调度实验报告电力系统数据采集与实时监控实验等

四川大学电气信息学院

一电力系统数据采集与实时监控实验

二电力系统正常运行潮流分布与调整实验

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王飞鹏

学号 28

108班

2014-6-3

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实验一、电力系统数据采集与实时监控实验

1.实验目的

1)掌握组建电网仿真实验系统的方法与步骤；

2)掌握数据采集和实时监控SCADA的作用、基本功能、实现原理和操作方法；

3)掌握表征发电厂和变电站当前运行状态的参数类型和特点、获取方式、表现形式。如母线电压、有功功率、无功功率、电流和开关状态等；

4)掌握厂站终端的结构、特点和主要功能；

5)掌握改变发电厂和变电站当前运行方式的控制命令信息的类型和特点、下发方式。

2.调度自动化系统结构简介

电力系统是由许多发电厂、输电线路、变电站、配电线路和各种形式的负荷组成的。电力系统调度中心担负着整个电力网的调度任务，以实现电力系统的安全优质和经济运行的目标。

电力系统调度中心必须具有两个功能：第一是与所辖电厂、变电站及上级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离、高可靠性的双向交换，简称为电力系统监控系统，即SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）；另一个是本身应具有的协调功能（安全监控及其它调度管理与计划等）。

图1-1 调度系统结构图

TQWR-II微机型RTU具有以下特点：

1、标准的编程语言环境；

2、极强的环境适应能力，工作温度-40℃—70℃，环境湿度5%—95%RH；

3、极强的抗电磁干扰能力；

4、丰富的、支持多种通信方式、通信距离长；

5、大容量存储能力；

通信接口

两路RS485通信接口，可分别响应主机召唤（任一时刻仅一个RS485接口响应主机通讯）。两路RS485通信接口都有防雷措施，输入输出之间有器件进行隔离，以保证高质量的通讯传输。初始默认为9600bps，8位，1位停止位，无校验。

调度系统“四遥”功能

⑴遥信：本终端有48路遥信输入接口，每一路的遥信输入信号都有防雷措施和器件进行保护，保证系统的运行稳定。

用于采集厂站设备运行状态等无源节点，并按规约传送给调度中心，包括：断路器和隔离刀闸的位置信号、继电保护和自动装置的位置信号、发电机和远动设备的运行状态等。

⑵遥测：本终端共有48路电压电流信号输入，用于采集变电所电压、电流、有功功率、无功功率，功率因数等模拟信号。

⑶遥控：本终端有32路（对）遥控输出，用于执行调度中心改变设备运行状态的命令，如操作厂站各电压回路的断路器、投切补偿电容和电抗器、发电机组的启停等。为了保证终端遥控的准确性和寿命，本终端的遥控输出均采用松下的继电器。

⑷遥调：可以通过32路遥控输出对远程的设备进行远程调试；

3.实验步骤

本实验采用‘2MF—无穷大’系统，一次接线图如图1-2。利用无穷大系统屏、系统升压屏、机组、机组控制屏、变压器屏、网络屏等构成电网供电系统，利用变电站低压模拟屏、负载屏等构成配电系统。图1-2中，断路器对应顺序如表1-1：

