ROTECH TPFN412ZMVAZ信號反饋器模塊

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系統(tǒng)調(diào)度

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電力系統(tǒng)需要依靠統(tǒng)一的調(diào)度指揮系統(tǒng)以實現(xiàn)正常調(diào)整與經(jīng)濟運行，以及進行安全控制、預防和處理事故等。根據(jù)電力系統(tǒng)的規(guī)模，調(diào)度指揮系統(tǒng)多是分層次建立，既分工負責，又統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)，并采用各種自動化裝置，建立自動化調(diào)度系統(tǒng)。

電能生產(chǎn)、供應、使用是在瞬間完成的，并需保持平衡。因此，它需要有一個統(tǒng)一的調(diào)度指揮

系統(tǒng)調(diào)度

系統(tǒng)。這一系統(tǒng)實行分級調(diào)度、分層控制。

其主要工作有：

①預測用電負荷；

②分派發(fā)電任務，確定運行方式，安排運行計劃；

③對全系統(tǒng)進行安全監(jiān)測和安全分析；

④指揮操作，處理事故。完成上述工作的主要工具是計算機。 [3] 

系統(tǒng)規(guī)劃

編輯

電能是二次能源。電力系統(tǒng)的發(fā)展既要考慮一次能源的資源條件，又要考慮電能需求的狀況和有關的物質技術裝備等條件，以及與之相關的經(jīng)濟條件和指標。在社會總能源的消耗中，電能所占比例始終呈增長趨勢。信息化社會的發(fā)展更增加了對電能的依賴程度。以美國為例,1920～1970年期間，電能占能源總消耗的比例

電力系統(tǒng)系統(tǒng)規(guī)劃

由11%上升到26%，90年代將超過40%。為滿足用戶對電能不斷增長的需要，必須在科學規(guī)劃的基礎上發(fā)展電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的建設不僅需要大量投資，而且需要較長時間。電能供應不足或供電不可靠都會影響國民經(jīng)濟的發(fā)展，甚至造成嚴重的經(jīng)濟損失；發(fā)電和輸、配電能力過剩又意味著電力投資效益降低，從而影響發(fā)電成本。因此，必須進行電力系統(tǒng)的全面規(guī)劃，以提高發(fā)展電力系統(tǒng)的預見性和科學性。

制定電力系統(tǒng)規(guī)劃首先必須依據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的趨勢（或計劃），做好電力負荷預測及一次能源開發(fā)布局，然后再綜合考慮可靠性與經(jīng)濟性的要求，分別作出電源發(fā)展規(guī)劃、電力網(wǎng)絡規(guī)劃和配電規(guī)劃。

在電力系統(tǒng)規(guī)劃中,需綜合考慮可靠性與經(jīng)濟性，以取得合理的投資平衡。對電源設備，可靠性指標主要是考慮設備受迫停運率、水電站枯水情況下電力不足概率和電能不足期望值；對輸、變電設備，可靠性指標主要是平均停電頻率、停電規(guī)模和平均停電持續(xù)時間。大容量機組的單位容量造價較低，電網(wǎng)互聯(lián)可減少總的備用容量。這些都是提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟性需首先考慮的問題。

電力系統(tǒng)是一個龐大而復雜的大系統(tǒng)，它的規(guī)劃問題還需要在時間上展開，從多種可行方案中進行優(yōu)選。這是一個多約束條件的具有整數(shù)變量的非線性問題，遠非人工計算所能及。60年代以來出現(xiàn)的系統(tǒng)工程理論，以及計算技術的發(fā)展，為電力系統(tǒng)規(guī)劃提供了有力的工具。

大型電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會物質生產(chǎn)部門中空間跨度大、時間協(xié)調(diào)要求嚴格、層次分工非常復雜的實體系統(tǒng)。它不僅耗資大，費時長，而且對國民經(jīng)濟的影響*。所以制訂電力系統(tǒng)規(guī)劃必須注意其科學性、預見性。要根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和規(guī)劃期間的電力負荷增長趨勢做好電力負荷預測。在此基礎上按照能源布局制訂好電源規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃、網(wǎng)絡互聯(lián)規(guī)劃、配電規(guī)劃等。電力系統(tǒng)的規(guī)劃問題需要在時間上展開，從多種可行方案中進行優(yōu)選。這是一個多約束條件的具整數(shù)變量的非線性問題，需利用系統(tǒng)工程的方法和*的計算技術 [2]  。

