输变电装备关键技术及应用丛书 现代电网调度控制技术
目 录
总序 前言
第 1 章 绪论 1
1.1 现代电力系统运行特点 1
1.2 调度自动化系统功能定位 2
1.3 调度自动化系统发展历程 2
1.4 智能电网调度控制系统 4
第 2 章 支撑平台 7
2.1 支撑平台体系架构 7
2.1.1 支撑平台软件架构 7
2.1.2 支撑平台功能模块 8
2.2 通信子系统 9
2.2.1 服务总线 9
2.2.2 消息总线 10
2.2.3 消息邮件 11
2.2.4 工作流程 12
2.3 存储子系统 12
2.3.1 实时数据库 13
2.3.2 历史数据库 14
2.3.3 时间序列实时库 15
2.4 运行管理子系统 17
2.4.1 时钟同步 17
2.4.2 进程管理 18
2.4.3 资源监视 19
2.5 模型管理 20
2.5.1 模型标准 20
2.5.2 模型维护 21
2.5.3 模型共享 22
2.5.4 技术特点 23
2.6 人机界面 23
2.6.1 人机体系结构 24
2.6.2 窗口管理 24
2.6.3 图元编辑 24
2.6.4 图形编辑 25
2.6.5 图形浏览 25
2.7 安全防护 27
2.7.1 安全防护基础技术 28
2.7.2 结构安全 29
2.7.3 本体安全 31
2.7.4 应用安全 33
2.7.5 数据安全 34
2.7.6 安全应急 34
2.7.7 安全管理 35
2.8 案例管理 36
2.8.1 模型数据案例管理 36
2.8.2 实时数据案例管理 37
2.8.3 文件数据案例管理 37
2.8.4 案例管理功能特点 37
2.9 多态场景应用 38
2.9.1 多态场景应用配置 38
2.9.2 多态场景应用启停 38
2.9.3 多态场景应用管理 39
2.9.4 多态场景应用展示 39
2.10 多层次备用体系 40
2.10.1 备用调控系统建设要求 40
2.10.2 备用调控系统类型 41
2.10.3 备用调控系统技术难点 42
第 3 章 数据采集与交换 44
3.1 数据采集与交换子系统基本架构 44
3.1.1 基本结构 44
3.1.2 按口值班 45
3.1.3 分布式数据采集 45
3.2 数据采集与交换子系统主要功能 47
3.3 数据传输 48
3.3.1 通信系统结构 48
3.3.2 稳态数据采集 49
3.3.3 动态数据采集 50
3.3.4 继电保护设备状态数据采集 51
3.3.5 数据交换 51
3.4 数据采集与交换系统运行监控 52
3.4.1 报文显示工具 52
3.4.2 实时数据显示工具 53
3.4.3 动态数据离线数据文件召唤工具 54
第 4 章 电网运行稳态监控 55
4.1 功能框架 55
4.2 SCADA 数据处理 56
4.2.1 模拟量处理 57
4.2.2 状态量处理 57
4.2.3 计划值处理 58
4.2.4 多数据源处理 59
4.2.5 旁路代识别与处理 60
4.2.6 对端代处理 61
4.3 SCADA 计算统计 62
4.3.1 计算功能 62
4.3.2 统计功能 63
4.4 电网运行监视 64
4.4.1 一次设备监视 64
4.4.2 稳定断面监视 64
4.4.3 系统潮流监视 65
4.4.4 备用容量监视 65
4.4.5 故障跳闸监视 65
4.5 电力设备监控 65
4.5.1 信息分区分层处理 66
4.5.2 监控综合智能告警 67
4.5.3 监控信号验收 68
4.6 调度操作与控制 69
4.6.1 批量控制的分类 69
4.6.2 控制的安全保障 69
4.6.3 典型应用与发展 71
4.7 电网拓扑分析与着色 75
4.7.1 抽象建模 75
4.7.2 电网拓扑分析的应用 75
4.8 电力系统事故追忆 77
4.8.1 数据记录 77
4.8.2 事故追忆 77
第 5 章 电网运行动态监视与分析 79
5.1 电网动态运行状态监视 79
5.1.1 量测数据监视 79
5.1.2 量测数据分析 80
