电力系统远动与调度自动化PPT课件

赣南师范学院物理与电子信息学院 郭勇 绪论 2 绪论内容提要 内容提要 3 课程概述 电力系统的组成 4 课程概述 电力系统的组成 G P jQ 6 3kV 11kV 121kV 110kV 6 3kV 110kV 380V 10kV 10kV 5 电力系统组成 发电 九江发电厂 6 电力系统组成 输电 高压输电线路 7 电力系统组成 变电 变电站 8 电力系统组成 配电 配电网络 9 电力系统运行的核心 发出的总电能 消费的总电能 10 几个概念 电力设备中转化为热能 机械能 声 光等的能量所需求的功率 有功功率 无功功率 电力设备中为了建立电磁场所需求的功率 如加热装置 电风扇中电机的转动等 如电力变压器的绕组 输电线路中的电感 负荷 工业和民用中的电力 电子设备 11 有功功率VS无功功率 能量不断地由电源发出 不断地被负荷消耗 有功功率 无功功率 能量在电源和负荷之间来回传递 一个工频周期内不消耗能量 12 电能传输的核心指标 13 电压和频率的控制 电力系统的无功功率平衡 电压 频率 电力系统的有功功率平衡 调节发电机的励磁电流 就地增设无功功率补偿装置 调节发电机的出力 水力发电厂 水轮发电机的进水量 火力发电厂 汽轮机的煤燃烧量 改变变压器变比 改变电力线路参数 14 电网运行 发电机并网 运行技术 运行管理 经营管理 电压调节 频率调节 技术管理 统一调度 分级管理 原则 15 统一调度 分级管理 16 统一调度 分级执行 17 课程讨论以下问题 18 绪论内容提要 内容提要 19 课程章节安排 并网 同步发电机的自动准同期 Chap1 电压稳定 电力系统电压的自动调节 Chap2 调度 电力系统调度自动化引论 Chap4 电力系统运行的状态估计 Chap5 电力系统安全调度与运行动态检测 Chap6 频率稳定 电力系统自动调频与经济调度 Chap7 电力系统低频自动减负荷 Chap8 20 绪论内容提要 内容提要 21 预备知识 380 220 V 6 10 35 110 220 500 750 1000 kV 我国电力系统的电压等级 电力系统的潮流 22 预备知识 续 同步发电机的等效电路 负反馈控制的基本原理 赣南师范学院物理与电子信息学院 郭勇 第1章同步发电机的自动准同期 24 第1章同步发电机的自动准同期 概述 数值角差 整步电压与越前时间 自动准同期装置举例 25 同步并列与准同期 1 什么是并列操作 2 什么是准同期并列操作 发电机投入系统参加并列运行的操作 同步发电机以近于同步运行的条件进行并列 26 同步并列与准同期 续 理想的并列条件是什么 待并发电机频率与母线频率相等 滑差为0 待并发电机电压与母线电压的幅值相等 压差为0 合闸瞬间 瞬时相角差为0 27 同步并列与准同期 续 为什么并列操作要满足这些条件 1 减小对发电机本身的冲击 2 减小对电网的冲击 为什么会有冲击 运用电路理论进行分析 28 复习题 1 同步发电机以近于同步运行的条件进行并列称为 2 同步发电机并网的理想的并列条件是 29 第1章同步发电机的自动准同期 概述 30 准同期条件的分析 31 滑差 几个约定 待并发电机电压 待并发电机频率 发电机侧 电网侧 电网侧电压 电网侧频率 定义 两者频率差 32 滑差 续 两者频率差 两者瞬时相角差 滑差角速度 33 滑差 续 滑差角速度 34 滑差 续 滑差角速度 滑差标幺值 35 滑差 续 滑差周期 滑差大 则滑差周期短 滑差小 则滑差周期长 在有滑差的情况下 将机组投入电网 需经一段加速或减速的过程 才能使机组与系统在频率上 同步 滑差周期越长 滑差越小 并列时的冲击越小 36 角差 压差 0 滑差 0 机组越大 对角差限制越严 当 并网条件取决于角差 如右图 37 角差 续 准同期装置合闸时间误差 最大并列误差相角的影响因素 断路器的合闸时间 希望满足 因此 最大允许滑差周期 38 角差 续 因此 在角差允许值减小的情况下 要满足滑差周期在允许的范围 6 7s 要求所用并列断路器的合闸时间也相应减小 最大允许滑差周期 39 滑差与角差 滑差 随着时间的增加 两个相量的角差不断增大 40 压差 角差 0 滑差 0 当 并网条件取决于压差 如右图 41 第1章同步发电机的自动准同期 概述 42 自动准同期装置的功能 微机同期装置 当压差和频差条件满足时 提前发出断路器合闸命令 模拟式同期装置 1 自动检查并列条件是否满足 提前发出合闸脉冲 2 当并列条件不满足时 自动调节待并发电机的电压和频率 提前的时间称为越前时间 越前时间固定 又称为恒定越前时间 功能 43 第1章同步发电机的自动准同期 概述 数值角差 整步电压与越前时间 自动准同期装置举例 44 数值角差与越前时间 同或运算法 1 对待并发电机的电压波形进行过零检测 大于零输出高电平 小于零输出低电平 得波形1 怎样检测相角差 2 对电网电压的电压波形 同样操作 得波形2 3 将波形1 2进行同或操作 45 越前时间的预报 什么叫越前时间的预报 微分预报法 如何预报越前时间 积分预报法 当压差和频差条件满足时 提前发出断路器合闸命令 按照越前时间检测满足要求的角差就称为越前时间的预报 46 复习题 1 滑差越大 则滑差周期 并列时的冲击 2 同步发电机并网的理想的并列条件是 3 自动准同期装置分为 