第3章-5 电力系统自动化

3.5电力系统自动化主要内容电力系统自动化的基本概念电力系统自动化的重要性电力系统自动化的主要内容电力调度自动化，发电厂自动化，变电站自动化电力系统自动化发展趋势与展望一、电力系统自动化的基本概念电力主要来源于水电、火电和核电，其他如太阳能、风能、海洋能、生物能等产生的电力目前还只能是一种补充。电力系统包含发电、输电、变电、配电等多个环节，而且地域分布广，系统结构复杂，如何保障电力系统的稳定运行至关重要。电力系统自动化是采用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，对电力系统进行就地或远方的自动监视、调节、控制和管理，保证电力系统的安全经济运行和具有合格的电能质量。二、电力系统自动化的重要性电力系统复杂而庞大，在电力系统中任何一点发生的故障，都会在瞬间影响和波及全系统，往往引起连锁反应，导致事故扩大，造成大面积停电，因此电力系统要求进行快速的自动控制；被控制的参数很多，包括频率、电压、有功和无功功率、功率平衡等，监视和控制成千上万个运行参数必须依靠自动化；存在各种干扰，包括系统故障等，系统故障有时会使电力系统失去稳定，造成灾难性后果，因此，如何控制才能保证稳定，或出现不稳定后怎样恢复稳定，已成为电力系统自动化的重大课题之一；正是由于采用了自动监控和远动控制技术，才使得电力系统的规模能不断扩大；要保证电力系统安全、优质、经济运行，单靠运行值班人员进行人工监视和操作是无法实现的，必须依靠自动化装置和设备；安全供电、保证良好的电能质量、经济运营都需要自动化。三、电力系统自动化的主要内容按电力系统运行管理，可将电力系统自动化分为调度自动化、发电厂自动化、变电站自动化；调度自动化又可分为输电调度、配电网调度自动化；发电厂自动化又分为火电、水电、核电等；从电力系统自动控制的角度，可以将电力系统自动化分为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等。电力系统的管理网络1.电力调度自动化电力调度的主要任务可以概括为：①控制整个电力系统的运行方式，使其在正常状态下能满足安全、优质和经济供电的要求；②在缺电状态下做好负荷管理；③在事故状态下能迅速消除故障，恢复供电。调度自动化是综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系统调度管理自动化，有效地帮助电力系统调度员完成调度任务。调度自动化系统的结构远动终端RTU：RemoteTerminalUnit主站MS：MainStation调度自动化系统的工作方式主站MS安装在调度所，远动终端RTU安装在各发电厂和变电站，MS和RTU之间通过远动通道相互通信，实现数据采集、监视和控制。RTU采集所在厂（站）设备的运行状态和运行参数，如电压、电流、有功和无功功率、有功和无功电量、频率、断路器分合信号、继电保护动作信号等，送至主站，并接收来自主站的调度命令，输出断路器控制信号、功率调节信号或改变设备整定值的信号给其所在厂（站）的自动控制装置，并向主站返回已完成的操作信息。电力调度中心2.发电厂自动化无论是火电、水电、核电或其他发电方式，都是通过某种动力机械驱动发电机发电，因此其自动化系统也具有很多共同点，既要分别控制动力装置、发电机及其他辅助设备，又要对各个控制系统进行协调和统一关管理。核电已成为继火电、水电之后的第三大能源，对自动化系统的要求更为严格和苛刻，特别是可靠性。火力发电原理水力发电原理核反应发电原理火电自动化火电厂利用化石燃料释放出来的热能发电，以蒸汽动力发电为主，也有少量采用内燃机发电。蒸汽动力发电厂的主要动力设备有锅炉、汽轮机、汽轮发电机及辅助设备。火电厂自动化是一门综合技术，具有自动检测、自动保护、顺序控制、连续控制、管理和信息处理等功能。包含各种自动化系统，主要有数据采集及计算机监视系统、锅炉控制系统、汽轮机控制系统、发电机控制系统、机炉协调主控制系统、辅助设备及各种支持系统等。火电厂的基本构成火电厂外观水电自动化水电厂需要控制水轮机、调速器以及水轮发电机励磁装置等，水电自动化系统可自动地对水电厂进行监视、控制、调节和管理，以提高水电厂运行的安全性、经济性、劳动生产率和供电质量。水电厂自动化可分为单机自动化（包括水轮发电机组自动控制、水轮机调速和水轮发电机励磁调节的自动控制）、公用设备自动化、全厂综合自动化（包括水电厂自动发电控制、水电厂自动电压控制、水电站计算机监控系统）和梯级水电站综合自动化。