电力系统自动化缩印版

1电力系统自动化分层实现 第一层直接控制器 第二层监督功能层 第三层寻优功能层 第四层协调功能层 第五层经营与管理层 2同步发电机组并列原则 1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值一般不宜超过1~2倍的额定电流。

2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。

3同步发电机的并列方法分为： 准同期：先发电（励磁） 后同期 并列速度慢 同步快 应用广泛 冲击小

自同期：先同期 后励磁（发电） 并列速度快 同步慢 应用较少 冲击大

4并列的理想条件

1）频率相等2）电压幅值相等3）相角差为零

5电压幅值差（压差）产生无功冲击电流

冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响。冲击电流最大瞬时值限制在1~2倍额定电流以下为宜，为了保证机组的安全，我国曾规定压差并列冲击电流不允许超过机端短路电流的1/20~1/10。电压差Us不能超过额定电压的5%~10%。巨型发电机组更规定在0.1%以下，即要求尽量避免无功冲击电流。 6合闸相角差（角差）产生有功冲击电流

7频率差（频差）：发电机频率和电网频率的差

滑差角频率（滑差）：两者之间的电角频率之差

滑差周期：Ts=2π/ωs=1/fs 在10~16s之间 8脉动电压

u

e

s

2Usins

t

G

2

2

U



e

G

sin2

2UX

sin

2

9自动准同期装置

1）频率差控制单元。他的任务是检测Ug与Ux间的滑差角频率



s

，调节发电机转速，是

发电机电压的频率接近于系统频率

2）电压差控制单元。他的功能



是检测

UG

与U

X

间的电

压差，且调节发电机电压U



G

，使他与

U



X

间的电

压差值小于规定的允许值，促使并列条件的形成

3）合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，合闸控制单元就选择合适的时间，即在相

角差



e

等于零的时刻，提前

一个“恒定越前时间”发出合闸信号

10同步发电机的准同期并列装置按自动化程度分为 1）半自动准同期并列装置 2）自动准同期并列装置 3）手动准同期并列装置 11线性整步电压

U

sl

是指其

幅值在一周期内与角差

e

分

段按比例变化的电压 线性整步电压与角差



e

之间

是分段的线性关系，而与同期电

压U



、



的幅值无关

G

U

X

线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为

U

slmsl

(e)



(e0)

U

slm sl



(e)

(0e)

12恒定越前时间

利用比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电平检测器的动作次序来实现滑差检测

sY

t

YJ

stA

只有当

A



YJ

，即恒定

越前相角电平检测器先于恒定越前时间电平检测器动作时，才

说明这时的



s

小于允许滑差

的频率



sY

，从而做出频率

差符合并列条件的判断 13频率差控制单元由频率差方向测量环节和频率调整执行环节两部分组成

14滑差方向的检测原理是通过越前鉴别与区间鉴别两个措施来实现的。所谓越前鉴别就是判



定

U

G

和

U



X

谁是越前电

压；所谓区间鉴别就是判定

e

正处在0~

区间

15数字式并列装置硬件的基本

配置由主机，输入、输出接口和输入、输出过程通道等部件组成 16同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率

单元和发电机构成的一个反馈控制系统。

17同步发电机励磁控制系统的任务 1）电压控制

2）控制无功功率的分配 3）提高同步发电机并联运行的稳定性

4）改善电力系统的运行条件

5）水轮发电机组要求实现强行减磁

18改善电力系统的运行条件 1）改善异步电动机的自启动条件

短路切除后可以加速系统电压的恢复过程，改善异步电动机的自启动条件。电网发生短路等故障时，电网电压降低，使大多数用户的电动机处于制动状态。故障切除后，由于电动机自启动时要吸收大量无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过程。发电机强行励磁的作用可以加速电网电压的恢复，有效的改善了电动机的运行条件。

2）为发电机异步运行创造条件

同步发电机失去励磁时，需要从系统中吸收大量无功功率，造成系统电压大幅度下降，严重时危及系统的安全运行。在此情况下，如果系统中其他发电机组能提供足够的无功功率维持系统电压水平，则失磁的发电机还可以在一定时间内以异步运行方式维持运行。这不但可以确保系统安全运行，而且有利于机组热力设备的运行。

3）提高继电保护装置工作的正确性

当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较小，且随时间衰减，以致带时限的继电保护不能正确动作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁以增大短路电流，使继电保护正确动作。 19对励磁系统的基本要求 1） 对励磁调节器的要求 a、具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化 b、系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机电压高低，以维持发电机电压在给定水平。 c、励磁调节器应能合理分配机组的无功功率

d、对于远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，要求励磁调节器没有失灵区 e、励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能，以提高暂态稳定和改善系统运行条件

2）对励磁功率单元的要求 a、要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量 b、具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度

20同步发电机的励磁系统 1） 直流励磁机励磁系统 自励式 他励式

2） 交流励磁机励磁系统 他励式 无刷励磁 3） 静止励磁系统（发电机自

并励系统）

21静止励磁系统的主要优点 1） 励磁系统接线和设备比

较简单，无转动部分，维护费用较少，可靠性高 2）不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减小基建投资 3）直接用晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应

速度

4）由发电机机端取得励磁能量 22在事故情况下，转子励磁电压的最大值及其磁场建立的速度问题是两个十分重要的指标，一般称之为强励顶值与响应比。强励顶值一般为额定励磁电压的1.8~2倍