5.1.3 量测数据展示 81
5.2 低频振荡监视 82
5.2.1 低频振荡在线监视 82
5.2.2 低频振荡在线分析 83
5.2.3 低频振荡辅助决策 83
5.3 在线扰动识别 83
5.3.1 短路跳闸识别 84
5.3.2 非同期并列识别 84
5.3.3 非全相运行识别 85
5.3.4 机组故障跳闸识别 85
5.3.5 直流闭锁识别 85
5.4 机组涉网行为监视 86
5.4.1 调速系统性能监视 86
5.4.2 励磁系统性能监视 87
第 6 章 继电保护设备运行监视 89
6.1 继电保护设备模型 89
6.1.1 继电保护设备基本模型 89
6.1.2 继电保护统一数据模型 89
6.2 继电保护监视数据分类 89
6.2.1 保护装置信息 89
6.2.2 故障录波器信息 91
6.3 继电保护运行监视 92
6.3.1 运行状态监视 92
6.3.2 继电保护回路监视 92
6.3.3 装置异常定位 96
6.4 继电保护故障分析 97
6.4.1 功能定位 97
6.4.2 故障在线分析 97
6.4.3 波形分析 98
6.4.4 故障测距 98
6.4.5 故障报告 99
6.5 继电保护动作逻辑回放 99
第 7 章 综合智能分析与告警 101
7.1 电网运行综合告警 101
7.1.1 实时监视分析类告警 102
7.1.2 预想故障分析类告警 102
7.1.3 故障告警分析类告警 102
7.2 电网在线故障诊断 103
7.2.1 三态数据特性 104
7.2.2 综合故障诊断 105
7.2.3 特高压直流故障诊断 106
7.3 告警订阅推送 107
7.3.1 告警订阅管理和发布 107
7.3.2 故障告警订阅 108
7.3.3 异常告警订阅 108
第 8 章 网络分析 109
8.1 状态估计 109
8.1.1 基本功能 109
8.1.2 状态估计计算 111
8.2 调度员潮流 112
8.2.1 调度员潮流计算 112
8.2.2 运行方式调整模拟114
8.2.3 潮流结果统计 115
8.2.4 交直流潮流计算 115
8.2.5 考虑自动装置的潮流计算 116
8.3 静态安全分析 117
8.3.1 预想故障定义及维护 117
8.3.2 两阶段预想故障扫描 118
8.3.3 扫描结果统计 119
8.3.4 GPU 静态安全分析 119
8.4 灵敏度分析 121
8.4.1 灵敏度方法 121
8.4.2 灵敏度类型 122
8.4.3 灵敏度服务 123
8.5 短路电流计算 123
8.5.1 短路的类型和危害 124
8.5.2 短路计算的目的 124
8.5.3 短路电流计算基本原理 125
8.6 安全约束调度 128
8.6.1 基于灵敏度的反向等量配对法 128
8.6.2 基于原对偶内点法的优化潮流计算 129
8.6.3 与AGC 闭环控制 131
8.7 综合序列分析 131
8.7.1 功能结构 132
8.7.2 基本功能 133
8.8 应用说明 133
第 9 章 电网调度自动控制 135
9.1 自动发电控制（AGC） 135
9.1.1 互联电网多层级多区域频率协同控制技术 135
9.1.2 特高压交流联络线功率控制技术 136
9.1.3 大功率缺失下电网频率快速控制技术 138
9.1.4 互联电网控制性能评价方法 139
9.1.5 新能源有功自动控制技术 141
9.1.6 应用说明 142
9.2 自动电压控制 142
9.2.1 基于分区的三级控制结构 143
9.2.2 网省级自动电压控制 144
9.2.3 地县级电网自动电压控制 145
9.2.4 新能源无功电压控制 147
9.2.5 应用说明 150
第 10 章 电力负荷预测 152
10.1 系统负荷预测 152
10.1.1 负荷预测模型 152
10.1.2 系统负荷预测算法 154
10.1.3 负荷预测新发展 157
10.2 母线负荷预测 158
10.2.1 母线负荷的定义 158
