《电力系统自动化》PPT课件.ppt

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1、3.5 电力系统自动化电力系统自动化主要内容主要内容l电力系统自动化的基本概念电力系统自动化的基本概念l电力系统自动化的重要性电力系统自动化的重要性 l电力系统自动化的主要内容电力系统自动化的主要内容 电力调度自动化，电力调度自动化，发电厂自动化，发电厂自动化，变电站自动化变电站自动化l电力系统自动化发电力系统自动化发展趋势与展望展趋势与展望 一、电力系统自动化的基本概念一、电力系统自动化的基本概念l电力主要来源于水电、火电和核电，其他如太阳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。只能是一种补

2、充。l电力系统包含发电、输电、变电、配电等多个环电力系统包含发电、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。电力系统的稳定运行至关重要。l电力系统自动化是采用各种具有自动检测、决策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。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二、电力系统自动化

3、的重要性 l电电力力系系统统复复杂杂而而庞庞大大，在在电电力力系系统统中中任任何何一一点点发发生生的的故故障障，都都会会在在瞬瞬间间影影响响和和波波及及全全系系统统，往往往往引引起起连连锁锁反反应应，导导致致事事故故扩扩大大，造造成成大大面面积积停停电电，因此电力系统要求进行快速的自动控制；因此电力系统要求进行快速的自动控制；l被被控控制制的的参参数数很很多多，包包括括频频率率、电电压压、有有功功和和无无功功功功率率、功功率率平平衡衡等等，监监视视和和控控制制成成千千上上万万个个运运行参数必须依靠自动化；行参数必须依靠自动化；l存存在在各各种种干干扰扰，包包括括系系统统故故障障等等，系系统统故

4、故障障有有时时会会使使电电力力系系统统失失去去稳稳定定，造造成成灾灾难难性性后后果果，因因此此，如如何何控控制制才才能能保保证证稳稳定定，或或出出现现不不稳稳定定后后怎怎样样恢恢复稳定，已成为电力系统自动化的重大课题之一；复稳定，已成为电力系统自动化的重大课题之一；l正正是是由由于于采采用用了了自自动动监监控控和和远远动动控控制制技技术术，才才使使得电力系统的规模能不断扩大；得电力系统的规模能不断扩大；l要要保保证证电电力力系系统统安安全全、优优质质、经经济济运运行行，单单靠靠运运行行值值班班人人员员进进行行人人工工监监视视和和操操作作是是无无法法实实现现的的，必须依靠自动化装置和设备；必须依

5、靠自动化装置和设备；l安安全全供供电电、保保证证良良好好的的电电能能质质量量、经经济济运运营营都都需需要自动化。要自动化。三、电力系统自动化的主要内容三、电力系统自动化的主要内容 l按按电电力力系系统统运运行行管管理理，可可将将电电力力系系统统自自动动化化分分为为调度自动化、发电厂自动化、变电站自动化；调度自动化、发电厂自动化、变电站自动化；l调调度度自自动动化化又又可可分分为为输输电电调调度度、配配电电网网调调度度自自动动化；发电厂自动化又分为火电、水电、核电等；化；发电厂自动化又分为火电、水电、核电等；l从从电电力力系系统统自自动动控控制制的的角角度度，可可以以将将电电力力系系统统自自动动

6、化化分分为为电电力力系系统统频频率率和和有有功功功功率率自自动动控控制制、电电力系统电压和无功功率自动控制等。力系统电压和无功功率自动控制等。电力系统的管理网络电力系统的管理网络1.电力调度自动化电力调度自动化l电力调度的主要任务可以概括为：电力调度的主要任务可以概括为：控控制制整整个个电电力力系系统统的的运运行行方方式式，使使其其在在正正常常状状态下能满足安全、优质和经济供电的要求；态下能满足安全、优质和经济供电的要求；在缺电状态下做好负荷管理；在缺电状态下做好负荷管理；在事故状态下能迅速消除故障，恢复供电。在事故状态下能迅速消除故障，恢复供电。l调调度度自自动动化化是是综综合合利利用用电电

7、子子计计算算机机、远远动动和和远远程程通通信信技技术术，实实现现电电力力系系统统调调度度管管理理自自动动化化，有有效效地帮助电力系统调度员完成调度任务。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调度自动化系统的结构 远动终端远动终端 RTU：Remote Terminal Unit主站主站 MS：Main Station调度自动化系统的工作方式调度自动化系统的工作方式l主站主站MS安装在调度所，远动终端安装在调度所，远动终端RTU安装在各发安装在各发电厂和变电站，电厂和变电站，MS和和RTU之间通过远动通道相互之间通过远动通道相互通信，实现数据采集、监视和控制。通信，实现数据采集、

