【正文】 長 沙 理 工 大 學(xué) 備 課 紙電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)畢業(yè)論文緒 論一、我國電力工業(yè)的發(fā)展概況 回顧100多年電力工業(yè)的發(fā)展， 經(jīng)過67年發(fā)展，到1949年達到185萬kW。2005年已突破5億kW，2006年底突破6億kW，在不到一年時間里，2007年12月，國電泰州發(fā)電有限公司1號發(fā)電機組為全國7億千瓦“標志性機組”。自2002年至2007年的五年間，相當(dāng)于建國后50多年的總和。2009年10月，中電投拉西瓦水電站6號機成為8億千瓦“標志性機組”.。2010年中期，中廣核嶺澳核電站二期工程1號機組成為9億千瓦“標志性機組”.。50多年持續(xù)以年均10%以上的速度發(fā)展，在世界電力發(fā)展歷史上都是罕見的。我國連續(xù)躍過法國、英國、加拿大、德國、俄國、日本，從1996年開始就穩(wěn)居世界第二，基本上扭轉(zhuǎn)了長期困擾我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活需要的電力嚴重短缺局面。特別是9億千瓦裝機容量的突破，是電力發(fā)展史上一個重要里程碑，標志著電力工業(yè)發(fā)展實現(xiàn)了新跨越。b（概念）。（），將超過美國躍居世界第一位。：大容量，高參數(shù)，環(huán)保型（1）火電：%%，高效清潔機組為燃煤發(fā)電主力。（2）水電裝機：，2010年8月突破2億KW，居世界第一。（3）風(fēng)電裝機：2010年底，首次超美，居世界第一。 24個省市建設(shè)了風(fēng)電場，東海大橋海上風(fēng)電場于2010年在上海投入運行，除歐洲外最大海上風(fēng)電場。（4）核電：在建基地達到23個，2540萬KW，全球在建核電規(guī)模最大的國家。 系統(tǒng)的發(fā)展―――發(fā)電廠、變電所實現(xiàn)了自動化(各種類型的發(fā)電廠根據(jù)區(qū)域資源頒布的特點加緊建設(shè)，隨著大容量機組的出現(xiàn)，交流輸電最高電壓等級已達到500KV)―――遠動通信、計算機技術(shù)的發(fā)展促使系統(tǒng)朝著自動監(jiān)視、控制和調(diào)度的方向發(fā)展―――促進系統(tǒng)自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展向家壩—上海，+—800KV特高壓直流輸電示范工程，首個電壓等級最高，輸送距離最遠，輸送容量最大，技術(shù)水平最先進。二、電力系統(tǒng)及其運行：使許多相距遙遠、大小不等的分散的發(fā)電機電源，經(jīng)過錯蹤復(fù)雜的輸、配電網(wǎng)絡(luò)，相互聯(lián)結(jié)起來，并進行有功功率與無功功率的傳輸與分配，使分散的用戶都能及時得到合格的電能供應(yīng)。：功率平衡―――系統(tǒng)是一個有機的整體調(diào)度控制中心的任務(wù)：合理地調(diào)度（AGC，水火電的調(diào)度）所屬各發(fā)電廠的出力、制定運行方式、及時處理電力系統(tǒng)運行中所發(fā)生的問題，確保系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。發(fā)電廠的任務(wù)：電源，發(fā)電廠的類型。安全經(jīng)濟地完成給予的發(fā)電任務(wù)。 常規(guī)和新能源發(fā)電，集中型供電和分布式發(fā)電配電網(wǎng)的任務(wù)：直接向用戶供電的地區(qū)電網(wǎng)。從電源到用戶，電壓等級經(jīng)歷了升高和降低的過程，為了遠距離輸送電能必要提高電壓，為了給用戶供電又必須降低電壓分配給不同配電電壓的用戶。 高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)、低壓配電網(wǎng)三、電力系統(tǒng)自動控制的劃分典型自動控制系統(tǒng)的基本原理：Fig 02電力系統(tǒng)自動化的概念：廣義的理解是，根據(jù)電力系統(tǒng)本身特有的規(guī)律，應(yīng)用自動控制原理，采用自動控制裝置來自動地實現(xiàn)電力生產(chǎn)的安全可靠運行。電能的生產(chǎn)過程是一個有機的整體，復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)如果沒有一系列的安全自動裝置系統(tǒng)為它服務(wù)，那么這個系統(tǒng)是一刻也不能運行的。