电力系统自动化课件

第一章、概论1.电力系统自动化的重要性及其发展历程2.电力系统自动化的内容3.电力系统的运行状态及调度控制第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程一、电力系统的特点电能不能大量储存过渡过程非常迅速（30万KM/S）电力和国民经济各部门关系密切结构复杂而庞大第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程我国电网介绍第一节电力系统的概念和组成电力系统为什么要互联并网运行呢？1.采用高效率大容量机组—减少备用容量2.合理利用动力资源—水、火电互补3.提高供电可靠性—系统越大，抗干扰能力越强4.提高运行的经济性—装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。第一节电力系统的概念和组成全国联网势在必行现在：7个跨省电网，5个独立省网2015年全国联网：以三峡电站为中心，东西南北四方向联网东西以送电和联网效益并重南北以获得联网效益为主，兼顾送电联网方案：首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地第一节电力系统的概念和组成全国联网势在必行北部和中部三纵：西线：西北与川渝以直流方式相联中线：华北与华中以直流背靠背相联东线：山东与华东以直流背靠背相联南部和中部：提高水电利用容量，减少弃水湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电三峡到广东的远距离直流输电第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代。截止2002年底装机总容量达3.38亿千瓦。我国现有发电装机容量在20000MW以上的电力系统11个，其中东北、华北、华东、华中电网装机容量均超30000MW，华东、华中电网甚至超过40000MW，西北电网的装机容量也达到20000MW。南方电力联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。其它几个独立省网，如四川、山东、福建等电网和装机容量也超过或接近10000MW。各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大。220KV电网不断完善和扩充。从1988年起连续每年新增投产大中型发电机组超过10000MW。1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的±500KV直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网。第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；５家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；４家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。电力体制改革方案：1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团)第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程二、电力系统的运行要求最大限度地满足用户的用电要求保证供电的可靠性（30~40倍，分类负荷）保证电能质量（电压、频率、波形）提高电力系统的经济性第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程三、电力系统自动化的重要性由电力系统的特点和运行要求可见对电力系统的控制与管理一个大型电力系统，使之安全、优质和经济的运行是十分困难而艰巨的。仅靠值班人员进行人工监视是无法实现的，必须依靠自动装置和设备才能实现。第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程四、电力系统自动化的发展阶段★单一功能自动化阶段单一功能的自动装置有：故障自动切除装置（即继电保护装置，自动切除出现故障的发电机、变压器和输电线路等设备）、自动操作和调节装置（如断路器自动操作、发电机自动调压和自动调速装置等）、远距离信息装置（即远动装置）3、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置没有什么联系。4、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。1、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成各自功能2、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来完成自动化的单一功能单一功能自动化的特点是：第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程★综合自动化阶段特点是用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套分离的自动化系统或装置所完成的工作。电力系统远动和通信装置电力系统信息电力系统自动装置信息处理确定数学模型做出控制决策YX,YCYX,YCYK,YTYK,YT电力系统调度计算机电力系统自动控制系统工作模式图第二节、电力系统自动化的内容电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）第二节、电力系统自动化的内容它是一个能量系统，也称为电工一次系统。电工一次系统中的电力设备常被称为一次设备在电力系统中还有对电工一次系统进行监视、控制、保护、调度所需的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备等组成辅助系统。这是一个信息系统，也称为电工二次系统电工二次系统中的设备（或装置）被称为二次设备（装置）电力系统自动化是电工二次系统的一个组成部分，通常指对电力设备及系统的自动监视、控制和调度。