1、电力系统自动化全册配套精品电力系统自动化全册配套精品 完整课件完整课件 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 课程简介 教材：教材：电力系统自动化电力系统自动化，第一版，孟祥忠，第一版，孟祥忠， 中国林业出版社中国林业出版社&北京大学出版社北京大学出版社 课程目的、内容与要求课程目的、内容与要求：（28+4学时） 电力系统自动化是研究实现电力系统自动化装置的课电力系统自动化是研究实现电力系统自动化装置的课 程，是电气工程及其自动化专业的程，是电气工程及其自动化专业的重要课程重要课程。 电力系统自动化的内容包括电力系统自动化的内容包括电力系统自动化的
2、构成、电力系统自动化的构成、 同步发电机的并列操作、电力系统的频率调整方法和同步发电机的并列操作、电力系统的频率调整方法和 电力系统的电压调整方法电力系统的电压调整方法。 通过本课程的学习，应使学生具备电力系统自动化装通过本课程的学习，应使学生具备电力系统自动化装 置的设计能力，掌握电力系统中同步发电机并列操作置的设计能力，掌握电力系统中同步发电机并列操作 的方法、电网频率调节和电压调整方法。它不仅为学的方法、电网频率调节和电压调整方法。它不仅为学 生学习有关的专业课程提供基础理论知识，也为从事生学习有关的专业课程提供基础理论知识，也为从事 电气及电子工程技术人员打下必要的基础。电气及电子工程
3、技术人员打下必要的基础。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 主要章节 第一章第一章 电力系统自动化基础电力系统自动化基础 第二章第二章 电力调度自动化电力调度自动化SCADA技术技术 第三章第三章 电力系统远动技术电力系统远动技术 第四章第四章 同步发电机自动并列原理同步发电机自动并列原理 第六章第六章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 第七章第七章 电力系统电压调节技术电力系统电压调节技术 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 第一章 电力系统自动化基础 1.1 1.1 概述概述 1.1.
4、1 1.1.1 电力系统运行控制的特点电力系统运行控制的特点 1.1.2 1.1.2 电力系统运行控制的目标电力系统运行控制的目标 1.2 1.2 电力系统自动化基本内容电力系统自动化基本内容 1.2.1 1.2.1 电网调度自动化电网调度自动化 1.2.2 1.2.2 电厂自动化电厂自动化 1.2.3 1.2.3 变电站综合自动化变电站综合自动化 1.2.4 1.2.4 配电自动化配电自动化 1.3 1.3 电力系统自动化发展趋势电力系统自动化发展趋势 1.3.1 1.3.1 控制理论的应用控制理论的应用 1.3.2 1.3.2 数字化电力系统的概念与架构数字化电力系统的概念与架构 1.3.
5、3 1.3.3 电力自动化系统新技术与趋势电力自动化系统新技术与趋势 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 第一章 电力系统自动化基础 电力系统电力系统是指由进行电能生产、变换、输是指由进行电能生产、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。术和经济要求有机组成的统一整体。 它由发电厂、变电所、输配电线路以及各它由发电厂、变电所、输配电线路以及各 种用电设备组成。种用电设备组成。 为了确保电力系统的安全、优质、稳定、为了确保电力系统的安全、优质、稳定、 经济的运行，必须提高自
6、动化水平。经济的运行，必须提高自动化水平。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.1.1 电力系统运行控制的特点 电力系统与其他工业系统相比有着明显的电力系统与其他工业系统相比有着明显的 特点，主要表现为：特点，主要表现为： 1.1.电能不能大量存储。电能不能大量存储。 任何时刻，消耗量等于生产量。任何时刻，消耗量等于生产量。 2.2.电能供应的重要性电能供应的重要性 保证国民经济与人民物质文化生活。保证国民经济与人民物质文化生活。 3.3.暂态过度过程十分迅速暂态过度过程十分迅速 故障扩散极为迅速。要求快速控制和快速排出故障故障扩散极为迅速。
7、要求快速控制和快速排出故障 4.4.电力系统结构复杂电力系统结构复杂 装机容量大，多大几亿千瓦。装机容量大，多大几亿千瓦。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 我国电网概况 目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度 自动控制的新时代自动控制的新时代 。截止。截止2002年底年底装机总容量达装机总容量达3.383.38亿千瓦。亿千瓦。 我国现有发电装机容量在我国现有发电装机容量在20000MW以上的电力系统以上的电力系统11个，其中东北、个，其中东北、 华北、华
8、东、华中电网装机容量均超华北、华东、华中电网装机容量均超30000MW，华东、华中电网甚，华东、华中电网甚 至超过至超过40000MW，西北电网的装机容量也达到，西北电网的装机容量也达到20000MW。南方电力。南方电力 联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。 其它几个独立省网，如四川、山东、福建等电网和装机容量也超过或其它几个独立省网，如四川、山东、福建等电网和装机容量也超过或 接近接近10000MW。 各电网中各电网中500KV500KV（包括（包括330KV330KV）主网架逐步形成和壮大。）主网架逐步形成
