电力系统自动化第1讲电力系统自动装置和系统软硬件原理

NorthChinaElectricPowerUniversity第一讲电力系统自动装置和系统软硬件原理第一章概述本课程使同学们对电力系统自动化及其基本问题有一个基础性的了解。NorthChinaElectricPowerUniversitypage22019/7/31中国电力系统及其互联运行（现状）世界最大的同步互联电网西电东送、三峡核心南直北交、链式同步东北华北华东华中西藏台湾西北新疆南方山东川渝福建NorthChinaElectricPowerUniversitypage32019/7/31电力系统：可怕的超级大系统一个脆弱的庞然大物!1882年到现在，120多年过去了。作用越来越重要了系统规模越来越大了新装备和新技术的使用越来越多了垄断下的机制和规范逐步不存在了但是,大停电故障越来越多了NorthChinaElectricPowerUniversitypage42019/7/31保守如此，脆弱依然上个世纪60年代进入大电网互联时代后，大停电事故频繁发生。NorthChinaElectricPowerUniversitypage52019/7/31美加大停电，就发生在昨天NorthChinaElectricPowerUniversitypage62019/7/31电力系统的能力NorthChinaElectricPowerUniversitypage72019/7/31电力系统的过程+能力0.0010.010.11101001000Sec.电磁暂态ElectromagneticSwitchingTransient暂态稳定Transientstability（angleandvoltage）系统运行Powersystemoperation小扰动稳定Smallsignalstability长期电压稳定Longtermvoltagestability继电保护范围自动装置范围自动化系统范围人员操作范围局部功能系统功能协调NorthChinaElectricPowerUniversitypage82019/7/31课程涉及的内容1同步发电机的自动准同期并列2同步发电机励磁控制系统3电力系统频率及有功功率调节4变电站综合自动化5电力系统调度自动化6配电网自动化系统与远程抄表7智能电网与智能变电站8电力系统自动装置和系统的软硬件原理NorthChinaElectricPowerUniversitypage92019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法1明确系统的设计任务和要求2多个系统设计方案比较和选择3单元电路设计、参数计算、元器件选择4单元电路及系统的计算机仿真5原理图和线路板图的绘制6系统组装和调试应用系统的电磁兼容方案NorthChinaElectricPowerUniversitypage102019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法1、明确系统的设计任务和要求•了解系统的性能、指标、内容及技术要求•关键技术指标要量化•各项设计内容和技术要求落实到设计文档案例：稳压电源的设计1、额定指标：功率、电压、电流范围和工作条件（温度、湿度）2、质量指标：电压稳定度（负载不变时输入变化导致输出变化）负载稳定度（负载变化时输出电压的变化）电源内阻（输入电压不变时电压与电流变化之比）纹波电压（叠加在输出电压上的交流分量）3、保护和经济技术指标：过流、过压、过热保护、效率、功率因数等NorthChinaElectricPowerUniversitypage112019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法2、多个设计方案的比较和选择•任务分解,构建单元电路•方案选择的重要任务是针对系统的任务要求和条件完成系统的功能设计，使设计方案达到设计合理、可靠、功能齐全、技术先进和性价比高。案例：稳压电源的设计开关电源？线性电源？集成电源？单元电路的分解NorthChinaElectricPowerUniversitypage122019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（1）单元电路的设计•明确各单元电路的任务•拟订出单元电路的性能指标•确定前后级电路的关系•参考成熟的先进电路NorthChinaElectricPowerUniversitypage132019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（2）电路参数计算放大电路的增益滤波器中各元件参数振荡器中各元件数值和频率理解掌握电路工作原理正确应用计算方法NorthChinaElectricPowerUniversitypage142019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3）元器件的选择电阻NorthChinaElectricPowerUniversitypage152019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3）元器件的选择电容NorthChinaElectricPowerUniversitypage162019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3）元器件的选择电感NorthChinaElectricPowerUniversitypage172019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3）元器件的选择二极管NorthChinaElectricPowerUniversitypage182019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3）元器件的选择三极管NorthChinaElectricPowerUniversitypage192019