具體來說，電力系統(tǒng)自動化是自動化的一種具體形式，是指應(yīng)用各種具有自動檢測、決策和控制功能的裝置，通過信號系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)進行就地或遠方的自動監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制，保證系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行和具有合格的電能質(zhì)量。根據(jù)電力系統(tǒng)的運行和組成特點，系統(tǒng)中的自動控制大致劃分為如下：1． 電力系統(tǒng)自動監(jiān)視和控制任務(wù)：控制系統(tǒng)的運行方式，提高電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行水平?！　? 　系統(tǒng)運行狀態(tài)發(fā)電廠、變電所　　　　　　　　　 遠動終端裝置(RTU)　　　 　　調(diào)度控制中心 的實時信息 (分析系統(tǒng)的運行狀態(tài))　　　　　　　　　　　　　 控制方案(計算結(jié)果、決策命令)　 2． 電廠動力機械自動控制電廠控制的主要組成部分，隨電廠類型不同而有差別。200MW以上的需配置專用計算機進行監(jiān)控?；痣姀S：鍋爐、汽輪機等設(shè)備。水電廠：水輪機、調(diào)速器及勵磁自動控制系統(tǒng)3． 電力系統(tǒng)自動裝置直接為系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)自動化設(shè)備。主要指發(fā)電機組的自動控制裝置，如發(fā)電機組的自動并列裝置，自動勵磁，自動解列，發(fā)電廠變電所主接線操作和運行的自動并列裝置，以及電力系統(tǒng)的安全自動控制裝置如低頻減載、自動重合閘，繼保裝置等。這是本課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容。同步發(fā)電機：，動力元素：負荷變化時，引起有功失衡，頻率偏移，通過執(zhí)行機構(gòu)（）調(diào)速器）調(diào)節(jié)動力元素――蒸汽流量的大小來改變輸出有功，使頻率恢復(fù)正常值。勵磁電流：負荷變化――機端電壓偏差――勵磁電流改變，以調(diào)節(jié)電壓和控制無功的分配電氣設(shè)備的操作類型：正常操作（如正常并列操作）和反事故操作（防止事故進一步擴大的緊急操作）安全自動控制裝置：防止系統(tǒng)的系統(tǒng)性事故采取相應(yīng)對策的自動操作裝置。電氣設(shè)備操作的自動化是電力系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。4． 電力安全裝置為保障系統(tǒng)運行人員的人身安全的監(jiān)護裝置。在進一步發(fā)展，暫不列入課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。四、本課程的主要內(nèi)容自動裝置的兩種類型：自動調(diào)節(jié)裝置和自動操作裝置（一）本課程的重點：根據(jù)系統(tǒng)的運行特點，在實施其自動控制時所遵循的規(guī)律和自動裝置的組成及運行要求等方面進行闡述。圍繞電壓和頻率兩個指標，對勵磁自動控制和頻率自動控制進行深入介紹。并列操作是電氣設(shè)備正常運行操作的重要內(nèi)容，是學(xué)習(xí)的重點。按章節(jié)內(nèi)容如下：1． 同步發(fā)電機的自動并列：第二章，是電氣自動控制裝置典型的例子。2． 同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)及其動靜態(tài)特性：第三、四章，是發(fā)電機自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個典型應(yīng)用。3． 頻率－有功功率自動控制：第五章，就頻率特性和調(diào)頻問題展開討論，側(cè)重闡述控制系統(tǒng)特性和功率分配等問題。4． 系統(tǒng)自動低頻減載及其他安全自動控制裝置：第六章，重點介紹按頻率自動減載裝置，是事故情況下典型的防系統(tǒng)性事故的安全自動控制裝置。（二）本課程的考核方式：出勤，課堂提問，課堂測驗，作業(yè)，考試第一章 自動裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理一、自動裝置的首要任務(wù)系統(tǒng)運行的主要參數(shù)是連續(xù)的模擬量，將連續(xù)的模擬信號采集并轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號后進入計算機，即數(shù)據(jù)采集和模擬信號的數(shù)字化。