智能電力系統(tǒng)的發(fā)展目標

智能電力系統(tǒng)關鍵技術可劃分以下三個層次：

智能電力系統(tǒng)

*個層次：系統(tǒng)一次新技術和智能發(fā)電、用電基礎技術，包括可再生能源發(fā)電技術、特高壓技術、智能輸配電設備、大容量儲能、電動汽車和智能用電技術與產(chǎn)品等。

第二個層次：系統(tǒng)二次新技術，包括*的傳感、測量、通信技術，保護和自動化技術等。

第三個層次：電力系統(tǒng)調(diào)度、控制與管理技術，包括*的信息采集處理技術、*的系統(tǒng)控制技術、適應電力市場和雙向互動的新型系統(tǒng)運行與管理技術等。

智能電力系統(tǒng)發(fā)展的高形式是具有多指標、自趨優(yōu)運行的能力，也是智能電力系統(tǒng)的遠景目標。

多指標就是指表征智能電力系統(tǒng)安全、清潔、經(jīng)濟、高效、兼容、自愈、互動等特征的指標體現(xiàn)。

自趨優(yōu)是指在合理規(guī)劃與建設的基礎上，依托完善統(tǒng)一的基礎設施和*的傳感、信息、控制等技術，通過全面的自我監(jiān)測和信息共享，實現(xiàn)自我狀態(tài)的準確認知，并通過智能分析形成決策和綜合調(diào)控，使得電力系統(tǒng)狀態(tài)自動自主趨向多指標優(yōu) [2] 。

系統(tǒng)運行

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指系統(tǒng)的所有組成環(huán)節(jié)都處于執(zhí)行其功能的狀態(tài)。電力系統(tǒng)的基本要求是保證安全可靠地向用戶供應質量合格、價格便宜的電能。所謂質量合格，就是指電壓、頻率、正弦波形這 3個主要參量都必須處于規(guī)定的范圍內(nèi)。電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和工程實施雖為實現(xiàn)上述要求提供了必要的物質條件，但終的實現(xiàn)則決定于電力系統(tǒng)的運行。實踐表明，具有良好物質條件的電力系統(tǒng)也會因運行失誤造成嚴重的后果。例如，1977年7

電力系統(tǒng)運行

月13日,美國紐約市的電力系統(tǒng)遭受雷擊，由于保護裝置未能正確動作，調(diào)度中心掌握實時信息不足等原因，致使事故擴大，造成系統(tǒng)瓦解，全市停電。事故發(fā)生及處理前后延續(xù)25小時，影響到900萬居民供電。據(jù)美國能源部保守的估計，這一事故造成的直接和間接損失達3.5億美元。60～70年代，世界范圍內(nèi)多次發(fā)生大規(guī)模停電事故，促使人們更加關注提高電力系統(tǒng)的運行質量，完善調(diào)度自動化水平。

電力系統(tǒng)的運行常用運行狀態(tài)來描述，主要分為正常狀態(tài)和異常狀態(tài)。正常狀態(tài)又分為安全狀態(tài)和警戒狀態(tài)，異常狀態(tài)又分為緊急狀態(tài)和恢復狀態(tài)。電力系統(tǒng)運行包括了所有這些狀態(tài)及其相互間的轉移(圖3)。

各種運行狀態(tài)之間的轉移，需通過控制手段來實現(xiàn)，如預防性控制，校正控制和穩(wěn)定控制，緊急控制，恢復控制等。這些統(tǒng)稱為安全控制 [2]  。

電力系統(tǒng)在保證電能質量、安全可靠供電的前提下，還應實現(xiàn)經(jīng)濟運行，即努力調(diào)整負荷曲線，提高設備利用率，合理利用各種動力資源，降低煤耗、廠用電和網(wǎng)絡損耗，以取得佳經(jīng)濟效益。

