电力系统自动化教案Word文件下载.docx
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单一功能的自动装置有：
故障自动切除装置（即继电保护装置，自动切除出现故障的发电机、变压器和输电线路等设备）、自动操作和调节装置（如断路器自动操作、发电机自动调压和自动调速装置等）、远距离信息装置（即远动装置）
单一功能自动化的特点是：
1、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成各自功能
2、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来完成自动化的单一功能
3、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置没有什么联系。
4、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。
二、综合自动化阶段
特点是用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套分离的自动化系统或装置所完成的工作。
1.2电力系统的运行状态及调度控制
一、电力系统的正常状态和非正常状态
正常时满足等式和不等式约束条件
二、电力系统运行状态及相应的调度控制
第二章电力系统调度自动化
了解调度自动化系统的基本构成与工作原理，调度自动化的主要功能，调度自动化系统的现状与趋势。
2.1电力系统调度自动化是如何实现的
电力系统调度自动化的功能有
★电力系统监视和控制
★电力系统状态估计
★电力系统安全分析和安全控制
★电力系统稳定控制
★电力系统潮流优化
★电力系统实时负荷预测
★电力系统频率和有功功率自动控制
★电力系统电压和无功功率自动控制
★电力系统经济调度控制
★电力系统负荷管理
2.2远动和信息传输设备的配置和功能
参考电力系统远动课程
2.3调度计算机系统及人机联系设备
一、调度计算机系统：
完成信息处理和加工任务。
由计算机硬件、软件和专用接口组成，由多台计算机组成调度自动化系统时，还有计算机硬件系统的配置问题。
二、人机联系设备：
交互型的调度员控制台、远方控制台、调度员工作站、模拟屏以及通用的打印机、程序员终端等。
2.4电力系统的分层调度控制
集中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电力系统进行调度控制。
分层调度控制就是把全电力系统的监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递所需信息。
分层调度与集中调度相比，它的优点是：
便于协调控制；
提高系统可靠性；
改善系统响应
各级调度中心的控制和管理任务：
大区电网调度中心（网调）：
1.区网负荷预测、安排系统结构和发电计划
2.频率——有功功率控制、经济运行调度控制
3.区主网枢纽点电压监视和无功功率控制
4.区网安全监视、预防事故分析和校正控制
5.区网正常操作和事故处理
6.区网检修计划
7.调度记录、统计业务
省调度中心（省调）：
1.省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所
属发电厂发电计划
2.省主网和110kv系统枢纽点电压监视和无功控制
3.省主网和110kv系统安全监视和控制
4.不影响区网的局部性正常操作和事故处理
5.管理范围内的网损计算和检修计划
6.水库调度、水电厂发电计划
7.调度记录报告（对上级）、统计业务
地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其
附近子厂、站得控制和信息传递）：
1.局部110KV系统枢纽点电压监视和控制
2.局部110KV系统安全监视和控制
3.局部110KV系统正常操作和事故处理
4.管理范围内的网损计算和检修计划
5.对所属供电局的业务联系
6.统计业务
第三章电力系统的频率和有功功率自动控制
3.0概述
f=pn/60
式中f－－发电机频率，HZ
P－－发电机转子的极对数；
n－－机组转速，r/min。
由上式可知，要控制发电机频率就得控制机组转速。
3.1频率、有功控制的必要性
一、电力系统频率控制的必要性
频率是电能质量的重要指标之一
1、频率对电力用户的影响
1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。
有些产品（如纺织和造纸行业的产品）对加工机械的转速要求很高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。
