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第二节 调度自动化

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20世纪80年代中期至2005年,随着计算机信息技术和通信技术的发展,山东电网调度自动化专业技术及管理模式发生了根本性变革。系统建设由调度端和主站各1套的分离集中设备组成,发展到厂站和主站按分布式结构配置的系统集成;设备由分离元器件组成的单一功能,发展到由超大规模集成电路组成的智能计算机系统;系统和功能应用由单一任务,发展到多任务多进程实时处理;数据采集和处理能力由秒级到尝试毫秒级的动态数据监测;电网控制能力由单一下令操作,到实现闭环的远方遥控和全网自动发电控制;数据通信由单一通道点对点模拟通信,到多路由的数据网络数字通信;专业管理由以市(地)为主的分散管理模式,步入规范化、专业化、制度化的全网行业统一管理模式。山东电网调度自动化水平实现了从技术和管理上的大跨越。
一、省级电网调度自动化
1986年起,省中调逐步加大自动化专业建设、行业管理、技术管理和人员技术培训等工作。1990年后,开始颁发、修订专业相关的规程、规定和文件,将变送器纳入仪表监督,制定春秋季巡检制度。2005年1月,下发《山东电网调度自动化厂站侧设计范围及有关要求》,明确厂站系统设计范围及深度,确保系统的完整性和技术标准的统一性,规范专业技术管理。在线运行系统由原来EMS1套系统增加到能量管理系统(EMS)、实时动态监测系统(WAMS)、自动电压控制系统(AVC)、电能量计量系统(TMR)、调度生产管理系统(DMIS)、调度数据网及二次系统安全防护、卫星云图、雷电监测等近10套系统。
(一)调度端自动化系统
1986—2005年,随着电网规模的发展以及对新功能的需求,伴随着计算机信息技术和通信技术提供的支持,调度自动化主站系统不断更新换代。主要经历四个阶段:
1986年至1988年9月为第一阶段。在调度端以WYZ型和SZY型远动装置构成主站系统数据采集,由DCX-4数据集中处理单元和DJS-131型电子计算机,实现对电网的监测。DJS-131型电子计算机在接入新厂站和扩展系统功能时,不能在线维护,需要退出系统离线操作,并且其内存容量、运算速度以及单主机和系统功能限制,已经远远不能适应电网调度运行的需求。1985年10月,引进美国DEC公司VAX11/750硬件设备,与中国电力科学研究院合作开发应用软件,建成集中式的山东电网调度自动化系统。1988年1月安装调试,1988年9月VAX11/750双机集中式调度自动化系统投入运行。
1988年10月—1997年为第二阶段。调度自动化系统由2台VAX-11/750型超级小型机构成互为热备用的后台机、2台MOTOROLA公司的VME-68010型计算机为前置机,组成4机集中式冗余系统,并采用实时数据库管理系统和兼有实时、分时、批处理功能的VMS操作系统,前置机接入问答式(Polling)方式RTU集中器(SC-1801型)18台、循环方式RTU集中器(CDTC)2台,每台RTU集中器可接国产循环式RTU 32台。全网采集信息量近3000个,其中主要遥测量(YC)620个、遥信量(YX)470个、电度量118个。电网调度员通过人机会话子系统可方便调阅画面,进行人工设置、修改数据。系统有350个画面,5秒钟刷新一次数据,画面调阅时间小于2秒。系统能监视:电网主结线及运行工况;各市(地)用电负荷与计划负荷;全网各电厂有功、无功发电功率;各电厂、变电站结线及机组运行工况;打印调度运行日报,具有电网事件、事故追忆功能。1991年,各项运行指标达到部颁标准,通过能源部组织的实用化验收。1993年5月,在VAX-11/750双机集中式电网调度自动化EMS系统上,自行开发实时运行的EDC功能,在省中调调度端实时显示山东电网各机组经济负荷值的同时,将网内17个电厂的EDC计算值和实时功率总加值,同时返送到各电厂主控室,供运行人员按此调节机组出力。该系统投入后减轻了调度员和电厂运行人员的劳动强度,提高了电网经济调度的科学性和经济性。1994年实时运行的EDC应用成果获电力工业部科技进步应用成果二等奖。1996年前,由于山东电网没有水电厂,加之大部分电厂自动化设施薄弱,机组的AGC功能没有正式使用,应用的重点主要在实时经济调度(EDC)。
1997—2004年底为第三阶段。采用开放的、分布式调度自动化EMS系统,以西门子美国公司SPECTRUM系统实现对电网的实时监控。
20世纪90年代,计算机、网络和通信等科学技术步入迅猛发展的快车道。山东电网进入大机组、超高压、大容量阶段,现代化电网对电网调度自动化的要求越来越高,迫切需要一种能够对电网进行实时监视功能的调度自动化EMS系统,而这些功能VAX-11/750系统难以实现。