和模拟式同期装置两种 4 预报越前时间有 和 两种方法 47 微分预报法 计算机已经获取第i 2 i 1次角差 假设滑差为恒值 即 若断路器的合闸时间为 48 微分预报法 续 当检测到 满足 时 断路器发出合闸命令 经过固定合闸时间td后 角差近于0 此时待并发电机正好与电网相连 并网成功 并网成功 49 微分预报法 续 考虑 i值离散后的误差 则要求 由于测量 i 1 i 2时有误差 若断路器合闸时间td较长 则 s与td的乘积增大 即误差增大 微分预报的缺点 因此 1 当断路器的合闸时间较长时 不适合用该预报方法 2 当 s非恒值时 不适合用该方法 50 积分预报法 计算机已经获取第i k i次角差 假设滑差为恒值 即 又 考察 当 i为何值时合闸 能够使当2T后的角差 i 2k 0 此时恰好能够保证并网成功 51 积分预报法 续 计算第i 2k次角差 同理 有 联立 得 52 积分预报法 续 当检测到 满足 时 断路器发出合闸命令 经过时间2T后 角差近于0 此时待并发电机正好与电网相连 并网成功 并网成功 53 积分预报法 续 操作步骤 1 计算机每存入一次 i后 向前调出数据 i k 验算 i与 i k的关系 如果满足 2 断路器发出合闸命令 经过时间2T后 角差近于0 此时待并发电机正好与电网相连 并网成功 54 微分预报法VS积分预报法 微分预报法 并网成功 积分预报法 并网成功 55 微分预报法VS积分预报法 续 因此积分预报法优于微分预报法 1 合闸判据 i有误差 微分预报法 积分预报法 2 只能用于滑差为恒值的情况 1 合闸判据 i有仅与 i k有关系 误差小 2 恒值滑差 加速度滑差 随机滑差均适用 56 微分预报法VS积分预报法 续 2T与td的关系 因此积分预报法选取T是有要求的 因为 i需满足 因此 即 57 第1章同步发电机的自动准同期 概述 数值角差 整步电压与越前时间 58 线性整步电压与越前时间 线性整步电压 指其幅值在一定周期内与角差 分段按比例变化的电压 主要用于模拟自动准同期装置中 0 矩形波的宽度最大 180 矩形波的宽度最小 将该矩形波进行滤波 即可得到线性整步电压 59 第1章同步发电机的自动准同期 概述 数值角差 整步电压与越前时间 自动准同期装置举例 60 滑差检测与压差检测 滑差检测 要求满足 s小于最大允许值 61 滑差检测与压差检测 续 压差检测 ug us 整流滤波 A D转换 编程比较 输出 62 第1章同步发电机的自动准同期 概述 数值角差 整步电压与越前时间 自动准同期装置举例 63 自动准同期装置技术要求 1 滑差 电压差均合格时 在恒定越前时间瞬间发出合闸命令 2 滑差或电压差任一不合格时 即使恒定越前时间到达 不发出合闸命令 技术要求 3 滑差或电压差不合格时 调节发电机的频率或电压 使之满足要求 64 微机自动准同期的合闸程序 硬件电路框图 65 第1章同步发电机的自动准同期 概述 数值角差 整步电压与越前时间 自动准同期装置举例 66 合闸程序流程图 几点说明 1 装置在发电机开机后运行 2 角差 的采样周期为10ms 3 需监测 是否在减小 4 需监测是否连续处于匀速滑差状态 67 第1章同步发电机的自动准同期 概述 数值角差 整步电压与越前时间 自动准同期装置举例 68 微机自动准同期的均频均压 均频 均压 1 检查滑差的方向 2 调节发电机的频率 1 判断发电机电压与电网电压的大小关系 2 调节发电机的电压 69 本章小结 1 理解发电机并网的理想并列条件2 理解微分预报法 积分预报法的基本原理及优缺点3 理解对自动准同期装置的基本技术要求 赣南师范学院物理与电子信息学院 第一章End 71 复习题 1 当断路器的合闸时间较长时 不适合用 预报法 2 预报法对于恒值滑差 加速度滑差 随机滑差均适用 3 在同步发电机并网中的理想并列条件中 待并发电机频率与母线频率相等 指的是 4 指其幅值在一定周期内与角差 分段按比例变化的电压 赣南师范学院物理与电子信息学院 郭勇 第2章电力系统电压的自动调节 73 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 电力系统自动调压器的概念与基本框图 74 同步发电机运行电压问题 如何调节电力系统的电压 调节发电机端电压 增设无功功率补偿装置 改变变压器变比 改变电力线路参数 同步发电机是电力系统的电压资源 而改变同步发电机的励磁电流能够改变其端电压 因此同步电机的励磁电流是建立电力系统电压的唯一资源 75 同步发电机运行电压问题 76 发电机单机运行时 励磁电流是直流 又称转子电流 为了改善电力系统的电压质量 必须在励磁系统中增设自动控制与自动调节的设备 77 发电机单机运行时 公式推导 由KVL 得 78 发电机单机运行时 续 画出向量图 79 发电机单机运行时 续 因为 很小 所以 负荷电流的无功分量 是造成端电压降落的主要原因 80 发电机单机运行时 续 2 当负荷电流的无功分量Ir增大时 发电机的感应电动势Ed与端电压Ug大差值增大 即端电压降落增大 1 改变励磁电流Ie 即改变发电机的感应电动势Ed Ie增大 则Ed增大 3 实际应用中 通过改变励磁机的励磁电流IEE 使转子回路的端电压改变 从而改变励磁电流Ie 结论 81 发电机单机运行时 续 3 当负荷无功电流减小 