23励磁调节单元（即自动调压器）的主要功能

1保持发电机的端电压不变 2保持并联机组间无功电流的合理分配

24励磁调节器基本的控制组成 1）测量比较。测量比较单元的作用是测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相比较，得出电压的偏差信号。 2）综合放大。综合放大单元是沟通测量比较单元及调差单元与移相触发单元的一个中间单元。

3）移相触发单元。移相触发单元是励磁调节器的输出单元，他根据综合放大单元送来的综合控制信号Usm的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整流单元的晶闸管，从而改变可控整流框的输出，达到调节发电机励磁的目的。 25调差系数



%G1



G2

100%

GN

当调差系数

0，即为正调

差系数时，表示发电机外特性下倾，即发电机无功电流减小，其端电压降低；

0，为负调

差系数时，表示发电机外特性上翘，即发电机无功电流增加，其端电压上升；0即为无差调节

26自动励磁调节器的辅助控制 1）最小励磁限制（欠励磁限制） 2）瞬时电流限制 3）最大励磁限制 4） V/Hz(伏/赫)限制器 27负荷的变动情况可以分解成几种不同的分量1)随机分量2)脉动分量3)持续分量

28调速器对频率的调节作用是一次调节；调频装置对频率的调节是二次调节。

电力系统中所有并列运行的发值

电机组都装有调速器，当系统负 3)控制区域间联络线的交换功荷变化时，有可调容量的发电机率与计划值相等，以实现各个区组均按各自的频率调节特性参域间有功功率和负荷功率的平加频率的一次调节。而频率的二衡

次调节只有部分发电厂（或发电 4)在区域网内各发电厂之间进机组）承担。电力系统中将所有行负荷的经济分配

发电厂分为调频厂和非调频厂。33无功平衡和电压水平的关系 调频厂承担电力系统频率的二无功功率总是要保持平衡状态，次调节任务，而非调频厂只参加当电力系统无功功率电源充足，频率的一次调节任务，或只按调可调节容量大时，电力系统可在度中心预先安排的负荷曲线运较高电压水平上保持平衡；当电行，不参加频率的二次调节。 力系统无功功率电源不足，可调29电力系统中实现频率和有功容量小甚至没有时，电力系统只功率自动调节的方法 能在较低电压水平上保持平衡。 1)有差调频法

这一关系可以用电力系统和负fR荷的无功功率电压静态特性来1Pc10

fRP

进一步加以说明。

2c20



34电力系统的无功功率电源有fRnPcn0

以下几种2)主导发电机法

1)同步发电机

f（发电机01，主导发电机）

2)同步调相机及同步电动机 P

3)并联电容器 c2K1Pc（发电机1

2）

4)静止无功功率补偿器 P

PcnKn1c（发电机1n）

5)高压输电线路的充电功率3)积差调频法 35控制和调整负荷点的电压，可以采取以下的控制方式 fd

tK1Pc10 1)控制和调节发电机励磁电fdtK2Pc20

流，以改变发电机端电压Ug 

fd 2)控制变压器变比K1及K2调tKnPcn0压

4)改进积差调频法

3)改变输送功率的分布P+jQfRi(PciaiKfdt)0(i1,2（主要是,,n)Q），以使电压损耗减

小

5)分区调频法

4)改变电力系统网络中的参数

(K

R+jX（主要是X），以减小输电A

fA

PtieA)dtPA0

线路电压的损耗

(K

B

f

BP

tieB)dtPB0

36电力系统调度的主要任务 30微增率是指输入耗量微增量1)保证供电的质量优良 与输出功率微增量的比值。对发2)保证系统运行的经济性 电机组来说，为燃料消耗量（或3)保证较高的安全水平—选用消耗费用）的微增量与发电机输具有足够的承受事故冲击能力出功率微增量的比值。所谓等微的运行方式

增率法则，就是运行的发电机组4)保证提供强有力的事故处理按微增率相等的原则来分配负措施

荷，这样就可使系统总的燃料消37 遥控 遥调 遥信 遥测 耗（或费用）为最小，从而是最38 AGC是EMS的有机组成部经济的。

分，需要在其他应用软件的支持31在单位时间内所消耗的能量下工作，例如发电计划、负荷预与输出功率之间的关系，称为耗测、有机组合、水电计划、交换量特性。

计划、状态估计、安全约束调度32自动发电控制系统具有四个和最优潮流等应用软件。 基本任务和目标

39电力系统的负荷预测可分为1)使全系统的发电机输出功率1)超短期负荷预测。未来一个和总负荷功率相匹配

小时内的负荷预测

2)将电力系统的频率偏差调整2)短期负荷预测。24h的日负荷控制到零，保持系统频率为额定

预测和168h的周负荷预测 3)中期负荷预测。未来一年之

内的用电负荷预测

40电力系统状态估计的必要性 1)数据不齐全 2)数据不精确

3)受干扰时会出现不良数据 4)数据不和谐

41正常运行状态（包括警戒状态）的安全控制

为了保证电力系统正常运行的安全性，首先在编制运行方式时就要惊醒安全校核；其次，在实际运行中，要对电力系统进行不间断的严密监视，对电力系统的运行参数如频率、电压和线路潮流等不断的进行调整，始终保持尽可能的最佳状态；同时，还要对可能发生的假想N-1事故进行后果模拟分析；当确认当前属警戒状态时，可对运行中的电力系统进行预防性的安全校正。

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