区域1 5 ：u 越下限，q 正常。 调节对策：分接头上调或投入电容器( 电容器优先) 备用方案：投入电容器或分接头上调( 电容器优先) 区域1 6 ：u 越下限，q 正常偏大。 调节对策：投入电容器 备用方案：分接头上调( 电压优先方式) 区域1 7 ：u 越下限，q 越上限。 调节对策：投入电容器 备用方案：分接头上调( 电压优先方式) 3 4 全局无功优化控制 全局无功电压控制是在优化的基础上进行的控制，理论上控制效果是最优的，但在 实际应用中，理论上的最优解可能会受到运行设备的一些限制而无法执行，同时受到负 荷水平、管理方式的影响。 在西方等发达国家和地区，由于先进的设备制造技术，允许变压器分接头和开关较 频繁地动作，加之其负荷变化比较平缓，峰谷差比较小。针对各个时间断面地固定负荷 分别进行优化计算，优化方案的变动较慢、较小，并不影响优化结果的实用性。 但在我国，负荷峰谷差较大，对于不同的断面分别进行优化计算得出的优化方案相 差较大，可能造成个设备在一天之内需要频繁动作。由于我国的设备制造技术和水平 所限，为了延长设备的使用年限，运行规程中对分接头和开关在一定时限内的操作次数 有明确的限制，所以频繁变化的优化方案没有可操作性，优化软件如果要投入实际运行 就必须考虑负荷随时间变化的趋势。可以通过预测得到负荷潮流曲线，根据积累的经验 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 设定几个控制动作时间区段，定点启动优化算法，以系统负荷位置来确定时间段。 u - 人机交互 ：i 一_ t ， v o c 数据服务层： e m s 应用软件层 ：v ：o 三聂：! j c 挟攮层 3 4 1 全局优化运行条件 图3 4 全局电压控制设计流程 ( 1 ) 实时在线网络分析软件 正确的静态网络结构、稳定的状态估计可以排除噪声的干扰，修正不良数据，准确维 护数据库，为潮流计算提供准确的数据来源。这两点是基本的，但是很难做到。 ( 2 ) 在线潮流 是无功优化的基态解，可以校验无功优化。准确分析还需要相关模块：外部网络等值、 负荷静态特性、备自投装置。 ( 3 ) 灵敏度分析 潮流计算中，需要知道控制量变化引起受控量变化多少。全局电压无功控制中，我们 必须依据灵敏度来指导控制设备和控制量。 ( 4 ) 无功优化 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 给出使得目标函数最优的潮流解及控制量的调整量。其中，控制量的调整量包括系统 中并联电容器和补偿电抗器的投切、有载调压变压器分接头的调节、调相机的无功出力 调整以及目标函数关于各节点有功及无功功率注入的灵敏度。用于电压无功控制的上述 模块必须真正实用，任何一个不良状态将引起不可预知的结果。 ( 5 ) 负荷预测和电压预测 提前知道下一时刻运行状态，决定对策，减少误投，控制调整量。实际运用受网络方 式影响，重大方式改变，其结果也是不可预计的。 全局电压无功控制可靠性受e m s 软件和s c a d a 实时运行影响。根据我国大部分地 调现状，电压无功控制的实用化还有相当一段时间。 浙江人学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 第四章分层分控s c a d a 系统模式研究 4 1 地调无人值班对调度s g 如a 的需求 随着地区电网变电站大规模实行无入值班，对地区调度信息监控和系统功能提出更 高要求。无人值班综合自动化变电站由于信息量巨大、信息全面，同时操作防误功能要 求高，在调度系统中进行管理会导致信息的混乱，诸多变电站本体信息和调度用的电压、 电流、开关等电网信息混在一起，大大分散了调度员对电网进行优化调度的糟力，采用 集控站和主站同时对无人值班交电站进行管理的模式已经成为无人值班变电站可靠、高 效运行的必要手段。 集控站采集所有变电站的本体信息和电网信息，在集控站端对无入变电站进行全方 位的监控。