二、自動裝置的基本組成 1．硬件：電力系統(tǒng)自動裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有微型計算機系統(tǒng)、工業(yè)控制機系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）三種。各自的適用范圍如下表：硬件結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)特點適用范圍應(yīng)用實例微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)，對環(huán)境要求不高，能在惡劣環(huán)境下工作。價格低，降低系統(tǒng)投資?？刂乒δ軉我坏淖詣友b置：采集的電氣量不多自動并列裝置工業(yè)控制機系統(tǒng)功能較微型完善，可靠性和實時性較微型大為提高，配有實時操作系統(tǒng)，過程中斷系統(tǒng)，具有豐富的I/O功能和軟件系統(tǒng)。有眾多選配件，軟件支持。控制功能要求較高，軟件開發(fā)任務(wù)繁重的系統(tǒng)發(fā)電機勵磁自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)DCS，F(xiàn)CSDCS適應(yīng)性強，系統(tǒng)的規(guī)?？梢愿鶕?jù)實際情況建設(shè)。由于系統(tǒng)具有分散性，單一站的故障不會影響到整個系統(tǒng)，可靠性提高。系統(tǒng)各站為并行結(jié)構(gòu)，可解決大型、高速、動態(tài)系統(tǒng)需要，實時性好，需要進行集中數(shù)據(jù)處理，對上位機有一定技術(shù)要求。分散的多對象的成套監(jiān)測控制裝置發(fā)電廠變電所一些遠動裝置以及熱電廠機爐集控系統(tǒng)等FCS全數(shù)字開放系統(tǒng)，具有可互操作性和可互用性（同類總線不同廠家產(chǎn)品可替代），全分布控制系統(tǒng)，可形成更大系統(tǒng)，其現(xiàn)場設(shè)備具有高智能化和自治性，控制能力強。 2．軟件：基本的內(nèi)容如下：信號采集與處理軟件：采集的是數(shù)字信號可直接進入計算機存儲。而模擬信號須經(jīng)過模擬信號采集與處理程序經(jīng)過采集、標度變換、濾波處理及二次數(shù)據(jù)計算，并進行保存。運行參數(shù)設(shè)置程序：設(shè)置系統(tǒng)的運行參數(shù)。系統(tǒng)管理(主控制)程序：將各個功能模塊組織成一個程序系統(tǒng)，并管理和調(diào)用各個功能模塊，同時管理數(shù)據(jù)文件的存儲和輸出。通信程序：完成上位機與各個站之間的數(shù)據(jù)傳遞工作，或用來完成主節(jié)點與從節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳遞。一般通信程序為DCS或FCS所有。軟件部分視具體的系統(tǒng)，具體的應(yīng)用有不同的劃分，規(guī)模、功能和所采用的技術(shù)也不相同。第二節(jié) 采樣、量化與編碼(略)第二章 同步發(fā)電機的自動并列第一節(jié)　概述本節(jié)內(nèi)容：并列操作的意義；并列操作應(yīng)遵循的原則；準同期并列的理想條件與實際條件；并列操作時不滿足理想條件時引起的后果；滑差、滑差頻率與滑差周期的關(guān)系；自同期并列的原理及特點。一、 并列操作的意義（）1． 母線電壓的狀態(tài)量表示任一母線電壓瞬時值可表示為：其中為運行母線電壓（）的狀態(tài)量2． 并列操作的概念和意義：，概念：發(fā)電機的電壓uG在投入系統(tǒng)運行之前，與并列母線電壓uX的狀態(tài)量不等，須適當(dāng)調(diào)整待并發(fā)電機組的狀態(tài)量，使之符合并列條件后才允許斷路器QF合閘作并網(wǎng)運行。這一系列操作稱為并列操作.意義：負荷的變化而引起發(fā)電機運行的臺數(shù)經(jīng)常改變，因此發(fā)電機組的投切是系統(tǒng)運行中的一項頻繁操作（正常操作），隨著系統(tǒng)的容量和單機的容量日益增大，不恰當(dāng)?shù)牟⒘胁僮鲗?dǎo)致嚴重后果。因此提高并列操作的準確度和可靠性對系統(tǒng)的可靠運行是很重要的。3． 