自动装置讲稿08

电力系统自动控制技术讲稿专业:电气工程及其自动化08级主讲：王进2011年3月绪论一、我国电力工业的发展概况1.装机容量回顾100多年电力工业的发展，中国电力装机从1882年的11.76kW 经过67年发展，到1949年达到185万kW;而从1949年到2002年的3.53亿kW。

2005年已突破5亿kW，2006年底突破6亿kW，在不到一年时间里，2007年12月，国电泰州发电有限公司1号发电机组为全国7亿千瓦“标志性机组”。

自2002年至2007年的五年间，中国新增发电装机规模约3.5亿千瓦，相当于建国后50多年的总和。

2009年10月，中电投拉西瓦水电站6号机成为8亿千瓦“标志性机组”.。

2010年中期，中广核岭澳核电站二期工程1号机组成为9亿千瓦“标志性机组”.。

50多年持续以年均10%以上的速度发展，在世界电力发展历史上都是罕见的。

我国连续跃过法国、英国、加拿大、德国、俄国、日本，从1996年开始就稳居世界第二，基本上扭转了长期困扰我国经济发展和人民生活需要的电力严重短缺局面。

特别是9亿千瓦装机容量的突破，是电力发展史上一个重要里程碑，标志着电力工业发展实现了新跨越。

b2.电力弹性系数（概念）2002年的电力生产弹性系数和电力消费弹性系数分别为1.43和1.45。

（）预计2020年中国发电总装机容量预计达到11.86亿千瓦，将超过美国跃居世界第一位。

3.发电厂：大容量，高参数，环保型（1）火电：30万KW及以上火电机组占火电总装机从十一五初期的43.37%增加为67.11%，高效清洁机组为燃煤发电主力。

（2）水电装机：从十一五初期的1.17亿KW增加为1.97亿KW，2010年8月突破2亿KW，居世界第一。

（3）风电装机：2010年底，4182.7万KW，首次超美，居世界第一。

24个省市建设了风电场，东海大桥海上风电场于2010年在上海投入运行，除欧洲外最大海上风电场。

（4）核电：在建基地达到23个，2540万KW，全球在建核电规模最大的国家。

4.电网互联发展系统的发展―――发电厂、变电所实现了自动化(各种类型的发电厂根据区域资源颁布的特点加紧建设，随着大容量机组的出现，交流输电最高电压等级已达到500KV)―――远动通信、计算机技术的发展促使系统朝着自动监视、控制和调度的方向发展―――促进系统自动控制技术的不断发展向家坝—上海，+—800KV特高压直流输电示范工程，首个电压等级最高，输送距离最远，输送容量最大，技术水平最先进。

二、电力系统及其运行1.电力系统运行的任务：使许多相距遥远、大小不等的分散的发电机电源，经过错踪复杂的输、配电网络，相互联结起来，并进行有功功率与无功功率的传输与分配，使分散的用户都能及时得到合格的电能供应。

2.电力系统的主要组成部分和作用如Fig.0-1：功率平衡―――系统是一个有机的整体调度控制中心的任务：合理地调度（AGC，水火电的调度）所属各发电厂的出力、制定运行方式、及时处理电力系统运行中所发生的问题，确保系统的安全经济运行。

发电厂的任务：电源，发电厂的类型。

安全经济地完成给予的发电任务。

常规和新能源发电，集中型供电和分布式发电配电网的任务：直接向用户供电的地区电网。

从电源到用户，电压等级经历了升高和降低的过程，为了远距离输送电能必要提高电压，为了给用户供电又必须降低电压分配给不同配电电压的用户。

高压配电网、中压配电网、低压配电网三、电力系统自动控制的划分典型自动控制系统的基本原理：Fig 0-2电力系统自动化的概念：广义的理解是，根据电力系统本身特有的规律，应用自动控制原理，采用自动控制装置来自动地实现电力生产的安全可靠运行。

电能的生产过程是一个有机的整体，复杂而庞大的系统如果没有一系列的安全自动装置系统为它服务，那么这个系统是一刻也不能运行的。

具体来说，电力系统自动化是自动化的一种具体形式，是指应用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系统和数据传输系统对系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、调节和控制，保证系统安全经济运行和具有合格的电能质量。

根据电力系统的运行和组成特点，系统中的自动控制大致划分为如下：1．电力系统自动监视和控制任务：控制系统的运行方式，提高电力系统的安全、经济运行水平。

系统运行状态的实时信息2．电厂动力机械自动控制电厂控制的主要组成部分，随电厂类型不同而有差别。

200MW以上的需配置专用计算机进行监控。

火电厂：锅炉、汽轮机等设备。

水电厂：水轮机、调速器及励磁自动控制系统3．电力系统自动装置直接为系统服务的基础自动化设备。

主要指发电机组的自动控制装置，如发电机组的自动并列装置，自动励磁，自动解列，发电厂变电所主接线操作和运行的自动并列装置，以及电力系统的安全自动控制装置如低频减载、自动重合闸，继保装置等。

这是本课程的主要学习内容。

同步发电机：如Fig.0-3所示，动力元素：负荷变化时，引起有功失衡，频率偏移，通过执行机构（）调速器）调节动力元素――蒸汽流量的大小来改变输出有功，使频率恢复正常值。

励磁电流：负荷变化――机端电压偏差――励磁电流改变，以调节电压和控制无功的分配电气设备的操作类型：正常操作（如正常并列操作）和反事故操作（防止事故进一步扩大的紧急操作）安全自动控制装置：防止系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置。

电气设备操作的自动化是电力系统自动化的基础。

4．电力安全装置为保障系统运行人员的人身安全的监护装置。

在进一步发展，暂不列入课程的学习内容。

四、本课程的主要内容自动装置的两种类型：自动调节装置和自动操作装置（一）本课程的重点：根据系统的运行特点，在实施其自动控制时所遵循的规律和自动装置的组成及运行要求等方面进行阐述。

