电力系统自动化课程介绍
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电力系统运行的可靠性及其电能质量Βιβλιοθήκη Baidu电力系统的
自动化水平有密切的联系。
自动化技术主要有两个方面：
（1）动力方面：用自动化机械代替人工。 （2）信息处理方面：在生长过程和业务处理过程中， 进行测量、计算、控制等。
电力系统自控系统工作模式
控制对象
控 制 信 息
测 量 信 息
自控装置 典型自控系统 ——这是一个规模很大的 综合自动化系统。
3/43
第一章 电力系统自动化基础
由进行电能生产、变换、输送、分配和消费的各种设备按照 一定的技术和经济要求有机组成的统一整体。
从调度、管理、控制的角度看
从电压等级的角度看
电力系统特点：
结构复杂庞大：电力网络、控制系统 电能不能储存：电源和负荷间功率平衡、所有传输 环节畅通无阻，因此生产、变换、输送、分配各设 备环节需紧密配合。 暂态过程迅速：所有突变引起的电磁变化极其迅 速影响整个系统（光速），设备操作需在级短时 间内完成——快速控制和快速排除故障。 特别重要
电力自动化是上述3种类型自动控制系统的综合——
电力系统自动化的发展阶段
1、手工阶段 电力工业萌芽阶段，电厂小，就近供电。在发电机、开
关设备旁就近监视设备和手工调节操作。 特点：单独运行，就近供电、手工操作。
2、简单自动装置阶段 用电设备增多、发电设备规模扩大，对电能质量和安全
电力系统自动装置的任务
提高供电的可靠性（如自动重合闸、备用电源自动 投入等装置）；
保证电能质量、提高系统经济运行水平、减轻运行人 员的劳动强度（如自动调节装置、低频减载装置、自 动并列装置等）； 自动记录故障过程，有利于分析处理事故（如故障录 波器等）。
运行中出现问题，若处理不及时或处理不正确都 会影响电力系统的正常运行，甚至造成大面积停电； 局部发生的故障，如处理不当，会影响整个电力系统。 随着发电机单机容量及电力系统容量的不断扩大，对 运行水平的要求越来越高。 因此：只有借助自动装置的帮助，才能达到现代电 力系统要求的运行水平。
2. 警戒状态 ： 安全储备降低
3. 紧急状态 ：
4. 系统崩溃 ： 5. 恢复状态 ：
参数越限
失稳解列
随着运行条件的改变，电力系统将在各种运行 状态之间进行转换：图
满足
增加机 组出力重 新并列
正常状态
满足所有约束条 件，有一定的旋 转备用 依然满足约 束条件，备 用减少很多 只满足等式约束 条件，如发生短 路或者大机组退 出
电网设立调度中心，统一调度电厂和处理电网的异常和 事故。电话是通信联络的主要方式。 特点：电网互连、统一调度、电话通信。
4 、现代调度的初级阶段
出现远动装置，实现“四遥”，满足实时调度的要求。
特点：远动四遥、实时调度。
2017/6/7
North China Electric Power University
21/43
电力系统自动化的发展阶段
5、 综合自动化阶段 电力工业成为必不可少的支柱产业，电网规模快速扩大，
单一功能的自动化装置很难满足电能质量、可靠和安全 的需要，出现自动化程度更高的自动化系统。多套独立 的自动化装置用通信信道或网络互连，实现信息共享， 相互协调自动完成指定的功能。 特点：装置互连，信息共享。
电力系统运行控制目标：
1. 保证电力系统运行安全可靠
（1）等式约束条件：P/Q （2）不等式约束条件：P/Q/S/U/F （3）电力系统的运行状态 2. 保证电能质量：频率、电压、波形 3. 保证电力系统运行的经济性（环保）
电力系统运行状态： 由两种约束条件可将系统的运行分为五种状态：
1. 正常运行状态 ：目标为高质量、低成本
6、未来自动化 ??? “smart”? 遥视,图像识别等技术?? 大范围（空间和时间）内的综合优化???
