【正文】 North China Electric Power University電力工程系Department of Electrical Engineering電 力 系 統(tǒng) 自 動 化電自教研室 課程內(nèi)容簡介 一 .教師自我介紹 二 .課程介紹 — 給出一個課程及電力系統(tǒng)全貌三 . 講課方式四 .參考書 課程介紹 電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)課程電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 — 正常的、相對靜止的 運行狀態(tài)電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 — 從一種運行狀態(tài)向另一種運行狀態(tài)的過渡過程 課程介紹電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)的基本知識和等值網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)正常運行狀況的分析和計算電力系統(tǒng)有功功率 — 頻率、無功功率— 電壓的控制與調(diào)整 課程介紹電力系統(tǒng)暫態(tài)分析波 過程 — 操作或雷擊產(chǎn)生的過電壓 (過程最短) 高壓課程 主講電磁暫態(tài)過程 — 與短路及勵磁有關(guān) (過程較長 )機電暫態(tài)過程 — 與動力系統(tǒng)有關(guān) (過程最長 )涉及電壓、電流 電力系統(tǒng)故障分析 主講涉及功率、功角 — 導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩、穩(wěn)定性破壞、異步運行短路計算對稱分量法及序網(wǎng)概念不對稱故障的分析與計算靜穩(wěn)暫穩(wěn) 課程介紹 繼保專業(yè)的必修課程主要學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)自動控制的知識 講課方式側(cè)重基礎(chǔ)物理概念與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合補充新概念及專業(yè)領(lǐng)域研究成果和方向輔助教學(xué)手段，錄像、模型、圖片以講為主，自學(xué)為輔聽課自由，前提是有自學(xué)能力歡迎討論、提意見板書亂、發(fā)音不準(zhǔn)希望諒解考試不會難為同學(xué)們，不要求死記硬背第一章、概論 展歷程 第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程一、電力系統(tǒng)的特點v 電能不能大量儲存v 過渡過程非常迅速（ 30萬 KM/S）v 電力和國民經(jīng)濟各部門關(guān)系密切v 結(jié)構(gòu)復(fù)雜而龐大第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程我國電網(wǎng)介紹第一節(jié) 電力系統(tǒng)的概念和組成電力系統(tǒng)為什么要互聯(lián)并網(wǎng)運行呢？ — 減少備用容量 — 水、火電互補 — 系統(tǒng)越大，抗干擾能力越強 — 裝 高效率大容量機組、 合理利用動力資源、合理分配負(fù)荷、削峰填谷 。第一節(jié) 電力系統(tǒng)的概念和組成全國聯(lián)網(wǎng)勢在必行現(xiàn)在 ： 7個跨省電網(wǎng)， 5個獨立省網(wǎng)2022年全國聯(lián)網(wǎng)：以 三峽電站為中心，東西南北四方向聯(lián)網(wǎng)東西以送電和聯(lián)網(wǎng)效益并重南北以獲得聯(lián)網(wǎng)效益為主，兼顧送電聯(lián)網(wǎng)方案：首先建成三峽電網(wǎng)（華東、華中、四川、重慶）中部電網(wǎng)：以三峽電站為中心沿長江展開北部電網(wǎng)：以華北為中心，與東北、山東聯(lián)網(wǎng)，開發(fā) 黃河上游拉西瓦等水電站，實現(xiàn)與西北聯(lián)網(wǎng)南部電網(wǎng)：紅水河、瀾滄江、烏江流域、貴州煤炭基地第一節(jié) 電力系統(tǒng)的概念和組成全國聯(lián)網(wǎng)勢在必行北部和中部三縱：西 線：西北與川渝以直流方式相聯(lián)中線：華北與華中以直流背靠背相聯(lián)東線：山東與華東以直流背靠背相聯(lián)南部和中部：提高水電利用容量，減少棄水湖南衡陽到廣東韶關(guān) 500KV交直流輸電三峽到廣東的遠(yuǎn)距離直流輸電第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程216。目前我國基本上進(jìn)入大電網(wǎng)、大電廠、大機組、高電壓輸電、高度自動控制的新時代 。截止 2022年底 裝機總?cè)萘窟_(dá) 。216。我國現(xiàn)有發(fā)電裝機容量在 20220MW 以上的電力系統(tǒng) 11個，其中東北、華北、華東、華中電網(wǎng)裝機容量均超 30000MW ， 華東、華中電網(wǎng)甚至超過 40000MW ， 西北電網(wǎng)的裝機容量也達(dá)到 20220MW 。 南方電力聯(lián)營系統(tǒng)連結(jié)廣東、廣西、貴州、云南四省電網(wǎng)，實現(xiàn)了西電東送。其它幾個獨立省網(wǎng)，如四川、山東、福建等電網(wǎng)和裝機容量也超過或接近 10000MW 。216。