安全狀態(tài) 　指電力系統(tǒng)的頻率、各點的電壓、各元件的負荷均處于規(guī)定的允許值范圍，并且，當系統(tǒng)由于負荷變動或出現(xiàn)故障而引起擾動時，仍不致脫離正常運行狀態(tài)。由于電能的發(fā)、輸、用在任何瞬間都必須保證平衡，而用電負荷又是隨時變化的，因此，安全狀態(tài)實際上是一種動態(tài)平衡，必須通過正常的調(diào)整控制（包括頻率和電壓──即有功和無功調(diào)整）才能得以保持。

警戒狀態(tài) 　指系統(tǒng)整體仍處于安全規(guī)定的范圍，但個別元件或局部網(wǎng)絡的運行參數(shù)已臨近安全范圍的閾值。一旦發(fā)生擾動，就會使系統(tǒng)脫離正常狀態(tài)而進入緊急狀態(tài)。處于警戒狀態(tài)時，應采取預防控制措施使之返回安全狀態(tài) [1]  。

研究開發(fā)

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電力系統(tǒng)示意圖

電力系統(tǒng)的發(fā)展是研究開發(fā)與生產(chǎn)實踐相互推動、密切結合的過程，是電工理論、電工技術以及有關科學技術和材料、工藝、制造等共同進步的集中反映。電力系統(tǒng)的研究與開發(fā)，還在不同程度上直接或間接地對于信息、控制和系統(tǒng)理論以及計算技術起了推動作用。反過來，這些科學技術的進步又推動著電力系統(tǒng)現(xiàn)代化水平的日益提高。

從19世紀末到20世紀20、30年代，交流電路的理論、三相交流輸電理論、分析三相交流系統(tǒng)的不平衡運行狀態(tài)的對稱分量法、電力系統(tǒng)潮流計算、短路電流計算、同步電機振蕩過程和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、流動波理論和電力系統(tǒng)過電壓分析等均已成熟，形成了電力系統(tǒng)分析的理論基礎。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，人工計算已經(jīng)遠遠不能適應要求，從而促進了模擬計算工具的研制。20世紀20年代，美國麻省理工學院電機系*研制成功機械式模擬計算機──微分儀，后來改進成為電子管、繼電器式模擬計算機，以后又研制成直流計算臺和網(wǎng)絡分析儀,成為電力系統(tǒng)研究的有力工具。50年代以來,電子計算機技術的發(fā)展和應用，使大規(guī)模電力系統(tǒng)的精確、快速計算得以實現(xiàn)，從而使電力系統(tǒng)分析的理論和方法進入一個嶄新的階段。

在電力系統(tǒng)的主體結構方面，燃料、動力、發(fā)電、輸變電、負荷等各個環(huán)節(jié)的研究開發(fā)，大大提高了電力系統(tǒng)的整體功能。高電壓技術的進步，各種超高壓輸變電設備的研制成功，電暈放電與長間隙放電特性的研究等，為實現(xiàn)超高壓輸電奠定了基礎。新型超高壓、大容量斷路器以及氣體絕緣全封閉式組合電器，其額定切斷電流已達100千安， 全開斷時間由早期的數(shù)十個工頻周波縮短到1～2個周波，大大提高了對電網(wǎng)的控制能力,并且降低了過電壓水平。依靠電力電子技術的進步實現(xiàn)了超高壓直流輸電。由電力電子器件組成的各種動力負荷，為節(jié)約用電提供了新的技術裝備 [2]  。

超導電技術的成就展示了電力系統(tǒng)的新前景。30萬千瓦超導發(fā)電機已經(jīng)投入試運行，并且還繼續(xù)研制容量為百萬千瓦級的超導發(fā)電機。超導材料性能的改進會使超導輸電成為可能。利用超導線圈可研

超導發(fā)電機

制超導儲能裝置。動力蓄電池和燃料電池等新型電源設備均已有千瓦級的產(chǎn)品處于試運行階段，并正逐步進入工業(yè)應用,這些研究課題有可能實現(xiàn)電能儲存和建立分散、獨立的電源，從而引起電力系統(tǒng)的重大變革。