10.2.2 母线负荷的特点 158
10.2.3 母线负荷预测的方法 159
10.2.4 考虑运行方式变化 159
10.3 应用案例 159
第 11 章 新能源发电预测 161
11.1 风力发电功率预测技术 161
11.1.1 物理方法 161
11.1.2 统计方法 162
11.2 光伏发电功率预测技术 163
11.2.1 物理方法 163
11.2.2 统计方法 164
11.3 多模型组合预测技术 165
11.4 区域功率预测技术 165
第 12 章 调度计划与安全校核 167
12.1 调度计划业务构成 167
12.1.1 设备检修计划 167
12.1.2 送受电计划 167
12.1.3 发电计划 168
12.1.4 用电计划 169
12.1.5 多周期递阶的调度计划协调优化 169
12.1.6 多级调度计划协调编制体系 170
12.2 安全约束经济调度 171
12.2.1 SCED 优化目标 172
12.2.2 机组耗量特性 172
12.2.3 SCED 约束条件 173
12.2.4 SCED 模型求解 174
12.3 安全约束机组组合 175
12.3.1 SCUC 优化目标 175
12.3.2 SCUC 约束条件 175
12.3.3 SCUC 模型求解 177
12.4 静态安全校核 178
12.4.1 潮流断面生成 178
12.4.2 基态潮流校核 179
12.4.3 静态安全分析 179
12.4.4 灵敏度分析 180
12.5 中长期优化调度 180
12.5.1 中长期机组组合问题分析 180
12.5.2 中长期机组组合优化建模 181
12.5.3 中长期机组组合优化业务流程 183
12.6 日前优化调度 183
12.6.1 日前优化调度业务流程 184
12.6.2 日前优化调度业务功能 185
12.7 实时优化调度 188
12.7.1 实时优化调度业务流程 189
12.7.2 实时发电计划优化方法 190
12.8 多源协调优化调度 192
12.8.1 风电等间歇能源优化调度模型 193
12.8.2 抽水蓄能优化调度模型 194
12.9 案例应用 197
第 13 章 调控员培训仿真 199
13.1 控制中心模型 199
13.1.1 电网实时监控与智能告警仿真 200
13.1.2 AGC 仿真 200 13.1.3 AVC 仿真 200
13.1.4 网络分析仿真 200 13.1.5 调度计划仿真 200
13.2 教员监控子系统 200 13.2.1 教案制作功能 201
13.2.2 培训控制功能 202 13.2.3 培训监视功能 204
13.2.4 培训评估功能 205
13.3 电力系统模型 206
13.4 监控员培训仿真 206
13.4.1 监控员培训仿真应用功能 206
13.4.2 监控员 SCADA 功能仿真 211
13.4.3 电网一次、二次设备三维实景仿真与展示 211
第 14 章 展望 217
参考文献 219
索引 223
总序 前言
第 1 章 绪论 1
1.1 现代电力系统运行特点 1
1.2 调度自动化系统功能定位 2
1.3 调度自动化系统发展历程 2
1.4 智能电网调度控制系统 4
第 2 章 支撑平台 7
2.1 支撑平台体系架构 7
2.1.1 支撑平台软件架构 7
2.1.2 支撑平台功能模块 8
2.2 通信子系统 9
2.2.1 服务总线 9
2.2.2 消息总线 10
2.2.3 消息邮件 11
2.2.4 工作流程 12
2.3 存储子系统 12
2.3.1 实时数据库 13
2.3.2 历史数据库 14
2.3.3 时间序列实时库 15
2.4 运行管理子系统 17
2.4.1 时钟同步 17
2.4.2 进程管理 18
2.4.3 资源监视 19
2.5 模型管理 20
2.5.1 模型标准 20
2.5.2 模型维护 21
2.5.3 模型共享 22
2.5.4 技术特点 23
2.6 人机界面 23