围绕电压和频率两个指标，对励磁自动控制和频率自动控制进行深入介绍。

并列操作是电气设备正常运行操作的重要内容，是学习的重点。

按章节内容如下：1．同步发电机的自动并列：第二章，是电气自动控制装置典型的例子。

2．同步发电机励磁自动控制系统及其动静态特性：第三、四章，是发电机自动调节系统的一个典型应用。

3．频率－有功功率自动控制：第五章，就频率特性和调频问题展开讨论，侧重阐述控制系统特性和功率分配等问题。

4．系统自动低频减载及其他安全自动控制装置：第六章，重点介绍按频率自动减载装置，是事故情况下典型的防系统性事故的安全自动控制装置。

（二）本课程的考核方式：出勤，课堂提问，课堂测验，作业，考试第一章自动装置及其数据的采集处理一、自动装置的首要任务系统运行的主要参数是连续的模拟量，将连续的模拟信号采集并转换成离散的数字信号后进入计算机，即数据采集和模拟信号的数字化。

二、自动装置的基本组成1．硬件：电力系统自动装置的结构形式主要有微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统（DCS）和现场总线系统（FCS）三种。

各自的适用范围如下表：2．软件：基本的内容如下：信号采集与处理软件：采集的是数字信号可直接进入计算机存储。

而模拟信号须经过模拟信号采集与处理程序经过采集、标度变换、滤波处理及二次数据计算，并进行保存。

运行参数设置程序：设置系统的运行参数。

系统管理(主控制)程序：将各个功能模块组织成一个程序系统，并管理和调用各个功能模块，同时管理数据文件的存储和输出。

通信程序：完成上位机与各个站之间的数据传递工作，或用来完成主节点与从节点之间的数据传递。

一般通信程序为DCS或FCS所有。

软件部分视具体的系统，具体的应用有不同的划分，规模、功能和所采用的技术也不相同。

第二节采样、量化与编码(略)第二章 同步发电机的自动并列第一节 概述本节内容：并列操作的意义；并列操作应遵循的原则；准同期并列的理想条件与实际条件；并列操作时不满足理想条件时引起的后果；滑差、滑差频率与滑差周期的关系；自同期并列的原理及特点。

一、 并列操作的意义（用Fig.2-1进行说明）1． 母线电压的状态量表示任一母线电压瞬时值可表示为：)sin(ϕω+=t U u m其中ϕω、、m U 为运行母线电压（U）的状态量 2． 并列操作的概念和意义：如Fig.2-1所示，概念：发电机的电压u G 在投入系统运行之前，与并列母线电压u X 的状态量不等，须适当调整待并发电机组的状态量，使之符合并列条件后才允许断路器QF 合闸作并网运行。

这一系列操作称为并列操作.意义：负荷的变化而引起发电机运行的台数经常改变，因此发电机组的投切是系统运行中的一项频繁操作（正常操作），随着系统的容量和单机的容量日益增大，不恰当的并列操作将导致严重后果。

因此提高并列操作的准确度和可靠性对系统的可靠运行是很重要的。

3． 机组并列时应遵循的原则(1) QF 合闸时的冲击电流应尽可能小：瞬时最大值一般不超过额定电流的1-2倍。

(2) 机组并入电网后，应迅速进入同步运行状态，缩短暂态过程，减小对系统的扰动。

4． 并列方法：准同期并列：广泛采用。

一般在系统正常运行情况下采用。

这是学习的重点内容。

自同期并列：很少采用。

这是过去当系统发生事故时为迅速投入水轮发电机组而曾经采取的一种方法。

随着自动控制技术的进步，微机型数字式自动并列方法日渐成熟，现在也可用准同期法快速投运水轮发电机组，因此只作简单介绍。

二、 准同期并列1．基本过程：Fig.2-1（a ），QF 为并列断路器，其两侧电压发电机端电压和电网电压在合闸前一般不相等，其相量差为xG s U U U -=。

其值由Fig.2-1（b ）的电压相量求得。

Fig.2-1©是计算准同期并列时冲击电流的等值电路图。

发电机电压的角频率为G ω，电网电压的角频率为X ω。

电网参数一定sU 冲击电流（合闸瞬间尽可能小） 理想的：，0 0（同时并列后顺利进入同步运行状态，对电网无扰动） 2．定义：发电机在并列合闸前已加励磁，当u G 与u X 的状态量相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。

3．理想条件：断路器两则电源电压的三个状态量全部相等。

xG U U 和完全重合并且同步旋转。

可表达为：(1)x G x G f f ==或ωω(即频率相等) (2) x G U U =(即电压幅值相等) (3)0=e δ(即相角差为零)4．实际条件：实际很难满足同时上述三个条件，只要求合闸时冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后对待并发电机和电网运行的影响较小，发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要短，不致引起任何不良后果。

可表达为：(1) 频率差<=额定频率的(0.2%-0.5%) (2) 电压幅值差＜＝额定电压的（5%－10%）(3) 相角差<=5°-10°（冲击电流为额定电流的0.5倍） 5．不满足理想条件时引起的后果： 1)电压幅值差：如图2-29a)所示，满足(1)和(3)，不满足(2) 此时，冲击电流的有效值为Xd XG h X X U U I +-='''' （2－3） 式中，X G U U 、－发电机电压、电网电压有效值；''d X －发电机次暂态电抗X X －电力系统等值电抗 冲击电流最大瞬时值的计算式为''''28.1hhm I i = （2－4） （图）影响：电压幅值差引起的冲击电流主要为无功电流分量，引起定子绕组发热和在定子端部产生冲击力矩。