如果保持励磁电流Ie不变 则端电压Ug升高 1 同步发电机的外特性是下降的 2 当负荷无功电流增大 如果不调节励磁电流Ie 则端电压Ug降低 82 发电机单机运行时 续 83 发电机与无穷大母线相连时 84 发电机与无穷大母线相连时 在发电机发出有功功率恒定的条件下 由于无穷大母线的电压是恒定的 因此调节发电机的励磁电流Ie 只能改变发电机送入系统的无功功率 不能改变母线的电压 85 多个发电机并联运行时 同步发电机并联运行 它们发送的无功电流之和必须等于母线总负荷电流的无功分量 即 86 当母线电压为U1时 G1发出的无功电流为Ir1 G2的为Ir2 有Ir1 Ir2 假定电网的无功负荷增加 由于发电机下倾的外特性 母线电压必须相应降低 假定母线电压降为U2 则G1发出的无功电流为 G2的为 则由图可看出 并联运行发电机间的无功负荷分配 取决于机组的外特性 曲线越平坦 无功电流增量越大 多个发电机并联运行时 87 实际运行时 希望大容量的机组担负大的无功增量 小容量的机组担负小的无功增量 按容量比例进行无功功率分配 如果两台并联机组的外特性完全一致 则G1 G2可以实现上述目的 然而由于发电机必须经升压变压器后再并网 考虑到变压器的压降 要实现外特性完全一致很困难 自动调压器却可以很容易做到做到 多个发电机并联运行时 88 自动调压器的基本要求 1 有足够的调节容量 即 足够大 2 有很快的响应速度 即希望励磁系统的时间常数越小越好 3 有很高的运行可靠性 采用工作励磁机与发电机同轴转动 可减小外部故障对发电机工作的影响 89 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 90 高压远距离输电升压效应 220kV输电VS750kV输电 1 两种输电方式 输电线路单位长度电感量 电容量相差不大 即Xc相差不大 超高压长距离输电的特点 2 由于电压3倍多的关系 则线路所产生的容性功率9倍多 线路存在很大的容性功率 91 高压远距离输电升压效应 续 750kV输电 线路长800km l 0 95mH kmc 12 2nF km 容性功率对末端电压的影响 计算表明当线路开路时 末端电压高出送端电压50 有余 92 高压远距离输电升压效应 续 容性功率对末端电压的影响 解决方法 1 线路跨度不要过长 2 线路送 末端装设可控电抗器 93 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 94 供电线路运行电压的问题 对于重负荷 如何调节受端电压 95 供电线路运行电压的问题 特点 串联电容补偿补偿效果较好 但其投资较大 需监测绝缘和耐压性能 1 串联电容 减小线路电抗 96 供电线路运行电压的问题 2 并联电容 就地无功功率补偿 特点 并联电容补偿为了达到较好的效果 需要多次投切 但耐压不高 投资小 97 复习题 1 对于同步发电机 在负荷电流不增加的情况下 增大励磁电流 其端电压将 增大或减小 2 在高压长距离输电中 如果采用110kV和220kV两种电压等级 则后者的容性无功功率约等于前者的容性无功功率乘以 3 减小线路长度 能够 减轻或加重 高压远距离输电的升压效应 4 同步发电机的励磁绕组中流过的电流为 直流或交流 98 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 电力系统自动调压器的概念与基本框图 99 励磁的基础知识 火力发电厂的同步发电机组 100 励磁的基础知识 续 水力发电厂的同步发电机 101 励磁的基础知识 续 交流发电机装配图 102 励磁的基础知识 续 交流发电机的组成 转子 机械能部分 励磁线圈 提供磁场 线圈绕在转子上 定子 电能部分 含有定子线圈 注意 1 励磁线圈中流过的电流是直流 2 励磁线圈随着转子转动 外加的电压源是直流电压源 103 励磁的基础知识 续 直流发电机装配图 104 励磁的基础知识 续 直流发电机的组成 转子 含有线圈 输出电能 励磁 用永磁铁或者励磁线圈 提供磁场 定子 含有励磁线圈或永磁铁 提供磁场 注意 1 励磁线圈中流过的电流依然是直流 2 励磁线圈固定在定子上 转子线圈输出交流电 经过电刷后变成直流电 电刷 将发出的交流电变成直流电 105 励磁的基础知识 续 直 交流发电机的励磁分类 1 他励 励磁电流来自外电源 2 自励 励磁电流来自发电机本身 106 励磁的基础知识 续 励磁电流在电力系统中的地位和作用 作用 为同步发电机提供磁场 使其输出电压 地位 是电力系统唯一的电压资源 励磁电流由励磁系统提供 励磁机系统的分类 1 他励系统 a 直流励磁机系统 直流发电机 b 交流励磁机系统 交流发电机 2 自励系统 107 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 108 直流励磁机的特点 1 其转子与同步发电机同轴 2 存在整流环 即换向环节 仅用于中小型机组 直流励磁机的分类 1 自励式 励磁时间常数大 2 他励式 励磁时间常数小 用于水轮发电机 直流励磁机 为什么自励式的励磁时间常数大 109 什么是励磁时间常数 励磁机励磁线圈的电阻 励磁机励磁线圈的电感 求得 时间常数 直流励磁机 续 110 直流励磁机 为什么自励式的励磁时间常数大 自励发电机的自励条件 