2）系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有
些设备甚至无法工作。
这对一些重要工业和国防是不能允许的。
3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和
出力降低，影响电力用户设备的正常运行。
2、率对电力系统的影响
1）率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。
对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率降低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂，造成重大事故。
2）下降到47～48Hz时，由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨媒机等发电厂厂用机械的出力随之下降，使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。
这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。
出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
3）核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。
当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。
4）电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功损耗增加，引起系统电压下降。
频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低。
如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现电压快速而不断地下降，即所谓电压雪崩现象。
出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。
二、力系统有功功率控制的必要性
1、维持电力系统频率在运行范围之内
电力系统频率是靠电力系统内并联运行地所有发电机组发出的有功总和与系统内所有负荷消耗（包括网损）的有功功率总和之间的平衡来维持的。
当系统内并联运行的机组发出的有功功率总和等于系统内所有负荷在额定频率所消耗的有功功率总和时，系统就运行在额定频率。
如果上述“等于”关系遭到破坏，系统频率就会偏离额定值。
电力系统有功功率控制的重要任务之一，就是要及时调节系统内并联运行机组原动机的输入功率，维持上述“等于”关系，保证电力系统频率在允许范围之内
2、提高电力系统运行地经济性
前面已经指出，当系统内并联运行的所有机组发出的有功功率总和等于系统内所有负荷在额定频率所消耗的有功功率总和时，系统就运行在额定频率，但没有说明那些机组参与并联运行以及参与并联运行的机组各应该发多少有功功率。
电力系统有功功率控制的另一个任务就是要解决这个问题。
这就是电力系统经济调度问题。
电力系统经济调度包括两个方面：
第一，开启那些机组并入电力系统运行；
第二，确定已并网运行的机组各发多少有功功率。
前者是机组经济调度问题，后者是有功负荷的经济分配问题。
经济调度需要考虑机组效率、各种发电机组的协调、电力系统网损等问题，目的是提高电力系统运行的经济性，用最少的一次能源消耗获得最多的可用电能。
3、保证联合电力系统地协调运行
电力系统的规模不断扩大，已经出现了将几个区域电力系统连在一起组成的联合电力系统。
有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的有功功率和电量按事先约定的协议进行。
这时电力系统有功功率控制对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。
电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应该统一考虑并协同控制。
3.4机械液压调速器
首先按图说明调速器的构成：
测速机构：
离心飞摆
执行机构：
错油门和油动机及其连杆
转速给定：
同步器
调差机构：
一次调节的过程：
D不动：
转速n下降——〉A点上升——〉C点下降——〉F，E下降——〉B点上升同时转速n上升引起A上升——〉C点上升——〉E点上升回到原来位置调节结束。