集控站自动化系统负责变电站的监视、操作和运行维护，调度自动化系统则 负责电网优化、运行方式调楚等，使各级自动化系统信息分流而且职责分工明确，提高 电网运行的效率。如何构建集控站，集控站和调度主站的建设模式将直接影响地区电网 调度自动化运行的可靠性和安全性。 4 2 主站集控站建设模式分析 分析地区电网调度主站和集控站的功能要求，实现模式基本可分为以下三种： 图4 1 独立系统模式配置结构 模式一如图4 1 所示，在各2 2 0 k v 变电所无人值班操作站建设小型s c a d a 集控站 系统，集控站和主站单独采集厂站信息，采用独立和不同的s c a n a 应用系统和数据库。 集控站和主站之间通过系统间网络通信实现信息状态交换。 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d i s 系统模式研究 其优点为各操作站s c a d a 系统可以选择不同厂家设备。 缺点为： ( 1 ) 由于各操作站s c a d a 监控系统相对独立，日常运行维护一般必须到现场进行。 维护工作量大，不能保证一般故障的及时处理。 ( 2 ) 由于操作站管辖变电所变更，必须在发生变更有关操作站重新进行数据定义和 画面设置，重复劳动，并且需要重新核对变更无人值班变电所信息，影响变电所设备正 常运行。否则不能保证设置信息的正确性，不利于无人值班监控工作开展。 图4 2 客户，服务模式配置结构 模式二如图4 2 所示，各集控站与主站采用客户朋睦务模式，主站系统将工作站通过 网络延伸到集控站，集控站不设立单独的s c a d a 系统和采集系统。所有图形、参数、 实时数据和历史数据都通过主站接受处理，集控站只有应用和浏览功能。 模式二优点为可以节约投资。 缺点有： ( 1 ) 可靠性差，主站系统将工作站延伸到操作站模式，必须确保计算机网络运行可 靠、稳定。一旦网络故障，直接影响无人值班变电所正常监控。 ( 2 ) 当主站系统发生故障，影响全部无人值班变电所正常监控。 浙江大学硕士学位论文地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 图4 3 分层分控模式配置结构 模式三配置结构如图4 3 ，在集控站建设从属于主站数据库的小型s c a d a 系统，各 集控站采用与主站系统一致的数据库和图模，集控站的图模通过网络方式由主站分割下 装。而集控站和主站又是相对独立的s c a d a 系统，均有独立的采集和数据库，可独立 运行。主站除自身具有向厂站r t u 的直接接收方式外，还可通过集控站的转发接收数 据。 该方案除解决方案一和方案二存在的问题外，具有以下优点： ( 1 ) 分控系统正常运行与主站系统采用网络连接，各分控系统既可以对本站直接采 集厂站进行监控，也可以通过网络对其它分控站采集的厂站进行监控。 ( 2 ) 当与主站通信网络故障时，分控系统仍能确保对本站直接采集厂站进行正常监 控： ( 3 ) 通过网络手段和授权可以进行全系统运行维护，实现网上数据、图形等信息的 共享； ( 4 ) 主站系统主要功能对各分散分控系统进行统一协调管理及远方运行维护，对各 分控系统数据冗余备份，实现分控系统故障快速恢复，满足无人值班变电所蠊控系 统安全、可靠运行的要求： ( 5 ) 在与各分控系统网络通信正常运行情况下，主站系统能实现各分控系统远方日 常运行维护管理功能( 包括分控系统管辖厂站或信息变更、操作授权、远方故障诊 断等) ，提供各分控系统需要的网络拓扑动态着色信息，以及与各分控之间实现监控 信息交换中心的功能。并且能在主站实现全部厂站通过各分控系统实现监控的功能， 适应变电所无人值班管理上逐步变更要求。 2 0 浙江大学硕士学位论文 4 3 主站与集控站分层分控结构体系 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 图4 4 分层分控系统配置结构 以绍兴分层分控系统为例，如图4 4 所示，主站系统即系统中的总控系统，集控站 即系统中的分控系统。