电力系统自动化基础知识总结_电力系统基础知识总结
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电气07-2
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绪论
1、了解电力系统自动化的重要性。
①被控对象复杂而庞大。②被控参数很多。③干扰严重。
2、掌握电力系统自动化的基本内容。在跨地区的电力系统形成后，必须建立一个机构对电力系统的运行进行统一管理和指挥，合理调度电力系统中各发电厂的出力并及时综合处理影响整个电力系统正常运行的事故和异常情况，这个机构称为电力系统调度中心。
①按运行管理的区域划分：☞电网调度自动化☞发电厂自动化（火电厂自动化、水电厂自动化）☞变电站自动化☞配电网自动化。②从电力系统自动控制的角度划分：☞电力系统频率和有功功率控制☞电力系统电压和无功功率控制☞发电机同步并列的原理。
第1章 发电机的自动并列
1、掌握并列操作的概念及对并列操作的要求。
☞并列的概念：将一台发电机投入电力系统并列运行的操作，称并列操作。发电机的并列操作又称为“并车”、“并网”、“同期”。
☞对并列操作的基本要求：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，进入同步运行的暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
2、掌握并列操作的两种方式及各自的特点。☞并列操作的两种方式：准同期并列（一般采用）、自同期并列（很少采用）。
☞准同期并列的概念：发电机在并列合闸前已励磁，当发电机频率、电压相角、电压大小分别和并列点处系统侧的频率、电压相角、电压大小接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，这种方式称为准同期。
☞自同期并列概念： 将一台未加励磁的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的条件下，先合并列断路器QF，接着合励磁开关，给转子加励磁电流，在发电机电势逐步增长的过程中，由电力系统将并列机组拉入同步运行。优点：操作简单，并列迅速，易于实现自动化。缺点:冲击电流大，对电力系统扰动大，不仅会引起电力系统频率振荡，而且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降。适用：只有在电力系统事故、频率降低时使用。自同期并列不能用于两个系统之间的并列，也不用于汽轮发电机组。
3、掌握准同期并列的三个理想条件，了解并列误差对并列的影响。☞(1)fG=fX：待并发电机频率与系统频率相等，即滑差(频差)为零；(2)UG=UX：待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零；(3)δe=0：断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。
？☞①电压幅值差对并列的影响：产生的冲击电流，在只存在电压差的情况下，并列机组产生的冲击电流主要为无功冲击电流。冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响，由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以须特别注意对它所造成的危害，必须限制冲击电流。②合闸相角差对并列的影响：当相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量。说明合闸后发电机立刻向电网输出有功功率，使机组联轴受到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的。③合闸频率差对并列的影响：在有滑差的情况下，将机组投入电网，需经过一段加速或减速的过程，才能使机组与系统在频率上“同步”。加速或减速力矩会对机组造成冲击。（滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该电气07-2
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严格限制并列时的滑差。）
4、掌握自动准同期装置的组成及各组成部分的任务。
☞自动准同期装置的组成①频差控制单元；检测UG与UX间的滑差角频率，且调节发电机转速，使发电机电压的频率接近于系统频率。②电压差控制单元；检测UG与UX间的电压差，且调节发电机电压UG，使它与UX间的电压差小于规定值。③合闸信号控制单元；检测并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，控制单元就选择合适的时间(恒定越前时间）发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差为零。？
5、了解模拟式准同期装置的工作原理。
