电力系统自动化 第三版(王葵、孙莹编)绪论页PPT文档
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◦ 电压和无功功率综合自动控制
通过电厂或变电所的基本调节装置(同步发电机的自动调节励 磁系统)或无功补偿装置等，维持监视点电压为给定值，尽量 使无功功率就地平衡，避免长距离输送较大的无功功率引起 过多的电压损耗和线损，使无功旋转备用在系统各地区均匀 分布，防止因局部故障造成电压崩溃。
8
电力系统控制的特点
时间尺度差异巨大
图2 不同控制类别的时间尺度特征
9
Case Study
“8.14” 大停电 直流输电
10
“8.14”大停电概况
◦ 2019.8.14北美大停电波及到美国的俄亥俄州、密歇根州、宾 夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、麻萨诸赛州、康涅狄格州、 新泽西州(8个州）以及加拿大的安大略省，估计有5000余万 居民受到影响，停电负荷约为6180万千瓦；美国估计损失40100亿美元，加拿大在8月份GDP下降0.7%,失去1890万工作小 时，安大略的制造业销售量下降了23亿加元；
o 交直流互联
• 超高压、低压电网
o 控制策略改进
• 无频率控制 • 限流控制
o 保护措施改进
• 直流保护 • 直流断路器
19
本课程主要内容
后续课程简介
20
o 第一章讲发电机同步并列的自动化原理。这是将同步发电 机一台台投入系统进行并列运行，以组成电力系统的基本 步骤。
o 第二章将电力系统励磁自动控制系统，主要讲励磁系统构 成、基本原理，以及发电机端电压的自动调整等。
◦ 提高供电可靠性
可靠持续供电，不停电
◦ 保证电力系统安全运行和经济运行。
降低运行成本、防止安全事故的大停电的发生
7
电力系统自动控制分类
◦ 频率和有功功率综合自动控制
通过电厂的基本调频(调速)装置(发电机转速自动控制系统)， 维持系统频率在额定值运行，控制地区系统间联络线上的交 换功率为协议限定的数值。同时在满足系统安全运行的前提 下，控制参与经济运行的电厂或机组出力为最经济状态。
5
Con’t
◦ 分层分级控制
地区级电网、省级电网、区域电网、国家电网 直接控制器、监督控制、寻优功能（多设备）、协调控制
（全系统范围）
◦ 安全自动装置在电力系统运行中发挥着重要作用
自备投、重合闸、并列、励磁、调速等
6
电力系统自动控制的目标
◦ 保证供电质量
电压质量、频率质量、谐波质量
◦ 8月15日，美国总统布什、加拿大总理克雷蒂安提出成立美加 电力系统停运联合特别调查工作组对此次大停电事件的原因 进行调查，并研究如何减少今后大停电的可能性；
◦ 任命美国能源部长斯宾塞·亚伯拉罕（Spencer Abraham）和 加拿大自然资源部长赫布·达利瓦(Herb Dhaliwal)共同领导美 加特别调查工作组（加方第2阶段后由John Efford继任）。
o 第五、六、七章均讲图调度所功能的自动化问题。第五章 介绍能量管理系统（EMS）的基本监视与控制功能以及能 量管理级功能和网络分析级功能。
11
“8.14”大停电基本过程
◦ 13:31 EDT，第一能源公司（FE）的Eastlake的5号机组跳闸。 ◦ 14:14 EDT之后不久， FE控制室的警报和记录系统失效，在大停电
发生之后才得以恢复。 ◦ 15:05EDT后，某些FE的345KV输电线路由于与输电通道上长得过高
的树木发生接触而开始跳线。 ◦ 大约到15:46 EDT，当FE、MISO和邻近的电力公司开始认识到FE
◦ 电源类型多
火电、水电、核电、风电、太阳能、潮汐、生物发电等
3
中国电网
4
运行特点
◦ 发电、输电、用电同时完成
目前还没法实现电能的大规模存储
◦ 负荷总是在不断变化
趋势的规律性和短期的偶然性并存
◦ 大部分系统暴露于外部扰动之下
雷击、风、树 车辆、飞行物 鸟、小动物、误操作 恶劣天气（冰）
12
事故成因之一
对树放电跳闸
13
启示
◦ 元件（设备）保护 与 系统保护的协调； ◦ 信息与决策系统； ◦ 第三道防线； ◦ 在线安全稳定分析与控制。
14
直流输电
Thomas A. Edison: “My personal desire would be to prohibit entirely the use of alternating currents. They are as unnecessary as they are dangerous. I can therefore see no justification for the introduction of a system which has no element of permanency and every element of danger to life and property.”
