電力系統(tǒng)自動(dòng)化 3緒論 電力系統(tǒng)自動(dòng)化基礎(chǔ)

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,電力系統(tǒng)自動(dòng)化,Automation of Power System,電子信息學(xué)院 電氣工程教研室,第一章 電力系統(tǒng)自動(dòng)化基礎(chǔ),電力系統(tǒng)是指由進(jìn)行電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和消費(fèi)的各種設(shè)備按照一定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求有機(jī)組成的統(tǒng)一整體。它由發(fā)電廠、變電所、輸配電線路及各種用電設(shè)備組成。,為了確保電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須提高自動(dòng)化水平。電力系統(tǒng)自動(dòng)化除包括繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置外，電力通信、調(diào)度自動(dòng)化及自動(dòng)調(diào)控

2、設(shè)備等二次系統(tǒng)的種種裝備都是必備的。,1.1,概述,1.1.1,電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的特點(diǎn),1.,電能不能大量儲(chǔ)存,2.,電能供應(yīng)的重要性,3.,暫態(tài)過渡過程十分迅速,4.,電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,1.1.2,電力系統(tǒng)運(yùn)行控制目標(biāo),電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)，就是始終保持整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，安全經(jīng)濟(jì)地向所有用戶提供合乎質(zhì)量的電能。同時(shí)，在電力系統(tǒng)發(fā)生偶然事故的時(shí)候，能夠迅速排除故障，防止事故擴(kuò)大，并盡快恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。,1.,保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠地運(yùn)行,(1),、等式約束條件系統(tǒng)發(fā)出的總的有功功率和無功功率應(yīng)在任一時(shí)間與總的有功和無功負(fù)荷,(,包括網(wǎng)損,),相等，即,Gi,Gi,發(fā)電機(jī),

3、i,的有功功率和無功功率；,P,Lj,Q,Lj,負(fù)荷,j,的有功功率和無功功率；,P,LS,Q,LS,電力系統(tǒng)中各種配電和輸電線路及設(shè)備的總有功功率和無功功率損耗。,(2),不等式約束條件為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，有關(guān)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)都應(yīng)處于運(yùn)行允許值范圍內(nèi)，即,P,Gi,P,Gimax,P,Gimin,分別為發(fā)電機(jī),i,有功功率及其上、下限值；,Q,Gi,Q,Gimax,Q,Gimin,分別為發(fā)電機(jī),i,無功功率及其上、下限值；,S,ij,S,ijmax,S,ijmin,分別為輸電線路,i,-,j,和變壓器的視在功率及其上、下限值；,U,i,U,imax,U,imin,分別為節(jié)點(diǎn),i,電壓及其

4、上、下限值；,f,i,f,imax,f,imin,分別為系統(tǒng)頻率及其上、下限值。,(3),電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),由兩種約束條件可將系統(tǒng)的運(yùn)行分為五種狀態(tài)，即正常狀態(tài)、預(yù)警狀態(tài)、緊急控制狀態(tài)、崩潰狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)等。隨著運(yùn)行條件的改變，電力系統(tǒng)將在各種狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,2.,保證電能質(zhì)量,衡量電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是頻率、電壓和波形三項(xiàng)指標(biāo)。,頻率是電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的一項(xiàng)，頻率允許的波動(dòng)范圍在我國是,500.2 Hz(,有的國家是,500.1Hz),。,電壓允許偏移范圍一般是額定電壓的,5%,左右。,發(fā)電機(jī)發(fā)出電壓的波形是正弦波，,3.,保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)，除了首要關(guān)注的安