在各工業(yè)部門中，電力系統(tǒng)是規(guī)模大、層次很復雜、實時性要求嚴格的實體系統(tǒng)。無論是系統(tǒng)規(guī)劃和基本建設，還是系統(tǒng)運行和經(jīng)營管理，都為系統(tǒng)工程、信息與控制的理論和技術的應用開拓了廣闊的園地，并促進了這些理論、技術的發(fā)展。針對電力系統(tǒng)的特點，60年代以來在電力系統(tǒng)運行的安全分析與管理中，在電力系統(tǒng)規(guī)劃和設計中，都廣泛引入了系統(tǒng)工程方法，包括可靠性分析及各種優(yōu)化方法。電子技術、計算機技術和信息技術的進步，使電力系統(tǒng)監(jiān)控與調(diào)度自動化發(fā)展到一個新的階段，并在理論上和技術上繼續(xù)提出新的研究課題。

常用概念

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來源

火電：鍋爐－汽輪機－發(fā)電機

火電站

水電：水庫－水輪機－發(fā)電機

核電：核反應堆－汽輪機－發(fā)電機

其它：如風能、地熱能、太陽能、潮汐等 [2] 

基本概念

電力系統(tǒng)——是由發(fā)電廠、變電所、輸電線、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中重要、龐雜的工程系統(tǒng)之一。

電力網(wǎng)——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分。

動力系統(tǒng)——在電力系統(tǒng)的基礎上，把發(fā)電廠的動力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā)電廠的反應堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。

總裝機容量——指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。

年發(fā)電量——指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時（kWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。

大負荷——指規(guī)定時間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功負荷的大值，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。

額定頻率——按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz。

高電壓等級——是指該系統(tǒng)中高的電壓等級電力線路的額定電壓 [2]  。

緊急狀態(tài)

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指正常狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到干擾后，一些快速的保護和控制已經(jīng)起作用，但系統(tǒng)中某些樞紐點的電壓仍偏移，超過了允許范圍；或某些元件的負荷超過了安全限制，使系統(tǒng)處于危機狀況。緊急狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，應盡快采用各種校正控制和穩(wěn)定控制措施，使系統(tǒng)恢復到正常狀態(tài)。如果無效，就應按照對用戶影響小的原則，采取緊急控制措施，使系統(tǒng)進入恢復狀態(tài)。這類措施包括使系統(tǒng)解列（即整個系統(tǒng)分解為若干局部系統(tǒng)，其中某些局部系統(tǒng)不能正常供電）和切除部分負荷（此時系統(tǒng)尚未解列，但不能滿足全部負荷要求，只得去掉部分負荷）。在這種情況下再采取恢復控制措施，使系統(tǒng)返回正常運行狀態(tài) [2]  。

負荷預測

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是制訂電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要基礎。它要求預先估算規(guī)劃期間各年需要的總電能和大負荷，并預測各負荷點的地理位置。預測方法有按照地區(qū)、用途（工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、市政、民用等）累計的方法和宏觀估算方法。后者就是考慮電力負荷與國民生產(chǎn)總值的關系，電力負荷增長率與經(jīng)濟增長率的關系，按時間序列由歷史數(shù)據(jù)估算出規(guī)劃期間電力負荷的增長。由于負荷預測中不確定因素很多，因此，往往需采用多種方法互相校核，后由規(guī)劃者作出決策 [2]  。

能源布局

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可用于發(fā)電的一次能源主要有河流的水力、化石燃料(煤、石油、天然氣)和核燃料等。一次能源的規(guī)劃決定于各種能源的儲量及開發(fā)條件。

水力資源屬再生能源,一般講具有發(fā)電成本低的特點，但建造周期長。水力資源和大型

核燃料

水利樞紐的開發(fā)方案是發(fā)電、灌溉、航運、水土保持及生態(tài)環(huán)境效益綜合平衡的結果。許多國家的電力系統(tǒng)在發(fā)展初期是優(yōu)先發(fā)展水電，形成“水主火從”的局面。20世紀50年代末，發(fā)達國家中條件較好的水力資源已經(jīng)充分開發(fā)，逐漸轉為“火主水從”的局面。在火電開發(fā)中，以煤為燃料占主要地位。發(fā)達國家用于發(fā)電的煤炭約占煤炭總消費量的50%以上。利用天然氣和石油為燃料的火電廠也占一定比例。70年代世界性石油危機后，以核燃料為動力的發(fā)電站得到了較快的發(fā)展 [2]  。