水电厂自动发电控制是在水轮发电机组自动控制的基础上实现全厂自动化的一种方式，它根据水库上游来水量或电力系统的要求，考虑全厂及机组的运行限制条件，以经济运行为原则，确定电站机组运行的台数、运行机组的组合和机组间负荷分配。随着先进控制理论和计算机数字监控技术在电力系统中的广泛应用，出现了发电机综合自动控制系统，其功能包括发电机组开停顺序控制、励磁控制、调速控制、稳定裕度监视控制等。水电站的基本构成三峡水电站外观三峡电站控制室三峡电站控制设备发电机组单元控制室及调速器发电机组变压设备发电机组厂房三峡电站水轮机和发电机吊装变电站的作用是变换电压、接受和分配电能、控制电力流向等，主要通过变压器将各级电压的电网联系起来。随着微机监控监测技术开始引入变电站，变电站正在向综合自动化方向发展，我国已实现了变电站的远程监控、远动和继电保护微机化，同时大力推广无人值班变电站。无人值班变电站将会使变电站综合自动化程度推向一个更高的阶段，其功能包括变电站的远动、继电保护、远方开关操作、自动测量、故障和事故的自动记录以及运行参数自动打印等功能。3.变电站自动化变电站内部变电站外部变电站视频监控中心变电站视频监控系统四、电力系统自动化发展趋势与展望电力系统是典型的大系统和复杂系统，各种先进控制理论和方法的应用越来越普遍；电力系统的自动控制技术正趋向于：①在控制策略上日益向最优化、自适应化、智能化、协调化发展；②在理论工具上越来越多地借助于各种先进控制理论；③在设计分析上日益要求面对多机系统模型处理问题；④在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件和远程通信的应用。电力系统自动化的总体发展趋势：①由开环监测向闭环控制发展；②由高电压等级向低电压扩展；③由单个元件向部分区域及全系统发展，如数据采集与监控系统和区域稳定控制的发展；④由单一功能向多功能、一体化发展，如变电站综合自动化；⑤装置性能向数字化、快速化、灵活化发展，如继电保护技术的演变；⑥追求目标向最优化、协调化、智能化发展，如励磁控制、潮流控制；⑦由提高运行的安全性、经济性和效率向管理、服务的自动化扩展，如管理信息系统的应用。具有变革性重要影响的新技术（1）高压直流输电直流输电是利用电力电子技术，将交流电变换成直流电输送至受电端，再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网，主要应用于远距离大功率输电和非同步交流系统的联网，具有线路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点。我国已成功建设了多条高压直流输电线路，如500干伏葛洲坝直流输电工程、二滩电站至自贡、三峡至华东的直流输电线路等。直流输电与交流输电相比的主要优点：直流线路造价低、功率和能量损耗小；对通信干扰小、没有电容电流和电抗压降；直流输电线两端的交流系统不需要同步运行；不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；容易实现对功率和电流的调节控制、并且迅速；如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。（2）柔性交流输电系统又称“灵活交流输电系统”，简称FACTS（FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems）。这种新型技术针对高压输电系统，综合运用电力电子技术、微机处理技术、控制技术等，以提高系统的可靠性、可控性、运行性能和电能质量，并可获取大量节电效益。它是在输电系统的重要部位，采用电力电子装置，对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行调整控制，使输电更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率。（3）基于广域测量系统的动态安全监控系统GPS技术在电力系统中的推广应用为电力系统提供了较方便的全网统一时钟信号，其定时精度小于1微秒。基于GPS的广域测量系统是以电力系统动态过程监测、分析和控制为目标的实时监控系统，具有异地高精度同步相量测量、高速通信和快速反应等技术特点，非常适合大跨度电网，可以测量广域范围内电压幅值和相角、潮流等的精确值，主要用于电力系统模型校核、功角稳定和电压稳定评估、低频振荡的研究等。EndofChapter3.5