变电站综合自动化系统的自动控制与调节

1、第五章第五章变电站运行的自动化控制与调节变电站运行的自动化控制与调节变电站是电力系统的一个重要组成部分，电变电站是电力系统的一个重要组成部分，电力系统中不少运行控制是在变电站内完成的。力系统中不少运行控制是在变电站内完成的。随着自动化程度的提高，站内自动化纳入综随着自动化程度的提高，站内自动化纳入综合自动化监控范围。合自动化监控范围。变电站内自动控制的主要内容有：变电站内自动控制的主要内容有： 电压无功控制电压无功控制 负荷频率控制负荷频率控制 备用电源自投控制备用电源自投控制 故障录波控制故障录波控制例：例：1、电压无功控制的基本原理、电压无功控制的基本原理系统系统5-1 5-1 变电站电压

2、无功综合控制变电站电压无功综合控制变电站变电站线路线路负载负载LLUUU2忽略横分量忽略横分量LLLLLLUXQRPUU2负荷负荷 PL 、QL变化时，线路电压损耗变化时，线路电压损耗UL 亦亦变化，维持变化，维持 UL 则调整则调整U2LNLLLLLNUXQRPUU2负负载载要要求求维维持持的的电电压压LNU跳过设负载的自然功率因数不变或变化范围不大设负载的自然功率因数不变或变化范围不大LLNLLLNSUXRUUsincos2则而线性变化随负载视在功率的变化即有：2U 只有真正实行按负载（视在功率）大小只有真正实行按负载（视在功率）大小进行进行逆调压逆调压，才能保证用户电压质量，才能保证用户

3、电压质量中枢点电压调节的方式：中枢点电压调节的方式： 逆调压逆调压 负荷的变动较大（即最大、最小负荷的差别负荷的变动较大（即最大、最小负荷的差别较大），在最大负荷时要提高中枢点的电压以抵偿线路较大），在最大负荷时要提高中枢点的电压以抵偿线路上因最大负荷而增加的电压损失；在最小负荷时，因线上因最大负荷而增加的电压损失；在最小负荷时，因线路上电压损耗减小，可将中枢点电压降低一些，以防止路上电压损耗减小，可将中枢点电压降低一些，以防止负荷点电压过高。负荷点电压过高。 恒调压恒调压 负荷的变动较小，线路上电压损耗也较小，负荷的变动较小，线路上电压损耗也较小，只要把中枢点电压保持在较线路额定电压高（只要

4、把中枢点电压保持在较线路额定电压高（25）%的数值，不必随负荷变化来调整中枢点电压。的数值，不必随负荷变化来调整中枢点电压。 顺调压顺调压 负荷变动甚小，线路电压损耗小。负荷变动甚小，线路电压损耗小。 在最大负荷时，允许中枢点电压低一些，但不得低于在最大负荷时，允许中枢点电压低一些，但不得低于额定电压的额定电压的102.5%；在最小负荷时，允许中枢点电压；在最小负荷时，允许中枢点电压高一些，但不得高于线路额定电压的高一些，但不得高于线路额定电压的107.5%。2、电压无功控制的方式、电压无功控制的方式发电厂发电厂发电厂内的同步发电机，可以发出感性发电厂内的同步发电机，可以发出感性无功功率，也可

5、发出容性无功功率，取无功功率，也可发出容性无功功率，取决于发电机励磁状态。决于发电机励磁状态。输电线路输电线路并联电抗器并联电抗器补偿线路电容，控制空载或补偿线路电容，控制空载或轻载线路上过高的末端电压；轻载线路上过高的末端电压；线路线路串联电容器串联电容器，补偿架空输电线路的，补偿架空输电线路的感抗，用以控制电压。感抗，用以控制电压。变电站变电站可用多种设备和方法调整电压水平可用多种设备和方法调整电压水平电力系统的电压无功综合控制方式电力系统的电压无功综合控制方式 集中控制集中控制 调度中心对各个变电站的主变分接头位调度中心对各个变电站的主变分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制置和无功补偿

6、设备进行统一的控制 集中优化控制，难度大集中优化控制，难度大 分散控制分散控制 在变电站或发电厂中，自动调节，以控制在变电站或发电厂中，自动调节，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内地区的电压和无功功率在规定的范围内 局部优化，无法全局优化局部优化，无法全局优化 关联分散控制关联分散控制 电力系统电力系统正常运行正常运行时，分散控制，控制时，分散控制，控制范围和定值是从整个系统的安全，稳定和经范围和定值是从整个系统的安全，稳定和经济运行出发，事先由电压、无功优化程序计济运行出发，事先由电压、无功优化程序计算好的；算好的； 系统负荷系统负荷变化较大变化较大或或紧急情况紧急情况或或运行方运行方