模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期Ts时间内，把ωs假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性，采用较为精确的公式，按照δe当时的变化规律，选择最佳的越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自动并列装置的技术性能和运行可靠性。数字式并列装置由硬件和软件组成。？
6、了解数字式准同期装置的工作原理。
第2章 同步发电机励磁自动控制系统 ？
1、理解电力系统无功功率控制的必要性；
☞发电机是系统中主要的无功电源。为了保证系统的电压质量和无功潮流合理分布,要求“合理控制”电力系统中并联运行发电机输出的无功功率。？
2、掌握同步发电机励磁系统的任务；
①控制发电机端电压：在发电机不经升压直接向用户供电的简单系统中，若供电线路不长，线路上电压损耗不大，单靠调节发电机的励磁来控制发电机的端电压就能满足负荷对电压质量的要求。②合理分配并联运行发电机间的无功功率：发电机是系统中主要的无功电源。为了保证系统的电压质量和无功潮流合理分布,要求“合理控制”电力系统中并联运行发电机输出的无功功率。“合理控制”的含义：(1)每台发电机发出的无功功率数量要合理；(2)当系统电压变化时，每台发电机输出的无功功率要随之自动调节，而且调节量要合理。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：当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，发电机的励磁自动控制系统可发挥其调节功能，即大幅度地快速增加励磁电流以提高系统电压来改善系统运行条件。⑤防止水轮发电机过电压：水轮发电机在因系统故障被切除或突然甩负荷时，一方面由于水轮发电机组的机械转动惯量很大，另一方面为了引水管道的安全，不能迅速关闭水轮机的导水叶，致使发电机的转速急剧上升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机感应电势有可能升高到危及定子绕组绝缘的程度。因此要求励磁自动控制系统能实现强行减磁功能。？
3、掌握同步发电机励磁控制系统的组成及各组成部分的作用。
☞同步发电机励磁控制系统的组成：①励磁功率单元（励磁功率单元向同步发电机提供直流电流。）②励磁调节器（检测和综合系统运行状态的信息，经相应处理后，产生控制信号，控制励磁功率单元，以得到所要求的发电机励磁电流。）
4、了解各种类型励磁功率单元的特点（即交、直流励磁机励磁系统的基本构成、特点及使用范围）。
☞直流励磁机励磁系统按励磁机励磁方式不同分：自励式直流励磁机励磁系统、他励式直流励磁机励磁系统
☞交流励磁机励磁功率单元的组成：交流励磁机（与发电机同轴）、硅整流器 电气07-2
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5、了解励磁系统中转子磁场的建立和灭磁的作用及原理。
☞磁场的建立：在外部事故情况下，需要发电机转子磁场能迅速增强，达到尽可能高的数值，以弥补无功功率的缺额。两个指标：①强励顶值：转子励磁电压的最大值（1.8~2倍额定电流）②响应比：磁场建立的速度
☞灭磁：当转子磁场已经建立起来后，如果由于某种原因（发电机绕组内部故障等）需要强迫发电机立即退出工作，在断开发电机断路器的同时，必须使转子磁场尽快的消失，否则转子磁场内存储的大量能量迅速消释，会使电机内产生危险的过电压。
6、掌握自动励磁调节器的基本原理，了解励磁调节器静态特性的合成；掌握同步发电机励磁调节器静态特性的调整，了解自动励磁调节器的辅助控制。☞自动励磁调节器的基本原理：励磁调节装置(自动励磁调节器)是一个闭环比例调节器。输入量：发电机电压UG；输出量：励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为IAVR。☞同步发电机励磁调节器静态特性的调整：对同步发电机电压调节特性进行调整的目标，主要是为了满足运行方面的要求：① 保证并列运行发电机组间无功功率的合理分配(通过调整各发电机的调差系数，使其相等即可实现)；② 保证发电机能平稳地投入和退出运行，而不发生冲击现象。(通过上下平移发电机调节特性曲线即可实现)
7、了解励磁控制系统的动态特性的分析方法。
第3章 电力系统频率及有功功率的自动调节
1、了解电力系统频率及有功功率控制的必要性。☞电力系统频率控制的必要性：