5、全問題和電能質(zhì)量問題外，還應(yīng)當(dāng)合理安排各類發(fā)電廠所承擔(dān)的負(fù)荷，力求降低發(fā)電成本，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸損失，已獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，全面地提高整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。,1.2,電力系統(tǒng)自動(dòng)化基本內(nèi)容,電力系統(tǒng)自動(dòng)化也是自動(dòng)化的一種具體形式，它是指應(yīng)用各種具有自動(dòng)檢測、決策和控制功能的裝置，通過信號(hào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)方的自動(dòng)監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制，以保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行和具有合格的電能質(zhì)量。同時(shí)，電力系統(tǒng)自動(dòng)化是由許多子系統(tǒng)組成的，每個(gè)子系統(tǒng)完成一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能?？梢詫㈦娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化內(nèi)容劃分為電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化、發(fā)電廠自動(dòng)化和變電站自動(dòng)化等三部分。調(diào)度自動(dòng)化又可

6、分為發(fā)電和輸電調(diào)度自動(dòng)化,(,通常稱為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化,),、配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化,(,通常稱為配電網(wǎng)自動(dòng)化或配電自動(dòng)化,),。,1.2.1,電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化,基于模擬計(jì)算機(jī)和模擬通信信道的自動(dòng)發(fā)電控制,(Automatic Generation Control,，,AGC),，主要包括負(fù)荷頻率控制,(LFC),和經(jīng)濟(jì)調(diào)度,(ED),調(diào)度中心計(jì)算機(jī)必須具有兩個(gè)功能，其一是與所屬電廠及省級(jí)調(diào)度等進(jìn)行測量讀值、狀態(tài)信息及控制信號(hào)的遠(yuǎn)距離的可靠性高的雙向交換，簡稱為電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，即,SCADA,（,Supervisory Control and Data Acquisition,）；,以,AGC,軟件包

7、的形式和,SCADA,系統(tǒng)結(jié)合，形成能量管理系統(tǒng),(Energy Management System,，,EMS),，很快,EMS,的作用已超出,AGC,。,1.,電網(wǎng)調(diào)度的特點(diǎn),電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的特點(diǎn)是統(tǒng)一調(diào)度，分層控制。電力系統(tǒng)是一個(gè)龐大的產(chǎn)、供、銷電能的整體。根據(jù)電力生產(chǎn)的特點(diǎn)，電網(wǎng)中的每一環(huán)節(jié)都必須在調(diào)度機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，隨用電負(fù)荷的變化而協(xié)調(diào)運(yùn)行。就目前國內(nèi)幾大電網(wǎng)中所屬的各類機(jī)組來看，如果沒有統(tǒng)一的組織、指揮和協(xié)調(diào)管理，電網(wǎng)就難于維持正常的運(yùn)行。我國電力體制實(shí)現(xiàn)廠網(wǎng)分開，已成立國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司。,電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度一般包括如下內(nèi)容。,(1),由電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一組織全網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃,(

8、,或稱電網(wǎng)運(yùn)行方式,),的編制執(zhí)行，其中包括統(tǒng)一平衡和實(shí)施全網(wǎng)發(fā)電、供電調(diào)度計(jì)劃，統(tǒng)一平衡和安排全網(wǎng)主要發(fā)電、供電設(shè)備的檢修進(jìn)度，統(tǒng)一安排全網(wǎng)的主接線方式，統(tǒng)一布置和落實(shí)全網(wǎng)安全穩(wěn)定措施等。,(2),統(tǒng)一指揮全網(wǎng)的運(yùn)行操作和事故處理。,(3),統(tǒng)一布置和指揮全網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓。,(4),統(tǒng)一協(xié)調(diào)和規(guī)定全網(wǎng)繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和調(diào)度通信系統(tǒng)的運(yùn)行。,(5),統(tǒng)一協(xié)調(diào)水電廠、水庫的合理運(yùn)用。,(6),按照規(guī)章制度統(tǒng)一協(xié)調(diào)有關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行的各種關(guān)系。,2.,電網(wǎng)的分層控制,所謂分級(jí)管理，是指根據(jù)電網(wǎng)分層的特點(diǎn)，為了明確各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)的責(zé)任和權(quán)限，有效地實(shí)施統(tǒng)一調(diào)度，由各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)

