电力系统自动化课程综述Word下载.docx

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电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。

电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护,网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。

电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能

主要领域　　按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面,并形成一个分层分级的自动化系统（见图）。

区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；

中间层次由省（市）调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。

而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。

电网调度自动化　　现代的电网自动化调度系统是以计算机为核心的控制系统，包括实时信息收集和显示系统，以及供实时计算、分析、控制用的软件系统。

信息收集和显示系统具有数据采集、屏幕显示、安全检测、运行工况计算分析和实时控制的功能。

在发电厂和变电站的收集信息部分称为远动端，位于调度中心的部分称为调度端。

软件系统由静态状态估计、自动发电控制、最优潮流、自动电压与无功控制、负荷预测、最优机组开停计划、安全监视与安全分析、紧急控制和电路恢复等程序组成。

火力发电厂自动化　　火力发电厂的自动化项目包括：

①厂内机、炉、电运行设备的安全检测，包括数据采集、状态监视、屏幕显示、越限报警、故障检出等。

②计算机实时控制，实现由点火至并网的全部自动起动过程。

③有功负荷的经济分配和自动增减。

④母线电压控制和无功功率的自动增减。

⑤稳定监视和控制。

采用的控制方式有两种形式：

一种是计算机输出通过外围设备去调整常规模拟式调节器的设定值而实现监督控制；

另一种是用计算机输出外围设备直接控制生产过程而实现直接数字控制。

水力发电站综合自动化　　需要实施自动化的项目包括大坝监护、水库调度和电站运行三个方面。

①大坝计算机自动监控系统：

包括数据采集、计算分析、越限报警和提供维护方案等。

②水库水文信息的自动监控系统：

包括雨量和水文信息的自动收集、水库调度计划的制订，以及拦洪和蓄洪控制方案的选择等。

③厂内计算机自动监控系统：

包括全厂机电运行设备的安全监测、发电机组的自动控制、优化运行和经济负荷分配、稳定监视和控制等。

编辑本段电力系统信息自动传输系统　　电力系统信息自动传输系统简称远动系统。

其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。

自动传输系统由远动装置和远动通道组成。

远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。

远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。

把厂站的模拟量通过变换输送到位于调度中心的接收端并加以显示的过程称为遥测。

把厂站的开关量输送到接收端并加以显示的过程称为遥信。

把调度端的控制和调节信号输送到位于厂站的接收端实现对调节对象的控制的过程，称为遥控或遥调。

远动装置按组成方式可分为布线逻辑式远动装置和存储程序式逻辑装置。

前者由硬件逻辑电路以固定接线方式实现其功能，后者是一种计算机化的远动装置。

编辑本段电力系统反事故自动装置　　反事故自动装置的功能是防止电力系统的事故危及系统和电气设备的运行。

在电力系统中装设的反事故自动装置有两种基本类型。

①继电保护装置：

其功能是防止系统故障对电气设备的损坏，常用来保护线路、母线、发电机、变压器、电动机等电气设备。

按照产生保护作用的原理，继电保护装置分为过电流保护、方向保护、差动保护、距离保护和高频保护等类型。

②系统安全保护装置：

用以保证电力系统的安全运行，防止出现系统振荡、失步解列、全网性频率崩溃和电压崩溃等灾害性事故。

系统安全保护装置按功能分为4种形式：

一是属于备用设备的自动投入,如备用电源自动投入，输电线路的自动重合闸等；

二是属于控制受电端功率缺额，如低周波自动减负荷装置、低电压自动减负荷装置、机组低频自起动装置等；

三是属于控制送电端功率过剩，如快速自动切机装置、快关汽门装置、电气制动装置等；

四是属于控制系统振荡失步，如系统振荡自动解列装置、自动并列装置等。

编辑本段供电系统自动化　　包括地区调度实时监控、变电站自动化和负荷控制三个方面。

地区调度的实时监控系统通常由小型或微型计算机组成，功能与中心调度的监控系统相仿，但稍简单。

变电站自动化发展方向是无人值班，其远动装置采用微型机可编程序的方式。

供电系统的负荷控制常采用工频或声频控制方式。

编辑本段电力工业管理系统自动化　　管理系统的自动化通过计算机来实现。

主要项目有电力工业计划管理、财务管理、生产管理、人事劳资管理、资料检索以及设计和施工方面等我国变电站综合自动化的发展过程

我国变电站综合自动化的研究工作开始于80年代中期。

1987年，清华大学电机工程系研制成功一套符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威海35kV望岛变电站投入运行，用3台微型计算机实现了全站的微机继电保护、监测和控制功能。