7、式发生大的变动式发生大的变动时，可由调度中心直接操作时，可由调度中心直接操作控制，或由调度中心修改下属变电站应维持控制，或由调度中心修改下属变电站应维持的母线电压和无功功率的定值。的母线电压和无功功率的定值。 3、变电站电压无功控制的一次设备、变电站电压无功控制的一次设备 有载调压变压器有载调压变压器根据根据KUU12调整分接头位置调整分接头位置改变改变K K达到改变电压达到改变电压系统不缺乏无功时使用系统不缺乏无功时使用 并联电容器并联电容器并联电容器可以发出感性无功功率，改善局部并联电容器可以发出感性无功功率，改善局部地区无功的缺额，以减少线路的无功传输，有地区无功的缺额，以减少线路的无功

8、传输，有利于节点电压的提高和稳定。利于节点电压的提高和稳定。与变压器连接与变压器连接与线路连接与线路连接 静止无功补偿器静止无功补偿器静止无功补偿器主要由电容器、电抗器和控制部分组成。静止无功补偿器主要由电容器、电抗器和控制部分组成。TCR和和TSC组成的静止无功补偿器组成的静止无功补偿器4、电压无功综合控制策略、电压无功综合控制策略九区图法九区图法变电站运行状态变电站运行状态分成分成9个区域个区域0区域为电压和区域为电压和无功合格区域无功合格区域负荷无功负荷无功主变主变低压母线低压母线5、 微机电压无功综合控制系统的原理图微机电压无功综合控制系统的原理图5-2 5-2 电力系统低频低压减载控

9、制电力系统低频低压减载控制在在正常状态正常状态下，电力系统通过储备容量和调节机下，电力系统通过储备容量和调节机组有功出力来实现频率调整，这种调频都是由发组有功出力来实现频率调整，这种调频都是由发电厂承担的。电厂承担的。当系统受到巨大的负荷冲击或系统出现当系统受到巨大的负荷冲击或系统出现故障故障时，时，系统有可能产生极为严重的功率缺额，导致系统系统有可能产生极为严重的功率缺额，导致系统频率的大幅下降。在这种情况下，若系统储备不频率的大幅下降。在这种情况下，若系统储备不足以弥补功率缺额，系统只有减少负荷来维持频足以弥补功率缺额，系统只有减少负荷来维持频率的稳定。率的稳定。减少负荷的频率减少负荷的频

10、率控制控制，由调度员发出命令，断开，由调度员发出命令，断开变电站内的负荷线路断路器，或由变电站内的低变电站内的负荷线路断路器，或由变电站内的低频减负荷装置自动来完成。频减负荷装置自动来完成。低频低压减载的控制方式低频低压减载的控制方式变电站馈电母线上有多条负荷线路变电站馈电母线上有多条负荷线路按重要程度分：按重要程度分：基本级（一般）和特殊级（重要）基本级（一般）和特殊级（重要）低频低压减载装置基本级可设定低频低压减载装置基本级可设定4轮或轮或8轮。轮。当当P缺额缺额f下降，到第下降，到第1轮的启动值，且延轮的启动值，且延时时限已到，低频减负荷装置动作出口，切时时限已到，低频减负荷装置动作出口

11、，切除第除第1轮的线路。此时频率恢复，则动作成轮的线路。此时频率恢复，则动作成功；若频率还不能恢复，说明功率仍缺额。功；若频率还不能恢复，说明功率仍缺额。 切除固定线路切除固定线路当频率低于第当频率低于第2轮的整定值，且第轮的整定值，且第2轮的动作延轮的动作延时已到，则低频减负荷装置再次启动，切除第时已到，则低频减负荷装置再次启动，切除第2轮的负荷（线路）。轮的负荷（线路）。如此反复对频率采样、计算、判断，直到频率如此反复对频率采样、计算、判断，直到频率恢复或基本级的恢复或基本级的18轮的负荷全部切完。轮的负荷全部切完。基本切除后，频率仍停留在较低水平，则经过基本切除后，频率仍停留在较低水平，

12、则经过一定的时间延时后，启动切除特殊轮负荷。一定的时间延时后，启动切除特殊轮负荷。 根据功率切除线路根据功率切除线路 当有故障发生时，根据稳定控制器的策略表中当有故障发生时，根据稳定控制器的策略表中预先计算好的功率定值，切除运行负荷线路。预先计算好的功率定值，切除运行负荷线路。低频减负荷的实现方法低频减负荷的实现方法专用的低频低压减载装置专用的低频低压减载装置把功能分散在每回馈电线路的保护装置中把功能分散在每回馈电线路的保护装置中第第n轮动作的频率和延时定值设置在某回线路的轮动作的频率和延时定值设置在某回线路的保护装置中，则该回路便属于第保护装置中，则该回路便属于第n轮切除的负荷。轮切除的负荷

13、。变电站内的低频低压减载装置变电站内的低频低压减载装置传统的装置传统的装置主要由频率继电器组成主要由频率继电器组成现代的装置现代的装置微机组成微机组成由变电站监控系统实现功能由变电站监控系统实现功能硬件原理框图硬件原理框图主机模块主机模块MCS-96系列单片机系列单片机80C196高速输入高速输入/输出输出HSI/HSO8通道的通道的10位位A/D转换器转换器异步、同步串行口异步、同步串行口存储器（存储器（RAM、EPROM、EEPROM）频率的检测频率的检测TV电压变换器（电压变换器（5V范围）同频率范围）同频率的电压信号的电压信号低通滤波和整形低通滤波和整形矩矩形波形波HSI-0作为测频的