1)频率对电力用户的影响①电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化②电力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。③电力系统频率降低会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①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。②频率下降到47～48HZ时，由异步电功机驱动的送风机等火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，就会出现频率雪崩,会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。③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。④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消耗增加，引起系统电压下降。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时可能出现电压快速而不断地下降，出现电压雪崩,会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。
☞电力系统有功功率控制的必要性: ①维持电力系统频率在允许范围之内②提高电力系统运行的经济性③保证联合电力系统的协调运行
2、掌握电力系统负荷的功率频率特性，理解负荷频率调节效应系数的含义；掌握发电机组的功率频率特性，理解调差特性与有功功率分配的关系，掌握调速器的失灵区对调节特性的影响；掌握电力系统的频率特性，理解电力系统功率频率特性系数的含义，掌握一次调频与二次调频的概念及特点。电气07-2
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☞负荷的功率—频率特性定义：当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即Pl=F(f),这种有功负荷随频率而改变的特性称为负荷的功率—频率特性，即负荷的静态频率特性。
☞当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷也参与了调节作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频率下重新平衡。这种现象称为负荷的频率调节效应。通常用负荷的频率调节效应系数KL﹡来衡量负荷调节效应的大小。☞发电机组的功率—频率特性：通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率—频率特性或调节特性。发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。☞调差特性与有功功率分配的关系：当发电机组的功率增量用各自的标么值表示时，发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比，与单位调节功率成正比。☞调速器的失灵区对调节特性的影响：由于调速器的频率调节特性是条带子，因此会导致各并联运行的发电机组间有功功率的分配产生误差。①△PW*与失灵度成正比，而与调差系数成反比。②不灵敏区的存在虽然会引起一定的功率误差或频率误差。但是，不灵敏区不能太小或完全没有。☞电力系统的频率特性：电力系统主要由发电机组、输电网络及负荷组成，发电机组的功率—频率特性与负荷的功率、频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点。☞一次调频的概念：当电力系统负荷发生变化引起系统频率变化时，系统内并联运行机组的调速器会根据电力系统频率变化自动调节进入它所控制的原动机的动力元素，改变输入原动机的功率，使系统频率维持在某一值运行，这就是电力系统频率的一次调整，也称为一次调频。
二次调频概念：当机组负荷变动引起频率变化时，利用同步器（调频器）平移机组工频特性来调节系统频率，称为电力系统频率的二次调节，也称为二次调频。
3、了解电力系统自动调频的方法，理解积差调节与改进积差调节法的特点，掌握积差调节法的两种实现方式。
☞电力系统自动调频方法①有差调频法②主导发电机法③积差调节法
☞积差调节法的特点：随着负荷的变化，频率发生变化，产生频率偏差，△f≠0，即∫△fdt就不断积累，调频器动作移动调速器调节特性，改变进入机组的进汽(或进水)量，使频率力求恢复额定值，频率调节过程只能在△f=0时结束。此时系统中的功率达到新的平衡。积差调节法的缺点：频率的积差信号滞后于频率瞬时值的变化，因此调节过程缓慢。不能保证频率的瞬时偏差在规定范围内。改进：通常不单纯采用积差调节，而是采用在频率积差调节的基础上，增加频率瞬时偏差调节信号，构成改进的频率积差调节方程。
☞积差调节法的两种实现方式：①集中调频制②分散调频制
4、掌握电力系统经济调度的原则，掌握自动发电控制的原理。
☞最经济的分配是按等微增率分配负荷。微增率是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。☞等微增率法则就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷，这样就可使系统总的燃料消耗（或费用）为最小。
☞自动发电控制（AGC/EDC功能）原理：①单台发电机组的AGC系统②具有多台发电机的AGC系统（负荷分配器根据输入的控制信号大小并且根据等微增率准则或其他原则来控制各台发电机输出功率的大小。）
5、掌握电力系统低频减载装置的作用及原理。
