电力系统自动化概述(课堂PPT)

电力系统自动化电力系统是一个非常复杂的大系统。电力系统中的各类发电厂，主要有火力发电厂、水力发电厂、核电厂等，将燃料、水力、核能等一次能源转变为电能，再通过高压变电所、输电线路、低压变电所、配电线路变换、传输并分配到各个用电设备，完成由一次能源生产电能、输送电能、再使用电能的过程。这些生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、电力线路和用电设备联系在一起的整体就是电力系统，又称为一次系统。为了保证电力系统安全、经济、可靠运行和保证电能质量，在电力系统中还必须有信号监测、继电保护、调度控制、自动装置等设备，它们也是电力系统中不可缺少的部分，通常称为二次系统。若再计及电力系统中发电机的原动力设施，如水电厂的水轮机和水库，火电厂的锅炉、汽轮机和热力管道等，与电力系统共同组成动力系统。而电力系统中输送和分配电能的变压器和电力线路构成电力网。一．电力系统概念二．电力系统的特点1.与国民经济、人民日常生活联系紧密现代工业、农业、交通、商贸、市政等各个部门、人民物质文化生活都离不开电能。供电不充足和故障中断往往会给国民经济造成巨大损失，给人民生活带来很大影响。例如：震惊世界的2003年“8.11美加大停电”事故使美国中西部到东北部的8个州和加拿大安大略省的电力中断，5000万人无电可用，给美国造成40亿到100亿美元的经济损失，加拿大2003年8月份国内生产总值也因停电下降了0.7％。世界各国普遍都将电力系统放在国民经济中优先发展的地位，以确保国民经济正常、健康的发展和社会的稳定。2系统结构庞大复杂现代电力系统规模庞大，总装机容量达到数千万至上亿千瓦，覆盖地区达到数百万平方公里，电压等级达到数百至上千千伏。有人说，电力系统是现代社会最庞大最复杂的工业生产系统，这一说法并不过分。就中国大陆而言，电力工业经过多年的发展建设，发电总装机容量已突破4亿千瓦（2004.12.27），居世界第二位。形成了若干个以500kV电压等级为主干网、装机容量达数千万千瓦的跨省大地区电力系统，并且已经在进行大地区电力系统间的互联和1000kV特高压输电的研究，全国规模的电力联网指日可待。3各种暂态过程非常短促当电力系统受到扰动后，由一种运行状态过渡到另一种运行状态的时间非常短暂。一般，电力系统机电暂态过程时间以秒计或不足秒计，电磁暂态过程更仅仅以毫秒乃至以微秒计。4电能不能大量储存即电能的生产、输送、分配及消费几乎是同时进行的，在任一时刻，发电机发出的电能等于负荷消费的电能（在发电机容量允许范围内）。近年来出现的抽水蓄能电厂能够储能——但本质上是将电能转化为水力能储存的，并且规模不可能很大。三．电力系统运行基本要求1保证供电的可靠性对用户供电的中断将会使生产停止，会使人民的生活秩序、生活质量受到影响，甚至会危及人身、设备的安全，造成严重后果。因此，保证供电的可靠性从来都是电力系统运行最基本的要求。但是在某些特殊情况下，当电力系统无法满足全部负荷的需要时，应有选择性的保证重要用户的供电。根据负荷允许停电程度的不同，将负荷分为三级：一级负荷：若停电将造成人身伤亡和设备事故、产生废品，使生产秩序长期不能恢复或产生严重政治影响，使人民生活发生混乱等。对一级负荷，要保证不间断供电。二级负荷：停电将造成大量减产，使人民生活受到影响。三级负荷：不属于一、二级的负荷，如工厂的附属车间、小城镇等。对二、三级负荷，在电能不足时，应优先保证二级负荷的供电。从电力系统角度来看，目前保证可靠供电的措施主要有：提高系统运行的稳定性及可靠性指标，采用微机监视和控制，应用微机保护等。2保证良好的电能质量电压和频率是衡量电能质量的两个主要指标，我国规定，用户供电电压的允许偏移量是额定值的-7％～+5％；额定频率是50Hz，允许的偏移量为-0.2Hz～+0.2Hz。近年来，由于电力电子装置的大量应用，交流电的波形也为人们所关注，成为电能质量的指标之一。电压和频率偏离额定值过大或波动较大、交流电的波形畸变（谐波含量大）都会对电力用户和电力系统自身造成不良影响，甚至危害电力系统运行和电力用户。