各電網(wǎng)中 500KV（ 包括 330KV） 主網(wǎng)架逐步形成和壯大。 220KV電網(wǎng)不斷完善和擴充 。216。從 1988年起連續(xù)每年新增投產(chǎn)大中型發(fā)電機組超過 10000MW。216。1990年我國第一條從葛洲壩水電站至上海南橋換流站的 177。500KV直流輸電線路實現(xiàn)雙極運行，使華中和華東兩大區(qū)電網(wǎng)實現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)。 第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程兩家電網(wǎng)公司是國家電網(wǎng)公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司；５家發(fā)電集團公司是中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司和中國電力投資集團公司；４家輔業(yè)集團公司是中國電力工程顧問集團公司、中國水電工程顧問集團公司、中國水利水電建設(shè)集團公司和中國葛洲壩集團公司。 　　電力體制改革方案： 1(電監(jiān)會 )+2(電網(wǎng)公司 )+5(發(fā)電集團 )+4(輔業(yè)集團 )第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程二、電力系統(tǒng)的運行要求252。最大限度地滿足用戶的用電要求252。保證供電的可靠性（ 30~40倍，分類負(fù)荷）252。保證電能質(zhì)量（電壓、頻率、波形）252。提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程三、電力系統(tǒng)自動化的重要性 由電力系統(tǒng)的特點和運行要求可見對電力系統(tǒng)的控制與管理一個大型電力系統(tǒng)，使之安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟的運行是十分困難而艱巨的。僅靠值班人員進(jìn)行人工監(jiān)視是無法實現(xiàn)的，必須依靠自動裝置和設(shè)備才能實現(xiàn)。第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程四、電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展階段★ 單一功能自動化階段 單一功能的自動裝置有：故障自動切除裝置（即繼電保護(hù)裝置，自動切除出現(xiàn)故障的發(fā)電機、變壓器和輸電線路等設(shè)備）、自動操作和調(diào)節(jié)裝置（如斷路器自動操作、發(fā)電機自動調(diào)壓和自動調(diào)速裝置等）、遠(yuǎn)距離信息裝置（即遠(yuǎn)動裝置）電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠和變電站之間的自動裝置沒有什么聯(lián)系。電力系統(tǒng)的統(tǒng)一運行主要靠電力系統(tǒng)調(diào)度中心的調(diào)度員根據(jù)遙信、遙測傳來的信息，加上自己的知識和經(jīng)驗通過電話或遙控和遙調(diào)來指揮。繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動、自動化三者自成體系，分別完成各自功能對單個電力設(shè)備和單一過程用分立的自動裝置來完成自動化的單一功能單一功能自動化的特點是：第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程第一節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的重要性及其發(fā)展歷程★ 綜合 自動化階段 特點是用一套自動化系統(tǒng)或裝置來完成以往兩套或多套分離的自動化系統(tǒng)或裝置所完成的工作。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動和通信裝置電力系統(tǒng)信息電力系統(tǒng)自動裝置信息處理確定數(shù)學(xué)模型做出控制決策YX,YC YX,YCYK,YTYK,YT電力系統(tǒng) 調(diào)度計算機電力系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)工作模式圖第二節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的內(nèi)容電力系統(tǒng)由發(fā)、輸、變、配組成 （生產(chǎn)、輸送、分配、消費 ）第二節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的內(nèi)容它是一個能量系統(tǒng)，也稱為電工一次系統(tǒng)。電工一次系統(tǒng)中的電力設(shè)備常被稱為一次設(shè)備在電力系統(tǒng)中還有對電工一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制、保護(hù)、調(diào)度所需的自動監(jiān)控設(shè)備、繼電保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動和通信設(shè)備等組成輔助系統(tǒng)。