调度自动化

早期的电力系统调度是由调度员用电话指挥的。由于通信设备的限制，他们只能通过电话掌握反映系统状态的有限信息，并根据这些信息和个人的运行经验作出判断,完成电力系统的调度。在这个阶段,电力系统很大一部分监视和控制功能是由系统所属发电厂和变电所运行人员直接完成的。所以，电力系统监视和控制的快速性和正确性都受到很大限制。电力系统的发展,使系统的结构和运行方式越来越复杂且多变,而社会对电能质量和电力系统运行的安全性和经济性的要求也日益提高。对于这种相互间有严格运行约束条件，负荷变化和事故的发生又具随机性的大系统，若以传统的调度所中单靠调度人员实施调度管理的方式是难以胜任的。以某个300万千瓦容量的电力系统为例,需要同时收集的必要信息量达2954个(其中遥测量864个、遥信量1863个、脉冲累计32个、遥控量130个、遥调量65个)。显然，单靠调度人员监视信息量如此之大的系统，还要进行综合分析和作出正确判断是无法想象的。遇到事故情况，必须当机立断地采取紧急措施，这时，单靠调度员去处理就更难了。

20世纪60年代后期，世界上出现了多次大面积停电事故，其中尤以1965年11月9日17时16分美国东部8个州及加拿大的停电事故为最大，约20万平方公里的区域停电13小时32分，停电负荷达2500万千瓦。电力系统的安全运行日益成为突出的问题，引起全社会的关注。要解决电力系统安全性问题，除了要从电力系统结构的合理性、设备的可靠性、各种继电保护和自动装置更加完善化方面考虑外，在运行中更重要的是加强电力系统的安全监控。在出现任何局部故障后，能迅速处理使之恢复正常运行，避免事故的扩大，甚至系统崩溃。正由于电力系统的这种特性，它对电子计算机的发明、控制论的形成、系统工程的出现都起过重大的推动作用;而且,这些新发明一经问世，新学科一经形成，就立即在电力系统中得到应用，实现了电力系统的调度自动化。

根据电力系统运行技术水平发展的不同阶段，可将电力系统调度自动化分为4个阶段。

①数据收集与监视（SCADA）:此阶段主要任务是对电力系统的频率、枢纽点电压、电厂的出力、支路潮流、变电所负荷和断路器及隔离开关刀闸的状态进行监视、显示。运行人员根据显示结果监视全系统运行情况，并作出相应调整和操作。

②状态评价：除完成上述监视功能外，对预想事故进行分析和显示，处理对策由调度员决定。

③对策显示：计算机系统决定并显示处理事故对策，再通过调度员的最后判断，发出控制命令。

④自动控制：控制计算机系统对电力系统状态进行分析，提出决策，发出控制信息，实现闭环控制。

数字技术和计算机的应用60年代以来，数字技术代替传统的模拟式远动通信技术，使信息的收集和传输在精度、速度和可靠性方面都有很大提高。数字式信息传送装置的应用，使调度中心能正确、迅速且经济地获得电力系统运行的实时参数，并为信息与计算机的联系提供了方便。调度中心配置的数字计算机，又在功能上分为在线调度控制计算机和管理计算机。人机对话方式也由记录仪表、打字机、指示灯、信号报警器以及控制台按钮等发展到黑白显示或彩色屏幕显示 (CRT)。这种更新和变化，不仅体现在调度管理设备的变化上，而且是从调度的单项控制（如自动调频、经济负荷分配、自动调压等）的有限概念，变为更为全面的综合监控电力系统运行的安全性、经济性的现代自动化调度控制系统。安全经济综合监控这一含义更加广泛的概念促使电力系统调度的计算机硬件和软件功能能迅速地逐步完善和发展。

电力系统调度自动化是一项复杂的系统工程，它包括了数据收集、通信、人机对话、主计算机及高级应用软件等部分。各部分之间密切结合，相互制约。在此系统中调度运行人员成为整个系统调度自动化的有机组成部分。这个自动控制系统不仅能完整地掌握全系统的情况，同时在正常运行和事故的情况下能及时而正确地作出控制的决策。

调度自动化功能一般电力系统调度自动化功能包括:①安全监控；②自动发电控制；③经济调度控制;④断路器监控；⑤状态估计；⑥事故预想评价；⑦在线潮流监控；⑧电压监控；⑨优化潮流；⑩自动电压无功控制。

在个别系统中还具有以下新功能：紧急控制；自动恢复接线；系统故障自动分析；稳态完全分析；紧急约束调度；在线短路计算；配电故障分析。

在电力系统调度中具有主要影响的是正常状态的控制。代表电力系统调度自动化技术水平的正是对正常状态控制的研究和实现水平。对紧急控制和恢复控制，迄今它们的实现范围和技术水平都还极其有限。安全控制的效能，主要取决于正常状态的控制。如果一个电力系统能被控制成百分之百时间都正常，那末所有负荷约束也就都能满足而没有任何问题，这时从良好的运行中获取全部经济效益的可能性就最大。所以安全控制的目标是使电力系统保持正常运行状态，防止电力系统运行偏离正常状态而变成紧急状态或恢复状态，或者将这种偏离局限到最小范围。在调度自动化中，在线负荷预测有重要影响。它是指各级调度控制中心在进行负荷预测时，利用实时数据在线更新预测样本，及时修正预测结果。在线负荷预测一般指日负荷曲线预测。也可以进行超短时（时段为 5～15分钟）负荷预测。在线负荷预测对电力调度起指导作用。

提高控制设备可靠性的措施电力系统发生事故的后果是十分严重的，特别是大面积停电将对国民经济造成很大的损失。所以作为整个电网调度自动化控制系统的核心的计算机系统必须十分可靠。计算机系统由计算机及其有关接口和外部设备组成。只要一个环节发生故障，就会使整个系统不能工作。所以整个系统的可靠性总是低于单个设备的可靠性。设备的可靠性一般用平均故障间隔时间(MTBF)来表示，它即是两次偶然故障的平均间隔时间。而计算机系统的可靠性通常用可用率来表示

上式中停用时间包括故障和维修时间。影响可用率的重要因素有：设备的质量、维护检修水平、环境条件、电源供应和备用程度等。由于技术水平和维护运行水平的不断提高，双机系统的可用率已达99.9%以上。

为了提高运行的可靠性，重要的措施是采用多重化系统(冗余系)，即设置几台相同的(或可互为备用的)计算机及相应的外围设备。一般采用双重化系统，即用两台完全相同的计算机,它们具有各自的中央处理机(CPU)、内存储器、外存储器及输入/输出设备。对于两台计算机的分工，一般采用主机和备用机。主机承担实时监控功能，当主机故障时，备用机立即投入而变为主机。备用机又称辅机，承担不重要的实时功能和离线计算功能。辅机在备用期间还可进行调试程序、扩大功能试验、培训运行人员和模仿各种事故等工作。

为了加快主机的响应时间，减轻主机的负担，也可增设前置机来完成数据收集和一些简单的人机联系功能。