8、监视和控制。lRTU采集所在厂（站）设备的运行状态和运行参采集所在厂（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，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，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。并向主站返回已完成的操作信息。电力调度中心电力

9、调度中心2.发电厂自动化发电厂自动化 无无论论是是火火电电、水水电电、核核电电或或其其他他发发电电方方式式，都都是是通通过过某某种种动动力力机机械械驱驱动动发发电电机机发发电电，因因此此其其自自动动化化系系统统也也具具有有很很多多共共同同点点，既既要要分分别别控控制制动动力力装装置置、发发电电机机及及其其他他辅辅助助设设备备，又又要要对对各各个个控控制制系系统统进进行行协调和统一关管理。协调和统一关管理。核核电电已已成成为为继继火火电电、水水电电之之后后的的第第三三大大能能源源，对对自自动动化化系系统统的的要要求求更更为为严严格格和和苛苛刻刻，特特别别是是可靠性。可靠性。火力发电原理火力发电原

10、理水水力力发发电电原原理理核反应发电原理核反应发电原理火电自动化火电自动化 火火电电厂厂利利用用化化石石燃燃料料释释放放出出来来的的热热能能发发电电，以以蒸蒸汽汽动动力力发发电电为为主主，也也有有少少量量采采用用内内燃燃机机发发电电。蒸蒸汽汽动动力力发发电电厂厂的的主主要要动动力力设设备备有有锅锅炉炉、汽汽轮轮机机、汽轮发电机及辅助设备。汽轮发电机及辅助设备。火火电电厂厂自自动动化化是是一一门门综综合合技技术术，具具有有自自动动检检测测、自自动动保保护护、顺顺序序控控制制、连连续续控控制制、管管理理和和信信息息处处理等功能。理等功能。包包含含各各种种自自动动化化系系统统，主主要要有有数数据据采

11、采集集及及计计算算机机监监视视系系统统、锅锅炉炉控控制制系系统统、汽汽轮轮机机控控制制系系统统、发发电电机机控控制制系系统统、机机炉炉协协调调主主控控制制系系统统、辅辅助助设设备及各种支持系统等。备及各种支持系统等。火电厂的基本构成火电厂的基本构成火电厂外观火电厂外观水电自动化水电自动化 水水电电厂厂需需要要控控制制水水轮轮机机、调调速速器器以以及及水水轮轮发发电电机机励励磁磁装装置置等等，水水电电自自动动化化系系统统可可自自动动地地对对水水电电厂厂进进行行监监视视、控控制制、调调节节和和管管理理，以以提提高高水水电电厂厂运运行行的安全性、经济性、劳动生产率和供电质量。的安全性、经济性、劳动生

12、产率和供电质量。水水电电厂厂自自动动化化可可分分为为单单机机自自动动化化（包包括括水水轮轮发发电电机机组组自自动动控控制制、水水轮轮机机调调速速和和水水轮轮发发电电机机励励磁磁调调节节的的自自动动控控制制）、公公用用设设备备自自动动化化、全全厂厂综综合合自自动动化化（包包括括水水电电厂厂自自动动发发电电控控制制、水水电电厂厂自自动动电电压压控控制制、水电站计算机监控系统）和梯级水电站综合自动化。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，它根据制的基础上实现全厂自动化的一种方式

13、，它根据水库上游来水量或电力系统的要求，考虑全厂及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电站机组运行的台数、运行机组的组合和机组间负荷分配。负荷分配。随着先进控制理论和计算机数字监控技术在电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。磁控制、调速控制、稳定裕度监视控制

14、等。水电站的基本构成水电站的基本构成三峡水电站外观三峡水电站外观三峡电站控制室三峡电站控制室三峡电站控制设备三峡电站控制设备发发电电机机组组单单元元控控制制室室及及调调速速器器发发电电机机组组变变压压设设备备发电机组厂房发电机组厂房三峡电站水轮机和发电机吊装三峡电站水轮机和发电机吊装 变变电电站站的的作作用用是是变变换换电电压压、接接受受和和分分配配电电能能、控控制制电电力力流流向向等等，主主要要通通过过变变压压器器将将各各级级电电压压的的电电网网联系起来。联系起来。随随着着微微机机监监控控监监测测技技术术开开始始引引入入变变电电站站，变变电电站站正正在在向向综综合合自自动动化化方方向向发发展