☞当频率下降到某一定值时，低频减负荷装置起动，自动切除预先安排的部分负荷，同时迅速启电气07-2
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动备用发电机组，能有效地抑制频率的继续下降，使之逐步恢复到稳定运行状态。这种办法称为按频率自动减负荷
6、了解电力系统常用的几种稳定装置及其作用。☞常用的几种稳定装置：①低频自起动发电机装置②低频调相改发电装置③低频降低电压装置④低频抽水改发电装置（在抽水蓄能水电厂，当系统频率下降时，利用低频继电器使发电机组由抽水运行方式迅速改为发电运行方式。）⑤自动低频减载装置⑥高频切机装置（当系统频率超过某一整定值时，利用高频继电器起动，将部分运行的发电机组退出运行，以减轻系统功率过剩。）⑦高频减出力装置（当系统频率升高时，可用短时减小汽轮机主汽门或水轮机导水叶开度的方法，减少发电机组的出力，当系统故障消除后，又很容易恢复到正常出力。这种方法比高频切机装置的灵活性好。）
第5章 电力系统调度自动化
1、掌握电网调度的任务及电网调度自动化的任务。☞电力系统调度的任务：控制整个电力系统的运行方式。①保证供电的质量优良②保证系统运行的经济性③保证较高的安全水平④保证提供强有力的事故处理措施。
☞电力系统调度自动化的任务：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，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。
2、掌握电网调度自动化的结构及各组成部分的功能。☞电网调度自动化的结构：
①信息采集和命令执行子系统，即远动终端RTU（作用：采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。）②信息传输子系统（信道）；作用：信息传输子系统是调度中心和厂站端(RTU)信息沟通的桥梁。将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命令可靠、准确地传输。③信息收集处理与控制子系统（调度端）；作用：信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。
3、掌握RTU的“四遥”功能及实现方法。
☞可以实现“四遥”功能：遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和遥调(YT).①遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；②遥信:采集并传送电力系统中开关量的实时信息；③遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作；④遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。
4、掌握电量采集的两种采样方式及各自的特点。电气07-2
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☞电量采集的两种采样方式：①直流采样②交流采样
直流采样的优点：软件设计简单，计算简便。直流采样的缺点：采样结果实时性较差；测量精确度受直流变送器的精确度和稳定性的影响；设备复杂，增加系统的造价。
交流采样的优点：A、实时性好；B、能反映原来电流、电压的实际波形，便于对所测量的结果进行波形分析；C、设备简单，可以节约投资。
5、了解信息传输的基本知识。
6、掌握电力系统远动信息传输通道有几种类型及其特点。P113—P1157、了解RTU与调度中心通信的特点，掌握电力系统远动通信的两种规约及各自的特点。☞RTU与调度中心通信的特点：1)距离远 2)实时性强 3)可靠性高。☞我国电网调度自动化的两大通信规约：循环式通信规约（CDT）、问答式通信规约（Polling）。☞循环式通信规约的特点：①重要数据发送周期短，实时性强；一般数据发送周期长，主站对其响应慢。②采用信息字校验方式，当某个字符出错时，只需丢弃相应的字，其他可以正常接收；③数据传送以现场端为主，因此若发生暂时性通信失败，当通信恢复时，未发出的数据仍有机会上报，而不至于造成显著危害；循环式较应答式规约容量大，可传送512路遥信量，256路遥测量。
☞问答式规约特点是：①RTU有问必答： RTU收到主机查询命令时，必须在规定的时间内应答，否则视为通信失败；②RTU无问不答：当RTU未收到主机查询命令时，决不允许上报信息。
8、了解调度中心计算机系统的配置情况，☞调度中心计算机系统的配置：①前置机：完成数字信号的接收及预处理等功能。担负着与厂所RTU和各分局的数据通信及通信规约解释等任务，是SCADA/EMS系统的桥梁和基础。②后台处理机：完成数据的进一步处理、存储、系统监视与分析等高级功能。
9、了解EMS系统的含义，了解常用高级应用软件的作用，其中重点掌握状态估计的功能及基本原理。
☞状态估计的功能：•得到最接近于系统真实状态的最佳估计值。•对生数据进行不良数据（或叫坏数据）的检测与辨识，删除或改正不良数据。•推算出齐全而精确的电力系统运行参数。•根据遥测量估计电网的实际结构，纠正偶尔会出现的开关状态遥信错误，保证数据库中电网结构数据的正确性。•估计某些可疑或未知的设备参数。•以现有数据预测未来的趋势和可能出现的状态。•确定合理的测点数量和合理的测点分布。
