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电 力 系 统 自 动 化电力系统自动化摘要: 电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化是我们电力系统一直以来力求的发展方向，它包括发电控制的自动化，电力调度的自动化（具有在线潮流监视，故障模拟的综合程序以及SCADA系统实现了配电网的自动化，现今最热门的变电站综合自动化即建设综自站，实现更好的无人值班.DTS即调度员培训仿真系统为调度员学习提供了方便）,配电自动化(DAS已经实现,尚待发展)。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护,网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。关键词：电力系统 自动化 引 言按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面,并形成一个分层分级的自动化系统。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省(市)调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。一 电力系统自动化定义 1、 电力系统（一次系统）：电能生产、输送、分配和消费所需要的发电机、变压器、电力线路、断路器、母线和用电设备等互相连接而成的系统。也称为电工一次系统，其中所包括的电力设备称为“一次设备”。特点：能量系统、主系统、高电压、大电流。 2、 电工二次系统（二次系统）：由对电工一次系统进行监视、控制、保护和调度所需要的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备等组成的辅助系统。其中包括的设备装置称为“二次设备”。特点：信息系统、辅助系统、低电压、小电流。 3、 电力系统（综合）自动化：严格意义上说就是指电工二次系统。因历史原因被分成三部分：继保、远动、自动化，目前普遍意义上讲自动化是不包括继保、远动部分（含通信）。 定义：电力系统自动化指采用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置并通过信号系统和数据传输系统对电力系统各个元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、协调、调节和控制，以保证电力系统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 电力系统自动化是现代电力系统安全可靠和经济运行的重要保证，可以说，现代电力系统如果没有电力系统自动化是无法运行的。 1、 保证优质电能 电能质量问题理解：导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差、造成用电设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题。 电能质量分类：稳态电能质量和暂态电能质量。所谓稳态电能质量即指电力系统在稳态运行方式下所具有的电能质量参数，主要包括5个电能质量指标：电压偏差、频率偏差、波形畸变（谐波）、三相不平衡度、电压波动闪变。而暂态电能质量即指电力系统在暂态过程中所表现出来的电能质量参数，其主要指标有电压的上凸下凹、瞬时电压中断等。一般情况的电能质量指稳态电能质量。 电压偏差：属基波无功范畴。影响因素包括：系统电源阻抗存在、负荷波动、电能传输的导线线径、供电距离、潮流分布、调压手段、无功补偿容量等。无功功率平衡才能保证电压在运行范围内，无功随负荷变化，手动无法跟踪。 频率偏差：属基波有功问题，主要与系统有功储备有关。有功平衡才能保证频率在运行范围内，有功随负荷变化，手动无法跟踪。 谐波（波形）：属非线性负荷用电特性问题，与系统供电质量水平关系不大。波形畸变有二：故障导致稳定破坏、谐波污染，二者均需通过自动装置解决。 三相不平衡度：属于基波负荷配置问题。其不仅与客户负荷的特性有关，也与系统的规划、负荷分配有关。不平衡度即负序分量有效值U2 与正序分量有效值U1 之比；三相不平衡危害：旋转电机的附加发热和振动；引起以负序分量为启动元件的多种保护误动；引起发电机容量利用率下降和变压器使用寿命的缩短；引起网损的加大和正常的通讯质量降低等。 电压波动和闪变：属无功冲击问题，主要与负荷用电特性有关。指在稳态运行情况下，由持续性波动的负荷引起的一种周期性电压波动。波动负荷主要有：电弧炉、感应炉的变频电源、电焊机、频繁启动的电焊机。以白炽灯通光量和闪烁频度作为判断。 在以上的电能质量指标中，13项指标是基本指标， 属电力系统长期以来一直关心的问题；而35项指标与客户的用电特性密切相关，近年来逐步被认识并越来越受到重视。 