电机应有剩磁 111 自励式 励磁机 同步发电机 自励式 直流励磁机 续 112 自励式 直流励磁机 续 正常工作时 IAE和IR同时担负励磁绕组EEL的调整功率 可减小自动调压器的容量 113 他励式 副励磁机 同步发电机 自励式 励磁机 直流励磁机 续 114 他励式 直流励磁机 续 他励直流励磁机系统多了一台副励磁机 提高了励磁机的电压增长速度 可减小励磁时间常数 115 交流励磁机的组成 1 交流发电机 2 整流元件 特点 1 无换向环节 整流元件通过滑环与转子线圈连接 整流元件输出电压大小可控 2 一般采用他励式 以提高响应速度 交流励磁机 116 他励式1 副励磁机 同步发电机 自励式 励磁机 交流励磁机 续 主励磁机一般为100Hz 副励磁机为500Hz 117 他励式1 交流励磁机 续 自动恒压单元保持副励磁机励磁绕组端电压恒定 考虑到剩磁不高 需要外加起励电压 其起励电源不从机组母线获取 118 他励式2 副励磁机 同步发电机 永磁式 励磁机 交流励磁机 续 该方案的响应速度比前一种快 119 他励式2 交流励磁机 续 自动调压器输出的调整电流用于控制主励磁机的励磁电流 120 自励式 交流励磁机 与自励式直流励磁机类似 自励式交流励磁机的励磁电源从本机出口电压获得 但是采用晶闸管整流元件 调整其导通角维持端电压恒定 121 交流励磁系统的缺点 存在滑环 当机组容量再次增大时 滑环流过的电流很大 不可靠 解决方法 无刷励磁系统 副励磁机 静止 同步发电机转子 永磁式 旋转 励磁机 旋转 交流励磁机 续 122 无刷交流励磁缺点 1 励磁线圈中的电流没有外露部分 全部在转子中 与转子一起旋转 因此不易监视其电流 2 不易监视励磁机中各元件的电压 电流等参数 交流励磁机 续 123 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 124 发电机自励系统 原理框图 不用专门的励磁机 直接从发电机的端点获取电源 经控制整流后 送至转子回路 作为发电机的励磁电流 维持发电机端电压恒定 125 发电机自励系统 续 特点 1 同步发电机转子中的励磁电流直接由其输出的交流电压经过整流获得 简单 可靠性高 2 当发电机输出端短路时 其电压迅速下降 因而励磁电流也迅速下降 对电力系统的稳定运行不利 126 复习题 1 同步发电机的他励系统励磁时间常数比自励系统的 大或小 2 同步发电机的他励系统分为 和 两类 127 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 电力系统自动调压器的概念与基本框图 128 基础知识 129 基础知识 续 结论 1 励磁电流从0开始增大 E R其为最大值 2 励磁电流从0到最大值是需要时间的 大约需要 3 5 130 基础知识 续 励磁电流iL增大 磁场也跟着增大 磁场增大的曲线是怎样的 131 基础知识 续 结论 1 磁场建立的速度与时间常数 有关 2 励磁电流增大的速度也与时间常数 有关 VS E为恒值 132 基础知识 133 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 134 励磁 几个概念 1 强行励磁 2 继电强行励磁 当系统发生短路故障 发电机的端电压会剧烈下降 这时励磁机进行强行励磁 励磁线圈流过比正常额定值多倍的电流 以利于系统的安全运行 用闭合有关继电器触点的方法 使励磁机的端电压Ue以最快的速度升到顶值 称为继电强行励磁 用于直流励磁机 135 励磁 2 继电强行励磁 强励装置动作时 R全部被短路 励磁机端电压升到顶值 达到额定励磁电流的1 8 2倍 136 励磁 2 继电强行励磁 Re用于防止励磁机过电压 为了防止电压互感器二次侧熔丝烧断 引起强励装置误动作 将两个低电压继电器的触点串联 启动强行励磁接触器KM 为了使强励装置动作后发电机转子不至于过热 一般强力时间为20s左右 要使继电强行励磁的效果及时发挥 需要考虑励磁机的响应速度和发电机转子磁场建立速度 137 励磁 续 电压响应比 粗略地反映转子磁场的建立速度 磁场建立的速度与端电压UL有关 该值建立速度越快 电压响应比越大 138 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 139 灭磁 何时需要灭磁 1 发电机退出系统时 应使发电机的端电压降为0 即励磁电流应为0 2 发电机内部发生短路故障时 需退出系统 且其感应电动势迅速降至最小 也即励磁电流应为0 励磁电流减为0就是灭磁 140 灭磁 续 如何灭磁 方法1 直接断开励磁回路 1 电流迅速为0 di dt非常大 导致er很大 2 开关S两端的电压为ue er 容易造成触头损坏和灭弧时间的延长 141 灭磁 续 如何灭磁 方法2 装灭磁开关SD 142 灭磁 续 装灭磁开关SD的优点 1 励磁线圈的电流i按指数曲线减小 线圈两端最大电压为E 2 开关S两端的电压为ue uL 其承受的最大电压为ue E 依然比方法1小 143 灭磁 续 灭磁开关如何接线 1 先合上灭磁电阻R 2 后断开主励磁回路 为了避免灭磁过程中励磁绕组两端产生过高的电压 操作顺序 144 灭磁 续 如何灭磁 方法3 装快速灭磁开关 1 灭磁速度快 2 励磁电流小时 