断路器编号对应位置断路器编号对应位置

101 无穷大系统屏122 变压器T2高压侧

103 系统升压屏低压侧211 网络屏1QF

104 系统升压屏高压侧212 网络屏2QF

110 1#机组控制屏1QF 213 网络屏3QF

111 变压器T1低压侧214 网络屏4QF

112 变压器T1高压侧215 网络屏5QF

120 2#机组控制屏1QF 216 网络屏6QF

121 变压器T2低压侧

图1-2 调度系统实验一次接线图

接线步骤如下：

⑴接线屏上无穷大系统连接至升压变压器入端，升压变压器出端连接网络屏1QF入端，同时将网络屏3QF入端并入1QF入端；

⑵1QF出端连接至线路L1入端，线路L1出端连接至2QF入端，2QF出端连接至5QF入端，5QF出端连接至线路L2入端，线路L2出端连接至6QF入端；

⑶6QF出端连接至线路4QF出端，3QF出端连接至L3入端，L3出端连接至4QF入端，4QF出端连接至6QF出端；

⑷接线屏上机组1连接至变压器T1入端，变压器T1出端连接网络屏5QF

入端，同时机组2连接至变压器T2入端，变压器T2出端连接网络屏4QF出端；

⑸低压屏进线1连接至3QF入端，低压屏进线2连接至6QF出端；低压屏出线1连接至负载1，低压屏出线2连接至负载2；

图1-3 调度系统实验接线图

注意：接线前务必断开所有电源以及无穷大系统出线开关。

4.关于“四遥”操作实验

(1)遥控某条输电线路出线断路器分闸、合闸，观察系统潮流变化情况：

①断路器216跳闸：

②断路器216合闸：

(2)遥控负载1或负载2屏上某断路器分闸、合闸，观察系统潮流变化情况：

①负载11QF 合闸：

②负载11QF 跳闸：

(3)操作监控界面的增速、减速、升压、降压按钮，调节发电机的有功出力、无功功率和机端电压：

①2MF升压：

②2MF降压：

PS:增速与减速不能做

5.关于事件记录、报警记录操作实验

事件记录

点击工作站管理栏中事件记录，可弹出实时事件记录界面，记录界面显示事件发生的名称和时间等信息结构和内容。

报警信息

通过点击工作站管理栏中报警信息。观察系统的报警汇总，可为各种事故分析，提供有用参考。记录系统报警信息结构和内容。

6. 实验报告要求

（1）说明远动调度自动化系统结构。

发电厂，变电站的计算机和地区调度中心，地区调度所得计算机，省网调度中心的计算机以及联合调度中心的计算机，通过各种通信手段连接起来，用优化的方法和技术对整个电力系统进行调度和管理，这样就构成了现代的调度自动化系统。

（2）说明远动调度自动化系统功能

调度自动化有四级功能，第一级功能，其中的运行参数的检测是所有的调度控制的基础，但不是调度自动化的最终目的。第二级功能的优化控制和第三级的适应控制所包括的项目好似可选择的，根据不同的系统结构和运行的点可以进行选择任何一种功能实现将会得到巨大的经济效益。第四级功能室调度自动化的最高级功能，可以实现后电力系统调度自动化的工作将对电力系统运行水平提高和电力系统的发展有关键作用。

（3）说明四遥操作步骤及原理，列出实验记录数据。

遥信：要求采用无源接点方式,即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点,或者是闭合,或者是断开。通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入RTU 的YX 模块。遥信功能通常用于测量下列信号,开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号。自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号;事故总信号及装置主电源停电信号等。遥测：遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测等。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集;线路的有功功率采集;母线电压和线路电流采集;温度、压力、流量(流速) 等采集;周波频率采集和其它模拟信号采集。遥控：采用无源接点方式,要求其正确动作率不小于99. 99 %. 所谓遥控的正确动作率是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不正确,遥控功能常用于断路器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。遥调：采用无源接点方式,要求其正确率大于99. 99 %. 遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制具有分级升降功能的场合。各节点和支路数据如下：

（4）说明事件记录、报警记录操作步骤，列出实验记录数据。

事件记录，报警记录步骤当系统有警告事件（如通信故障、断路器变位等）发生时，软件监控界面上对应的位置将会呈现【红色闪烁】告警状态，表示该位置有事件发生，提醒操作人员注意。如断路器状态发生变化，则监控画面的该断路器就会闪烁，提醒操作员注意。通过点击工作站管理栏中报警信息（图1-10）。观察系统的报警总汇（图1-11），可为各种事故分析，提供有用参考。记录系统报警信息结构和内容。

（5）分析遥控命令的下达方式，怎样进行遥控闭锁，保证系统运行的安全性。遥控（1）在监控主机上下发遥控命令；（2）观察一次模拟屏上开关的变化，以及监控主机上遥信状态的变化；（3）分析遥控操作的步骤。（4）分析怎样保证遥控功能的安全性。（5）在(1)、(2)项操作及分析基础上，对遥控功能的实现提出自己的意见和想法。遥控是由调度主站端发出命令，要求某厂站端合上或断开某断路器或刀闸，因此，遥控命令中包含了指定操作性质（“合

闸”或“跳闸”）、厂站号和被操作的断路器或刀闸序号。遥控是一项十分重要的操作，首先由调度端向厂站发送由遥控操作性质和遥控对象等组成的遥控命令，为可靠起见，通常此遥控命令连发3遍。厂站端收到遥控命令后将此命令返送给调度端进行校核。经核对与原来所发的遥控命令完全一致才发遥控执行命令，厂站端只有在收到遥控执行命令后才将原收到的遥控命令付诸执行。