2017/6/7
North China Electric Power University
22/43
电力系统自动化的重要性
单一功能自动化的特点是：
1、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成 各自功能 2、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来 完成自动化的单一功能 3、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置 没有什么联系。 4、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调 度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识 和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。
恢复状态
警戒状态
系统崩溃
不满足所有约束 条件，系统解 列，切除负荷
紧急状态
电力自动化的必要性：
1. 电网规模扩大
被控对象及其复杂、参数极多、复杂的MIMO
2. 电能质量要求
负荷不可预测、干扰严重、负荷敏感性、电力市场
3. 管理方式转变
减员增效、无人值守、电子化管理
二、电力系统自动化的基本内容
可靠性提出了要求，开始出现单一功能的自动装置。包 括：继电保护、断路器自动操作、发电机自动调压和调 速等。 特点：电能质量要求、单一的电力自动装置。
2017/6/7
North China Electric Power University
20/43
电力系统自动化的发展阶段
3、 传统调度中心阶段 出现互连电网，保证供电可靠性和经济性的必然选择。
电力系统远程监控与调度自动化系统
2.电厂动力机械自动控制 是电厂自动控制的主要组成部分，需配置专门的 计算机进行监控；不同类型电厂差异很大（水轮机、 汽轮机、核反应堆）。
3. 电力系统自动装置
控制的对象是发电厂、变电所电气设备；
电气设备操作的自动化是电力系统自动化的基础。
并列、调速器、励磁调节器、低频减载、备用电源自投、机组自启动
电力系统自动化
课程意义：
电力系统自动化已经成为电力系统最核心内容， 已成为电气工程类专业及相关专业学生的必备知 识之一。
• 试问，当你进入电力调度控制室、变电站、电厂， 看到什么？面对什么？操作什么？
本课程使同学们对电力系统 自动化及其基本问题有一个基 础性的了解。
2017/6/7
North China Electric Power University
电力系统自动化定义：
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电力系统各元件、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，以保证电力 系统安全经济地运行和具有合格的电量质量。
电力系统中自控系统的划分 ： 1. 电力系统自动监视和控制
四遥：遥测、遥信、遥控、遥调
自动化水平有密切的联系。
自动化技术主要有两个方面：
（1）动力方面：用自动化机械代替人工。 （2）信息处理方面：在生长过程和业务处理过程中， 进行测量、计算、控制等。
电力系统自控系统工作模式
控制对象
控 制 信 息
测 量 信 息
自控装置 典型自控系统 ——这是一个规模很大的 综合自动化系统。
3/43
第一章 电力系统自动化基础
由进行电能生产、变换、输送、分配和消费的各种设备按照 一定的技术和经济要求有机组成的统一整体。
从调度、管理、控制的角度看
从电压等级的角度看
电力系统特点：
结构复杂庞大：电力网络、控制系统 电能不能储存：电源和负荷间功率平衡、所有传输 环节畅通无阻，因此生产、变换、输送、分配各设 备环节需紧密配合。 暂态过程迅速：所有突变引起的电磁变化极其迅 速影响整个系统（光速），设备操作需在级短时 间内完成——快速控制和快速排除故障。 特别重要
电力自动化是上述3种类型自动控制系统的综合——
电力系统自动化的发展阶段
1、手工阶段 电力工业萌芽阶段，电厂小，就近供电。在发电机、开
关设备旁就近监视设备和手工调节操作。 特点：单独运行，就近供电、手工操作。
2、简单自动装置阶段 用电设备增多、发电设备规模扩大，对电能质量和安全
电力系统自动装置的任务
提高供电的可靠性（如自动重合闸、备用电源自动 投入等装置）；
保证电能质量、提高系统经济运行水平、减轻运行人 员的劳动强度（如自动调节装置、低频减载装置、自 动并列装置等）； 自动记录故障过程，有利于分析处理事故（如故障录 波器等）。
运行中出现问题，若处理不及时或处理不正确都 会影响电力系统的正常运行，甚至造成大面积停电； 局部发生的故障，如处理不当，会影响整个电力系统。 随着发电机单机容量及电力系统容量的不断扩大，对 运行水平的要求越来越高。 因此：只有借助自动装置的帮助，才能达到现代电 力系统要求的运行水平。