2、 保证安全可靠运行 包括：输变电设备的正常操作、故障的快速切除和恢复，均通过自动装置才能保证安全、可靠。 3、 保证经济运行 最少的一次能源产生更多的电力。电力系统的经济优化调度运行，降低网损等，没有自动化系统的参与是很难实现。三 电力系统自动化的发展阶段 电力系统自动化的发展史就是电力工业逐步发展壮大的历史。了解自动化发展的历史可更深刻理解自动化是历史的必然选择。 1、 手工阶段 电力工业的初期萌芽阶段，电厂小，就近供电。在发电机、开关设备旁就近监视设备和手工调节操作。 特点：单独运行，就近供电、手工操作。 2、 简单自动装置阶段 用电设备增多、发电设备规模扩大，对电能质量和安全可靠性提出了要求，开始出现单一功能的自动装置。包括：继电保护、断路器自动操作、发电机自动调压和调速等。 特点：电能质量要求、单一的电力自动装置。 3、 传统调度中心阶段 出现互连电网，保证供电可靠性和经济性的必然选择。电网设立调度中心，统一调度电厂和处理电网的异常和事故。电话是通信联络的主要方式。 特点：电网互连、统一调度、电话通信。 4、 现代调度的初级阶段出现远动装置，实现“四遥”，满足实时调度的要求。 特点：远动四遥、实时调度。5、 综合自动化阶段 电力工业成为必不可少的支柱产业，电网规模快速扩大，单一功能的自动化装置很难满足电能质量、可靠和安全的需要，出现自动化程度更高的自动化系统。其特点是把多套独立的自动化装置用通信信道或网络互连，实现信息共享，相互协调自动完成指定的功能。 特点：装置互连，信息共享。 四 电力系统自动化的主要内容 按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面,并形成一个分层分级的自动化系统1、电网调度自动化现代的电网自动化调度系统是以计算机为核心的控制系统，包括实时信息收集和显示系统，以及供实时计算、分析、控制用的软件系统。信息收集和显示系统具有数据采集、屏幕显示、安全检测、运行工况计算分析和实时控制的功能。在发电厂和变电站的收集信息部分称为远动端，位于调度中心的部分称为调度端。软件系统由静态状态估计、自动发电控制、最优潮流、自动电压与无功控制、负荷预测、最优机组开停计划、安全监视与安全分析、紧急控制和电路恢复等程序组成。 2、火力发电厂自动化火力发电厂的自动化项目包括：厂内机、炉、电运行设备的安全检测，包括数据采集、状态监视、屏幕显示、越限报警、故障检出等。计算机实时控制，实现由点火至并网的全部自动起动过程。有功负荷的经济分配和自动增减。母线电压控制和无功功率的自动增减。稳定监视和控制。采用的控制方式有两种形式：一种是计算机输出通过外围设备去调整常规模拟式调节器的设定值而实现监督控制；另一种是用计算机输出外围设备直接控制生产过程而实现直接数字控制。 3、水力发电站综合自动化需要实施自动化的项目包括大坝监护、水库调度和电站运行三个方面。大坝计算机自动监控系统：包括数据采集、计算分析、越限报警和提供维护方案等。水库水文信息的自动监控系统：包括雨量和水文信息的自动收集、水库调度计划的制订，以及拦洪和蓄洪控制方案的选择等。厂内计算机自动监控系统：包括全厂机电运行设备的安全监测、发电机组的自动控制、优化运行和经济负荷分配、稳定监视和控制等。 4、电力系统信息自动传输系统电力系统信息自动传输系统 简称远动系统。其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。自动传输系统由远动装置和远动通道组成。远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。把厂站的模拟量通过变换输送到位于调度中心的接收端并加以显示的过程称为遥测。把厂站的开关量输送到接收端并加以显示的过程称为遥信。把调度端的控制和调节信号输送到位于厂站的接收端实现对调节对象的控制的过程，称为遥控或遥调。远动装置按组成方式可分为布线逻辑式远动装置和存储程序式逻辑装置。前者由硬件逻辑电路以固定接线方式实现其功能，后者是一种计算机化的远动装置。 5、电力系统反事故自动装置反事故自动装置的功能是防止电力系统的事故危及系统和电气设备的运行。在电力系统中装设的反事故自动装置有两种基本类型。继电保护装置：其功能是防止系统故障对电气设备的损坏，常用来保护线路、母线、发电机、变压器、电动机等电气设备。按照产生保护作用的原理，继电保护装置分为过电流保护、方向保护、差动保护、距离保护和高频保护等类型。系统安全保护装置：用以保证电力系统的安全运行，防止出现系统振荡、失步解列、全网性频率崩溃和电压崩溃等灾害性事故。系统安全保护装置按功能分为4种形式：一是属于备用设备的自动投入,如备用电源自动投入，输电线路的自动重合闸等；二是属于控制受电端功率缺额，如低周波自动减负荷装置、低电压自动减负荷装置、机组低频自起动装置等；三是属于控制送电端功率过剩，如快速自动切机装置、快关汽门装置、电气制动装置等；四是属于控制系统振荡失步，如系统振荡自动解列装置、自动并列装置等。 6