面向对象的电力系统自动化_刘东_2009.pdf

面向对象的电力系统自动化_刘东_2009.pdf面向对象的电力系统自动化刘东张沛超李晓露编著忄闾电力出照wW ceP.CoN.内容提要本书以面向对象的分析方法阐述了电力系统自动化的理论与技术体系,结合当前电网监控和能量管理的EC61970、1EC61850和IFC61968系到标准,介绍了电力系统面向对象信息建模、电网调度自动化系统、变电站自动化系统、配电自动化以及电力乐统信总集成相关技术的业务需求、功能及技术实现,并閘述其研究现状及新技术的发展方向。本书可供从事电力系统自动化及电力信息化领域的设计、开发、运行及维护人乒使用、也可供大学电气工程与自动化专业和电气1程及其自动化专业高年级本科生、研充生作为教学用书救学参考书。图书在版编目【CIP)数据面向对象的电力系统自动化/刘东,张沛超,李晓露编著.一北京:中国电力出版社,2009ISBN9787-50838248-7I.面…Ⅱ.①刘…②张…③李…皿.电力系统自动化Ⅳ.TM76中国版本图书馆CIP数据核字(2008)第204714号中国电力出版社出版、发行北京三里河路6号100044htp://www.crpm,n航远印刷有限公司印刷各地新华书店经售2009年3月第一版2009年3月北京第一次印刷87毫米×1092毫米16开本10印张24千字印数l:000册定价2.00元敬告读者本书封面贴有防伪标签,加热后中心图案消失本书如有印装量问题,我社发行部负责退换版权专有翻印必究面向对象的电力系统自动化Preface电力系统自动化是保证电力系统安全、优质、经济运行的一项综合性技术,它是信息技术、计算机、自动控制技术在电力东统中的具体应用,已经成为电气工程类专业学生必备的专业知识之一我国电力系统的自动化水平不断进步,未来的电力企业应该是一个实时监控信息和企业菅理流程全面集成的数字化电网及信息化企业,并逐步向智能电网方向发展,它建立在先进的经营理念、管理方法、信息技术和监控技术的基础上,并能够通过集成化的企业战略框架不断改进,适应电力体制改革的发展。电力系统自动化技术更新换代很快,为了适应技术的飞速发展,本书以面向对象的分析方法,基于公共信息模型CM为核心阐述了电力系统自动化的理论与技术休系,结合当前电网监控和能量管理的IC61970、ⅠC61850和IEC61968系列标准,介绍电力系统面向对象信息建模、电网调度自动化系统变电站自动化系统、配电自动化以及电力系统信息集成的相关技术的业务需求功能及技术实现,并阐述其现状及新技术的发展方向,帮助读者全面了解面向对象的新一代电力系统自动化的技术内涵。本书第1、2、3、5章由上海交通大学刘东编写,第4章由上海交通大学张沛超编写,第6章由烟台东方电子信息产业股份公司李晓露编写,全书由刘东统稿限于编著者水平,书中难免有不足与错误,敬请读者批讦指正。编著者上海交通大学2008年10月面向对拿的电力系统自动化content前第1章绪论…………………………………………………………………………1.1引1.2电力系统自动化内容及其功能↓·b头↓b山bd1.3本书的体系安排第2章电力系统面向对象信息建模郾■厶■↓●●●●ψb↓晶D·鲁■b■啁Dbd●●兽··D唱·鲁西山p■●2.1引言曾曾←·鲁冒·鲁1t會中會?會會鲁音會會會會音2.2面向对象的分析与设计…日命●d●◆·←白咖中●●■昔●但即啁甲■看●@●·啁個自·略日看·量歌2.3电网现实模型与信息模型2.4公共信息模型CM……………………………………………………………1325小结19第3章电网调度自动化系统……………………………………………………203.1引言…203.2电网调度自动化的领域模型……●鲁鲁◆中申●●·●●●晋↓·幽最『·●婚ψ··●↓D●·昏·●◆申咖·鲁·◆·●1鲁司◆血备■司203.3电网调度自动化的用例分析模型23电网调度自动化实现机制■看咖咖咖食咖自●自●曹音·罪o,otebeeeeooetoeattosespa+o++nt+ou: 