电力系统自动化概念

绪论

电力系统的基本概念

直流输电的特点

优：无无功无频率潮流完全可控减少损耗

缺：

第一章发电机并列

为什么要并列

正常运行时，为了维持电力系统频率、电压在允许的范围内，运行中要根据负荷波动必要时投入或切除发电机；

在检修完，要将机组重新投入；

故障情况下，为了保护发电机，或为了保持主系统的稳定，需要切除发电机，并在合适时候将其重新投入运行；有时需要将备用发电机迅速投入运行。

并列的条件

准同步并列理想条件

并列断路器主触头闭合瞬间，脉动电压为零：

(1)发电机电压幅值与系统电压幅值相等；

(2)发电机频率与系统频率相等；

(3)发电机电压与系统电压间相角差为零。

并列条件是否能够直接检测

整步电压的同步信息、与脉动区别

整步电压的同步信息：

整步电压含有频差信息：

整步电压的周期就是滑差周期，可用于检测频差的大小；由于线性整步电压的最大值一定，所以其斜率与频差成正比。

整步电压含有相位差信息:

整步电压与随时间变化的任一时刻相位差有对应关系。

脉动电压为什么不能检测、直接用

恒定越前时间

含义

越前－相对于发电机电压与系统电压之间相角差δ e=0提前。

越前时间－相对于δ e=0提前的时间。

恒定越前时间－相对于δ e=0提前的时间，此时间一经整定则不随压差和频差变化。

为什么需要恒定越前时间

同期装置有动作时间，即程序发出命令到继电器动作完成的时间；断路器有合闸时间，即断路器接收到合闸命令到接通一次系统（理想应对应δ e=0）的时间。因此，合闸命令的发出应有提前量，即越前时间。考虑到两者的时间是确定的，所以越前时间也应是恒定的，即恒定越前时间。

第二章发电机励磁

基本概念：

励磁系统：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成

发电机励磁系统的作用

空载电势

发电机空载电势决定于励磁电流，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性;

电力系统在正常运行时

可以通过控制励磁电流来控制电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配;

当系统发生故障时

迅速增大励磁电流，可以改善电网的电压水平及稳定性。

怎样实现这些作用

发电机励磁系统还有特殊的要求，要知道为什么需要实现这些特殊的要求

对励磁系统的基本要求

对励磁调节器的要求

具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。

系统正常运行时，励磁调节器应能维持发电机电压在给定的水平。励磁控制系统的自然调差率一般在1％以内。

励磁调节器应能合理分配机组的无功功率，为此，励磁调节器应保证同步发电机端电压调差率可以在土10％以内进行调整。

对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，要求励磁调节器没有失灵区。

励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。 对励磁功率单元的要求

要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。

具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。

为什么需要实现这些特殊的要求

事故情况下，系统母线电压极度降低，这说明电力系统无功功率的缺额增大，为了使系统迅速恢复正常，就要求有关的发电机转子磁场能够迅速增加，达到尽可能高的数值，以弥补系统无功功率的缺额。

当转子磁场已经建立起来后，如果由于某种原因，如发电机绕组内部故障等，需要发电机立即退出工作时，在断开发电机的同时，必须使转子磁场尽快消失，否则发电机会因过励磁而产生过电压，或者会使定子绕组内部的故障继续扩大。如何能在很短的时间内，使转子磁场内存储的大量能量迅速消释，而不致在发电机内产生危险的过电压，这也是一个很重要的问题，一般称为灭磁问题。

强励、灭磁等特殊要求、作用

当发电机电压因故障降低到约（80～85）％额定值时，希望同步发电机的励磁能迅速上升到顶值。 发电机励磁的速度增大，有利于继电保护、系统电压恢复、电机自起动。

机端电压降低时迅速将励磁增加到顶值的措施称之为强行励磁，简称强励。

灭磁就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快的减弱到最小程度。

方法：

励磁回路断开；

将转子励磁绕组自动接到放电电阻灭磁。

对灭磁要求

灭磁时间要短，这是评价灭磁装置的重要技术指标

灭磁过程中转子电压不应超过允许值，通常取额定励磁电压的4～5倍。

第三章有功和频率

电力系统的频率-负荷特性

有功负荷是和频率相关的，即

有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率-频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。 负荷的综合功率-频率特性一般可表示为

)

(f F P L =230123()n

l LN n e e e e f f f f P a a a a a P f f f f ⎛⎫

⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪=++++⋯⋯ ⎪

⎪

⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭＋

将上式除以 ，则得标么值形式，即

称为电力系统有功负荷的静态频率特性方程。 调频方法：

一次：

二次：

经济调度-等微增率准则

低频减载-系统最大功率缺额、恢复频率

低频减载

在系统频率降到某值以下，采取切除相应负荷的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内，这种办法称为按频率自动减负荷。

第四章无功与电压

电压控制的意义：电压偏移带来的不利影响

电压控制的意义

电力系统的电压和频率一样，都是电能质量的重要指标。用电设备只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效率。当电压偏离额定值较大时，会对负荷的运行带来不良影响。影响产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电。

A 、对发电机和变压器的影响

电力系统电压降低时，为了维持恒定功率，发电机的定子电流增大。为了使发电机定子绕组不致过热，不得不减少发电机所发有功功率。类似的，电力系统电压降低后，也不得不减少变压器所带的有功负荷。

B 、对电动机的影响

电压降低，异步电动机的转差率将增大。因而，电动机各绕组中的电流也将增大，温升将增加，效率将降低，寿命会缩短。

转差增大→转速下降→输出功率减少→影响锅炉、汽轮机的工作→最终影响发电厂所发出的功率。 电压降低→电动机启动过程增加，可能在启动过程中因温度过高而烧毁。

电压偏高将加速设备绝缘老化，影响电动机寿命。

C 、对电热设备的影响

电炉等电热设备的发热量与电压平方成正比，电压降低将大大降低发热量，使效率降低。

照明负荷，对电压变化反应灵敏。电压过高，白炽灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和发光效率要大幅度下降。

D 、损耗和绝缘

电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和无功损耗增加，过低还会危及电力系统运行的稳定性； 而电压过高，各种电气设备的绝缘会受到损坏，在超高压输电线路中还将增加电晕损耗。

电压是怎样控制的

控制负荷点电压可采取以下控制方式

控制发电机励磁电流；

控制变压器变比；

改变输送功率分布P+jQ （主要是Q ）

改变网络参数R+jX （主要是X ）

具体见第12次课课件

L N

P n

n l f a f a f a a P *2*2*10*⋯⋯+++=