电力系统远动与调度自动化.ppt

赣南师范学院物理与电子信息学院,郭勇,绪论,绪论内容提要,内容提要,课程概述,电力系统的组成,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,电力系统组成发电,九江发电厂,电力系统组成输电,高压输电线路,电力系统组成变电,变电站,电力系统组成配电,配电网络,电力系统运行的核心,发出的总电能=消费的总电能,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,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,电能传输的核心指标,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,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,统一调度，分级管理,统一调度，分级执行,课程讨论以下问题,绪论内容提要,内容提要,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),绪论内容提要,内容提要,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,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,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,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,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,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,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_。,第1章同步发电机的自动准同期,概述,准同期条件的分析,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,滑差（续）,两者频率差,两者瞬时相角差,滑差角速度,滑差（续）,滑差角速度,滑差（续）,滑差角速度,滑差标幺值,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,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,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,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,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,压差,角差=0,滑差=0,当,并网条件取决于压差，如右图,第1章同步发电机的自动准同期,概述,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,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,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,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,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。,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,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,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。,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。,积分预报法（续）,计算第i+2k次角差,同理，有,联立，得,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,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,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,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,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,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,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。,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,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,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,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,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,微机自动准同期的合闸程序,硬件电路框图,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,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,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,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,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,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,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,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。,同步发电机运行电压问题,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。,发电机单机运行时,公式推导,由KVL，得,发电机单机运行时（续）,画出向量图,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。,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,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。,发电机单机运行时（续）,发电机与无穷大母线相连时,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。,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,当母线电压为U1时，G1发出的无功电流为Ir1，G2的为Ir2，有Ir10,静止无功补偿器（续）,静止无功补偿器SVC,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,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,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,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，UL0，且不是正弦波，它含有谐波,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。,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,无功功率发生器,无功功率发生器SVG,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,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,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,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,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）,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,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,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,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,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,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,稳定性分析方法（续）,自动励磁调节系统举例,各部分的传递函数,1.励磁机的传递函数（自励）,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,各部分的传递函数（续）,3.放大元件的传递函数,自动励磁系统的传递函数（续）,自动励磁系统框图（闭环）,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,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,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,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,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,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,主要任务,供电质量优良,供电质量优良（续）,经济与环保,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。,经济与环保,经济与环保,经济与环保,经济与环保,经济与环保,经济与环保,经济与环保,经济与环保,安全水平高,安全水平高（续）,安全水平高（续）,事故处理措施有力,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。,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。,第2章电力系统调度自动化引论,电力系统调度总论,调度管理,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,调度管理（续）,219,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,调度管理（续）,220,国家电网公司组成,调度管理（续）,221,发电集团,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,调度管理（续）,分区调度,联调,A系统（火电）,B系统（水电）,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,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,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。