2.6.1 人机体系结构 24
2.6.2 窗口管理 24
2.6.3 图元编辑 24
2.6.4 图形编辑 25
2.6.5 图形浏览 25
2.7 安全防护 27
2.7.1 安全防护基础技术 28
2.7.2 结构安全 29
2.7.3 本体安全 31
2.7.4 应用安全 33
2.7.5 数据安全 34
2.7.6 安全应急 34
2.7.7 安全管理 35
2.8 案例管理 36
2.8.1 模型数据案例管理 36
2.8.2 实时数据案例管理 37
2.8.3 文件数据案例管理 37
2.8.4 案例管理功能特点 37
2.9 多态场景应用 38
2.9.1 多态场景应用配置 38
2.9.2 多态场景应用启停 38
2.9.3 多态场景应用管理 39
2.9.4 多态场景应用展示 39
2.10 多层次备用体系 40
2.10.1 备用调控系统建设要求 40
2.10.2 备用调控系统类型 41
2.10.3 备用调控系统技术难点 42
第 3 章 数据采集与交换 44
3.1 数据采集与交换子系统基本架构 44
3.1.1 基本结构 44
3.1.2 按口值班 45
3.1.3 分布式数据采集 45
3.2 数据采集与交换子系统主要功能 47
3.3 数据传输 48
3.3.1 通信系统结构 48
3.3.2 稳态数据采集 49
3.3.3 动态数据采集 50
3.3.4 继电保护设备状态数据采集 51
3.3.5 数据交换 51
3.4 数据采集与交换系统运行监控 52
3.4.1 报文显示工具 52
3.4.2 实时数据显示工具 53
3.4.3 动态数据离线数据文件召唤工具 54
第 4 章 电网运行稳态监控 55
4.1 功能框架 55
4.2 SCADA 数据处理 56
4.2.1 模拟量处理 57
4.2.2 状态量处理 57
4.2.3 计划值处理 58
4.2.4 多数据源处理 59
4.2.5 旁路代识别与处理 60
4.2.6 对端代处理 61
4.3 SCADA 计算统计 62
4.3.1 计算功能 62
4.3.2 统计功能 63
4.4 电网运行监视 64
4.4.1 一次设备监视 64
4.4.2 稳定断面监视 64
4.4.3 系统潮流监视 65
4.4.4 备用容量监视 65
4.4.5 故障跳闸监视 65
4.5 电力设备监控 65
4.5.1 信息分区分层处理 66
4.5.2 监控综合智能告警 67
4.5.3 监控信号验收 68
4.6 调度操作与控制 69
4.6.1 批量控制的分类 69
4.6.2 控制的安全保障 69
4.6.3 典型应用与发展 71
4.7 电网拓扑分析与着色 75
4.7.1 抽象建模 75
4.7.2 电网拓扑分析的应用 75
4.8 电力系统事故追忆 77
4.8.1 数据记录 77
4.8.2 事故追忆 77
第 5 章 电网运行动态监视与分析 79
5.1 电网动态运行状态监视 79
5.1.1 量测数据监视 79
5.1.2 量测数据分析 80
5.1.3 量测数据展示 81
5.2 低频振荡监视 82
5.2.1 低频振荡在线监视 82
5.2.2 低频振荡在线分析 83
5.2.3 低频振荡辅助决策 83
5.3 在线扰动识别 83
5.3.1 短路跳闸识别 84
5.3.2 非同期并列识别 84
5.3.3 非全相运行识别 85
5.3.4 机组故障跳闸识别 85
5.3.5 直流闭锁识别 85
5.4 机组涉网行为监视 86
5.4.1 调速系统性能监视 86
5.4.2 励磁系统性能监视 87
第 6 章 继电保护设备运行监视 89
6.1 继电保护设备模型 89
6.1.1 继电保护设备基本模型 89
6.1.2 继电保护统一数据模型 89
6.2 继电保护监视数据分类 89
6.2.1 保护装置信息 89
6.2.2 故障录波器信息 91
6.3 继电保护运行监视 92
6.3.1 运行状态监视 92
6.3.2 继电保护回路监视 92
6.3.3 装置异常定位 96
6.4 继电保护故障分析 97
