調度自動化

早期的電力系統調度是由調度員用電話指揮的。由於通信設備的限制，他們只能通過電話掌握反映系統狀態的有限信息，並根據這些信息和個人的運行經驗作出判斷，完成電力系統的調度。在這個階段，電力系統很大一部分監視和控制功能是由系統所屬發電廠和變電所運行人員直接完成的。所以，電力系統監視和控制的快速性和正確性都受到很大限制。電力系統的發展，使系統的結構和運行方式越來越複雜且多變，而社會對電能質量和電力系統運行的安全性和經濟性的要求也日益提高。對於這種相互間有嚴格運行約束條件，負荷變化和事故的發生又具隨機性的大系統，若以傳統的調度所中單靠調度人員實施調度管理的方式是難以勝任的。以某個300萬千瓦容量的電力系統為例，需要同時收集的必要信息量達2954個(其中遙測量864個、遙信量1863個、脈衝累計32個、遙控量130個、遙調量65個)。顯然，單靠調度人員監視信息量如此之大的系統，還要進行綜合分析和作出正確判斷是無法想象的。遇到事故情況，必須當機立斷地採取緊急措施，這時，單靠調度員去處理就更難了。

20世紀60年代後期，世界上出現了多次大面積停電事故，其中尤以1965年11月9日17時16分美國東部8個州及加拿大的停電事故為最大，約20萬平方公里的區域停電13小時32分，停電負荷達2500萬千瓦。電力系統的安全運行日益成為突出的問題，引起全社會的關注。要解決電力系統安全性問題，除了要從電力系統結構的合理性、設備的可靠性、各種繼電保護和自動裝置更加完善化方面考慮外，在運行中更重要的是加強電力系統的安全監控。在出現任何局部故障后，能迅速處理使之恢復正常運行，避免事故的擴大，甚至系統崩潰。正由於電力系統的這種特性，它對電子計算機的發明、控制論的形成、系統工程的出現都起過重大的推動作用；而且，這些新發明一經問世，新學科一經形成，就立即在電力系統中得到應用，實現了電力系統的調度自動化。

根據電力系統運行技術水平發展的不同階段，可將電力系統調度自動化分為4個階段。

①數據收集與監視（SCADA）:此階段主要任務是對電力系統的頻率、樞紐點電壓、電廠的出力、支路潮流、變電所負荷和斷路器及隔離開關刀閘的狀態進行監視、顯示。運行人員根據顯示結果監視全系統運行情況，並作出相應調整和操作。

②狀態評價：除完成上述監視功能外，對預想事故進行分析和顯示，處理對策由調度員決定。

③對策顯示：計算機系統決定並顯示處理事故對策，再通過調度員的最後判斷，發出控制命令。

④自動控制：控制計算機系統對電力系統狀態進行分析，提出決策，發出控制信息，實現閉環控制。

數字技術和計算機的應用60年代以來，數字技術代替傳統的模擬式遠動通信技術，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。數字式信息傳送裝置的應用，使調度中心能正確、迅速且經濟地獲得電力系統運行的實時參數，並為信息與計算機的聯繫提供了方便。調度中心配置的數字計算機，又在功能上分為在線調度控制計算機和管理計算機。人機對話方式也由記錄儀錶、打字機、指示燈、信號報警器以及控制台按鈕等發展到黑白顯示或彩色屏幕顯示 (CRT)。這種更新和變化，不僅體現在調度管理設備的變化上，而且是從調度的單項控制（如自動調頻、經濟負荷分配、自動調壓等）的有限概念，變為更為全面的綜合監控電力系統運行的安全性、經濟性的現代自動化調度控制系統。安全經濟綜合監控這一含義更加廣泛的概念促使電力系統調度的計算機硬體和軟體功能能迅速地逐步完善和發展。

電力系統調度自動化是一項複雜的系統工程，它包括了數據收集、通信、人機對話、主計算機及高級應用軟體等部分。各部分之間密切結合，相互制約。在此系統中調度運行人員成為整個系統調度自動化的有機組成部分。這個自動控制系統不僅能完整地掌握全系統的情況，同時在正常運行和事故的情況下能及時而正確地作出控制的決策。

調度自動化功能一般電力系統調度自動化功能包括:①安全監控；②自動發電控制；③經濟調度控制;④斷路器監控；⑤狀態估計；⑥事故預想評價；⑦在線潮流監控；⑧電壓監控；⑨優化潮流；⑩自動電壓無功控制。

在個別系統中還具有以下新功能：緊急控制；自動恢復接線；系統故障自動分析；穩態完全分析；緊急約束調度；在線短路計算；配電故障分析。

在電力系統調度中具有主要影響的是正常狀態的控制。代表電力系統調度自動化技術水平的正是對正常狀態控制的研究和實現水平。對緊急控制和恢復控制，迄今它們的實現範圍和技術水平都還極其有限。安全控制的效能，主要取決於正常狀態的控制。如果一個電力系統能被控制成百分之百時間都正常，那末所有負荷約束也就都能滿足而沒有任何問題，這時從良好的運行中獲取全部經濟效益的可能性就最大。所以安全控制的目標是使電力系統保持正常運行狀態，防止電力系統運行偏離正常狀態而變成緊急狀態或恢復狀態，或者將這種偏離局限到最小範圍。在調度自動化中，在線負荷預測有重要影響。它是指各級調度控制中心在進行負荷預測時，利用實時數據在線更新預測樣本，及時修正預測結果。在線負荷預測一般指日負荷曲線預測。也可以進行超短時（時段為 5～15分鐘）負荷預測。在線負荷預測對電力調度起指導作用。

提高控制設備可靠性的措施電力系統發生事故的後果是十分嚴重的，特別是大面積停電將對國民經濟造成很大的損失。所以作為整個電網調度自動化控制系統的核心的計算機系統必須十分可靠。計算機系統由計算機及其有關介面和外部設備組成。只要一個環節發生故障，就會使整個系統不能工作。所以整個系統的可靠性總是低於單個設備的可靠性。設備的可靠性一般用平均故障間隔時間(MTBF)來表示，它即是兩次偶然故障的平均間隔時間。而計算機系統的可靠性通常用可用率來表示

上式中停用時間包括故障和維修時間。影響可用率的重要因素有：設備的質量、維護檢修水平、環境條件、電源供應和備用程度等。由於技術水平和維護運行水平的不斷提高，雙機系統的可用率已達99.9%以上。

為了提高運行的可靠性，重要的措施是採用多重化系統(冗餘系)，即設置幾台相同的(或可互為備用的)計算機及相應的外圍設備。一般採用雙重化系統，即用兩台完全相同的計算機，它們具有各自的中央處理機(CPU)、內存儲器、外存儲器及輸入/輸出設備。對於兩台計算機的分工，一般採用主機和備用機。主機承擔實時監控功能，當主機故障時，備用機立即投入而變為主機。備用機又稱輔機，承擔不重要的實時功能和離線計算功能。輔機在備用期間還可進行調試程序、擴大功能試驗、培訓運行人員和模仿各種事故等工作。

為了加快主機的響應時間，減輕主機的負擔，也可增設前置機來完成數據收集和一些簡單的人機聯繫功能。