反而不能很快断弧 特点 145 灭磁 续 交流励磁系统如何灭磁 逆变灭磁 1 改变晶闸管的导通角为140 整流桥输出直流电压的极性与励磁时恰好相反 因此转子电流减小2 由于转子回路电感很大 产生很高的反向电动势以维持其电流3 于是转子储存的磁场能量以续流的形式经全控桥的逆变状态反送到交流电源 使其能量不断减少 直至消失 注意 逆变灭磁过程中 交流电源电压不能消失 146 复习题 1 逆变灭磁要求晶闸管的导通角大于 励磁电流变为 2 用闭合有关继电器触点的方法 使励磁机的端电压Ue以最快的速度升到顶值 称为 147 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 电力系统自动调压器的概念与基本框图 148 自动调压器的概念 1 发电机的端电压下降 则减小电阻Re 人工调压器 2 发电机的端电压上升 则增大电阻Re 149 自动调压器的概念 续 1 保证发电机的端电压不变 自动调压器的功能 发电机电压Ug 自动调压器 励磁电流Ie 2 保持并联机组间无功电流的稳定分配 根据发电机端电压的大小 自动调节励磁电流 使发电机端电压稳定 概念 150 自动调压器的概念 续 1 发电机端电压增大时 减小励磁电流 自动调压器如何保证发电机的端电压不变 2 发电机端电压减小时 增大励磁电流 负反馈控制 151 自动调压器的概念 续 1 发电机端电压落在Ugb Uga之间时 必须满足下图的特性 注意 2 发电机端电压Ugb Uga之外时 各种不同的调压器特性可以不同 152 自动调压器的概念 续 自动调压器原理框图 闭环负反馈控制 153 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 电力系统自动调压器的概念与基本框图 154 自动调压器的工作原理 前置放大 将给定信号与检测信号的差值进行放大 得到脉冲调制信号 功率放大 用脉冲调制信号驱动功率放大管 晶闸管 使之输出功率信号 155 自动调压器的工作原理 续 什么叫功率放大 功率放大 信号放大 VS 1 含有信号的放大2 当负载增大时 输出电压能保持不衰减 1 仅仅是信号的放大2 当负载增大时 输出电压不能能保证不衰减 156 自动调压器的工作原理 续 功率放大电路的组成 1 晶闸管 A K 时 当G给定电流信号时 导通 A K 时 当G不给定电流信号时 截止 A K 时 截止 157 自动调压器的工作原理 续 晶闸管的工作电路 当G端的触发时间不同时 流过负载的电压平均值不同 158 自动调压器的工作原理 续 驱动电路输出的脉冲信号反映的是触发时间 角度 的不同 因而晶闸管导通时间不同 从而功率放大的输出电压平均值不同 功率放大电路的组成 2 驱动电路 驱动电路是让晶闸管能完成导通和截止功能的电路 也即输出脉冲调制信号给晶闸管G端的电路 159 自动调压器的工作原理 假设励磁机采用他励式交流励磁机 分析上述自动控制框图 160 第2章电力系统电压的自动调节 电力系统运行电压的有关问题 同步发电机的励磁系统 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 电力系统自动调压器的概念与基本框图 161 无功调节电压的方法 电力系统电压调整 调节发电机的励磁电流 就地增设无功功率补偿装置 无功功率调压 162 静止无功补偿器 静止无功补偿器 SVC StaticVarCompensators 1 通过改变晶闸管的导通角 使得SVC的电感电压UL改变 2 对于L 其电压与电流相位恰好成90 关系 因此SVC消耗的是感性的无功 即QL 0 163 静止无功补偿器 续 静止无功补偿器 SVC 164 静止无功补偿器 续 如何分析电感的电压和电流波形 掌握以下关键点 1 晶闸管触发角的概念 两个晶闸管在一起 2 晶闸管导通时 电感两端才有电压 电感两端先有电压 才会有电流流过电感 165 静止无功补偿器 续 5 A K 时 如果此时从A到K方向的电感电流续流 那么晶闸管依然导通 如何分析电感的电压和电流波形 4 A K 时 有触发信号 则管子导通 3 一个公式 166 静止无功补偿器 续 4 5 6三条是分析波形时出现的三种情况 可以判断晶闸管的导通情况 如何分析电感的电压和电流波形 6 A K 时 若不存在电感续流的情况 即电感电流为0时 则管子截止 167 静止无功补偿器 续 无论哪种情况 电感电流均滞后于电压90 分析电感的电压和电流波形 1 当触发角为90 时 UL US K K为变压器变比 2 当触发角为180 时 UL 0 3 当触发角为90 180 时 UL 0 且不是正弦波 它含有谐波 168 复习题 1 发电机端电压增大时 需 减小或增大 励磁电流 以保持端电压的恒定 169 无功功率发生器 无功功率发生器 SVG StaticVarGenerator 1 SVG是一个逆变器 将电容上的直流电压转换成交流电压 2 通过改变GTO的导通角 使得SVG的输出电压幅值改变 相位改变 3 因而SVG输出的无功功率既可以是感性的 也可以是容性的 170 无功功率发生器 无功功率发生器 SVG 171 无功功率发生器 1 直流侧电容两端的电压从何而来 电网电压经降压整流得到 2 如何改变SVG输出电压的相位 检测到电网电压的相位 