6.4.1 功能定位 97
6.4.2 故障在线分析 97
6.4.3 波形分析 98
6.4.4 故障测距 98
6.4.5 故障报告 99
6.5 继电保护动作逻辑回放 99
第 7 章 综合智能分析与告警 101
7.1 电网运行综合告警 101
7.1.1 实时监视分析类告警 102
7.1.2 预想故障分析类告警 102
7.1.3 故障告警分析类告警 102
7.2 电网在线故障诊断 103
7.2.1 三态数据特性 104
7.2.2 综合故障诊断 105
7.2.3 特高压直流故障诊断 106
7.3 告警订阅推送 107
7.3.1 告警订阅管理和发布 107
7.3.2 故障告警订阅 108
7.3.3 异常告警订阅 108
第 8 章 网络分析 109
8.1 状态估计 109
8.1.1 基本功能 109
8.1.2 状态估计计算 111
8.2 调度员潮流 112
8.2.1 调度员潮流计算 112
8.2.2 运行方式调整模拟114
8.2.3 潮流结果统计 115
8.2.4 交直流潮流计算 115
8.2.5 考虑自动装置的潮流计算 116
8.3 静态安全分析 117
8.3.1 预想故障定义及维护 117
8.3.2 两阶段预想故障扫描 118
8.3.3 扫描结果统计 119
8.3.4 GPU 静态安全分析 119
8.4 灵敏度分析 121
8.4.1 灵敏度方法 121
8.4.2 灵敏度类型 122
8.4.3 灵敏度服务 123
8.5 短路电流计算 123
8.5.1 短路的类型和危害 124
8.5.2 短路计算的目的 124
8.5.3 短路电流计算基本原理 125
8.6 安全约束调度 128
8.6.1 基于灵敏度的反向等量配对法 128
8.6.2 基于原对偶内点法的优化潮流计算 129
8.6.3 与AGC 闭环控制 131
8.7 综合序列分析 131
8.7.1 功能结构 132
8.7.2 基本功能 133
8.8 应用说明 133
第 9 章 电网调度自动控制 135
9.1 自动发电控制（AGC） 135
9.1.1 互联电网多层级多区域频率协同控制技术 135
9.1.2 特高压交流联络线功率控制技术 136
9.1.3 大功率缺失下电网频率快速控制技术 138
9.1.4 互联电网控制性能评价方法 139
9.1.5 新能源有功自动控制技术 141
9.1.6 应用说明 142
9.2 自动电压控制 142
9.2.1 基于分区的三级控制结构 143
9.2.2 网省级自动电压控制 144
9.2.3 地县级电网自动电压控制 145
9.2.4 新能源无功电压控制 147
9.2.5 应用说明 150
第 10 章 电力负荷预测 152
10.1 系统负荷预测 152
10.1.1 负荷预测模型 152
10.1.2 系统负荷预测算法 154
10.1.3 负荷预测新发展 157
10.2 母线负荷预测 158
10.2.1 母线负荷的定义 158
10.2.2 母线负荷的特点 158
10.2.3 母线负荷预测的方法 159
10.2.4 考虑运行方式变化 159
10.3 应用案例 159
第 11 章 新能源发电预测 161
11.1 风力发电功率预测技术 161
11.1.1 物理方法 161
11.1.2 统计方法 162
11.2 光伏发电功率预测技术 163
11.2.1 物理方法 163
11.2.2 统计方法 164
11.3 多模型组合预测技术 165
11.4 区域功率预测技术 165
第 12 章 调度计划与安全校核 167
12.1 调度计划业务构成 167
12.1.1 设备检修计划 167
12.1.2 送受电计划 167
12.1.3 发电计划 168
12.1.4 用电计划 169
12.1.5 多周期递阶的调度计划协调优化 169
12.1.6 多级调度计划协调编制体系 170
12.2 安全约束经济调度 171
12.2.1 SCED 优化目标 172
12.2.2 机组耗量特性 172