之后．随着1988年由华北电力学院研制的第1代微机保护（01型）投入运行，第2代微机保护（WXB—11）1990年4月投入运行并于同年12月通过部级鉴定。

这样，在远动装置采用微机技术后，更为复杂的继电保护全面采用微机技术成为现实。

至此，随着微机保护、微机远动、微机故障录波、微机监控装置在电网中的全面推广应用，人们日益感到各专业在技术上保待相对独立造成了各行其是，重复硬件投资，互连复杂，甚至影响运行的可靠性。

1990年，清华大学在研制鞍山公园变电站综合自动化系统时，首先提出了将监控系统和RTU合二为一的设计思想。

1992年5月．电力部组织召开的“全国微机继电保护可靠性研讨会”指出：

微机保护与RTU，微机就地监控．微机录波器的信息传送，时钟、抗干扰接地等问题应统一规划并制定统一标准，微机保护的联网势在必行。

第1种类型为基于RTU、变送器及继电保护与自动装置等设备的变电站综合自动化系统，一般称为增强型RTU方式，也称集中式，或第1代综合自动化系统。

该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设RTU装置以实现“四遥”。

结构上仅是站级概念，有关重要信息（如保护动作信息等）通过硬接点送给RTU装置，变电所的监测量一般经变送器变换后送给RTU。

开关监测量是直接引至RTU，RTU的控制输出一般经遥控执行柜发出控制命令。

该类系统的特点是：

系统功能不强，硬件设备重复、整体性能指标低，系统联接复杂，可靠性低，但其成本低，特别适合于老站改造。

现在全国大量远行的无人值班变电站多采用此种模式。

实际上该类系统仅为变电站综合自动化的初级形式，尚不能称为综合自动化系统。

第2种类型早期的变电站综合自动化系统多为集中式，由一台或两台计算机完成变电站的所有继电保护、测量监视、操作控制、中央信号数据通信和记录打印等功能。

系统各功能模块与硬件无关，采用模块化软件连接来实现，集中采集信息，集中处理运算。

具有工作可靠、结构简单、性价比高等优点，但可扩充性、可维护性差。

第3种类型为从硬件结构上按功能对装置进行了划分，摒弃了集中式单CPU结构而走向分散，系统由数据采集单元（模拟量、开关堡、脉冲量），主机单元（总控单元）、遥控执行单元、保护单元组成。

各功能单元（设备）通过通信网络等手段实现有机结合，构成系统。

该类系统可替代常规的保护屏、控制屏、中央信号屏、远动屏、测量仪表等。

它具有较强的在线功能。

各种功能比较完善，且人机界面较好。

但系统仍然比较复杂，联结电缆较多，系统可靠性不太高。

这类系统虽然做到了一定程度上的分散（功能分散），但没有从整体上来考虑变电站综合自动化系统的结构、一般仅是监控系统和保护系统简单的相加。

由于我国保护和远动分属不同的部门和专业。

故我国目前的大多数综合自动化系统均属此类结构系统。

这类系统一般称为分散式系统或第2代综合自动化系统，是一种过渡方案。

第4种类型系统是采用国际上成熟的先进设计思想，引入了站控级和间隔级概念，系统采用分层分布式结构。

设备分变电站层设备（站控级）和间隔层设备（间隔级）。

间隔层设备原则上按一次设备组织，例如1条线路、1台主变压器。

每一间隔层设备包括保护、控制、测量、通信、录波等所有功能。

设计的原则是：

凡是可以在本间隔层设备完成的功能，尽量由间隔层设备就地独立处理，不依赖于通信网和变电站层设备。

变电站层设备是通过间隔层设备了解和掌握整个变电站实时运行情况、并通过间隔层设备实现变电站控制，它还负责站内信息收集、分析、存储以及与远方调度中心的联系，这类系统实现了信息资源的共享以及保护、监控功能的综合化，大大简化了站内二次回路，它完全消除了设备之间错综复杂的二次电缆。