343.5电网调度自动化系统的组成…493.6小结……………………………自會會■會司司看●冒骨會口血會■……………50第4章变电站自动化系统4,1引言…………………………………………………………514.2常规变电站自动化系统…■咖看看t是524.3面向对象的变电站通信网络与系统—IC61850624.4数字化变电站系统794.5小结…………………………………85第5章配电自动化系统…865.1引言…………………………………………………………8652配电自动化的领域模型…·875.3配电自动化的用例分析模型…………………………………………………904配电自动化实现机制55配电自动化系统的组成………………………………………1145.6小结………117第6章电力系统信息集成…-1196.1引言b1196.2电力企业的集成需求与信息流分析196.3信息集成策略分析12164信息集成的组件接口规范CI■p噜自@b@··量目■命■■昏個會會曾1256.5业务集成实例亠血凸晶▲晶凸晶备1466.6小结…150附录常用缩略语…bb口■p■bψ↓ψb●晷●●暴↓司■■■冒151参考文献■··鲁·督··●吾p伽●·歌即p命■P聊p聊聊p■P即·鲁●…………………………153第卫章,面向对象的电力系统自动化绪论P电力系统的安全运行是国民经济发展的基础,我国2002年发电量完成7724亿kWh,位居世界第二。在21世纪前10年,全国装机容量预计可达到540GW,前20年可达到850~900GW。虽然当前少数发达国家已经有兆瓦级的电能储存装置的应用,但在电网中大规模储存电力仍然非常遥远,保持电能的发电量与用电量的供需平衡是电力调度部门首要的安全职责。由于电力负荷始终是变动的,加上系统故障的不可预见性,大面积停电事故在内外还是时有发生的。例如:2003年8月14日:美国东北部和加拿大联合电网发生大面积停电事故;2006年11月4H,西欧发生大面积停电事故;1996年美国西部联合电网、1987华日木东京、1981~1983年法国、瑞典和比利时都曾经发生几次有影晌的大停电事故美国东部时间2003年8月14日16时11分,包括纽约在内的美国东北部8个州和加拿大南部大部分地区的联合电网发生了自1965年以来最严重的断电事件,波及的人口达5000万。据专家估计这次停电给北美地区造成的经济损失达500亿~600亿美元,停电对社会及人民生活造成严重影响,引起了世界各国的普遍关注2006年11月4日,西欧发生大面积停电事故,影响面涵盖西欧大陆大部分国家,受影响较大的地区包括法国和德国人口最密集的地区以及比利时、意大利、西班牙、奧地利的部分地区。为保持系统发供电平衡,西欧诸国电网被迫切除部分工业及民用负荷总计达17000MW。这次事敌影响很大,是欧洲历史上没有过的。法国约有500万人受到影响,损失鱼荷500万kW左右。德国有超过半数(4100万)居民受到停电影响,涉及5个州,铁路也一度中断。所谓“大停电”,一般都是出电网正當运行状态一绿色〈满足负荷妥求,专一定的安全储备)局部故障扩大造成电力系统功率供需储备系数减小不平衡,偏离正常状态,逐步演变造成子扰概率增大第1章绪论成电网瓦解。引起大而积停电的严重恐性事故,其电力系统运行状态一般恢复状黄色N晋戒状老一黄色重新并列)v(预防性控制)可以分成正常运行状态、普戒状态、紧急状态、崩溃状态以及恢复状态。出手外T扰使电压、频率各种运行状态及其相互间的转变关系潮流越限如图11所示。系统崩演一黑色解列(切机、切负荷断开累急状态红色止常运行状态是指电力系统在承线路)絮急控劊)受合理的预想事故集的扰动斤同时图1-1电力系统运行状态满足功率平銜约朿条件(等式纡束条件)和运行约束条件(不等式约束条件),并且具有适当的安全储备。运行在正常状态下的电力系统,在承受规定预想事故集的扰动过程中,只要有一个预想事故使系统不满足不等式约束条件,就称该系统处于警戒状态。