7.实验总结及探究

1.分析遥控命令的下达方式，怎样进行遥控闭锁，保证系统运行的安全性。

答：下达遥控命令时，仅仅依靠软件判断符合防误逻辑后，就直接出口，一般系统运行的安全性不是很高，但如果在遥控回路增加了电气闭锁硬接点，通过和遥控闭锁控制器相结合来解决集中控制中心、子站遥控操作的强制闭锁问题，就可以使系统的运行安全性提高。

2.实验总结

电力系统的调度是电力系统稳定的最重要的一环，对各级电网的线损、电网的规划和建设运行及组织管理、电网整体运行经济效益将会有直接的联系。通过本次试验，不仅仅认识到了调度的软件，也深刻的了解到了调度的内涵。从调度屏上可以清楚的看出各个发电机组的出力，以及负荷消耗的功率，线路的损耗。了解了调度人员升高和降低发电机出力的方式，以及如何通过调度屏实现各个断路器，隔离开关的开合。对报警以及事件的处理有了新的认识。在这次实验中，实验本身比较简单，。经过这次实验，使我对电力系统的状态估计和电力系统的安全分析以及电力调节有了更深一步的认识。更加深刻的理解了电压、线路无功功率、无功功率补偿、网损、功率损耗之间的关系，不管是对以后的学习还是工作都有很大的帮助。本次实验使我们真正懂得了今后工作所接触的具体的东西，对于电力调度有了一个基础的认识，使我们在今后的工作中能更快的上手，对于学习理论知识的我们这是一个和工作结合的非常好的体验

实验二、电力系统正常运行潮流分布与调整实验

1.实验目的

1) 通过本实验，深入理解潮流分布与调整的相关原理与方法，特别是网络结构、网络特点对潮流分布的影响；超高压电网中线路首端电压幅度差与电压相角差对有功传输与无功传输的影响程度；均一网潮流分布特点；有功功率与系统频率及无功平衡与系统电压的关系等基本概念和原理;

2) 掌握组建复杂电力系统的方法与步骤;

3) 掌握电力系统调度自动化结构、功能。

2.原理与说明

电力系统是由许多发电厂，输电线路和各种形式的负荷组成的，在正常运行过程中，绝大多数时间都处于正常运行状态，此时，发电机发出的有功功率和负荷取用的有功功率以及网络损耗的有功功率之间，应随时保持平衡；系统产生的感性无功功率和负荷取用的感性无功功率以及网络损耗的感性无功功率，也随时保持平衡；系统的频率和各母线电压都在规定范围内，各支路潮流都没有超过发热极限值和运行稳定的极限值。但是由于电力系统负荷随时随地都在发生变化，因此系统的发电出力也应随负荷的变化而变化，母线电压和输电线路的潮流也相应发生变化。

电力系统调度中心的任务就是要随时掌握电力系统的实时运行情况，合理分配各发电厂和线路的潮流，以实现电力系统的安全优质和经济运行的目标。当系统出现异常情况，要根据当时的实际情况，提出决策和措施，指挥控制系统及时动作进行控制，以保证电力系统安全可靠运行。