9、在其調(diào)度管轄范圍內(nèi)具體實(shí)施電網(wǎng)管理的分工。,我國實(shí)行電網(wǎng)運(yùn)行，其管理體制是五級(jí)分級(jí)調(diào)度管理。,3.,各級(jí)調(diào)度的職責(zé),4.,各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能,根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的任務(wù)和職責(zé)，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)包括如下功能：,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控,(SCADA),功能。包括模擬量、狀態(tài)量、脈沖量、數(shù)字量等數(shù)據(jù)的采集；系統(tǒng)或廠站的動(dòng)態(tài)主接線、實(shí)時(shí)母線電壓、發(fā)電機(jī)有功和無功出力、線路潮流、實(shí)時(shí)負(fù)荷曲線、報(bào)表打印記錄、系統(tǒng)操作和事件順序記錄信息的打印等信息的顯示和記錄；斷路器和有載調(diào)壓變壓器分接頭的遠(yuǎn)方操作，發(fā)電機(jī)的有功出力和無功出力遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)的命令和控制；越限報(bào)警；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的建立；遙測量的合理

10、性的檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)濾波、遙信量的可信度檢驗(yàn)等預(yù)處理；事故追憶,PDR(Post,Disturbance Review),。,以,SCADA,功能為基礎(chǔ)而實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)發(fā)電控制,AGC(Automatic,Generation Control),功能。,與,AGC,相配套的在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制,EDC(Economic,Dispatch Control),。,能量管理系統(tǒng),EMS(Energy,Management System),。,EMS,是現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)硬件和軟件的總稱，它主要包括,SCADA,、,AGC/EDC,以及狀態(tài)估計(jì)、安全分析、調(diào)度員模擬培訓(xùn)等一系列功能。,由于各級(jí)調(diào)度中心的職責(zé)不同

11、，因而對其調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要求也不同。另外，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能也有一個(gè)層次之分，高一級(jí)功能往往是建立在某一級(jí)功能基礎(chǔ)之上的。,1.2.2,電廠自動(dòng)化,發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括動(dòng)力機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)發(fā)電量控制,(AGC),系統(tǒng)和自動(dòng)電壓控制,(AVC),系統(tǒng)。,火電廠需要控制的鍋爐汽機(jī)等熱力設(shè)備，大容量火力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有計(jì)算機(jī)監(jiān)視和數(shù)據(jù)系統(tǒng)、機(jī)爐協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)和鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)。,水電廠則需要控制的是水輪機(jī)、調(diào)速器以及水輪發(fā)電機(jī)力勵(lì)磁控控制系統(tǒng)等。一般而言，水電廠的自動(dòng)化程度比火電廠要高,1.2.3,變電站綜合自動(dòng)化,變電站綜合自動(dòng)化是在變電站應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)和信息處理與傳輸

12、技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)或自動(dòng)化裝置代替人工進(jìn)行各種運(yùn)行作業(yè)，提高變電站運(yùn)行、管理水平的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。在變電站二次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī),(,俗稱微機(jī),),化以前的一個(gè)很長時(shí)期內(nèi)，變電站常規(guī)二次系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)和運(yùn)動(dòng)裝置是分開設(shè)置的。這些裝置不僅功能不同，實(shí)現(xiàn)的原理和技術(shù)也完全不同。它們之間互不相關(guān)、互不兼容，彼此獨(dú)立存在且自成體系。因此，逐步形成了自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)和保護(hù)等不同的專業(yè)和相應(yīng)的技術(shù)部門。它們雖然以微機(jī)為基礎(chǔ)，但仍然保持了微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)繼電保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置分別設(shè)置、分別完成各自的功能及各自自成體系的配置和工作模式。此時(shí)的微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)仍然分屬于不同的專業(yè)技術(shù)部門。,1.2.