Nikola Tesla Thomas A. Edison
15
优点
o 无无功 o 无频率 o 潮流完全可控 o 减少损耗
16
应用领域
o 高压直流输电
• 不同系统频率 • 对相连电网无额外短路功率 • 潮流完全可控
17
Con’t
o 直流微电网
• 面向用户 • 与新能源发
电结合 • 电压控制
18
启示
o 第三章讲电力系统频率和有功功率的调节。就电力系统的 频率特性和调频的有关问题展开讨论，阐述经济调度和自 动调频的问题，以及按频率自动减负荷装置的动作原理。
21
Con’t
o 第四章讲电力系统电压调整和无功功率控制技术。就电力 系统电压控制的措施、电压的综合控制及无功电源的最优 控制展开讨论，阐述了电压控制的意义和方法。
系统处于危险当中的时候，应该采取的措施是紧急甩掉克利夫兰和 阿克伦城(Akron)周边至少1500－2500MW的负荷，然而这种做法却 没有得到实施。 ◦ 15:46 EDT后，位于北俄亥俄州的FE的几条关键345kV线路的断开导 致下一级138KV的线路开始失效，进而导致了FE的SammisStar345kV线路在16:06 EDT的跳开
Introduction
电力系统物理构成 电力系统运行特性
1
现代电力系统的特点
电力系统构成
2
构成特点
◦ 高电压
交流：500kV，750kV，1000kV；直流：±500kV， ±600MW, 1000MW, 1250MW
◦ 大电网
区域联网规模越来越大
通过电厂或变电所的基本调节装置(同步发电机的自动调节励 磁系统)或无功补偿装置等，维持监视点电压为给定值，尽量 使无功功率就地平衡，避免长距离输送较大的无功功率引起 过多的电压损耗和线损，使无功旋转备用在系统各地区均匀 分布，防止因局部故障造成电压崩溃。
8
电力系统控制的特点
时间尺度差异巨大
图2 不同控制类别的时间尺度特征
9
Case Study
“8.14” 大停电 直流输电
10
“8.14”大停电概况
◦ 2019.8.14北美大停电波及到美国的俄亥俄州、密歇根州、宾 夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、麻萨诸赛州、康涅狄格州、 新泽西州(8个州）以及加拿大的安大略省，估计有5000余万 居民受到影响，停电负荷约为6180万千瓦；美国估计损失40100亿美元，加拿大在8月份GDP下降0.7%,失去1890万工作小 时，安大略的制造业销售量下降了23亿加元；
o 交直流互联
• 超高压、低压电网
o 控制策略改进
• 无频率控制 • 限流控制
o 保护措施改进
• 直流保护 • 直流断路器
19
本课程主要内容
后续课程简介
20
o 第一章讲发电机同步并列的自动化原理。这是将同步发电 机一台台投入系统进行并列运行，以组成电力系统的基本 步骤。
o 第二章将电力系统励磁自动控制系统，主要讲励磁系统构 成、基本原理，以及发电机端电压的自动调整等。
◦ 提高供电可靠性
可靠持续供电，不停电
◦ 保证电力系统安全运行和经济运行。
降低运行成本、防止安全事故的大停电的发生
7
电力系统自动控制分类
◦ 频率和有功功率综合自动控制
通过电厂的基本调频(调速)装置(发电机转速自动控制系统)， 维持系统频率在额定值运行，控制地区系统间联络线上的交 换功率为协议限定的数值。同时在满足系统安全运行的前提 下，控制参与经济运行的电厂或机组出力为最经济状态。
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Con’t
◦ 分层分级控制
地区级电网、省级电网、区域电网、国家电网 直接控制器、监督控制、寻优功能（多设备）、协调控制
（全系统范围）
◦ 安全自动装置在电力系统运行中发挥着重要作用
自备投、重合闸、并列、励磁、调速等
6
电力系统自动控制的目标
◦ 保证供电质量