電源規(guī)劃

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主要是根據(jù)各種發(fā)電方式的特性和資源條件，決定增加何種形式的電站(水電、火電、核電等)，以及發(fā)電機組的容量與臺數(shù)。承擔基荷為主的電站，因其利用率較高，宜選用適合*運行的高效率機組，如核電機組和大容量、高參數(shù)火電機組等，以降低燃料費用。承擔峰荷為主的電站，因其年利用率低，宜選用啟動時間短、能適應負荷變化而投資較低的機組，如燃汽輪機組等。至于水電機組，在豐水期應盡量滿發(fā)，

電源規(guī)劃

承擔系統(tǒng)基荷；在枯水期因水量有限而帶峰荷。

由于水電機組的造價僅占水電站總投資的一小部分，近年來多傾向于在水電站中適當增加超過保證出力的裝機容量（即加大裝機容量的逾量），以避免棄水或減少棄水。對有條件的水電站，世界各國均致力發(fā)展抽水蓄能機組，即系統(tǒng)低谷負荷時，利用火電廠的多余電能進行抽水蓄能；當系統(tǒng)高峰負荷時，再利用抽蓄的水能發(fā)電。盡管抽水-蓄能-發(fā)電的總效率僅2/3,但從總體考慮，安裝抽水蓄能機組比建造調(diào)峰機組還是經(jīng)濟，尤其對調(diào)峰容量不足的系統(tǒng)更是如此。

電網(wǎng)規(guī)劃，即在已確定的電源點和負荷點的前提下，合理選擇輸電電壓等級，確定網(wǎng)絡結構及輸電線路的輸送容量，然后對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和無功平衡等進行校核 [2]  。

配電規(guī)劃

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確定配電變電站的容量和位置、配電網(wǎng)絡結構、配電線路導線截面選擇、電壓水平與無功補償措施，以及可靠性校驗等 [2] 。

信息控制

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目的

電力系統(tǒng)中的信息與控制子系統(tǒng)是實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息傳遞的神經(jīng)網(wǎng)絡。它使電力系統(tǒng)具有可觀測性與可控性，從而保證電能生產(chǎn)與消費過程的正常進行，以及在事故狀態(tài)下的緊急處理。從電力系統(tǒng)誕生之日起，信息與控制子系統(tǒng)就是電力系統(tǒng)*的組成部分，它在不同水平上的完善和發(fā)展，

電力系統(tǒng)信息控制

才使電能的廣泛應用成為現(xiàn)實。

電力系統(tǒng)信息與控制子系統(tǒng)的進步，保證了電能質量，提高了電力系統(tǒng)安全運行水平，改善了勞動條件,提高了勞動生產(chǎn)率，還為電力系統(tǒng)的經(jīng)營決策提供有力支援，從概念上、方法上對電力系統(tǒng)運行分析和經(jīng)營管理賦予新的內(nèi)容 [2]  。

任務

信息與控制子系統(tǒng)的作用主要在保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行。

它執(zhí)行以下 3項任務。

①正常運行狀態(tài)的監(jiān)測、記錄，正常操作與調(diào)整(自動維持頻率和電壓等);

②異常狀態(tài)及事故狀態(tài)下的報警、保護、緊急控制及事故記錄；

③運行管理，進行短期負荷預測，制定發(fā)電計劃，實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度等。

組成與運行

20世紀50年代以來，隨著通信技術與控制理論的發(fā)展，以及電子計算機和微電子技術的應用，電力系統(tǒng)的信息與控制逐步向以計算機網(wǎng)絡為標志的綜合調(diào)度自動化方向發(fā)展。電力系統(tǒng)調(diào)度自動化計算機系統(tǒng)的基本組成如圖4。由被控端（發(fā)電廠、變電所）采集各種運行信息（包括開關量、模擬量和數(shù)字量），經(jīng)轉換后由通道（數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)）傳送到調(diào)度端，再由調(diào)度端計算機接受數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，或進行顯示監(jiān)測，或進行記錄制表，或作出控制決策，再由通道傳送到被控端進行操作、控制。由于電力系統(tǒng)結構復雜，地域廣闊，一般采用分級、分層調(diào)度控制。圖5是一個二層控制系統(tǒng)的示例 [2]  。