《电力系统自动装置原理》学习指导

《电力系统自动装置原理》课程学习指导资料

本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行教材《电力系统

自动装置原理》（杨冠城主编，中国电力出版社，2007.1）,并结合远程网络业余

教育的教学特点和教学规律进行编写，适用于工科类电气工程专业、电力系统及

其自动化专业。

第一部分课程学习目的及总体要求

一、课程的学习目的

电力系统自动装置原理是电子科技大学网络学院电力系统及其自动化专业考

试计划中的一门专业课。它是研究电力系统自动装置原理及其结构的一门科学，

为培养电力系统及其自动化高等工程应用型技术人才而设置的。通过学习获得电

力系统自动控制必要的基本理论、基本知识和基本技能，为以后分析、解决本专

业的一般技术问题奠定基础。

二、课程的总体要求

本课程的教学内容包括：电力系统数据采集与命令出口流程、发电机并列控

制、发电机励磁与无功功率控制、发电机频率控制与有功功率控制、电力系统低

周减载装置及其他安全装置。通过本课程的学习和实验，要求：

1.掌握电力系统自动装置的一般结构，理解电力系统自动装置的原理，熟悉

电力系统自动装置的功能与种类。

2.理解发电机并列装置的原理与结构。

3.掌握发电机汽动励磁控制系统的原理和结构，掌握发电机励磁控制系统动

态特性分析方法。

4.掌握发电机频率控制的原理及控制系统的结构，及电力系统低周减载的原

理及实施方案。

第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析

第0章绪论

1、本章学习要求

本章的教学内容包括：电力系统与电力系统自动化的基本概念；电力系统的

组成与结构；电力系统、电力网与动力系统之间的关系。通过本章的学习和实验,

要求实现目标：

1.掌握电力系统、电力网的概念与关系；电力系统自动化的概念与发展过程;

电力系统自动化装置的作用及其分类特点；

2.理解电力系统自动化的发展以及系统对自动装置的要求；电力系统自动装

置的作用与实现方式。

3.了解计算机技术的发展对自动装置硬件发展的影响；信息技术、检测技术

的发展对自动化装置性能特征的影响；控制技术的发展、系统理论的发展对控制

算法与控制策略的影响，

2、本章重点难点分析

教学重点：

1、动力系统、电力系统、电力网的概念与关系；

2、电力系统自动化的概念与发展过程；

3、电力系统自动化装置的作用及其分类特点；

4、电力系统自动装置与电网调度自动化之间的关系。

教学难点：

1、电力系统自动化的发展以及系统对自动装置的要求；

2、电力系统自动装置的作用与实现方式。

3、本章典型例题解答

例：动力系统、电力系统、电力网的范围及相互之间的关系？

答：

动力系统由汽轮发电机和电力系统组成；电力系统包括发电、输电、变电、配

电和用电五个环节。其中，变电、输电和配电就是电力网部分。

第1章自动装置及其数据的采集

1、本章学习要求

(1)应熟悉的内容

了解电力系统自动装置的基本概念与硬件组成，了解自动张黄纸的软件计算

流程。

(2)应理解的内容

理解组成电力系统自动装置的硬件板卡之间的关系，软件计算流程中的各个

环节的意义。

(3)应熟练掌握的内容

应熟练掌握自动装置微机主系统的工作流程及滤波、变量计算算法。

(4)应灵活运用的内容

应灵活运用自动装置的基本原理分析发电机自动并列等自动操作装置的工

作流程与系统结构。

2、本章重点难点分析

教学重点：

♦电压形成

♦软件结构

♦主程序

♦中断采样程序

教学难点：

♦主程序

♦中断采样程序

3、本章典型例题解答

例：典型的微机保护装置包括哪些主要的板件？

答：

•主控制板：DSP采样、保护逻辑的计算、数据通讯

•输入信号转换与隔离板：通过低压变压器将输入信号由0-100V范围变换

到0-5V范围.

•直流电源板：根据系统中公共直流电源，变换出应用于不同集成电路的低

压直流电源

・出口继电器板：控制信号通过继电器实现的电路闭合

•面板：键盘、液晶显示屏和中央信号

第2章发电机的自动并列

1、本章学习要求

（1）应熟悉的内容

了解发电机并列的基本概念与作用，了解发电机并列控制方法分类，了解微

机电液调速器的自动准同期功能。

（2）应理解的内容

理解发电机并列控制的基本条件、掌握数值角差、整步电压与越前时间的原

理。

（3）应熟练掌握的内容

应熟练掌握发电机并列控制装置的结构及工作过程。

（4）应灵活运用的内容

应灵活运用发电机并列控制原理设计发电机并列控制装置的算法。

2、本章重点难点分析

教学重点：

♦准同期并列

♦自动准同期装置

教学难点：

♦准同期并列条件-的分析

♦自动准同期装置

3、本章典型例题解答

例：某发电机采用自动准同期方式与系统进行并列，系统的参数己归算到以发电

机额定容量为基准的标么值。

原始数据如下：

•发电机交轴次暂态电抗X〃q=O.125

•归算后的电网等值电抗Xx=O.25

•发电机交轴次暂态电动势E〃q=1.05（此处按1.05计算是考虑并列时电压有

可能超过额定电压的5%）

•断路器合闸时间tDL=0.5s,它的最大可能误差为±20%

•自动并列装置最大误差时间为±0.05s

•允许冲击电流幅值取为

试确定最大允许合闸误差角bey、允许滑差角频率口sy和脉动周期Ts。

⑷电路⑸等值电路

准同期并列

解：(1)允许合闸误差角Sey

i；，X；+Xx)