调节结束后b点比原来高，a点比原来低，c点不懂。
为有差调节，若去掉b点和活塞的连杆则为无差调节。
二次调节的过程：
抬高D点，因为BCA先不动——〉E下降——〉B上升——〉n上升——〉A上升——〉C上升——〉F上升——〉E点上升重新堵死油路调节结束，ACB集体抬高
给出调差系数的概念，定义
由调节特性给出调差的概念：
并从概念上解释两个定义的等价关系
失灵区的影响：
失灵区过大会导致误差功率过大，过小会导致调速器频繁动作，对机组和系统都不利，故一般小于0.2%-0.5%；
失灵区一定的情况下误差功率与调差系数成反比
3.7电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理
现代电力系统中并联运行的发电机组台数很多，负荷的数量就更多，且分布在辽阔的地理区域之内。
不难想象，控制如此庞大的电力系统，使频率满足要求、功率分布得经济合理是一项十分复杂得工作。
为了使问题简化并突出主要矛盾，在分析电力系统频率和有功功率自动控制时，常将电力系统内并联运行得所有机组用一台等效机组代替；
将电力系统内所有负荷用一个等效负荷代替；
然后使用发电机组单机带负荷运行时频率和有功功率控制得基本原理和方法进行分析和计算。
一、电力系统负荷得静态频率特性
负荷的有功功率随着频率而变化得特性叫做负荷的静态频率特性。
电力系统负荷功率与频率的关系为
零次方负荷：
负荷功率与频率变化无直接关系，如电热、照明、电弧炉及整流负荷。
一次方负荷：
负荷功率与频率成比例关系，如金属切削机床、磨煤机、卷扬机等。
二次方负荷：
负荷功率与频率平方成比例关系，这类机械不多，但电力系统中的网损即是。
三次方负荷：
负荷功率与频率三次方成比例关系，火电厂的厂用机械多属于此类，如鼓风机、循环水泵等。
此外，还有一些高水头的水泵，如给水泵，则是与频率的更高次方成正比。
电力系统负荷的静态频率特性曲线如图所示。
可以看出当频率下降时负荷从系统取用的有功功率将下；
系统频率升高时负荷从系统取用的有功功率将增加。
这种现象称为电力系统负荷的频率调节效应，简称负荷调节效应，并用负荷调节效应系数来衡量负荷调节作用的大小。
负荷调节效应与负荷的组成和比重有关。
二、电力系统等效发电机组的静态调节特性
等效机组的调差系数和以及静态调节方程式的物理意义与单机调速系统一直。
调差系数的倒数称为机组的单位调节功率，即
三、电力系统频率控制的基本原理
结合教材图形，从概念上解释发展过程，假设无调速器稳定在b点。
（一）、频率的一次调整
稳定在c点。
增加的负荷功率一部分通过负荷自己的调节特性使负荷少吸收来承担，一部分由发电机组通过降低频率增加
（二）、频率的二次调整
改变频率或转速给定环节回复到原额定运行频率。
负荷增量将全部由调频机组承担。
（三）、调频电厂的选择
电力系统中并联运行的发电机组都装有调速器。
当系统负荷变化时，有可调容量的机组均参与频率的一次调整，而二次调整只由部分发电厂承担。
从是否承担频率的二次调整任务出发，可将系统中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。
调频厂负责全系统的频率调整任务；
非调频厂在系统正常运行情况下只按调度控制中心预先安排的负荷曲线运行，而不参加频率调整。
选择调频电厂时，主要考虑下列因素：
（1）具有足够大的容量和可调范围；
（2）允许的出力调整速度满足系统负荷变化速度的要求；
（3）符合经济运行原则；
（4）联络线上交换功率的变化不致影响系统安全运行。
水轮发电机组的出力调整范围大，允许出力变化速度快，一般宜选水电厂担任调频。
四、电力系统的有功功率控制
并联运行机组间的有功功率分配
结合例题进行讲解。
3.9电力系统自动调频方法和自动发电控制
一、电力系统的自动调频方法
有主导发电机法、虚有差法、积差调节法等。
二、自动发电控制（AGC）
四个基本目标：
①使电力系统的发电出力和负荷功率相匹配；
②将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；
③空盒子区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区
域内有功功率的平衡；
④在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。
3.10电力系统自动低频减负荷
3.10.1概述
电力系统中某些机组故障切除时，由于出现有功功率缺额，系统频率会急剧下降。
采用自动低频减载装置，可以制止事故的进一步扩大，所以这是一种有效的措施。
众所周知，电力系统在正常情况下，需要调节频率，使系统维持在额定频率下稳定运行。