让控制信号SPWM的相位与之不同即可 SPWM 正弦波脉冲宽度调制 赣南师范学院物理与电子信息学院 第二章End 173 本章小结 1 掌握励磁系统灭磁的分类及各自优缺点2 掌握自动调压器的基本原理3 掌握无功补偿装置SVC的工作原理 赣南师范学院物理与电子信息学院 郭勇 第3章自动励磁调节系统的动态特性与有关问题 175 第3章自动励磁调节系统的动态特性 概述 自动励磁调节系统的稳定性 176 自动励磁调节系统框图 特点 1 单输入 单输出系统 2 采用经典的传递函数分析方法 根轨迹法 频率特性法 177 自动励磁调节系统框图 续 特点 3 该系统是多阶系统 大于二阶 178 系统响应曲线特征描述 多阶系统怎样分析 二阶系统如何分析 主要研究内容 1 稳定性 2 动态特性 劳斯判据 根轨迹法 奈奎斯特判据 频域分析法 抓住主导极点 179 系统响应曲线特征描述 续 峰值时间tp A B 调节时间ts 怎样描述二阶系统的动态特性 输入为阶跃信号时 系统的输出曲线 180 系统响应曲线特征描述 续 1 上升时间响应曲线10 稳态值上升到90 稳态值所需的时间2 稳定时间响应曲线首次落入 2 误差带的时间3 峰值时间响应曲线首次上升到最大值的时间4 超调量响应曲线超过稳态响应的最大值占稳定值的百分比 181 评价 理想情况下 系统应满足 稳定时间短 上升时间短 超调量小 实际上是矛盾的 1 上升时间短 则超调量大 2 上升时间长 则超调量小 稳定时间也长 如何确定评价指标 目前在电力系统中没有定论 182 第3章自动励磁调节系统的动态特性 概述 自动励磁调节系统的稳定性 183 稳定性分析方法 分析方法 1 建立如上图所示的闭环负反馈系统框图 2 分析每一个环节的传递函数 3 计算系统的闭环传递函数 4 用根轨迹的方法分析闭环系统的稳定性 184 稳定性分析方法 续 自动励磁调节系统举例 185 各部分的传递函数 1 励磁机的传递函数 自励 186 各部分的传递函数 续 2 同步发电机的传递函数 3 电流互感器和整流元件的传递函数 187 各部分的传递函数 续 3 放大元件的传递函数 188 自动励磁系统的传递函数 续 自动励磁系统框图 闭环 189 自动励磁系统的传递函数 前向通道的传递函数 反馈通道的传递函数 190 自动励磁系统的传递函数 续 自动励磁系统的传递函数 闭环 忽略放大器的饱和限制 191 自动励磁系统的传递函数 续 怎样分析此系统的稳定性 代入具体数值 用根轨迹的方法分析上述开环传递函数的零点和极点 得出能满足系统稳定的参数 赣南师范学院物理与电子信息学院 第三章End 193 本章小结 1 了解自动励磁调节系统的基本特性2 了解自动励磁调节系统的性能指标 194 复习题 1 自动励磁调节系统中 上升时间是指响应曲线从10 稳态值上升到 稳态值所需的时间 2 自动励磁调节系统是 输入 输出系统 赣南师范学院物理与电子信息学院 郭勇 第4章电力系统调度自动化引论 196 第4章电力系统调度自动化引论 电力系统调度总论 电力系统调度自动化控制系统总论 197 主要任务 198 供电质量优良 199 供电质量优良 续 200 经济与环保 201 经济与环保 中国国电集团公司九江发电厂 以下简称九江发电厂 位于江西省九江市东郊 庐山北麓 北临长江 西靠九江长江大桥和京九铁路 水源充足 交通便利 地理环境十分优越 整个厂区占地面积约351万平方米 一期工程动工兴建于1977年6月 安装两台125MW机组 最初设计为燃油 后因国家能源政策调整改为烧煤 改建工程获一次性成功后 两台机组先后于1983年9月和1984年9月投产发电 二期工程安装两台200万MW机组 分别于1991年11月和1992年9月并网发电 三期扩建工程是江西省首家利用外资建设的电力项目 该工程利用日本海外协力基金贷款及国内部分融资兴建 采用国际招标建设 两台350MV发电机组分别于2003年7月和12月正式进入商业运营 目前 总装机容量为1350MW 是江西暨华中地区最大的火力发电厂 2003年1月21日 划入中国国电集团公司 为集团公司下属内部核算单位 202 经济与环保 203 经济与环保 204 经济与环保 205 经济与环保 206 经济与环保 207 经济与环保 208 经济与环保 209 经济与环保 210 安全水平高 211 安全水平高 续 212 安全水平高 续 213 事故处理措施有力 214 事故处理措施有力 续 自动按频率减负荷 当系统频率降到某值以下时 采取切除相应用户的办法来减少系统中的有功缺额 使系统频率保持在事故允许的限额之内 自动重合闸 自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置 215 事故处理措施有力 续 自动解列 当电力系统受到干扰 其稳定性遭到破坏 发电机之间失去同步 当无法恢复同步时 则将两个不同步部分之间的联系切断 分解成两个互不联系的部分 称为解列 216 第2章电力系统调度自动化引论 电力系统调度总论 217 调度管理 218 调度管理 续 中心调度 220kV以上网络 主要电厂 省级调度 220kV以下网络及有关电厂 供电局 城市用电 分级调度 为什么要分级调度 1 高压网络影响范围比低压网络大2 高压网络线路比低压网络少 简单 219 调度管理 续 电网集团 广东 广西海南 