調(diào)度自動(dòng)化

　　利用以電子計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度的自動(dòng)化。它包括安全監(jiān)控、安全分析、狀態(tài)估計(jì)、在線負(fù)荷預(yù)測(cè)、自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度等項(xiàng)內(nèi)容。調(diào)度自動(dòng)化是電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的重要部分，它可幫助值班調(diào)度人員提高運(yùn)行管理水平，使電力系統(tǒng)隨時(shí)處于安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，保證向用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)電能。

　　發(fā)展概況早期的電力系統(tǒng)調(diào)度是由調(diào)度員用電話指揮的。由于通信設(shè)備的限制，他們只能通過(guò)電話掌握反映系統(tǒng)狀態(tài)的有限信息，并根據(jù)這些信息和個(gè)人的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)作出判斷,完成電力系統(tǒng)的調(diào)度。在這個(gè)階段,電力系統(tǒng)很大一部分監(jiān)視和控制功能是由系統(tǒng)所屬發(fā)電廠和變電所運(yùn)行人員直接完成的。所以，電力系統(tǒng)監(jiān)視和控制的快速性和正確性都受到很大限制。電力系統(tǒng)的發(fā)展,使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來(lái)越復(fù)雜且多變,而社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求也日益提高。對(duì)于這種相互間有嚴(yán)格運(yùn)行約束條件，負(fù)荷變化和事故的發(fā)生又具隨機(jī)性的大系統(tǒng)，若以傳統(tǒng)的調(diào)度所中單靠調(diào)度人員實(shí)施調(diào)度管理的方式是難以勝任的。以某個(gè)300萬(wàn)千瓦容量的電力系統(tǒng)為例,需要同時(shí)收集的必要信息量達(dá)2954個(gè)(其中遙測(cè)量864個(gè)、遙信量1863個(gè)、脈沖累計(jì)32個(gè)、遙控量130個(gè)、遙調(diào)量65個(gè))。顯然，單靠調(diào)度人員監(jiān)視信息量如此之大的系統(tǒng)，還要進(jìn)行綜合分析和作出正確判斷是無(wú)法想象的。遇到事故情況，必須當(dāng)機(jī)立斷地采取緊急措施，這時(shí)，單靠調(diào)度員去處理就更難了。

　　20世紀(jì)60年代后期，世界上出現(xiàn)了多次大面積停電事故，其中尤以1965年11月9日17時(shí)16分美國(guó)東部8個(gè)州及加拿大的停電事故為最大，約20萬(wàn)平方公里的區(qū)域停電13小時(shí)32分，停電負(fù)荷達(dá)2500萬(wàn)千瓦。電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行日益成為突出的問(wèn)題，引起全社會(huì)的關(guān)注。要解決電力系統(tǒng)安全性問(wèn)題，除了要從電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性、設(shè)備的可靠性、各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置更加完善化方面考慮外，在運(yùn)行中更重要的是加強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全監(jiān)控。在出現(xiàn)任何局部故障后，能迅速處理使之恢復(fù)正常運(yùn)行，避免事故的擴(kuò)大，甚至系統(tǒng)崩潰。正由于電力系統(tǒng)的這種特性，它對(duì)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明、控制論的形成、系統(tǒng)工程的出現(xiàn)都起過(guò)重大的推動(dòng)作用;而且,這些新發(fā)明一經(jīng)問(wèn)世，新學(xué)科一經(jīng)形成，就立即在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化。

　　根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)水平發(fā)展的不同階段，可將電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化分為4個(gè)階段。

　　①數(shù)據(jù)收集與監(jiān)視（SCADA）:此階段主要任務(wù)是對(duì)電力系統(tǒng)的頻率、樞紐點(diǎn)電壓、電廠的出力、支路潮流、變電所負(fù)荷和斷路器及隔離開(kāi)關(guān)刀閘的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、顯示。運(yùn)行人員根據(jù)顯示結(jié)果監(jiān)視全系統(tǒng)運(yùn)行情況，并作出相應(yīng)調(diào)整和操作。

　?、跔顟B(tài)評(píng)價(jià)：除完成上述監(jiān)視功能外，對(duì)預(yù)想事故進(jìn)行分析和顯示，處理對(duì)策由調(diào)度員決定。

　?、蹖?duì)策顯示：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)決定并顯示處理事故對(duì)策，再通過(guò)調(diào)度員的最后判斷，發(fā)出控制命令。

　　④自動(dòng)控制：控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行分析，提出決策，發(fā)出控制信息，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

　　數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用60年代以來(lái)，數(shù)字技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬式遠(yuǎn)動(dòng)通信技術(shù)，使信息的收集和傳輸在精度、速度和可靠性方面都有很大提高。數(shù)字式信息傳送裝置的應(yīng)用，使調(diào)度中心能正確、迅速且經(jīng)濟(jì)地獲得電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)參數(shù)，并為信息與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系提供了方便。調(diào)度中心配置的數(shù)字計(jì)算機(jī)，又在功能上分為在線調(diào)度控制計(jì)算機(jī)和管理計(jì)算機(jī)。人機(jī)對(duì)話方式也由記錄儀表、打字機(jī)、指示燈、信號(hào)報(bào)警器以及控制臺(tái)按鈕等發(fā)展到黑白顯示或彩色屏幕顯示(CRT)。這種更新和變化，不僅體現(xiàn)在調(diào)度管理設(shè)備的變化上，而且是從調(diào)度的單項(xiàng)控制（如自動(dòng)調(diào)頻、經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配、自動(dòng)調(diào)壓等）的有限概念，變?yōu)楦鼮槿娴木C合監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)代自動(dòng)化調(diào)度控制系統(tǒng)。安全經(jīng)濟(jì)綜合監(jiān)控這一含義更加廣泛的概念促使電力系統(tǒng)調(diào)度的計(jì)算機(jī)硬件和軟件功能能迅速地逐步完善和發(fā)展。