2. 警戒状态 ： 安全储备降低
3. 紧急状态 ：
4. 系统崩溃 ： 5. 恢复状态 ：
参数越限
失稳解列
随着运行条件的改变，电力系统将在各种运行 状态之间进行转换：图
满足
增加机 组出力重 新并列
正常状态
满足所有约束条 件，有一定的旋 转备用 依然满足约 束条件，备 用减少很多 只满足等式约束 条件，如发生短 路或者大机组退 出
电网设立调度中心，统一调度电厂和处理电网的异常和 事故。电话是通信联络的主要方式。 特点：电网互连、统一调度、电话通信。
4 、现代调度的初级阶段
出现远动装置，实现“四遥”，满足实时调度的要求。
特点：远动四遥、实时调度。
2017/6/7
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21/43
电力系统自动化的发展阶段
5、 综合自动化阶段 电力工业成为必不可少的支柱产业，电网规模快速扩大，
单一功能的自动化装置很难满足电能质量、可靠和安全 的需要，出现自动化程度更高的自动化系统。多套独立 的自动化装置用通信信道或网络互连，实现信息共享， 相互协调自动完成指定的功能。 特点：装置互连，信息共享。
电力系统运行控制目标：
1. 保证电力系统运行安全可靠
（1）等式约束条件：P/Q （2）不等式约束条件：P/Q/S/U/F （3）电力系统的运行状态 2. 保证电能质量：频率、电压、波形 3. 保证电力系统运行的经济性（环保）
电力系统运行状态： 由两种约束条件可将系统的运行分为五种状态：
1. 正常运行状态 ：目标为高质量、低成本
6、未来自动化 ??? “smart”? 遥视,图像识别等技术?? 大范围（空间和时间）内的综合优化???
2017/6/7
North China Electric Power University
22/43
电力系统自动化的重要性
单一功能自动化的特点是：
1、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成 各自功能 2、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来 完成自动化的单一功能 3、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置 没有什么联系。 4、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调 度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识 和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。
恢复状态
警戒状态
系统崩溃
不满足所有约束 条件，系统解 列，切除负荷
紧急状态
电力自动化的必要性：
1. 电网规模扩大
被控对象及其复杂、参数极多、复杂的MIMO
2. 电能质量要求
负荷不可预测、干扰严重、负荷敏感性、电力市场
3. 管理方式转变
减员增效、无人值守、电子化管理
二、电力系统自动化的基本内容
可靠性提出了要求，开始出现单一功能的自动装置。包 括：继电保护、断路器自动操作、发电机自动调压和调 速等。 特点：电能质量要求、单一的电力自动装置。
2017/6/7
North China Electric Power University
20/43
电力系统自动化的发展阶段
3、 传统调度中心阶段 出现互连电网，保证供电可靠性和经济性的必然选择。
电力系统远程监控与调度自动化系统
2.电厂动力机械自动控制 是电厂自动控制的主要组成部分，需配置专门的 计算机进行监控；不同类型电厂差异很大（水轮机、 汽轮机、核反应堆）。
3. 电力系统自动装置
控制的对象是发电厂、变电所电气设备；
电气设备操作的自动化是电力系统自动化的基础。
并列、调速器、励磁调节器、低频减载、备用电源自投、机组自启动
电力系统自动化
课程意义：
电力系统自动化已经成为电力系统最核心内容， 已成为电气工程类专业及相关专业学生的必备知 识之一。
• 试问，当你进入电力调度控制室、变电站、电厂， 看到什么？面对什么？操作什么？
本课程使同学们对电力系统 自动化及其基本问题有一个基 础性的了解。
2017/6/7
North China Electric Power University
电力系统自动化定义：
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电力系统各元件、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，以保证电力 系统安全经济地运行和具有合格的电量质量。
电力系统中自控系统的划分 ： 1. 电力系统自动监视和控制
四遥：遥测、遥信、遥控、遥调