云南贵州 国家电网公司南方电网公司 根据厂网分离的原则 国家组建了两大电网公司 220 调度管理 续 国家电网公司组成 221 调度管理 续 发电集团 222 调度管理 续 分级调度隶属结构 中心调度 省级调度 地区调度 发电厂 直属变电站 省属变电站 供电局 直属电厂 省属电厂 变电站 223 调度管理 续 分区调度 联调 A系统 火电 B系统 水电 224 复习题 1 当系统频率降到某值以下时 采取切除相应用户的办法来减少系统中的有功缺额 使系统频率保持在事故允许的限额之内称为 2 一般而言 大机组的效率比小机组 新机组效率比旧机组 3 当电力系统受到干扰 其稳定性遭到破坏 发电机之间失去同步 当无法恢复同步时 则将两个不同步部分之间的联系切断 分解成两个互不联系的部分 称为 4 我国电力系统调度管理的原则是 调度管理 225 第2章电力系统调度自动化引论 电力系统调度总论 电力系统调度自动化控制系统总论 226 自动控制系统功能 协调的概念 1 调度中心根据各直属电厂和各省级调度传送的信息 得到了各地的负荷分布 电厂的运行出力 线路的潮流分布及母线电压等实时信息 2 加上调度中心经过离线计算后存储的检修计划 负荷预报等信息 3 就可以根据一定的控制规律 协调各厂及有关网络的运行方式 4 其目的是使整个系统的安全水平与经济性都达到最佳的状态 227 自动控制系统功能 续 SCADA 电力系统监控系统 与所属电厂及省级调度等进行测量读值 开关状态及控制信号的远距离的可靠性高的双向交流 双向交流表现为 1 下级单位把所属设备的运行信息 测量读值等发送给调度中心 2 调度中心发送控制指令给下级单位 并使之可靠实施 228 自动控制系统功能 续 EMS 能量管理系统 229 自动控制系统功能 续 EMS功能组合示意图 230 自动控制系统功能 续 变电站的发展 1 变电站自动化 a 变电站户外设备与监控室之间通过总线完成通信 基本没有模拟量的直接传送 b 用于微机保护的电压 电流信号传送模拟量给监控室 以保证信号的精确度和不受干扰 c 监控室的命令经过总线传送给变电站户外各设备 231 自动控制系统功能 续 1 变电站自动化 232 自动控制系统功能 续 分层式结构是将变电站信息的采集和控制分为管理层 站控层和间隔层三个级分层布置 233 自动控制系统功能 续 分层式结构是将变电站信息的采集和控制分为管理层 站控层和间隔层三个级分层布置 间隔层按一次设备组织 一般按断路器的间隔划分 具有测量 控制和继电保护部分 站控层的主要功能是作为数据集中处理和保护管理 担负着上传下达的重要任务 管理层由一台或多台微机组成 具体功能有 数据处理 画面显示 打印 谐波分析计算 234 自动控制系统功能 续 2 智能变电站 a 电流互感器 电压互感器采用电子式 b 采用光纤通过网络传输所有数据 235 自动控制系统功能 续 a 电子式互感器的体积减小很多 b 光纤传输不易受到干扰 c 电缆大为简化 原有常规电线全部取消 优点 智能变电站是构成智能电网的典型单位 智能电网实质上是将近代计算机网络通信的理念与技术应用于电力系统的二次联系 用数字通信代替电线联系 236 自动控制系统功能 续 电力系统调度自动化与变电站自动化的主要区别 调度中心必须具备协调功能 237 第2章电力系统调度自动化引论 电力系统调度总论 电力系统调度自动化控制系统总论 238 自动控制系统简介 电力系统调度自动化的发展 1 人工电话调度 239 自动控制系统简介 续 1 人工电话调度 a 各厂站不能同时向调度中心通话 耗时长 b 数据带有 历史性 不能实时反映 特点 240 自动控制系统简介 2 远动化EMS 241 自动控制系统简介 续 2 远动化EMS a 传输的数据要按先后顺序 并且两端保持同步 b 模拟计算机与远动装置的硬件的信息交换需要人工完成 特点 c 可以实现三遥 遥测 遥信 遥控 242 自动控制系统简介 续 3 微机调度 a 用数字计算机 微型计算机 取代模拟计算机 实现数据的随时随意提取 同步制改为问答制 b 计算机的功能按照程序进行 换一个程序即改为执行另一种功能 特点 243 自动控制系统简介 续 4 智能电网 a 信息传送 无论远近 都采用光纤网络传输 b 容量大 抗干扰强 在线监测某些设备 如变压器油的质量等 特点 244 自动控制系统简介 续 4 智能电网 a 加强对设备运行工况的检测 利用柔性电网设备 进行预防性调度 加强电网的安全性 b 加强与用户的沟通及用电的智能化管理 比如用户的计电设备通过LAN与变电站沟通 达到经济用电的目的 发展重点 c 使微电网的再生能源在电网整体调度上 能得到充分而经济的利用 245 自动控制系统简介 续 调度中心区域网 a 将SCADA功能与调度中心的协调功能分别由两台计算机担任 b 微机本身具有充裕的存储空间 完善的计算机功能 如人及联系 预报或计划运营与维修 c 双机配置系统的可用率是调度计算机的重要指标 调度中心计算机网络有下述要点 246 自动控制系统简介 续 调度中心区域网 双机配置 247 自动控制系统简介 续 双机如何协调工作 a 两台计算机采集的信息是一样的 b 只有一台计算机进行调度 另一台完成离线计算任务 双机配置系统的可用率达到99 9 248 第2章电力系统调度自动化引论 电力系统调度总论 电力系统调度自动化控制系统总论 