这时发电机组所发出的有功功率与负荷所消耗的有功功率在该频率下达到平衡。
但是，功率平衡关系随时可能遭到破坏，这时，系统中将出现有功功率差额。
当频率在额定值附近时，如果功率平衡，即（△P=0），则电机转速将保持不变。
如果发电功率大于消耗功率，即（△P>
0），出现功率余额时，电机将加速，使频率上升。
反之，当（△P<
0），出现功率缺额时，电机将减速，使频率下降。
特别是当系统发生事故时，例如有一台机组或一个发电厂被断开，系统频率将急剧下降。
假如此时系统中全部备用容量均已动用，还是应付不了，则应及时采取其它对策，否则将会导致事故扩大，甚至整个系统瓦解，造成极其严重的后果。
因此，这种频率的过度降低，不仅影响电能质量，而且会给系统的安全运行带来如下一些严重的危害：
1、危害汽轮机
汽轮机在结构上是如此设计的：
在额定频率下运行时，叶片振动很小；
当频率下降时，叶片振动变大甚至产生
共振现象。
运行经验表明，某些型式的汽轮机长时期在频率低于49～49.5赫以下运行时，叶片容易产生裂纹，当频率低到45赫附近时，个别级的叶片可能发生共振而引起断裂事故。
2、产生频率崩溃现象
当频率下降到47～48赫时，火电厂的厂用机械（例如风机、水泵及磨煤机等）的出力将显著下降，几分钟内将使发电厂的正常运行受到破坏，致使功率缺额更为严重，频率进一步下降，从而造成所谓“频率崩溃”现象。
3、产生电压崩溃现象
当频率下降到46～45赫时，全系统发电机转子及励磁机的转速显著下降，致使发电机电势下降，全系统的电压水平大为降低。
即使有较完善的自动调节励磁装置，也难以恢复。
当电压下降到一定程度时，负荷不仅不减少吸收无功功率，反而吸收更多的的无功功率，使系统无功功率严重不足，引起电压的进一步下降。
这就出现所谓“电压崩溃”
如果发生这种恶性事故，将会引起大面积停电，使系统陷于瘫痪状态，往往要数小时才能恢复正常。
装设自动低频减载装置，就是应付这种事故的重要对策之一。
它在系统发生事故，频率急剧下降时，通过切除部分负荷的方法，来制止频率的下降，并使它逐步恢复正常。
为了保证系统的正常和安全运行，系统频率应保持应有的水平。
在正常运行情况下，系统中经常性的频率波动不应超过0.2赫，同时根据规定也不允许长期低于49.5赫运行。
在事故情况下，通过自动低频减载装置的作用，应能保证：
频率低于47赫的时间不超过20～30秒；
低于45赫的时间，不能大于0.5～1秒。
在系统内旋转备用容量不足的情况下，自动低频减载装置具有更大的重要性，否则处理不好就容易引起事故扩大，甚至导致系统瓦解。
在容量较小的系统及发电厂数量不多的系统，这种自动装置的作用特别突出。
3.10.2电力系统频率的动态特性
当发电机功率与负荷功率失去平衡时，系统频率按指数曲线变化，如果忽略时间常数的变化，系统频率可归纳为如下几种情况。
1.由于△f的值与功率缺额成比例，事故初期频率下降的速度与功率缺额成比例。
2.当频率下降到某频率时切除负荷刚好等于功率缺额时，频率按指数规律上升恢复。
3.若切除负荷小于功率缺额，则系统的稳态频率低于额定值。
设切除这些负荷后频率正好维持这一级动作频率上。
4.若切除的负荷比3中的还小，则系统频率继续下降。
可见如果能及早的切除负荷，可延缓系统的频率下降过程
3.11、自动低频减负荷的基本原理
自动低频减负荷（ZDPJ）的基本原理是分级切除，自动逼近。
当系统因故障出现功率缺额时，如果缺额较小，且系统内有足够的旋转备用，在系统频率经过一个短时间下降之后，随着系统旋转备用容量作用的发挥，会重新恢复到故障前的水平，这种情况下，ZDPJ不动作。
如果有功缺额较大，而且系统中备有容量又比较少或没有时，系统频率就会比较快地下降，当下降到ZDPJ的第一级动作频率时，ZDPJ自动切除一部分不重要的负荷，以使频率恢复到允许频率。
如果频率接着下降，则ZDPJ继续自动切除一部分负荷，来抑制频率的下降。
如此动作直到频率不再下降为止。
但是有时会出现这种情况，在ZDPJ的某一级动作后，频率不再继续下降，不能使ZDPJ继续切除负荷，而频率又恢复不到允许值。
出现这种情况是系统运行不允许的。
为此ZDPJ装置中设有特殊级，出现上述情况时特殊级动作，使频率恢复到允许值。
3.12、自动低频减负荷装置的整定计算
（一）确定最大功率缺额Pqe
发生严重事故时，为了保证系统ZDPJ装置动作切除负荷后能使系统频率恢复到允许值，在计算接入ZDPJ装置的负荷功率之前，必须先确定系统发生故障时，功率缺额的最大值。
确定最大功率缺额应考虑系统最不利运行条件下出现最严重故障时的情况。
例如，按系统断开最大容量的机组或某一发电厂考虑；
如果系统有可能解列成几个子系统时，还应考虑各子系统因联络线断开而出现的功率缺额。