电压质量、频率质量、谐波质量
◦ 8月15日，美国总统布什、加拿大总理克雷蒂安提出成立美加 电力系统停运联合特别调查工作组对此次大停电事件的原因 进行调查，并研究如何减少今后大停电的可能性；
◦ 任命美国能源部长斯宾塞·亚伯拉罕（Spencer Abraham）和 加拿大自然资源部长赫布·达利瓦(Herb Dhaliwal)共同领导美 加特别调查工作组（加方第2阶段后由John Efford继任）。
o 第五、六、七章均讲图调度所功能的自动化问题。第五章 介绍能量管理系统（EMS）的基本监视与控制功能以及能 量管理级功能和网络分析级功能。
11
“8.14”大停电基本过程
◦ 13:31 EDT，第一能源公司（FE）的Eastlake的5号机组跳闸。 ◦ 14:14 EDT之后不久， FE控制室的警报和记录系统失效，在大停电
发生之后才得以恢复。 ◦ 15:05EDT后，某些FE的345KV输电线路由于与输电通道上长得过高
的树木发生接触而开始跳线。 ◦ 大约到15:46 EDT，当FE、MISO和邻近的电力公司开始认识到FE
◦ 电源类型多
火电、水电、核电、风电、太阳能、潮汐、生物发电等
3
中国电网
4
运行特点
◦ 发电、输电、用电同时完成
目前还没法实现电能的大规模存储
◦ 负荷总是在不断变化
趋势的规律性和短期的偶然性并存
◦ 大部分系统暴露于外部扰动之下
雷击、风、树 车辆、飞行物 鸟、小动物、误操作 恶劣天气（冰）
12
事故成因之一
对树放电跳闸
13
启示
◦ 元件（设备）保护 与 系统保护的协调； ◦ 信息与决策系统； ◦ 第三道防线； ◦ 在线安全稳定分析与控制。
14
直流输电
Thomas A. Edison: “My personal desire would be to prohibit entirely the use of alternating currents. They are as unnecessary as they are dangerous. I can therefore see no justification for the introduction of a system which has no element of permanency and every element of danger to life and property.”
Nikola Tesla Thomas A. Edison
15
优点
o 无无功 o 无频率 o 潮流完全可控 o 减少损耗
16
应用领域
o 高压直流输电
• 不同系统频率 • 对相连电网无额外短路功率 • 潮流完全可控
17
Con’t
o 直流微电网
• 面向用户 • 与新能源发
电结合 • 电压控制
18
启示
o 第三章讲电力系统频率和有功功率的调节。就电力系统的 频率特性和调频的有关问题展开讨论，阐述经济调度和自 动调频的问题，以及按频率自动减负荷装置的动作原理。
21
Con’t
o 第四章讲电力系统电压调整和无功功率控制技术。就电力 系统电压控制的措施、电压的综合控制及无功电源的最优 控制展开讨论，阐述了电压控制的意义和方法。
系统处于危险当中的时候，应该采取的措施是紧急甩掉克利夫兰和 阿克伦城(Akron)周边至少1500－2500MW的负荷，然而这种做法却 没有得到实施。 ◦ 15:46 EDT后，位于北俄亥俄州的FE的几条关键345kV线路的断开导 致下一级138KV的线路开始失效，进而导致了FE的SammisStar345kV线路在16:06 EDT的跳开
Introduction
电力系统物理构成 电力系统运行特性
1
现代电力系统的特点
电力系统构成
2
构成特点
◦ 高电压
交流：500kV，750kV，1000kV；直流：±500kV， ±600MW, 1000MW, 1250MW
◦ 大电网
区域联网规模越来越大