系统结构采用总控系统和分控系统一体化平台设计，实现主站与 集控站一体化设计，进行数据的统一维护和信息的分层分流。基本设计功能为： 1 系统包括一个总控系统，多个分控系统。系统数据画面等参数维护在总控实现 后，通过数据库分割交换系统对分控进行全部或增量下装，实现了系统的一次 性维护。 2 实现实时多数据源信息采集，总控系统可以通过直收通道、分控通道、其他系 统熟数据转发、数据网数据写入、网络r t u 等方式进行数据采集，设置不同的 优先级，进行实时切换。 3 系统应用镜像代理技术。数据库镜象代理服务系统是一套具有与s c a d a 系统 实时数据和历史数据完全一致的，并向外界提供a p i 接口的，并能对外部内部 数据进行安全分流。 浙江大学硕+ 学位论文 4 4 分层分控系统实现技术 4 4 1 数据库分割交换应用技术 嘲 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 数 l 据 库 分 割 交 换 系 i 统 图4 5 数据分割交换系统 1 1 实现功能 数据库分割交换应用技术主要解决分层分控系统设计中的主站与各集控站之间进 行数据库统一以及各集控站运行状态监控的需求。如图4 5 所示。应用数据库分割交换 技术达到总控与分控的参数、图形、历史数据的统一，实时的监控各分控的运行状态。 2 1 参数下装过程 数据库分割交换应用技术首先解决将各分控的参数从总控的数据库中选择性地分 割出来，然后按照需要下装到相应的分控数据库中，并将下装的参数表装载到相应实时 库表中。这样不仅大大减少了参数录入的工作量，使得各分控不再去更新自己的数据库， 一切的数据库更新只需在总控完成，而且，更重要的是通过参数下装保证了总控分控数 据库的一致性，提高了数据库维护的安全性。 参数下装工具大大提高了参数下装的方便性，可根据用户需求将各个数据表下装， 又可以让系统选择所有的相关数据表下装，而且还可以由系统自动的将总控端已经修改 的数据表下装到各个分控。同时，不仅可以选择某个分控进行下装，而且还可以同时下 装到所有的分控。 3 、历史数据交换过程 通过该交换系统可将总控或分控的历史数据传到对方数据库中，以恢复由于特殊原 因引起的数据丢失或数据错误。 总控可以选择是自己保存历史数据还是接收来自分控的历史数据。通过交换系统还 浙江大学硕士学位论文地调s c a d 匹m s ，d t s 系统模式研究 可选择性的将某个时间段的总控历史数据下传到相应分控，或将某个时间段的某个分控 或所有分控的历史数据上传到总控。 4 ) 图形交换过程 该交换系统可将主控或分控的图形等文件传送到对方，使得总控和分控的图形等文 件保持一致。 5 ) 分控运行状态监视 该交换系统同时也提供了实时监视各分控运行状态的功能，使得总控端可以实时了 解各分控端运行情况。 状态监视功能不仅可以监视各分控各主机的运行状态，而且还可以监视各项服务的 运行情况和主备机状态。 1 ) 实现功能 多数据源采集技术是一个能同时采集多个多种不同类型数据源，并在各数据源之间 进行自动选优的数据采集，数据流程如图4 6 所示。它能同时接收采集各种不同类型的 生数据和熟数据，然后按照各种数据源的数据的优劣程度，根据事先定好优先级顺序， 在各种数据源之间找出最优的数据源，送给s c a d a 进行处理，这样就保证了s c a d a 系统数据来源的不间断性和优质性，使得任何一个和任何一些数据源停止或不正常都将 一一一一一一一 浙江大学硕士学位论文 地调s c a d a e m s d t s 系统模式研究 不会影响s c a d a 系统的正常运行，从而提高了s c a d a 系统的安全性、可靠性、稳定 性。 数据采集切换原则 总的来说，“多数据源系统”优先接收处理“生数据源”送来的