？☞状态估计的基本原理：1.测量的冗余度；一般要求是：测量系统的冗余度=系统独立测量数/ 系统状态变量数=（1.5～3.0）
2、状态估计的步骤
第6章 配电管理系统
1、掌握配电管理系统（DMS）的组成及各组成部分的功能；了解配电SCADA的含义及特点。☞通常把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统，称为配电管理系统。☞配电管理系统的组成：配电自动化系统(DAS)、网络分析和优化、工作管理系统、调度员培训模拟系统
☞DAS组成部分及功能：①配电网数据采集和监控（SCADA)；配电SCADA系统是配电网管理系统DMS基本功能的组成，同时又是DMS的基本应用平台。②需方管理（DSM）电力的供需双方共同对用电市场进行管理，以达到供电可靠性，减少能源消耗及供需双方的费用支出的目的。电气07-2
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2、掌握馈线自动化（FA）的含义，掌握就地控制的馈线自动化中故障隔离与自动恢复原理；掌握远方控制的馈线自动化系统的结构；
☞馈线自动化（FA）的含义：馈线自动化指配电线路的自动化。
☞就地控制依靠馈线上安装的重合器和分段器自身的功能来消除瞬时性故障和隔离永久性故障，不需要和控制中心通信即可完成故障隔离和恢复供电；P159 ☞远方控制是由FTU采集到故障前后的各种信息并传送至控制中心，由分析软件分析后确定故障区域和最佳供电恢复方案，最后以遥控方式隔离故障区域，恢复正常区域供电。
3、了解负荷自动控制技术的作用，熟悉电力系统负荷控制的种类，了解负荷控制的层次； ☞电力负荷控制种类：①分散的负荷控制（负荷控制装置功能有限，不灵活，但价格便宜。用于一些简单的负荷控制。）②远方集中负荷控制（负荷控制系统的种类比较多，根据所采用的信息传输方式有：音频负荷控制、工频负荷控制、载波负荷控制和无线电负荷控制等。）
4、熟悉配电图资地理信息系统的组成，了解其在配电网络中的应用。
☞配电图资地理信息系统组成:自动绘图AM、设备管理FM、地理信息系统GIS ☞AM/FM/GIS系统在配电网中的实际应用
5、熟悉远程自动抄表计费系统的构成，了解远程自动抄表系统的典型方案。
☞远程自动抄表系统主要包括四个部分：具有自动抄表功能的电能表、抄表集中器、抄表交换机和中央信息处理机。
☞远程自动抄表系统的典型方案①总线式抄表系统②三级网络的远程自动抄表系统③采用无线电台的远程自动抄表系统④利用远程自动抄表防止窃电
第7章 变电所综合自动化
1、了解变电站自动化的发展状况；理解变电站综合自动化的含义。
☞变电站自动化的发展状况：①20世纪70年代以前，这些自动装置主要采用模拟电路、晶体管等分立元件组成，对提高变电站的自动化水平，保证系统的安全运行，发挥了一定的作用。②20世纪80年代，随着大规模集成电路和微处理器技术的应用，在变电站自动化阶段，将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微处理器替代。③国际上，20世纪70年代末开始变电站综合自动化的研究工作，于80年代开始进入实用应用。④我国从20世纪80年代末开始研制和开发，20世纪90年代进入应用阶段。☞变电站综合自动化含义：变电站综合自动化是在变电站应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬件系统或自动化装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。
2、掌握变电站综合自动化系统的功能，熟悉变电站综合自动化系统的结构。☞变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述5个子系统的功能中： 1)监控子系统①数据采集②事件顺序记录③故障录波和测距、故障记录④操作控制功能⑤安全监视功能⑥人机联系功能⑦打印功能⑧数据处理与记录功能⑨谐波分析与监视
2)微机保护子系统①输电线路保护②电力变压器保护③母线保护④电容器保护⑤小电流接地系统自动选线⑥自动重合闸
3)电压、无功综合控制子系统:变电站综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。电压和频率是电能质量的重要指标，因此电压、无功综合控制也是变电站综合自动化系统的一个重要组成部分。电气07-2
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4）低频减负荷控制及备用电源自动投入子系统：当工作电源因故障被断开后，能自动而迅速的将备用电源投入，保证用户连续供电的一种装置，称备用电源自动投入装置。
5）通信子系统：通信功能包括站内现场级间的通信和变电站自动化系统与上级调度的通信两部分。
☞变电站综合自动化系统结构：1）集中式的结构2）分布式系统集中组屏的结构3）分散式与集中相结合的结构