3保证系统运行的经济性电能的用途广、耗量大，因此生产电能耗费的一次能源占国民经济能源总耗费的比重大。电力系统在保证安全、优质供电的前提下，通过将单一电力系统联合组成联合电力系统、合理安排各类发电厂所承担的负荷、组织电力系统经济运行、降低机组发电量单位能源消耗、对无功功率进行就地补偿等等措施，可以有效的降低电力生产成本，获得最大的经济效益。必须借助自动化系统（1）电能不能储存PGPLD+PfQGQLD+QU（2）电力系统变化非常迅速（3）电力系统非常重要（4）系统复杂而庞大四．电力系统自动化自动化是指用特定的仪器、设备对生产过程、工作流程等进行调节和控制，以代替人工直接操作控制。自动化可以有效地提高生产过程、工作流程的效率和改善生产工作人员的劳动条件，在许多情况下可以完成人力难以直接胜任的工作。典型的自动化控制系统应该包括控制对象、自动控制装置以及它们之间的监测和控制信息通道组成。如下图所示。控制信息监测信息自动控制装置控制对象电力系统自动化是以电力系统（一次系统）为控制对象的自动化，是自动化的一种具体形式。为适应电力系统的特点和满足其基本要求，对电力系统自动化提出了很高的要求，即在电力系统中，应用各种具有自动检测、信息处理和传输、自动操作和控制功能的装置对电力系统中设备、子系统或全系统进行就地或远方的自动监测、调节和控制，从而保证电力系统正常运行，安全、经济、稳定地向所有用户提供质量良好的电能；在电力系统发生偶然事故时，迅速切除故障防止事故扩大，尽快恢复系统正常运行，保证供电可靠性。电力系统自动化是随着电力系统的发展而逐步发展进步的。结合电力系统运行的特点，按照其它复杂系统控制的一般规律，电力系统自动化也是分层实现的。电力系统自动化是什么？应用各种自动化装置，通过通信系统、信号系统和执行机构对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、控制、调整，以保证电力系统安全经济运行和具有合格的电能质量的自动化系统。电力系统自动化＝电力系统化设备＋计算机技术＋通信和网络技术＋其它多种新技术1．电力系统调度自动化电力系统中的各发电厂、变电所及输电线路将反映电力系统运行状态的实时信息经由装设在各厂站的远动装置传送至调度控制中心，由调度控制中心计算机系统和运行人员对电力系统当前运行状态进行计算分析，根据计算分析结果判断系统状态、做出调节控制决策命令，通过远动信息通道传送至各个发电厂和变电所，从而实现对电力系统运行的自动化调度控制。调度控制的目的是保证系统优质、安全、经济地向用户供电。电力系统调度自动化可概述为遥测、遥信、遥控、遥调、遥视这“五遥”功能，即称为SCADA系统。五、电力系统自动化的基本内容调度自动化的功能•控制整个电力系统的运行方式，使电力系统在正常状态下能满足安全、优质和经济地向用户供电的要求；•在缺电状态下做好负荷管理；•在异常和事故状态下迅速恢复正常供电；•调度自动化系统借助远动系统收集各个发电厂和变电所的信息，如开关状态、线路潮流等，经过调度分析与决策，对电力系统实施控制和调整，控制和调整命令经过远动系统下送执行。•调度自动化分为：发电和输电调度自动化、配电自动化发电和输电调度自动化（1）SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）：主要实现数据采集、信息显示、监视控制、告警处理、事件顺序记录、数据计算、事故追忆等功能。（2）SCADA＋AGC＋EDU：AGC（AutomaticGenerationControl）EDU（EconomicDispatchControl）维持电力系统的频率水平，使发电出力跟踪系统负荷，维持联络线交换功率为规定值,使发电成本为最小分配发电出力。（3）EMS（EnergyManagementSystem）：SCADA＋AGC＋EDU＋安全分析等高级功能。（4）EEMS（ExtendEMS）：适应电力市场需求的EMS。