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法4、单元电路的计算机仿真NorthChinaElectricPowerUniversitypage202019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法5、绘制单元电路的电路原理图和线路板图NorthChinaElectricPowerUniversitypage212019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、电力系统自动装置和系统的设计方法5、系统组装和调试（1）通电前检查（2）通电检查（3）分块调试（4）系统联调6、排除故障方法（1）信号跟踪法（2）对分法（3）电容旁路法（4）开环测试法（5）对比替代法NorthChinaElectricPowerUniversitypage222019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术我国电力系统强制规定：安装在变电站的继电保护装置和自动装置等必须满足快速瞬变干扰试验、脉冲群干扰试验、静电放电试验和辐射电磁场骚扰试验等多项电磁兼容检测NorthChinaElectricPowerUniversitypage232019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术NorthChinaElectricPowerUniversitypage242019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术形成干扰的三个要素1、电磁干扰源3、对该干扰能量敏感的接收器2、将电磁干扰源传输到接收器的媒介电磁干扰源传输通道接收器NorthChinaElectricPowerUniversitypage252019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术1、在电磁干扰源处采取措施电流和电压发生突变的位置通常就是电磁干扰源（1）电流变化大或者大电流工作场合就是产生电感性耦合噪声的主要根源（2）电压变化大或者大电压工作场合就是电容性耦合噪声的主要根源（3）公共阻抗耦合噪声也是由于变化剧烈的电流在公共阻抗上所产生的压降所造成的。NorthChinaElectricPowerUniversitypage262019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术1、在电磁干扰源出采取措施NorthChinaElectricPowerUniversitypage272019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术2、在接收器处采取措施（1）抑制由导线传导的噪声，最常用的方法就是串接滤波器（2）抑制公共阻抗耦合的方法：一点接地、降低公共阻抗。（3）抑制电容性耦合噪声的最基本方法就是减少与噪声源之间的分布电容：屏蔽罩、屏蔽板、屏蔽线（4）抑制电感性耦合噪声的方法就是采用电磁屏蔽NorthChinaElectricPowerUniversitypage282019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术3、在传输通道采取措施信号在两根导体之间往返传输就是“差模”电压或电流两根导体与地线之间传输就是“共模”电压或电流常见的方法有变压器耦合隔离和光电耦合隔离NorthChinaElectricPowerUniversitypage292019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、电力系统自动装置和系统的硬件原理微处理器（CPU）数据/程序存储器复位/看门狗电路键盘/LED/LCD并行打印机接口串行接口网络接口模/数变换信号调理电路数/模变换放大驱动并行接口光电隔离开关量输入信号处理开关量驱动输出电路电站/变电站测控对象微机系统人机接口操作人员打印机通信接口模拟量输入/输出回路来自TA、TV的电流、电压开关量输入去执元件行开关量输入/输出回路数据总线/地址总线/控制总线其他微机系统通讯NorthChinaElectricPowerUniversitypage302019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、电力系统自动装置和系统的硬件原理1、微机系统（1）基于单片机的微机系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage312019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、电力系统自动装置和系统的硬件原理1、微机系统（1）基于单片机的微机系统指令算数逻辑单元累加器通用寄存器程序寄存器地址寄存器寄存器（指令与数据共用）逻辑及时钟逻辑地址总线PC指令1指令2指令3opIRCPUADR1ADR2ADR3时钟指令n-2指令n-1指令n取指令译码执行取指令译码执行取指令译码执行冯·诺依曼结构NorthChinaElectricPowerUniversitypage322019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、电力系统自动装置和系统的硬件原理1、微机系统（2）基于DSP的微机系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage332019/7/31第二章电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、电力系统自动装置和系统的硬件原理1、微机系统（2）基于DSP的微机系统指令高速缓冲指令寄存器程序定时器程序储存器数据储存器数据地址发生器算数逻辑单元乘法累加单元移位器（通常为外部存储器）程序部分数据部分程序存储数据存储程序存储数据存储地址总线数据总线时钟指令n-2指令n-1指令n取