,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。,自动控制系统功能（续）,EMS能量管理系统,自动控制系统功能（续）,EMS功能组合示意图,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；,自动控制系统功能（续）,1.变电站自动化,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。,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。,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。,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。,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,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,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,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：,自动控制系统简介,2.远动化EMS,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）。,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：,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：,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。,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：,自动控制系统简介（续）,调度中心区域网,双机配置,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%,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,调度自动化的主要内容,收集处理信息,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。,经济实时调度,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,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,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,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,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,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,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.,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,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。,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,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,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,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,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。,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,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？,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,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,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,最小二乘法估计（续）,代入数据，有,如何求得最小值？,最小二乘法估计（续）,因此,整理，得,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？,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,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,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,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,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,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,准确度高的测量值，Rvj更小,加权最小二乘法估计（续）,举例,假设本例中，电压表的权重为0.15，电流表的权重为1,例2：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。,加权最小二乘法估计（续）,因此,整理，得,可以验证，加权最小二乘法的估计值准确度更高,加权最小二乘法估计（续）,假设本例中，电压表的权重为0.15，电流表的权重为1，功率表的权重为1,例3：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。另外，测得功率表读数为9.5W。试根据两个读数估计电流I的真值。,加权最小二乘法估计（续）,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，zw=0.95为功率表读数的标幺值，为电流的估计值,显然有，h1=1，h2=1，h3=1,加权最小二乘法估计（续）,加权最小二乘法估计（续）,如何求解？,牛顿拉夫逊法,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,牛顿拉夫逊法的应用,求一阶导,给定,则,牛顿拉夫逊法的应用（续）,则,因为很小，因此取,牛顿拉夫逊法的应用（续）,牛顿拉夫逊法的特点,1.需要假定初始解x0,2.收敛速度非常快，即经过几次计算即可求得方程的解,3.可以编写程序用计算机求解,利用最小二乘法及牛顿拉夫逊法应用到电力系统中，可以根据仪表的读数估计被测量的真实值,本章小结,1）理解期望的含义2）理解方差的含义3）掌握最小二乘法估计的计算方法4）了解牛顿拉夫逊法的应用,赣南师范学院物理与电子信息学院,第五章End,复习题,1）下图电路中，已知电阻1.1。测量时，电流表读数3.48A，电压表读数为3.54V。试根据两个读数估计电流I的真值_。,赣南师范学院物理与电子信息学院,郭勇,第7章电力系统的自动调频与经济调度,第7章电力系统自动调频与经济调度,调频、电力市场与调频方程式,分区调频,电力系统调频负荷的经济分配,自动发电量控制（AGC）系统简介,概述,电力系统的调频问题，实质上是正常状态下的有功功率平衡问题。由于有功负荷经常变化，要保持系统频率为额定值，必须使发电机发出的有功不断追踪负荷的有功变化，时刻保持平衡。同步发电机组的频率与转速成正比，通过调节原动机的调速器，调节机组的动力元素，以追踪负荷有功的变化。然而通过调速器调节的结果是频率依然不能恢复到额定值，是有差调频。,机械式调速器简介,如右图所示：调速系统由四个部分组成：1为转速测量元件（飞摆）；2为放大元件（错油门）；3为执行机构（油动机）；4为转速控制机构（调频器）。,1,2,3,4,机械式调速器简介（续）,1）当负荷增大时，1汽轮机转速降低2）B下降到B3）因为A保持不动4）并且D保持不动5）因此在杠杆作用下F下移至F，2的活塞下移6）压力油从2进入7）压力油推动3的活塞上移，进汽量增加8）机组转速上升，使得B上移到B”，调节过程结束，A上升到A,机械式调速器简介（续）,调节结果：B”比B低，即转速未达到负荷增大前的水平，频率略有下降。,因此调速器的工作特性为随着负荷有功功率的增大，频率下降。,机械式调速器简介（续）,如果调频器4工作，改变D点的位置，可以将调速器的特性上下移动,频率调差系数,同步发电机的频率调差系数Ks定义为,P同步发电机有功增量,显然，Ks反映的是调速器工作特性的斜率，且取相反数。,频率调差系数（续）,当用标幺值表示时，有,根据图中的空载和额定负载两点数据，可得,频率调差系数（续）,1）当f0fN时，Ks0，调差系数为正2）当f0fN时，Ks0，即直线向下倾斜。,调频方程式（续）,1.单台机组运行,调频方程式（续）,a.初始时，系统频率f1，发电机功率P1，有f=f1-fN0；b.当负荷增加时，系统频率f会低于f1，则f=f-f10，因而上式左边出现了新的负值；,1.单台机组运行,调频方程式（续）,c.为了使等式继续成立，则发电机需要增发更多的有功；d.由于右图的调节特性，必使得当等式再次成立时，系统频率变为f2，发电机此时的有功为P2，即发电机稳定在新的工作点。,1.单台机组运行,调频方程式（续）,2.多台机组运行,调频方程式（续）,当负荷增加的总量为PL时，假设分配到每一台机组的功率分别为Pi,2.多台机组运行,调频方程式（续）,令,2.多台机组运行,则,对于每一台发电机，其承担的增发功率为,调频方程式,等值调差系数,调频方程式（续）,有差调频的特点,1.各台机组同时参加调频,2.各机组按照一定比例承担有功功率，调差系数大的机组承担的有功小,3.调频后，其频率值相差很大,负荷增量越大，频率的偏差值也越大,调频方程式（续）,有差调频的结果,1.调频后，频率依然有偏差,2.频率稳定后，PG=PL,目前中小型电力系统仍在使用调速器进行调频。,第7章电力系统自动调频与经济调度,调频、电力市场与调频方程式,无差调频,无差调频的方法,1.积差调频法,2.改进积差调频法,3.主导发电机法,无差调频（续）,1.单台机组运行,K调频功率比例系数,P发电机实时输出功率,无差调频（续）,1.单台机组运行,a.t=0时，f=fN，f=0，因而积分项为0，P=0，即发电机的输出功率为0；,b.t=t1时，假设负荷增大，系统频率开始下降，ffN，f0，等式左边随着时间不断积分，负的越来越大；,无差调频（续）,1.单台机组运行,c.为了使等式继续成立，发电机需增发有功，频率开始慢慢增大，只要频率未恢复至fN,积分项依然会越积越多，且负的越来越多；,d.当且仅当频率恢复到fN时，f=0，积分项不再变化，为A，调频过程结束，此时对应于上式中发电机发出的功率为PA，有,无差调频（续）,1.单台机组运行,调频结果：,1.f=02.发电机发出的功率为PA,无差调频（续）,1.单台机组运行,当负荷在t2时减小，怎样分析？,无差调频（续）,2.多台机组运行,无差调频（续）,2.多台机组运行,当负荷总量为Pi时，假设分配到每一台机组的功率分别为Pi,无差调频（续）,2.多台机组运行,无差调频（续）,2.多台机组运行,因此，调频结束时，每台机组发出的功率为,无差调频（续）,积差调频法的特点,1.各台机组同时参加调频,2.各机组按照一定比例承担有功功率，调差系数大的承担功率小,3.调频后，其频率值达到额定值，无误差,4.频率稳定后，PG=P