13、4,配電自動(dòng)化,配電是電力系統(tǒng)直接面向用戶的功能，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。配電網(wǎng)是電力生產(chǎn)和供應(yīng)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，與千家萬戶直接密切聯(lián)系。它是由配電變電所、柱上變壓器、配電線路、各種斷路器、開關(guān)以及各種保護(hù)裝置和無功補(bǔ)償裝置所組成。配電系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是供電設(shè)備極端的分散，與用戶直接相關(guān)。接線方式雖然大多數(shù)為干線式，但可以分段串聯(lián)，運(yùn)行方式變換靈活。,主要任務(wù)如下。,(1),保證配電網(wǎng)重要用戶的供電，控制負(fù)荷，使供電、用電平衡，提高負(fù)荷的利用率。,(2),隨時(shí)掌握配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整配電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行，使有功功率分布合理。,(3),及時(shí)調(diào)整無功功率補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行，保證符合供電電壓的質(zhì)量。,

14、(4),降低配電線路的線路功率損耗，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。,(5),發(fā)生事故時(shí)，迅速獲取信息，及時(shí)處理事故，保證用戶的供電并盡量縮短對用戶的停電時(shí)間。,我國的配電自動(dòng)化采用三種基本功能模式。,(1),就地控制的饋線自動(dòng)化。,(2),集中監(jiān)控模式的配電自動(dòng)化。,(3),集中監(jiān)控模式的配電自動(dòng)化與配電管理相結(jié)合的模式。對于近期采用較多的后兩種模式，都采用分布式總體結(jié)構(gòu)，一般分為兩層,(,主站、遠(yuǎn)方終端,),或三層,(,主站、子站、遠(yuǎn)方終端,),。主站至子站、子站至遠(yuǎn)方終端間通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)在一起，形成統(tǒng)一的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。,總之，配電自動(dòng)化需要有有效的信息傳輸系統(tǒng)來傳遞配電網(wǎng)控制中心與大量遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置

15、之間的數(shù)據(jù)和控制信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制理論及其信息處理技術(shù)的發(fā)展，配電自動(dòng)化系統(tǒng)水平一定會(huì)有一個(gè)較大的提高。,1.3,電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢,1.3.1,控制理論的應(yīng)用,隨著電力裝機(jī)容量和供電區(qū)域的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜多變。同時(shí)對供電質(zhì)量、供電可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高。半個(gè)世紀(jì)來，電力系統(tǒng)自動(dòng)化理論的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。,(1)20,世紀(jì),60,年代之前在經(jīng)典控制理論階段。,(2)20,世紀(jì),70,年代注入了控制論，形成以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制論階段。,(3)20,世紀(jì),90,年代以后注入了經(jīng)濟(jì)理論，從而達(dá)到電力市場的理論階段。,1.3.2,數(shù)字化

16、電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架,電力系統(tǒng)是由原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷和控制中心等組成的。原來的電力網(wǎng)絡(luò)是不可控的。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，柔性交流輸電技術(shù),(FACTS),設(shè)備引入了電力網(wǎng)，使電力網(wǎng)絡(luò)也變成是可控的了。然而在電力系統(tǒng)增加了靈活性的同時(shí)，也增加了它的復(fù)雜性。圖,1.4,表示的是兩個(gè)大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的電力系統(tǒng)。在它們之上還有高一級(jí)的調(diào)度中心，這可以說是多區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)的一個(gè)一般的結(jié)構(gòu)形式。,數(shù)字電力系統(tǒng),(Digital Power System,，,DPS),的涵義，是指對某一實(shí)際運(yùn)行的電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、物理特性、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)管理、環(huán)保指標(biāo)、人員狀況、科技活動(dòng)等數(shù)字地、形象化地和實(shí)時(shí)地描述與再現(xiàn)。,1.3.3,電力自動(dòng)化系統(tǒng)新技術(shù)與趨勢,電網(wǎng),SCADA,系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”無論其內(nèi)涵或外延都發(fā)生了巨大的變化。如今電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè),CCCPE,的統(tǒng)一體，即計(jì)算機(jī),(computer),、控制,(control),、通信,(communication),和電力電子,(power electronics