249 调度自动化的主要内容 250 收集处理信息 251 收集处理信息 为满足调度自动化要求而进行的电力系统运行方式实时数据的科学处理方法之一 是状态估计 经过状态估计后的运行数据是齐全的 可以随意调取 坏的数据被修正 精确度得到提高 252 经济实时调度 253 实时预想事故 微电网中再生能源出力的不确定性会给电网的事故预想带来困难 比如无日无风时 微电网的事故电流也由供电网供给 在微电网电力充足的时候 微电网会反向供电网供应事故电流 如果再生能源的比重大 由于其不确定性大较难规划某些预定的反事故方案 赣南师范学院物理与电子信息学院 第四章End 255 本章小结 1 理解电力系统调度的主要任务 我国电力系统的调度管理2 理解电力系统调度自动化控制系统的基本功能3 理解电力系统调度自动化的主要内容 256 复习题 1 我国220kV以上的网络归属 管辖 2 在电力系统调度中 SCADA的中文名称是 3 远动EMS具有的功能是 和遥控 赣南师范学院物理与电子信息学院 郭勇 第5章电力系统运行的状态估计 258 第5章电力系统运行的状态估计 测量系统误差的随机性质 最小二乘法估计 259 量测方程式 测量数值z与变量x的关系 c 系统误差 v 随机误差 通常情况下 h 1 则 忽略系统误差时 有 量测方程式 260 第5章电力系统运行的状态估计 测量系统误差的随机性质 261 随机误差的概率性质 几个概念 1 概率密度 1 p z 即为概率密度 描述某个随机变量的输出值 在某个确定的取值点附近的可能性 右图反映 2 262 随机误差的概率性质 续 几个概念 2 期望 试验中每次可能结果的概率乘以其结果的总和 在测量中反映测量读值的平均值 263 随机误差的概率性质 续 几个概念 2 期望 1 多次测量读值的平均值能够如实地反映被测量量x的真值 2 无偏测量时 测量仪器的随机误差的平均值为0 264 随机误差的概率性质 续 几个概念 3 方差 各个数据分别与其平均数之差的平方的和的平均数 用来度量随机变量和其数学期望 即均值 之间的偏离程度 265 随机误差的概率性质 续 几个概念 3 方差 误差的离散度越小 即方差越小 因此方差能表示测量的准确度 266 随机误差的概率性质 续 几个概念 4 误差二乘值 误差的离散度越小 即方差越小 因此误差二乘值也能表示测量的准确度 可以看出 方差是误差二乘值的平均值 267 第5章电力系统运行的状态估计 测量系统误差的随机性质 268 仪表准确度与方差的关系 前提条件 无偏测量 以正态分布为例 可以证明 1 正态分布下 测量读值z的期望值为 2 正态分布下 测量读值z对平均值的离散度为 即测量的准确度决定于方差值varz 269 第5章电力系统运行的状态估计 测量系统误差的随机性质 最小二乘法估计 270 最小二乘法估计 问题提出 已知有随机误差的仪表的多次读值 科学地对x的真值进行估计 例 右图电路中 已知电阻10 测量时 电流表读数1 05A 电压表读数为9 8V 试根据两个读数估计电流I的真值 电流值I可以估计出来吗 怎样估计 271 最小二乘法估计 续 希望 1 估计值I能反映测量的平均值 即 电流值I可以估计出来吗 怎样估计 2 估计值I有很高的精确度 即估计值的方差值或误差二乘值最小 满足上述两个条件的估计值I是符合要求的 272 最小二乘法估计 续 定义下列算式 例1 右图电路中 已知电阻10 测量时 电流表读数1 05A 电压表读数为9 8V 试根据两个读数估计电流I的真值 上式中 zi 1 05为电流表读数的标幺值 zv 0 98为电压表读数的标幺值 为电流的估计值 显然有 h1 1 h2 1 273 最小二乘法估计 续 为了使得估计值I有很高的精确度 求上式的最小值 那么最小值对应的电流估计值则为所希望的值 274 最小二乘法估计 续 代入数据 有 如何求得最小值 275 最小二乘法估计 续 因此 整理 得 276 最小二乘法估计 续 显然 该估计值是误差二乘法的算式具有最小值 因而有很高的精确度 验证 但它能反映测量的平均值吗 即下式成立吗 277 最小二乘法估计 续 因此 电流估计值1 015即为符合要求的值 是否发现 最小二乘法求得的电流估计值为对应的两个电流读值的平均值 这具有普遍适用性吗 上述求得电流估计值的方法称为最小二乘法估计 有 但前提条件是估计值I的次数是1 278 最小二乘法估计 续 最小二乘法估计 假设只有一个变量的情形 设对变量x进行了j次测量 每次测量的读值为 hj 所用仪表的量程比例 vj 各次测量的随机误差 279 最小二乘法估计 续 最小二乘法估计 最小二乘法估计要求x的估计值能使zj及其相应的估计值hj之间的误差平方和达到最小 即 满足上述条件的估计值为最小二乘估计值 用表示 280 最小二乘法估计 续 最小二乘法估计 显然 最小二乘法估计能满足下列条件 1 估计值能反映测量的平均值 即 2 估计值有很高的精确度 即估计值的方差值或误差二乘值最小 当测量次数增加时 运用最小二乘法计算得到的估计值越准确 281 第5章电力系统运行的状态估计 测量系统误差的随机性质 最小二乘法估计 282 加权最小二乘法估计 为什么要采用加权最小二乘法估计 每一种测量仪表的准确度等级不同 得到的读值的可信度不同 加权最小二乘法估计可以使准确度更高的测量值发挥更大的作用 准确