（二）确定接入ZDPJ装置的负荷总功率PJH
设允许频率为fy，由负荷功率与频率的关系。
可得
从负荷调节效应系数推倒过去
（三）确定各级的动作频率
自动低频减负荷是在系统故障情况下强行使部分用户停电来换取系统安全的方法。
这无疑会给被停电用户造成一定困难甚至损失，因此应在保证系统安全的前提下尽量少地断开负荷。
接入自动低频减负荷装置地总负荷功率是按系统最严重的情况考虑的。
然而每次故障时，由于系统的运行方式不同，故障的严重程度也有很大差别，因此需由ZDPJ装置切除的负荷也有很大的差别。
为了适应上述要求，采用将接入ZDPJ装置的总负荷分批分期切除的办法，以求做到切除的负荷功率既不过多，又不过少。
目前自动低频减负荷均采用按系统频率由高到低顺序切除地办法。
根据动作频率地不同，将自动低频减负荷装置地动作分为若干级，也称为若干轮。
1、确定第一级动作频率f
第一级动作频率取得高一些，自动低频减负荷的效果会好一些，但这样有可能在系统频率暂时下降而备用容量尚未来得及发挥作用之前就把一部分负荷切掉了。
一般第一级动作频率确定在48.5Hz～49.0Hz。
2、确定末级动作频率fn
对于高温高压火电厂，在频率低于46Hz~46.5Hz时，电厂已不能正常工作。
因此末级动作频率以不低于46.5Hz为宜。
一般选择47.5Hz。
3、确定频率级差△f
（1）按选择性确定这种方法要求在前一级动作之后不能制止频率下降时，下一级才动作。
△f＝2△fWC+△ft+△fy
式中△fWC－频率继电器动作频率的最大误差；
△ft－在延时△f内系统频率下降值，一般可取0.15Hz；
△fy－频率裕度，一般可取0.05Hz。
（2）不强调选择性这种方法将接入ZDPJ装置的负荷总功率分成若干级切除，而不注重每级之间是否有选择性。
它的原则是缩小级差、增加级数、减少每级切除负荷。
（四）确定动作级数N
在确定首、末级动作频率f1、fn和频率级差△f之后，动作级数N由下式确定
（五）确定每级切除的负荷功率△Pi
当确定了希望的恢复频率fh和各级的动作频率fi之后，就可以根据下式救出每级需要切除的负荷功率△Pi。
（六）确定延时△t
为了尽快制止频率下降，在系统频率下降到ZDPJ装置的动作值时应尽快切除负荷。
但考虑到电力系统电压急剧下降期间有可能引起频率继电器的误动，造成误切负荷，所以增加一个延时△t，以躲过暂态过程可能出现的误动作。
△t一般取05s以上。
（七）确定特殊级的有关参数
特殊级的动作频率通常只有一个，其整定值ft应大于或等于基本级第一级的动作频率。
特殊级是通过动作延时实现与基本级间动作的选择性的。
在基本级的第一级的频率继电器尚未动作之前，特殊级的频率继电器就全部动作了，但是由于延时继电器的延时△tt很大，只有在基本级动作不能使系统频率恢复到希望的频率时，特殊级的执行继电器才能动作。
一般△tt取电力系统时间常数2～3倍，最小动作时间约为10～15s。
特殊级中的各级的选择性是通过不同的延时实现的，相邻两级间的延时差不小于5s。
第四章电力系统电压和无功功率自动控制
学习目的：
掌握比例式励磁自动控制系统的构成，各最小构成单元的功能，比较整定电路的工作原理，调差单元的分析方法。
励磁调节器的任务，强励的要求。
4.1电压和无功控制的必要性
一、电力系统电压控制的必要性
（一）电压偏移对用户的影响
电力负荷中比重最大的是异步电动机，它的转矩与端电压的平方成正比。
如果额定电压时最大转矩为100％，当电压下降到90％时，它的最大转矩将下降到额定电压转矩的81％。
因此，当电压过低时可使电动机拖动能力下降；
使绕组温度上升，加速绝缘老化，严重情况下，甚至使电动机烧毁。
电压下降时会使电动机的转速下降，将影响工业产品的产量和质量。
电炉的用功功率与电压的平方成正比，炼钢厂中的电炉会因电压降低而增加冶炼时间，从而影响产量。
电压过低时，照明设备的发光频率和亮度会大幅度下降。
电压过高将使所有电气设备绝缘受损；
使变压器、电动机等的铁心饱和程度加深，铁心损耗增大，温升增加，寿命
缩短。
照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化很敏感。
电压过高会使白炽灯的寿命大大缩短，电压高于额定值10％，寿命将缩短一半。
电压偏离额定值时，日光灯的寿命也会缩短。
冲击负荷（如轧钢机等）会引起电压突然下降和恢复，产生电压闪变。
电压闪变对冲击负荷附近的用户产生不良影响，如灯光闪烁。
（二）电压偏移对电力系统的影响
电厂中的厂用机械（如给水泵、循环水泵、送风机、吸风机
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