這是一個信息系統(tǒng)，也稱為電工二次系統(tǒng)電工二次系統(tǒng)中的設(shè)備（或裝置）被稱為二次設(shè)備（裝置）電力系統(tǒng)自動化是電工二次系統(tǒng)的一個組成部分，通常指對電力設(shè)備及系統(tǒng)的自動監(jiān)視、控制和調(diào)度。第二節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的內(nèi)容一、電力系統(tǒng)自動化的分類按運行管理區(qū)劃分 電力系統(tǒng)調(diào)度自動化發(fā)電廠自動化變電站自動化發(fā)電和輸電調(diào)度自動化配電網(wǎng)自動化火電廠自動化水電廠自動化第二節(jié)、電力系統(tǒng)自動化的內(nèi)容一、電力系統(tǒng)自動化的分類（續(xù)）按自動控制的角度 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制電力系統(tǒng)安全自動控制電力系統(tǒng)中的斷路器的自動控制第三節(jié)、電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)及調(diào)度控制一、電力系統(tǒng)的正常狀態(tài)和非正常狀態(tài)正常時滿足等式和不等式約束條件不等式約束第三節(jié)、電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)及調(diào)度控制等式約束第三節(jié)、電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)及調(diào)度控制二、電力系統(tǒng)運行狀態(tài)及相應(yīng)的調(diào)度控制正常狀態(tài)恢復(fù)狀態(tài)系統(tǒng)崩潰警戒狀態(tài)緊急狀態(tài)滿足所有約束條件，有一定的旋轉(zhuǎn)備用依然滿足約束條件，備用減少很多滿足只滿足等式約束條件，如發(fā)生短路或者大機組退出不滿足所有約束條件，系統(tǒng)解列，切除負(fù)荷增加機組出力重新并列第二章、電力系統(tǒng)調(diào)度自動化 第一節(jié)、 電力系統(tǒng)調(diào)度自動化是如何實現(xiàn)的電力設(shè)備自動裝置ＲＴＵ 調(diào)制解調(diào)器 通信設(shè)備運行狀態(tài)和參數(shù)控制和調(diào)節(jié)命令電力設(shè)備自動裝置ＲＴＵ 調(diào)制解調(diào)器 通信設(shè)備運行狀態(tài)和參數(shù)控制和調(diào)節(jié)命令發(fā)電廠變電站…… 通信設(shè)備調(diào)制和解調(diào)器 遠(yuǎn)動終端接口 調(diào)度計算機 人機聯(lián)系設(shè)備上層調(diào)度中心調(diào)度自動化系統(tǒng)的基本構(gòu)成第一節(jié)、 電力系統(tǒng)調(diào)度自動化是如何實現(xiàn)的電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的功能有★ 電力系統(tǒng)監(jiān)視和控制★ 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計★ 電力系統(tǒng)安全分析和安全控制★ 電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制★ 電力系統(tǒng)實時負(fù)荷預(yù)測★ 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制★ 電力系統(tǒng)潮流優(yōu)化★ 電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制★ 電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度控制★ 電力系統(tǒng)負(fù)荷管理第二節(jié)、遠(yuǎn)動和信息傳輸設(shè)備的配置和功能參考 《 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動原理 》 ，在此不再詳述第三節(jié)、調(diào)度計算機系統(tǒng)及人機聯(lián)系設(shè)備一、調(diào)度計算機系統(tǒng)：完成信息處理和加工任務(wù)。由計算機硬件、軟件和專用接口組成，由多臺計算機組成調(diào)度自動化系統(tǒng)時，還有計算機硬件系統(tǒng)的配置問題。二、人機聯(lián)系設(shè)備：交互型的調(diào)度員控制臺、遠(yuǎn)方控制臺、調(diào)度員工作站、模擬屏以及通用的打印機、程序員終端等。第四節(jié)、電力系統(tǒng)的分層調(diào)度控制集中調(diào)度控制就是把電力系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電廠和變電站的信息都集中在一個調(diào)度控制中心，由一個調(diào)度控制中心對整個電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度控制。分層調(diào)度控制就是把全電力系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務(wù)分配給屬于不同層次的調(diào)度中心，下一層調(diào)度完成本層次的調(diào)度控制任務(wù)外，還接受上一級調(diào)度組織的調(diào)度命令并向上層調(diào)度傳遞所需信息。