当系统运行在不满足不等式约束条件的状态下时,系统即处于紧急状态。在紧急状态下,系统违反不等式运行条件,但等式运行条件满足,系统仍然保持其稳定性当系统已经处于紧急状态下,如果来不及采取有效的措施,则有可能使系统运行状态继续恶化,导致整个系统的瓦解或崩溃保障电力系统的安全与经济运行,需要从发电厂、输电网、变电站、配电网等各个环节对电力系统运行状怂进行实吋监视并加以控制,使得电力系统始终处于正常状态运行。电力系统的高速发展对电力系统自动化功能和性能的要求越来越高,发电、输电、变电、配电、用电各个环节的自动化系统和自动装置已成为电力系统安全与经济运行不可或缺的技术保障。12氵电力系统自动化内容及其功能现代电力系统自动化是信息技术、计算机技术及白动控制技术在电力系统中的应用,针对电力系统发电、输电、变电、配电、用电等5个有机联系的环节分别有对应的专门自动化系统和自动装置进行监控。电力系统自动化总体结构如图1-2所示,其中,在发电环节有火电厂自动化系统、水电厂自动化系统以及其他类型发电厂的自动化系统,在输电环节有电网调度自动化系统,在变电环节有变电站自动化系统,在配电、用电环节有配电自动化系统在发电厂、变电站、配电站等现场的电力设备一般都有自动装置在当地进行控制,例如:在发电厂有励磁自动控制装置对电压和无功功率进行调节,有自动调频控制装置或系统对频率和有功功率进行调节,有同期控制装置对发电机并网进行控制和调节;在变电站有电压自动控制装置AvC( Automatic Voltage Control)对电压和无功功率进行调节,有备用电源自动投切装置实现备用电源自动投切;在配电站有自动减载控制装置进行负荷调节等等但是,这些自动装置往往只能完成当地功能,当需要和调度中心的调度员进行人机对话面或远程监控时,就需要在发电厂、变电站以及配电站配肾远动终端装置RTU( Remote fer-向对 minal unit)、发电厂电气控制系统ECS( Electrical Control System)或馈线终端装置FT象( cdcr Termina! unit)。对这些电力设备和自动装置进行信息釆集和远距离控制,要完成的电这些功能还必须通过电力通信系统,并配置通信设备和接口实现远方通信和监控,在调度中系心主站系统配冒相应的前置处理系统(也称前置机)完成選信处理,通过主服务器和工作站统系统完成监视控制功能,并提供人机联系设备给调度员接收电网监控信息并发送控制指令。自动电网调度自动化系统连接发电、输电,变电环节,通过发电厂和变电站的RTU采集电化网运行的实时信息,通过信道传输到调度中心的主站系统,主站系统可以通过RTU对输电树进行数据采集和实行远程控制,可以根据收集到的全州信息,实施能量理系统的功能对电网的运行状态进行安全性分析、负荷预测以及自动发电控制、经济调度控制、调度员模拟培训等。变电站自动化系统完成的功能有:变电站的电气设备数字化采集处理、变电站电气设备发电验电变电配电用电电力系统贪窝TF里电力自动化系火厂看录化变电站自动化配电自动化永自动化电科训建有动化交电站电站、配电设舒发中厂厂电力设备电力设备1自动装置车动装置远动终端控制运行状态和控制运行状态和和调节命今和调节命数RTURTUFTLiI或HCS综合自动远动系统化装量Mude们或网卡Modem或网卡信系统通信设备通信设备通信设备Modem或网卡前置机系统成至倍其上线他层路信叫服务器及作站度主站度网系中络统人机联系设备章绪图12电力系统自动化总体结构论遥控与遥调、计算机继电保护、电压无功控制、故障信息处理及“五防”闭锁操作功能等配电自动化系统完成的功能有配电网数据采集和监控、馈线自动化、配电站自动化、地理信息系统及配电管理等。电力系统自动化技术随着信息技术、计算机技术及自动控制技术的发展而日新月异,系统升级换代很快,由于传统的自动化系统中的电力系统模型大多是为了实现单个监控目杯而