第二节、电力系统自动化的内容一、电力系统自动化的分类按运行管理区划分电力系统调度自动化发电厂自动化变电站自动化发电和输电调度自动化配电网自动化火电厂自动化水电厂自动化第二节、电力系统自动化的内容一、电力系统自动化的分类（续）按自动控制的角度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电力系统安全自动控制电力系统中的断路器的自动控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制一、电力系统的正常状态和非正常状态正常时满足等式和不等式约束条件minmaxminmaxGminGGmaxGminGGmaxminmaxiiiiiiiiiijijijfffUUUPPPQQQSSS不等式约束第三节、电力系统的运行状态及调度控制nmlGiLjSki=1j=1k=1nmlGiLjSki=1j=1k=1PPPQQQ等式约束第三节、电力系统的运行状态及调度控制二、电力系统运行状态及相应的调度控制正常状态恢复状态系统崩溃警戒状态紧急状态满足所有约束条件，有一定的旋转备用依然满足约束条件，备用减少很多满足只满足等式约束条件，如发生短路或者大机组退出不满足所有约束条件，系统解列，切除负荷增加机组出力重新并列第二章、电力系统调度自动化1.电力系统调度自动化是如何实现的2.远动和信息传输设备的配置和功能3.调度计算机系统及人机联系设备4.电力系统的分层调度控制5.电力系统状态估计第一节、电力系统调度自动化是如何实现的电力设备自动装置ＲＴＵ调制解调器通信设备运行状态和参数控制和调节命令电力设备自动装置ＲＴＵ调制解调器通信设备运行状态和参数控制和调节命令发电厂变电站……通信设备调制和解调器远动终端接口调度计算机人机联系设备上层调度中心调度自动化系统的基本构成第一节、电力系统调度自动化是如何实现的电力系统调度自动化的功能有★电力系统监视和控制★电力系统状态估计★电力系统安全分析和安全控制★电力系统稳定控制★电力系统实时负荷预测★电力系统频率和有功功率自动控制★电力系统潮流优化★电力系统电压和无功功率自动控制★电力系统经济调度控制★电力系统负荷管理第二节、远动和信息传输设备的配置和功能参考《电力系统远动原理》，在此不再详述第三节、调度计算机系统及人机联系设备一、调度计算机系统：完成信息处理和加工任务。由计算机硬件、软件和专用接口组成，由多台计算机组成调度自动化系统时，还有计算机硬件系统的配置问题。二、人机联系设备：交互型的调度员控制台、远方控制台、调度员工作站、模拟屏以及通用的打印机、程序员终端等。第四节、电力系统的分层调度控制集中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电力系统进行调度控制。分层调度控制就是把全电力系统的监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递所需信息。分层调度与集中调度相比，它的优点是：便于协调控制；提高系统可靠性；改善系统响应国家调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大型火电厂、水电厂和核电厂主网枢纽变电所（500kv以上）省调度中心省调度中心省调度中心地区调度所县级调度所地区调度所地区调度所县级调度所县级调度所一般变电站地方火电和水电中型火电厂、水电厂和核电厂省直接调度变电站枢纽变电站梯形水电站控制中心第四节、电力系统的分层调度控制各级调度中心的控制和管理任务：大区电网调度中心（网调）：1.区网负荷预测、安排系统结构和发电计划2.频率——有功功率控制、经济运行调度控制3.区主网枢纽点电压监视和无功功率控制4.区网安全监视、预防事故分析和校正控制5.区网正常操作和事故处理6.区网检修计划7.调度记录、统计业务第四节、电力系统的分层调度控制省调度中心（省调）：1.省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所属发电厂发电计划2.省主网和110kv系统枢纽点电压监视和无功控制3.省主网和110kv系统安全监视和控制4.不影响区网的局部性正常操作和事故处理5.管理范围内的网损计算和检修计划6.水库调度、水电厂发电计划7.调度记录报告（对上级）、统计业务第四节、电力系统的分层调度控制地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其附近子厂、站得控制和信息传递）：1.局部110KV系统枢纽点电压监视和控制2.局部110KV系统安全监视和控制3.局部110KV系统正常操作和事故处理4.管理范围内的网损计算和检修计划5.对所属供电局的业务联系6.统计业务第五节、电力系统状态估计参考电力系统分析，在此不再详述。第三章、电力系统频率和有功功率自动控制1.电力系统频率和有功功率控制的必要性9.电力系统自动调频方法和自动发电控制10.电力系统经济调度6.同步发电机组调速系统的数学模型7.电力系统频率和有功功率自动控制的原理8.联合电力系统的频率和有功功率控制5.数字电液调速器4.模拟电气液压调速器3.机械液压调速器的基本原理2.发电机组调速控制的基本原理第一节电力系统频率和有功功率控制的必要性一、电力系统频率控制的必要性1、频率对电力用户的影响▲电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。有些产品(如纺织和造纸行业的产品)对加工机械的转速要求很高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。▲系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。▲电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。2、频率对电力系统的影响◆频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率降低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂，造成重大事故。◆频率下降到47～48Hz时，由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨媒机等发电厂厂用机械的出力随之下降，使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解第一节电力系统频率和有功功率控制的必要性◆在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。◆电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功损耗增加，引起系统电压下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低