機組并列時應(yīng)遵循的原則(1) QF合閘時的沖擊電流應(yīng)盡可能?。核矔r最大值一般不超過額定電流的12倍。(2) 機組并入電網(wǎng)后，應(yīng)迅速進入同步運行狀態(tài)，縮短暫態(tài)過程，減小對系統(tǒng)的擾動。4． 并列方法：準同期并列：廣泛采用。一般在系統(tǒng)正常運行情況下采用。這是學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容。自同期并列：很少采用。這是過去當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故時為迅速投入水輪發(fā)電機組而曾經(jīng)采取的一種方法。隨著自動控制技術(shù)的進步，微機型數(shù)字式自動并列方法日漸成熟，現(xiàn)在也可用準同期法快速投運水輪發(fā)電機組，因此只作簡單介紹?！　《?、 準同期并列1．基本過程： （a），QF為并列斷路器，其兩側(cè)電壓發(fā)電機端電壓和電網(wǎng)電壓在合閘前一般不相等，其相量差為。（b）的電壓相量求得。169。是計算準同期并列時沖擊電流的等值電路圖。發(fā)電機電壓的角頻率為，電網(wǎng)電壓的角頻率為。電網(wǎng)參數(shù)一定 沖擊電流（合閘瞬間盡可能?。├硐氲模?，0 0（同時并列后順利進入同步運行狀態(tài)，對電網(wǎng)無擾動）2．定義：發(fā)電機在并列合閘前已加勵磁，當(dāng)uG與uX的狀態(tài)量相等時，將發(fā)電機斷路器合閘，完成并列操作。3．理想條件：斷路器兩則電源電壓的三個狀態(tài)量全部相等。完全重合并且同步旋轉(zhuǎn)?？杀磉_為：(1) (即頻率相等)(2) (即電壓幅值相等)(3) (即相角差為零)4．實際條件：實際很難滿足同時上述三個條件，只要求合閘時沖擊電流較小，不危及電氣設(shè)備，合閘后對待并發(fā)電機和電網(wǎng)運行的影響較小，發(fā)電機應(yīng)能迅速進入同步運行，暫態(tài)過程要短，不致引起任何不良后果?？杀磉_為：(1) 頻率差=額定頻率的(%%) (2) 電壓幅值差＜＝額定電壓的（5%－10%） (3) 相角差=5176。10176。（）5．不滿足理想條件時引起的后果：1) 電壓幅值差：如圖229a)所示，滿足(1)和(3)，不滿足(2)此時，沖擊電流的有效值為　　　　　　?。?－3）式中，－發(fā)電機電壓、電網(wǎng)電壓有效值； －發(fā)電機次暫態(tài)電抗　　?。娏ο到y(tǒng)等值電抗沖擊電流最大瞬時值的計算式為　　　　　　　（2－4）（圖）影響：電壓幅值差引起的沖擊電流主要為無功電流分量，引起定子繞組發(fā)熱和在定子端部產(chǎn)生沖擊力矩。相當(dāng)于發(fā)電機的突然短路，損壞電氣設(shè)備，須限制在12倍額定電流以下為宜。2) 合閘相角差：如圖22(b)所示，滿足(1)和(2)，合閘瞬間不滿足(3)此時發(fā)電機為空載情況，電動勢為端電壓，和電網(wǎng)電壓相等。沖擊電流的有效值為　　　?。?－5）式中， －發(fā)電機交軸次暫態(tài)電抗； －發(fā)電機交軸次暫態(tài)電動勢（圖）影響：相位不一致產(chǎn)生的沖擊電流可能達到額定電流的2030倍。當(dāng)相角差較小時，電壓的相位差產(chǎn)生的沖擊電流主要為有功電流分量，在發(fā)電機的機軸上產(chǎn)生沖擊力矩，非但不能把待并發(fā)電機拉入同步，還可能使其它并列運行的發(fā)電機失去同步。參照式(24)可求出沖擊電流最大瞬時值。幅值差和相角差同時存在時的沖擊電流綜合1)和2)進行分析。3) 頻率不相等：滿足(2)，不滿足(1)如圖23(a)所示，斷路器兩側(cè)間電壓差為脈動電壓，可描述為：設(shè)初始角＝＝0，則　?。?－6）　　　　令為脈動電壓的幅值，則　　　　　　（2－7）　　　　可知可以看成是幅值為、頻率接近于工頻的交流波形。又為滑差角頻率，如圖23，兩電壓相量間的相角差為　　?。?－8）于是＝?。?－9）uS:正弦脈動波，最大幅值為2UmG(2UmX),脈動電壓、相量圖及其瞬時值波形如圖23(a)(b)所示。：頻率差影響發(fā)電機進入同步運行的過程：如果發(fā)電機在只存在頻差的情況下合閘，那么并列合閘在一定時間內(nèi)，發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓相量的相位關(guān)系將發(fā)生改變，用以下簡化相量圖分析。 UG UX UX UX UG US=0,δe=0 UG US=0,δe=360度 US=max, δe=180度設(shè)系統(tǒng)電壓固定，待并發(fā)電機的