=2arcsin

%2xl.8xj2E；

氏1.0乂(0.125+0.25)

2xl.8xV2xl.05

=2arcsin0.0992=0.199(/r7J)

=11.4°

⑵允许滑差角频率3sy

断路器合闸动作误差时间AtDL=0.5X0.2=0.1(s)

自动并列装置的误差时间△tc=0.05(s)

0.199

%=L33(md/s)

%0.1+0.05

(3)脉动周期Ts

24

=4.7(5)

~k33

第3章发电机励磁自动控制系统

1、本章学习要求

(1)应熟悉的内容

应熟悉电力系统运行中电压存在的问题，包括电能质量中电压指标要求与电

力系统电压稳定问题。

(2)应理解的内容

应理解发电机励磁系统影响电力系统电压的原理。

(3)应熟练掌握的内容

应熟练掌握发电机自动电压控制器的原理及发电机自动电压控制器的结构与

调节过程。

(4)应灵活运用的内容

应灵活运用发电机自动电压控制原理设计励磁系统的电压调节器控制装置的

算法。

2、本章重点难点分析

本教学重点：

1、励磁系统提高系统静态稳定性分析；

2、提高系统暂态稳定性分析；

3、提高发电机与机组极限输送功率；

4、同步发电机组之间无功的合理分配；

5、对自动励磁控制系统的基本要求。

教学难点：

1、提高系统稳定性分析方法与稳定判定准则；

2、提高暂态稳定性的条件；

3、对励磁控制系统的要求及其原因。

3、典型例题解答

例：

•设某励磁控制系统的参数为TA=Os,rd0=8.38s,TE=0.69s,TR=0.04s,KE=l,

KG=1

•代入同步发电机励磁控制系统的传递函数，并令K=4.32KAKGKR,可求出该

系统的闭环特征方程为s3+26.57s2+39.424s+(K+4.32)=0

•用劳斯判据，列出劳斯阵列：

139.424

26.57K+4.32

39.42-*+'32

0

26.57

K+4.32

139.424

26.57K+4.32

39.42-^^

0

26.57

K+4.32

要使系统稳定，必须有：

39.42-K+432>。及长十4.32>0

26.57

整理得：-4.32<K<1044,即-1<KAKR〈241。

即当满足7<KAKR〈241时，系统稳定。

究竟哪些参数对该系统稳定性有较大影响，可通过根轨迹图来分析。

系统的开环传递函数为：

+0.12)(s+1.45)(s+25)

开环极点为s=-0.12；s=-l.45；s=-25o

根轨迹渐近线与实轴的交点及倾角为

»「工Zi

3----巴_=一8.86

n-m

式中：n——极点数；m——零点数。

Pj一一极点数值；zi一—零点数值。

夕=(2"+1)勺攵=0,],2

n-m

%=?，&=汽，A=y-

由特征方程可求得根轨迹在实轴上的分离点为s-0.775,与虚轴的交点为

+j6.28和-j6.28o

第4章电力系统频率及有功功率的自动调节

1、本章学习要求

（1）应熟悉的内容

应熟悉电力系统自动发电控制的基本概念

（2）应理解的内容

应理解调频、电力市场与调频方程式。

（3）应熟练掌握的内容

应熟练掌握分区调频、电力系统调频负荷的经济分配。

(4)应灵活运用的内容

应灵活运用电力系统的安全分析原理在线分析电力系统的稳定性。

2、本章重点难点分析

教学重点：

•电力系统的频率特性

•电力系统的自动调频方法

•电力系统有功功率经济分配

教学难点：

•电力系统的频率特性

•电力系统频率调节系统的动态特性

3、本章典型例题解答

•例：某电力系统中，与频率无关的负荷占3解，与频率一次方成比例的负荷

占40%,与频率二次方成比例的负荷占10%，与频率三次方成比例的负荷占

20%o求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应

的KL*值。

解：先求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为

=

PL*。()+4工+021f:+a、，*

=0.3+0.4x0.94+0.1x0.942+0.2x0.945

=0.3+0.376+0.088+0.166=0.93

△外％=(1-0.93)x100%=7%

•例：某电力系统有4台额定出力为125MW的发电机并联运行，各机组的调

差系数均为4%,系统总负荷为400MW,求当负荷增加60MW.时，在以下两种

情况下频率下降的数值分别是多少？

•(1)机组按平均分配负荷方式；

•(2)3台机满负荷，1台机为25MW。

•(假设不考虑负荷的频率调节效应，即频率变化时，负荷不变)

解：(1)机组按平均分配负荷方式

等值调差系数为

125x4

=().()4

125~7

----x4

心0.04

60

凶=-誓3xO.(Mx50=-0.24(7/z)

Ge125x4

(2)3台机为满负荷，1台机可调

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