　　電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它包括了數(shù)據(jù)收集、通信、人機(jī)對(duì)話、主計(jì)算機(jī)及高級(jí)應(yīng)用軟件等部分。各部分之間密切結(jié)合，相互制約。在此系統(tǒng)中調(diào)度運(yùn)行人員成為整個(gè)系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的有機(jī)組成部分。這個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅能完整地掌握全系統(tǒng)的情況，同時(shí)在正常運(yùn)行和事故的情況下能及時(shí)而正確地作出控制的決策。

　　調(diào)度自動(dòng)化功能一般電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化功能包括:①安全監(jiān)控；②自動(dòng)發(fā)電控制；③經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制;④斷路器監(jiān)控；⑤狀態(tài)估計(jì)；⑥事故預(yù)想評(píng)價(jià)；⑦在線潮流監(jiān)控；⑧電壓監(jiān)控；⑨優(yōu)化潮流；⑩自動(dòng)電壓無(wú)功控制。

　　在個(gè)別系統(tǒng)中還具有以下新功能：緊急控制；自動(dòng)恢復(fù)接線；系統(tǒng)故障自動(dòng)分析；穩(wěn)態(tài)完全分析；緊急約束調(diào)度；在線短路計(jì)算；配電故障分析。

　　在電力系統(tǒng)調(diào)度中具有主要影響的是正常狀態(tài)的控制。代表電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)水平的正是對(duì)正常狀態(tài)控制的研究和實(shí)現(xiàn)水平。對(duì)緊急控制和恢復(fù)控制，迄今它們的實(shí)現(xiàn)范圍和技術(shù)水平都還極其有限。安全控制的效能，主要取決于正常狀態(tài)的控制。如果一個(gè)電力系統(tǒng)能被控制成百分之百時(shí)間都正常，那末所有負(fù)荷約束也就都能滿(mǎn)足而沒(méi)有任何問(wèn)題，這時(shí)從良好的運(yùn)行中獲取全部經(jīng)濟(jì)效益的可能性就最大。所以安全控制的目標(biāo)是使電力系統(tǒng)保持正常運(yùn)行狀態(tài)，防止電力系統(tǒng)運(yùn)行偏離正常狀態(tài)而變成緊急狀態(tài)或恢復(fù)狀態(tài)，或者將這種偏離局限到最小范圍。在調(diào)度自動(dòng)化中，在線負(fù)荷預(yù)測(cè)有重要影響。它是指各級(jí)調(diào)度控制中心在進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線更新預(yù)測(cè)樣本，及時(shí)修正預(yù)測(cè)結(jié)果。在線負(fù)荷預(yù)測(cè)一般指日負(fù)荷曲線預(yù)測(cè)。也可以進(jìn)行超短時(shí)（時(shí)段為5～15分鐘）負(fù)荷預(yù)測(cè)。在線負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)電力調(diào)度起指導(dǎo)作用。

　　提高控制設(shè)備可靠性的措施電力系統(tǒng)發(fā)生事故的后果是十分嚴(yán)重的，特別是大面積停電將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成很大的損失。所以作為整個(gè)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須十分可靠。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)及其有關(guān)接口和外部設(shè)備組成。只要一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)不能工作。所以整個(gè)系統(tǒng)的可靠性總是低于單個(gè)設(shè)備的可靠性。設(shè)備的可靠性一般用平均故障間隔時(shí)間(MTBF)來(lái)表示，它即是兩次偶然故障的平均間隔時(shí)間。而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性通常用可用率來(lái)表示

　　上式中停用時(shí)間包括故障和維修時(shí)間。影響可用率的重要因素有：設(shè)備的質(zhì)量、維護(hù)檢修水平、環(huán)境條件、電源供應(yīng)和備用程度等。由于技術(shù)水平和維護(hù)運(yùn)行水平的不斷提高，雙機(jī)系統(tǒng)的可用率已達(dá)99.9％以上。

　　為了提高運(yùn)行的可靠性，重要的措施是采用多重化系統(tǒng)(冗余系)，即設(shè)置幾臺(tái)相同的(或可互為備用的)計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的外圍設(shè)備。一般采用雙重化系統(tǒng)，即用兩臺(tái)完全相同的計(jì)算機(jī),它們具有各自的中央處理機(jī)(CPU)、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器及輸入／輸出設(shè)備。對(duì)于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的分工，一般采用主機(jī)和備用機(jī)。主機(jī)承擔(dān)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，當(dāng)主機(jī)故障時(shí)，備用機(jī)立即投入而變?yōu)橹鳈C(jī)。備用機(jī)又稱(chēng)輔機(jī)，承擔(dān)不重要的實(shí)時(shí)功能和離線計(jì)算功能。輔機(jī)在備用期間還可進(jìn)行調(diào)試程序、擴(kuò)大功能試驗(yàn)、培訓(xùn)運(yùn)行人員和模仿各種事故等工作。

　　為了加快主機(jī)的響應(yīng)時(shí)間，減輕主機(jī)的負(fù)擔(dān)，也可增設(shè)前置機(jī)來(lái)完成數(shù)據(jù)收集和一些簡(jiǎn)單的人機(jī)聯(lián)系功能。