3.不改变网络结构的潮流分布实验

改变发电机的有功、无功功率对系统潮流分布的影响

改变各机组的有功、无功，观察改变前和改变后各机组及系统各断路器上的电压、电流功率等，将数据填入表2-1和表2-2中，并将结果进行比较分析。

表2-1 发电机改变输出功率前系统参数

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104 P（kW）

Q（kVar）

U（V）

I（A）

cosΦ

表2-2 发电机改变输出功率后系统参数

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104 P（kW）

Q（kVar）

U（V）

I（A）

cosΦ

投、切负荷对系统潮流分布的影响

通过控制低压屏、负载屏上断路器，投/切阻性、感性负荷，观察各参数的变化，并记录于表2-3和表2-4中，对数据进行比较分析。

表2-3 投入负荷前系统参数

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104 P（kW）

Q（kVar）

U（V）

I（A）

cosΦ

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104 P（kW）

Q（kVar）

U（V）

I（A）

cosΦ

投、切电容器观察各参数的变化，并记录数据于表2-5和表2-6中，对数据进行比较分析。

表2-5 投入负荷前系统参数

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104 P（kW）

Q（kVar）

U（V）

I（A）

cosΦ

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104 P（kW）

Q（kVar）

U（V）964 964

I（A）

cosΦ

4.改变网络结构的潮流分布实验

改变网络结构不调整负载量，分别退出各线路（注意：各节点之间不能失去电气联系）。观察网络改变前后，各机组参数的变化，并记录数据于表2-7和表2-8中。

表2-7 网络改变前系统参数

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104

P（kW）

Q（kVar）

U（V）964 964

I（A）

cosΦ

G1 G2 211 212 213 214 215 216 103 104 P（kW）

Q（kVar）

U（V）

I（A）

cosΦ

5. 实验报告要求

1) 总结组建复杂电力系统的方法与步骤。

电力系统是由许多发电厂，输电线路和各种形式的负荷组成的组建复杂电力系统实质就是首先建立网架结构在进行机组并网的过程需要保证发电机发出的有功功率和负荷取用的有功功率以及网络损耗的有功功率之间，应随时保持平衡；系统产生的感性无功功率和负荷取用的感性无功功率以及网络损耗的感性无功功率，也随时保持平衡；系统的频率和各母线电压都在规定范围内，各支路潮流都没有超过发热极限值和运行稳定的极限值，来调整负荷和发电容量。

2) 整理实验数据，分析比较网络结构的变化和地方负荷投、切对潮流分布的影响，并对实验结果进行理论分析。

网络结构变化后将会导致线路电流的变化，进而导致网络潮流的重新分布。地方负荷的投切也会影响网络潮流，当电网受到冲击负荷扰动时，将由原来的平衡状态过渡到新的平衡状态。这一动态过程将使各机组的送出功率、转速等发生变化，从而造成电网的频率和功率的振荡，同时，由于冲击负荷(包括有功和无功冲击负荷)引起的无功变化，使电网电压频繁波动，这在小网运行更为突出。当冲击负荷出现时，将产生不平衡电流，进而导致线路的功率重新分布。

3) 比较各项的实验数据，分析其产生的原因。

①改变发电机的有功、无功功率对系统潮流分布的影响

答：改变发电机的有功、无功后，各节点的电压都有不同程度的升高，机

组和断路器上的无功也增多，除单机无穷大系统外，其余机组和断路器上

的功率因数增大。

②投、切负荷对系统潮流分布的影响

答：投、切阻性负荷后，发电机的功率因数显著增大，各节点的电压也不同程度的升高，通过各机组和断路器上的电流也增大，单机无穷大系统的功率因数减小，其余断路器上的功率因数增大。

③投、切电容器对潮流分布的影响

答：投、切电容器后，发电机的有功出力增加，系统中的无功增加，各节点的电压也增加，系统整体的功率因数增加，但是增幅并不明显。

④改变网络结构的潮流分布实验

答：改变网络结构后，退出的线路为L2，断路器215的功率因数增大，其余发电机和断路器的电压和电流没有太大变化，断路器214和发电机G1的功率因数减少。

6.思考题

1) 电力系统中如何实现有功功率和无功功率的调整？

答：调节有功：通过调节频率来调节有功，分为一次调频和二次调频：

①一次调频：由发电机调速器进行；

②二次调频：由发电机调频器进行。

调节无功：接入电容器或者调相机；调节中枢点电压，分为常调压、顺调压和逆调压。

2) 电力系统经济运行的基本要求是什么？

答：选取最佳运行方式、调整负荷、提高功率因数、调整或更换变压器，选择合适的变压器台数。在传输相同电量的基础上，以达到减少系统损耗，从而达到提高经济效益的目的。

7.实验总结

本次实验让我们了解到了调度对于潮流分布的影响，在出现电力情况异常时电力调度的重要性。往往错误的调度会加重故障的损失，因此，一个清晰明确的调度就显得格外重要而通过实验可以知道调度时是一个模块一个模块调度的，分别分为电网综合监控，负载屏，网络屏低压屏等等，不仅仅使调度人员的命令执行清晰明确而且接受信息的渠道也是一目了然的。SCADA系统是电力系统中的监视装置中的重要一环，保证了调度屏上的实时数据。目前该在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的该系统也在安全性和快速性等方面有所提高，在地里层面我国调度分为国调，省调，地调，分级明确使得调度高效化。

本次实验是对于将来的工作的一个具体展望，使我们提前接触到工作中更为实际的东西，通过本次实验，相信在工作中能够更加熟练的上手。