1995年9月,省中调与西门子美国公司签订SPECTRUM电网调度自动化EMS系统工程合同。1996年6月至1997年8月完成技术培训、系统功能开发、工厂及现场调试。1997年,该系统实现了全网发电出力和电厂单机发电出力、地区用电负荷显示、打印功能;电网所属25个电厂、88个变电站一次结线工况、潮流越限和开关变位显示、打印功能以及主网潮流和母线电压运行报表记录功能;远动运行工况和通道状况显示功能;实现了同国家电力公司、山东省17个市(地)电网调度的数据传输。1998年2月,开发AGC/EDC、网络拓扑、状态估计、调度电网潮流、安全分析和母线负荷预报。至此,山东电网新一代面向开放的分布式系统SCADA/AGC/EMS调度自动化EMS系统建成。截至1999年底,该系统接入113个厂站RTU,采集实时信息量4376个,接入AGC机组17台,装机容量570万千瓦,AGC可调机组容量占统调容量的37%,AGC可调容量比、功能年投运率、控制年合格率分别为10.45%、86.08%、99.13%,提高了电网频率合格率,通过AGC功能实用化验收并达到一流标准。
山东电网SPECTRUM电网调度自动化EMS系统,通过其应用软件的开发使用,实现了电网调度运行管理由传统经验型提升到分析计算型,为电网安全、优质、经济运行提供了有效的控制、调节手段。2000年12月,省中调EMS系统应用软件通过国调中心组织的实用化验收。
2004年6月后为第四阶段,采用集EMS/AGC/DTS以及Web浏览等一体化设计功能的iES-500能量管理系统。为防止因调度自动化系统停止运行影响调度工作,1997年6月,山东电网安装山东大学积成公司生产的具有SCADA基本功能的iES-400型调度自动化EMS系统1套。1999年7月,该系统升级为iES-500型电网调度自动化EMS系统,并增加和扩展了功能。2001年,为适应电力体制改革的需要,使电力市场与EMS系统进一步融合,按照创建国际一流电网调度机构的整体部署,决定在已有iES-500系统上实现电力市场运行的实时监视,在人机系统上达到一体化设计的目的。新增EMS(能量管理功能)电网应用软件,以电网数据采集与监控系统(SCADA)的实时数据为基础,对电网进行分析计算,为调度提供最优运行控制方案和事故发生时的处理措施,改进电网的经济运行特性。2002年,iES-500系统AGC/DTS等应用软件进行现场开发和调试。2004年6月,iES-500系统正式作为主系统在山东电网运行。
2000年8月,开始实施调度数据网工程,远动数据通信通道由单一专线通信模式转变为专线和网络两种通信模式。截至2005年底,网络通信已覆盖全网17个地区和厂高压、统调发电厂、500千伏变电站以及大部分220千伏变电站。
2005年初,开始建设山东电网广域测量系统,监测全网重点节点和断面的动态数据;年底,系统完成安装调试工作。
(二)模拟盘、大屏幕显示系统
电网调度自动化系统的模拟盘显示系统是供调度员掌握电网运行状况的显示手段之一。1986年,省中调使用上海新光厂模拟盘,仅有重要线路潮流、电厂总加、主要开关状态等远动信息直接送往模拟盘显示电网运行状况。
1988—1997年,省中调新建模拟盘为上海新光厂生产的DMP-85型微机不下位操作的灯光模拟盘。盘上遥测量采用等离子显示器显示,远动采集的信息通过VAX-11/750电网调度自动化EMS系统收集和处理。
1997年,模拟盘更新为浙江宁海生产的TM-950型弧形微机控制模拟盘,模拟盘微机2台互为热备用,可接入128个厂站RTU,每个厂站可接入遥测量128个,遥信量256个。
2002年,省中调调度员培训模拟系统(DTS)投入运行,把实际运行的电力系统模型化、数字化,为调度员提供逼真的培训环境。
2004年9月,省中调对调度室改造,首次采用电子大屏幕作为主模拟调度显示监视屏,大屏幕型号为威创公司的DIGICOM 3000PLUS。
(三)厂站端调度自动化
1986年,新建厂站开始采用国内推出的DCF-5型、WDF-7型微机远动装置,并先后在聊城电厂、党家庄变电站等厂(站)投入使用。1987年,500千伏邹济潍输变电工程引进7台SC-1801型微机远动装置,这是山东电网第一次引进国外远动装置。SC-1801型微机远动装置与WYZ型和SZY型远动装置相比,容量大,性能好,可靠性高,按应答(POLLING)方式采集数据,改变了过去一个厂站远动设备对应主站1台远动设备的制式,减少了中间转发环节,提高了数据可靠性和传输速率。SC-1801型微机运动装置分别安装在邹县、辛店、石横、莱芜、济宁电厂和济南、潍坊变电站。1988年黄台、十里泉等电厂购进11台SC-1801型微机远动装置,500千伏变电站和大部分电厂安装SC-1801型,220千伏变电站和其他电厂更换成DCF-5或WDF-7型微机远动。