14、启动信号作为测频的启动信号启动计数启动计数结束计数结束计数半周期半周期频率频率HSI-1检测进行比较，提高准确度检测进行比较，提高准确度闭锁信号的输入闭锁信号的输入 df/dtdf/dt闭锁，低电压和低电流闭锁闭锁，低电压和低电流闭锁功能设置和定值修改功能设置和定值修改开关量输出开关量输出串行通信串行通信 备用电源自投装置是电力系统故障或其他原备用电源自投装置是电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投入或备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速工作，使原来工作电源被断开

15、的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。恢复供电的一种自动控制装置。 作用：作用：保证配电系统连续可靠供电保证配电系统连续可靠供电 配置：配置：明备用、暗备用明备用、暗备用5-3 5-3 变电站备用电源自投控制变电站备用电源自投控制1、明备用明备用系统正常时，备用电源不工作系统正常时，备用电源不工作如一个工作电源和一个备用电源的变电站如一个工作电源和一个备用电源的变电站1L1L工作电源，工作电源，1QF1QF合闸合闸2L2L备用电源，备用电源，2QF2QF断开断开备用电源自投装置控备用电源自投装置控制的是备用电源进线制的是备用电源进线的断路器的断路器2QF，即当，即当变电站正常运行时，变电站正

16、常运行时，由由1L进线供电，当进线供电，当1L因故障被切除时，即因故障被切除时，即1QF跳开时，使备用跳开时，使备用进线断路器进线断路器2QF自动自动合闸，保证变电站的合闸，保证变电站的继续供电。继续供电。备用电源自投装置控制备用电源自投装置控制的是高压母线分段断路的是高压母线分段断路器器3QF。即当一个工作。即当一个工作电源发生故障被切除后，电源发生故障被切除后，如如2L进线故障，进线故障，2QF跳跳开后，开后，3QF自动合闸，自动合闸，由另一个工作电源由另一个工作电源1L供供给变电站的负荷。给变电站的负荷。2、暗备用暗备用系统正常时备用电源也投入运行系统正常时备用电源也投入运行如两个工作电

17、源的变电站如两个工作电源的变电站运行方式一，高压分段断路器运行方式一，高压分段断路器3QF断开断开当两台主变压器中有当两台主变压器中有一台发生故障而跳闸一台发生故障而跳闸时，备用电源自投装时，备用电源自投装置则发出控制指令，置则发出控制指令，使低压母联断路器使低压母联断路器5QF合上，保证合上，保证、段母线上负荷的供段母线上负荷的供电。电。低压侧低压侧段和段和段母线上的负段母线上的负荷分别由荷分别由1 1# #T T和和2 2# #T T供电供电运行方式二，低压母联断路器运行方式二，低压母联断路器5QF5QF断开断开根据配电网结构和线路容量不同，分为根据配电网结构和线路容量不同，分为有主、备的

18、备自投有主、备的备自投 以一种供电方式为主供电方式，一侧电源为主供以一种供电方式为主供电方式，一侧电源为主供电源，另一侧电源为备用电源。当主供电源失电电源，另一侧电源为备用电源。当主供电源失电时，备用电源自动投入；主供电源得电后，仍然时，备用电源自动投入；主供电源得电后，仍然恢复由主供电源供电，备用电源退出运行。恢复由主供电源供电，备用电源退出运行。无主、备的备自投无主、备的备自投双侧电源互为备用，在当前供电电源失电时，自双侧电源互为备用，在当前供电电源失电时，自动切换为另一侧电源供电。动切换为另一侧电源供电。备用电源自投的动作逻辑备用电源自投的动作逻辑充电条件充电条件 系统稳定在一个正常的供

19、电方式，并持续一定时间系统稳定在一个正常的供电方式，并持续一定时间（10 15s）,则认为充电成功，允许备自投动作。则认为充电成功，允许备自投动作。闭锁条件闭锁条件 在检测到备用电源无压或有故障电流或人工操作等在检测到备用电源无压或有故障电流或人工操作等 情情况下，不允许备自投动作。况下，不允许备自投动作。 动作条件动作条件 在已充电的情况下，若主电源失电并确认已无压而备在已充电的情况下，若主电源失电并确认已无压而备用电源有压，且经过一定的延时后，则备自投动作用电源有压，且经过一定的延时后，则备自投动作 动作过程动作过程在满足动作条件后，经确认原主电源断路器已断开，在满足动作条件后，经确认原主电源断路器已断开，且断路器分闸到位后，方可合备用电源进线断路器且断路器分闸到位后，方可合备用电源进线断路器供电恢复过程供电恢复过程在主、备的备自投方式下，备自投动作之后，当主供在主、备的备自投方式下，备自投动作之后，当主供电电源又得电，则应断开备用电源进线断路器，闭合电电源又得电，则应断开备用电源进线断路器，闭合主供电源断路器，恢复主供电方式。主供电源断路器，恢复主供电方式。概念：概念：当电力系统发生故障或震荡时能自动记当电