由于间隔层设备可放在开关柜上或放置在一次设备附近，从而可大大缩小主控制室面积，节省控制电缆、减少CT负担。

同时大大提高了整个系统的可靠性、可扩展性，是综合自动比系统的发展方向。

该类系统一般称为分层分布式系统，也称为第3代变电站综合自动化系统。

目前国内主要电力自动化研究生产单位的系统均属于此类产品。

针对110kV及以下中低压变电站和220kV～500kV的高压变电站，第3代变电站综合自动化系统的构成又有一定区别。

110kV及以下中低压变电站综合自动化系统以“四合一”（保护、遥测、遥信、遥控）的测控保护装置为基础，配合相应的测控和自动化装置构成。

220kV～500kV的高压变电站综合自动化系统，考虑其复杂性，仍采用保护、监控完全独立装置或系统设计，保护、监控系统均属于分层分布式系统。

上述产品类型也很大程度上反映了目前在综合自动化技术领域上的2种技术观点。

第1种技术观点认为：

变电站综合自动化系统主要考虑“四遥量”的采集，以点为对象，面向”功能设计”，故变电站综合自动化系统应以传统RTU装置或在其基础上发展起来的数据采集装置、主控单元、遥控执行等装置组成的监控为基础组成，它与微机保护的联系只要通过装置上的串行口收集信息即可，并且特别强调保护的独立性，即两者不能有任何硬件上的融合。

由于变电站综合自动化系统源于传统的“四遥”并且是在微机远动、微机保护基础上发展起来的，且保护和远动分属不同的部门和专业，故这种技术观点曾一度流行。

而第2种技术观点认为：

综合自动化技术是以先进可靠的微机保护为核心，以成熟的网络通信技术将测量控制与继电保护融为一体，共享数据资源，并十分强调系统的总体结构优化以及系统的可靠性。

系统是以对应的一次设备为对象，面向“对象设计”。

当然它也强调保护的相对独立性，主张在决不降低保护可靠性和功能的前提下，目前至少可以在低压上采用保护与测控合一的综合装置。

第2种技术观点是在微机保护技术成熟并向网络化多功能方向发展的基础上形成的。

如前所述，由于保护和远动分属不同的部门和专业、加之技术发展有个过程，开始持这类观点的人并不多，但随着技术的发展和按这一新概念设计的变电站综合自动化系统的成功授运，并加之这一技术观点与目前国际上先进的设计思想及推出的高品质系统如同一脉。

因此，第2种技术观点正逐步成为大家的共识，它也成为了目前综合自动化技术发展的趋势和潮流。

二、电力系统自动化技术分析　　电压波动可以分为两类：

　　一种是周期长、波及面大，主要由生产、生活、社会、气象等变化引起的负荷和电压变动，此外，还包括个别设备检修或故障退出运行、电网接线方式改变等引起的电压变动。

　　习惯上的电压调整就是针对这种电压变动的。

　　还有一种是冲击性或间歇性负荷引起的电压变动（电压闪变）。

可以采用专门的措施限制这种电压变动，比如使用静止无功补偿器。

6.3.2电压中枢点的电压管理

　　电压中枢点是指某些能够反映系统电压水平的主要发电厂和枢纽变电所的母线，这些地方供给系统大部分负荷的电能。

（点击放大）

　　由i、j点的电压要求和电网上的电压损耗即可确定O点的电压变化范围：

UOmin≤UO≤UOmax

　　对于i点：

Ui=106kV时，UOi=4.5kV；

　　　　　　Ui=113kV时，UOi=2.8kV。

　　因此，对应的O点电压变化范围：

　　110.5kV≤U′O≤115.8kV。

　　对于j点：

Uj=108kV时，UOj=5.6kV；

　　　　　　Uj=115kV时，UOj=3.2kV。

　　113.6kV≤U″O≤118.2kV。

（点击放大）

　　所以，应该控制的O点电压变化范围为：

113.6kV≤UO≤115.8kV。

　　系统规划阶段，电压中枢点可以采用的调压方式：

　　逆调压

　　——高峰负荷时增大中枢点的电压，低谷负荷时减少中枢点的电压的调压方式（105%UN～UN）。

　　适用于当电压中枢点供电的各负荷变化规律大致相同，且负荷的变动较大、供电线路较长时。

　　恒（常）调压——中枢点的电压在任何负荷下基本保持不变的调压方式（102%UN～105%UN）。

　　适用于当电压中枢点供电的各负荷变动较小、供电线路电压损耗也较小时。

　　顺调压——高峰负荷时允许中枢点的电压略低，低谷负荷时允许中枢点的电压略高的调压方式（102.5%UN～107.5%UN）。

　　适用于负荷变动和供电线路都较小时、或用户的电压要求较低时。

6.3.3电压调整的基本原理和措施

4节点的实际电压为：

参考文献：

[1]戈东方《电力工程电气设计手册》水利电力出版社

[2]毛力夫《发电厂变电站电气设备》中国电力出版社

[3]范锡普《发电厂电气部分》中国电力出版社

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