15、展，我我国国已已实实现现了了变变电电站站的的远远程程监监控控、远远动动和和继继电电保保护护微微机机化化，同同时时大大力力推推广无人值班变电站。广无人值班变电站。无无人人值值班班变变电电站站将将会会使使变变电电站站综综合合自自动动化化程程度度推推向向一一个个更更高高的的阶阶段段，其其功功能能包包括括变变电电站站的的远远动动、继继电电保保护护、远远方方开开关关操操作作、自自动动测测量量、故故障障和和事事故故的的自动记录以及运行参数自动打印等功能。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自动化变电站内部变电站内部变电站外部变电站外部变电站变电站 视频监控中心视频监控中心变电站变电站

16、 视频监控系统视频监控系统四、电力系统自动化发展趋势与展望四、电力系统自动化发展趋势与展望 l电电力力系系统统是是典典型型的的大大系系统统和和复复杂杂系系统统，各各种种先先进进控制理论和方法的应用越来越普遍；控制理论和方法的应用越来越普遍；l电力系统的自动控制技术正趋向于：电力系统的自动控制技术正趋向于：在控制策略上日益向最优化、自适应化、智能在控制策略上日益向最优化、自适应化、智能化、协调化发展；化、协调化发展；在理论工具上越来越多地借助于各种先进控制在理论工具上越来越多地借助于各种先进控制理论；理论；在设计分析上日益要求面对多机系统模型处理在设计分析上日益要求面对多机系统模型处理问题；问题

17、；在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件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。和远程通信的应用。l电力系统自动化的总体发展趋势：电力系统自动化的总体发展趋势：由开环监测向闭环控制发展；由开环监测向闭环控制发展；由高电压等级向低电压扩展；由高电压等级向低电压扩展；由由单单个个元元件件向向部部分分区区域域及及全全系系统统发发展展，如如数数据据采采集集与监控系统和区域稳定控制的发展；与监控系统和区域稳定控制的发展；由由单单一一功功能能向向多多功功能能、一一体体化化发发展展，如如变变电电站站综综合合自动化；自动化；装装置置性性能能向向数数字字化化、快快速速化化、灵灵活活化化发发展

18、展，如如继继电电保护技术的演变；保护技术的演变；追追求求目目标标向向最最优优化化、协协调调化化、智智能能化化发发展展，如如励励磁磁控制、潮流控制；控制、潮流控制；由由提提高高运运行行的的安安全全性性、经经济济性性和和效效率率向向管管理理、服服务务的自动化扩展，如管理信息系统的应用。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具有变革性重要影响的新技术（1）高压直流输电）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

19、应用于远距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、运路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点。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、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。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：直流输电与交流输电相比的主要优点：l直流线路造价低、功率和能量损耗小；直流线路造价低、功率和能量

20、损耗小；l对通信干扰小、没有电容电流和电抗压降；对通信干扰小、没有电容电流和电抗压降；l直流输电线两端的交流系统不需要同步运行；直流输电线两端的交流系统不需要同步运行；l不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功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；率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；l容易实现对功率和电流的调节控制、并且迅速；容易实现对功率和电流的调节控制、并且迅速；l如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的如果交、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。稳定性和改善整个系统的运行特性。（2）柔性交流输电系统柔性交流输电

21、系统 又又称称“灵灵活活交交流流输输电电系系统统”，简简称称FACTS（Flexible Alternative Current Transmission Systems）。）。这这种种新新型型技技术术针针对对高高压压输输电电系系统统，综综合合运运用用电电力力电电子子技技术术、微微机机处处理理技技术术、控控制制技技术术等等，以以提提高高系系统统的的可可靠靠性性、可可控控性性、运运行行性性能能和和电电能能质质量量，并可获取大量节电效益。并可获取大量节电效益。它它是是在在输输电电系系统统的的重重要要部部位位，采采用用电电力力电电子子装装置置，对对输输电电系系统统的的主主要要参参数数（如如电电压压、

22、相相位位差差、电电抗抗等等）进进行行调调整整控控制制，使使输输电电更更加加可可靠靠，具具有有更大的可控性和更高的效率。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，其定时精度提供了较方便的全网统一时钟信号，其定时精度小于小于1微秒。微秒。基于基于GPS的广域测量系统是以电力系统动态过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，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。定评估、低频振荡的研究等。End of Chapter 3.5