12.2.3 SCED 约束条件 173
12.2.4 SCED 模型求解 174
12.3 安全约束机组组合 175
12.3.1 SCUC 优化目标 175
12.3.2 SCUC 约束条件 175
12.3.3 SCUC 模型求解 177
12.4 静态安全校核 178
12.4.1 潮流断面生成 178
12.4.2 基态潮流校核 179
12.4.3 静态安全分析 179
12.4.4 灵敏度分析 180
12.5 中长期优化调度 180
12.5.1 中长期机组组合问题分析 180
12.5.2 中长期机组组合优化建模 181
12.5.3 中长期机组组合优化业务流程 183
12.6 日前优化调度 183
12.6.1 日前优化调度业务流程 184
12.6.2 日前优化调度业务功能 185
12.7 实时优化调度 188
12.7.1 实时优化调度业务流程 189
12.7.2 实时发电计划优化方法 190
12.8 多源协调优化调度 192
12.8.1 风电等间歇能源优化调度模型 193
12.8.2 抽水蓄能优化调度模型 194
12.9 案例应用 197
第 13 章 调控员培训仿真 199
13.1 控制中心模型 199
13.1.1 电网实时监控与智能告警仿真 200
13.1.2 AGC 仿真 200 13.1.3 AVC 仿真 200
13.1.4 网络分析仿真 200 13.1.5 调度计划仿真 200
13.2 教员监控子系统 200 13.2.1 教案制作功能 201
13.2.2 培训控制功能 202 13.2.3 培训监视功能 204
13.2.4 培训评估功能 205
13.3 电力系统模型 206
13.4 监控员培训仿真 206
13.4.1 监控员培训仿真应用功能 206
13.4.2 监控员 SCADA 功能仿真 211
13.4.3 电网一次、二次设备三维实景仿真与展示 211
第 14 章 展望 217
参考文献 219
索引 223
翟明玉，南瑞集团有限公司正高级工程师。长期致力于电网自动化系统体系架构、支撑平台、基础应用的研发工作，系国家电网公司“大电网安全风险一体化快速感知与协同分析处置技术科技攻关团队”团队带头人、江苏省第五期“333高层次人才培养工程”第二层次培养对象、江苏省第十四批“六大人才高峰”创新人才团队带头人、南京市有突出贡献中青年专家、硕士生导师、研究员级高级工程师。获国家科技进步奖二等奖1次（排名第2）、省部级科技进步奖一等奖3次、江苏省科技进步奖三等奖和国家电网公司技术标准创新贡献奖一等奖以及中国专利奖优秀奖各1次、江苏省优秀软件产品奖（金慧奖）2次，发表SCI、EI检索论文20余篇，已授权发明专利10余项，编著图书2部。作为主要研发人员，先后主持或参与研发完成了D5000、OPEN-3000电网调度自动化系统，产品总体技术处于国际水平，在国内外实现了大规模产业化应用，实现销售收入数十余亿元；主持了NS5000基于统一平台的广域协同式变电站监控系统软件研发工作，NS5000系统实现了变电领域关键技术和装备研制的重大突破，已应用于1000kV淮南变、500kV浙江温西变等多个变电站工程。目前，正负责基于“云理念”的电网自动化PaaS平台研发工作，为“调控云”和新一代调度控制系统的研发提供坚实平台支撑，有力推动调度控制系统技术进步。
本书是“输变电装备关键技术与应用丛书”《现代电网调度控制技术》分册，共 14 章，包括绪论、支撑平台、数据采集与交 换、电网运行稳态监控、电网运行动态监视与分析、继电保护设备运行监视、综合智能分析与告警、网络分析、电网调度自动控 制、电力负荷预测、新能源发电预测、调度计划与安全校核、调度员培训仿真和展望。 本书可供从事调度自动化与电力系统规划、设计、研究、制造、测试、运行和检修的专业技术人员与管理人员学习、培训使 用，也可供大专院校相关专业广大师生阅读参考，还可作为工程招标的参考技术规范。
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