2、电厂动力机械自动控制对各类发电厂的动力机械运行实现自动控制是现代电力系统的必然要求。电厂的动力机械随发电厂的类型不同而大不相同，其控制要求和控制规律也很不相同。火力发电厂的动力机械主要是为锅炉汽轮机等热力设备的热工过程服务的，其自动控制系统主要包括锅炉自动控制系统、汽轮机自动控制系统、机炉谐调主控系统、辅助设备自动控制系统、计算机监视系统等等。水电厂需要控制的主要是水轮机、调速器、闸门启闭及水轮发电机励磁等等。大型火电厂的监视和控制系统经过了对动力机械自动控制模拟控制、功能设备分散方式的数字控制、分层分散方式的数字控制三个阶段,其特征是各发电机组所用的计算机系统彼此孤立，今天已发展到采用分层开放式工业自动化系统构成火电厂综合自动化系统。水电厂自动化以控制对象分散,包括水轮发电机组、开关站、公用设备、闸门及船闸等。按控制对象为单元设置多套相应的装置,构成水电厂现场控制单元,完成控制对象的数据采集和处理、机组等主要设备的控制和调节及装置的数据通信等。水电厂采用分布式处理,一般与电厂分层控制相结合,形成水电厂分层、分布式控制系统。3、电站自动化变电站自动化是在原来变电站常规二次系统基础上发展起来的。常规变电所将大量现场一次设备，如变压器、开关、母线、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)等，同安装在控制室内的单项自动化装置（如继电保护、重合闸、故障录波和测距、各种变送器、远动装置、测量仪表等）之间并用大量电缆一一对应地连接起来。其设备复杂，占地面积大，功能分立。随着大规模集成电路、现代信号处理技术和计算机监控技术的发展，将原来变电站二次系统的监视与控制、远动、继电保护、故障记录等等功能进行功能的综合和优化设计，形成两级单元：间隔级单元和中央单元，完全取消了传统的集中控制屏，二次回路极为简洁，控制电缆大量减少，构成一个统一的计算机系统来完成变电站自动化功能，包括变电站远方监视与控制、远动和继电保护、测量和故障记录，运行参数自动打印等，可以实现无人值班运行。具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化的特征。这是变电站自动化技术的发展方向。4、电力系统自动装置电力系统自动装置可以分为正常运行自动装置、异常状态下的安全稳定控制装置及保护装置三类；也可分为自动调节装置和自动操作装置两类。属自动调节型装置的主要有同步发电机自动励磁控制和电力系统自动调频；属自动操作型自动装置的有同步发电机自动并列装置、自动解列装置，电力系统继电保护装置、自动低频减载装置、自动重合闸、水轮发电机低频自启动、事故切机、备用电源自动投入装置等等。电力系统自动装置对保证电力系统的安全稳定运行、保证电能质量以及防反事故都具有重要的作用，随着自动控制理论、电子元器件、计算机技术和通信技术的不断发展，电力系统自动装置不断更新，性能更加完善。六、电力系统自动化的发展电力系统自动化是一个发展着的概念，其涵盖内容在深度和广度上不断延拓和相互融合，电力系统发展对其自动化的要求也不断提高。电力系统自动化正在发展成为一个CCCPE的统一体，即计算机（Computer）、控制(Control)、通信(Communication)和电力电子(PowerElectronics)装置构成的电力自动化系统。已经出现或正在发展的电力系统自动化新技术有：•灵活交流输电系统•SCADA——EMS智能综合•配电自动化•电力市场化的新技术要求电力系统自动化的发展历程1、单一自动化阶段的特点（1）继电保护、远动和自动化自成体系；（2）对单一设备或单一过程用分立的自动装置实现单一功能；（3）各发电厂和变电站之间的自动装置没有联系；（4）调度员靠远动送来的信息，根据经验通过电话或远动调度。2、综合自动化阶段的特点用一套自动化系统完成以往多套系统才能完成的工作。我国电力行业提出的今后若干年电力系统发展关键技术中涉及电力系统自动化的内容有：•研究电力系统自动化技术，提高电网运行的自动化水平；•研究电网稳定，经济运行技术，提高我国电网运行的安全和经济