分層調(diào)度與集中調(diào)度相比，它的優(yōu)點是：便于協(xié)調(diào)控制；提高系統(tǒng)可靠性；改善系統(tǒng)響應(yīng)國家調(diào)度中心大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心 大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心大型火電廠、水電廠和核電廠 主網(wǎng)樞紐變電所 （ 500kv以上）省調(diào)度中心省調(diào)度中心省調(diào)度中心地區(qū)調(diào)度所縣級調(diào)度所地區(qū)調(diào)度所 地區(qū)調(diào)度所縣級調(diào)度所縣級調(diào)度所一般變電站地方火電和水電中型火電廠、水電廠和核電廠省直接調(diào)度變電站樞紐變電站梯形水電站控制中心第四節(jié)、電力系統(tǒng)的分層調(diào)度控制各級調(diào)度中心的控制和管理任務(wù)：大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心（網(wǎng)調(diào)）：、安排系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和發(fā)電計劃 —— 有功功率控制、經(jīng)濟運行調(diào)度控制、預(yù)防事故分析和校正控制、統(tǒng)計業(yè)務(wù)第四節(jié)、電力系統(tǒng)的分層調(diào)度控制省調(diào)度中心（省調(diào)）：屬發(fā)電廠發(fā)電計劃 110kv系統(tǒng)樞紐點電壓監(jiān)視和無功控制 110kv系統(tǒng)安全監(jiān)視和控制、水電廠發(fā)電計劃（對上級）、統(tǒng)計業(yè)務(wù)第四節(jié)、電力系統(tǒng)的分層調(diào)度控制地區(qū)調(diào)度所（地調(diào)）或中間控制所（即某些廠、站承擔(dān)對其附近子廠、站得控制和信息傳遞）： 110KV系統(tǒng)樞紐點電壓監(jiān)視和控制 110KV系統(tǒng)安全監(jiān)視和控制 110KV系統(tǒng)正常操作和事故處理第五節(jié)、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計參考電力系統(tǒng)分析，在此不再詳述。第三章、電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制 發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第一節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的必要性一、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性頻率對電力用戶的影響▲電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機轉(zhuǎn)速變化，這會使得電動機所驅(qū)動的加工工業(yè)產(chǎn)品的機械的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。有些產(chǎn)品 (如紡織和造紙行業(yè)的產(chǎn)品 )對加工機械的轉(zhuǎn)速要求很高，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)次品和廢品。 ▲系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能，頻率過低時有些設(shè)備甚至無法工作。這對一些重要工業(yè)和國防是不能允許的?！娏ο到y(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致其所帶動機械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響電力用戶設(shè)備的正常運行。 頻率對電力系統(tǒng)的影響 ◆ 頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大，輕則影響使用壽命，重則可能產(chǎn)生裂紋。對于額定頻率為 50Hz的電力系統(tǒng)，當(dāng)頻率降低到 45Hz附近時，某些汽輪機的葉片可能發(fā)生共振而斷裂，造成重大事故。 ◆ 頻率下降到 47～ 48Hz時，由異步電動機驅(qū)動的送風(fēng)機、吸風(fēng)機、給水泵、循環(huán)水泵和磨媒機等發(fā)電廠廠用機械的出力隨之下降，使火電廠鍋爐和汽輪機的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機發(fā)出的有功功率下降。這種趨勢如果不能及時制止，就會在短時間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度，這種現(xiàn)象稱為頻率雪崩。出現(xiàn)頻率雪崩會造成大面積停電，甚至使整個系統(tǒng)瓦解第一節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的必要性◆ 在核電廠中，反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)泵對供電頻率有嚴(yán)格要求。當(dāng)頻率降到一定數(shù)值時，冷卻介質(zhì)泵即自動跳開，使反應(yīng)堆停止運行。 ◆ 電力系統(tǒng)頻率下降時，異步電動機和變壓器