20世纪90年代,引进美国功能更先进的GR-90型和MB-88型分布式RTU远动终端装置,加强装置标准化、数据准确性和行业管理,为电网调度自动化建设奠定基础。1994年,青岛电厂在全省首家选用GR-90型分布式RTU。1995年,500千伏淄博变电站在全省首家选用MB-88型分布式RTU。此后新建电厂以及工程改造,均采用GR-90型或MB-88型。至1999年底,网内大型电厂全部更换成GR-90型或MB-88型。
实行变电站无人值班,给电网调度自动化提出新的课题。1993年,淄博局与山东工业大学联合研制成变电站培训模拟系统(DTS)。1994年,由国家电力科教中心组织鉴定,建议向全国电力系统推广。济南局110千伏清泉变电站首先采用阿城继电器厂的变电站自动化装置。烟台局在山东电网最早开展变电站无人值班工作,110千伏福山等9个变电站实施少人值班,1994年实施无人值班。1996年,威海电业局的220千伏涝台变电站,成为山东电网最早实现无人值班的220千伏变电站。1997年,济宁电业局高新变电站在全省首次实现新建220千伏变电站直接达到无人值班,220千伏变电模拟系统投入使用。500千伏淄博变电站采用加拿大生产的变压器油色谱分析在线监测系统,自行开发研制的继电保护故障录波分析及远传系统和变电站运行工况远程监控系统在全省最早采用,在调度室可监视变电站情况,1998年8月在全国首家通过国家电力公司组织的变电站达标验收。临沂电业局建成功能最好的变电站培训模拟系统。
1999年底,山东电网有18座220千伏、126座110千伏、134座35千伏变电站实现无人值班,6座220千伏变电站实现少人值班。2000年,崂山变电站首次采用500千伏变电站自动化系统,变电站综合自动化应用全面展开。截至2005年底,日照、聊城、长清等共14座500千伏变电站,新建或改造工程中相继采用变电站自动化系统,但未实现无人值班。同期,新建220千伏变电站和大部分变电站改造工程均采用变电站自动化系统,并实现无人值班。
二、市、县级电网调度自动化
1985年,青岛调度所首次更新采用DCX-5型微机远动。此后,烟台、潍坊、济南、淄博等市相继采用DCX-5型及RS-2型微机远动。1987年,山东电网所属13个市(地)调度所均建设调度自动化系统,主处理器大部分采用8位微型计算机。随着电网对调度自动化工作要求的提高,市级电网调度自动化工作发展较快。1990年,全省各市(地)电网除淄博、济南换成四机主站系统,并达到实用阶段外,其他各市(地)仍采用DCX-5型、MS-1型运动终端设备。
1991年初,省中调根据电网规划,将全省各市(地)电网调度自动化工作纳入规范有序的发展轨道,制定市级电网调度自动化系统选型原则,根据供电范围和配电容量,分成大、中、小三档。大型市调度采用16位或32位小型计算机电网调度自动化系统,中、小型市调采用16位高档微型机电网调度自动化系统。为提高电网调度自动化实用化水平,省中调根据能源部部署,制定市级电网调度自动化系统实用化验收计划。在省中调指导下,各市(地)电网对调度自动化系统开始改造升级或更新换代,全省电网调度自动化系统建设形成高潮。1992年2月,淄博电网调度自动化系统在全省首家通过部颁标准实用化验收。1996年11月,山东电网所属17个市(地)电网调度自动化全部通过实用化达标验收。
山东电网的发展,使地区电网结构日趋复杂,无人值班变电站的不断增加,对调度自动化系统的功能提出更高的要求。为提高电网在线管理水平,使各市电网调度自动化系统EMS应用软件的网络拓朴、状态估计、负荷预报、调度员潮流等基本功能达到实用化,满足变电站无人值班监控要求,省中调加大EMS应用软件实用化工作力度。1999年8—9月,全网调度自动化系统在向2000年安全过渡的计算机Y2K联合测试中,均顺利通过考验。
2000—2003年,省中调组织对全网17个市调EMS系统的应用软件进行实用验收。枣庄、临沂、济宁首先通过验收。至2003年8月,莱芜电网EMS系统的应用软件通过实用验收后,全省17个市电网EMS系统应用软件全部通过实用验收。
2002年底,各市电网调度自动化系统先后完成更新换代。其中,临沂、枣庄、聊城等11个市电网调度自动化系统采用鲁能积成电子公司iES-500型EMS系统,淄博、济宁市电网调度自动化系统更换为南瑞科技公司SD-6000型EMS系统,威海、潍坊、青岛市电网调度自动化系统采用南瑞科技OPEN-2000型EMS系统,烟台市电网调度自动化系统采用北京科东CC-2000型EMS系统。山东电网17个市电网的调度自动化系统,全部具备电网调度自动化系统应用软件的基本功能并投入使用,在全国电网调度自动化工作中名列前茅。
1991年,省电力局印发《山东电力系统县级调度自动化达标实施意见》,开展县级电力调度自动化达标工作。1994年4月,泰安市宁阳县供电局在全国第一个实现调度自动化达标。1995年,全省有30个县级局实现调度自动化达标。2005年,全省所有县级局实现调度自动化达标。