9、和壮大。220KV220KV电网不电网不 断完善和扩充。断完善和扩充。 从从19881988年起连续每年新增投产大中型发电机组超过年起连续每年新增投产大中型发电机组超过10000MW10000MW。 19901990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV500KV直流直流 输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网。输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.1.2 电力系统运行控制目标 始终保持整个电力系统的正常
10、运行，安全始终保持整个电力系统的正常运行，安全 经济地向所有用户提供合乎质量的电能，经济地向所有用户提供合乎质量的电能， 能迅速排出故障，尽快恢复系统正常。能迅速排出故障，尽快恢复系统正常。 1.保证电力系统运行的安全可靠保证电力系统运行的安全可靠 2.保证电能质量保证电能质量 3.保证电力系统运行的经济性。保证电力系统运行的经济性。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.1.保证电力系统运行的安全可靠性保证电力系统运行的安全可靠性 电力生产中，电力生产中，“安全第一安全第一”。一旦发生事故，。一旦发生事故， 轻则损毁设备，少数用户停电，重则引
11、起整个轻则损毁设备，少数用户停电，重则引起整个 电力系统瓦解。电力系统瓦解。 （1 1）等式约束）等式约束 发出的总功率与消耗相等。发出的总功率与消耗相等。 （2 2）不等式约束）不等式约束 运行参数处于允许值范围内。运行参数处于允许值范围内。 1.1.2 电力系统运行控制目标 2008年雪灾年雪灾 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.保证电力系统运行的安全可靠性保证电力系统运行的安全可靠性 （3）电力系统的运行状态）电力系统的运行状态 1.1.2 电力系统运行控制目标 电力系统运行状态及其转换图电力系统运行状态及其转换图 主讲：孙晓主讲：孙
12、晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 电力系统事故既有外因也有内因，一般来说，事故多电力系统事故既有外因也有内因，一般来说，事故多 半由外因引起，又由于内部的薄弱环节或调控不当引半由外因引起，又由于内部的薄弱环节或调控不当引 起。起。 所以，一方面要求系统本身更加所以，一方面要求系统本身更加“强大强大”，另一方面，另一方面 ，也要求提高各级调度技术水平，应用自动化系统。，也要求提高各级调度技术水平，应用自动化系统。 2.保证电能质量保证电能质量 衡量电能质量的标准是：衡量电能质量的标准是：频率、电压频率、电压和和波形波形。 3.保证电力系统运行的经济性保证电力系统运
13、行的经济性 在安全运行前提下，降低发电成本，减少传输损失，在安全运行前提下，降低发电成本，减少传输损失， 全面提高整个电力系统的运行经济性。全面提高整个电力系统的运行经济性。 1.1.2 电力系统运行控制目标 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2 电力系统自动化基本内容 电力系统自动化电力系统自动化，是指应用各种具有自动检测、决策，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电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地
14、或远方 的自动监控、调节和控制，以保证电力系统安全经济的自动监控、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能质量。地运行和具有合格的电能质量。 1.2.1 电网调度自动化电网调度自动化 1.2.2 电厂自动化电厂自动化 1.2.3 变电站综合自动化变电站综合自动化 1.2.4 配电自动化配电自动化 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2 电力系统自动化基本内容 电力系统自动化的分类电力系统自动化的分类 按运行管理区划分按运行管理区划分 电力系统调度自动化电力系统调度自动化 发电厂自动化发电厂自动化 变电站自动化变电站自动化 发
15、电和输电调度自动化发电和输电调度自动化 配电网自动化配电网自动化 火电厂自动化火电厂自动化 水电厂自动化水电厂自动化 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2 电力系统自动化基本内容 一、电力系统自动化的分类（续）一、电力系统自动化的分类（续） 按自动控制的角度按自动控制的角度 电力系统频率和有功功率自动控制电力系统频率和有功功率自动控制 电力系统电压和无功功率自动控制电力系统电压和无功功率自动控制 电力系统安全自动控制电力系统安全自动控制 电力系统中的断路器的自动控制电力系统中的断路器的自动控制 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动
16、化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 电网调度自动化系统电网调度自动化系统是确保电网安全、优质、经济地是确保电网安全、优质、经济地 发供电，提高电网调度运行管理水平的重要手段，是发供电，提高电网调度运行管理水平的重要手段，是 电力生产自动化和管理现代化的重要基础。电力生产自动化和管理现代化的重要基础。 电网调度自动化系统概念的提出是在电网调度自动化系统概念的提出是在20世纪世纪50年代中期。年代中期。 基于模拟计算机和模拟通信信道的自动发电控制（基于模拟计算机和模拟通信信道的自动发电控制（AGC） 20世纪世纪60年代，数字计算机的应用，出现了电网年代，数字计算机的
17、应用，出现了电网SCADA系系 统（数据采集与监控）。统（数据采集与监控）。 80年代，能量管理系统（年代，能量管理系统（EMS）。）。 在我国，在我国，20世纪世纪80年代后期东北、华北、华东、华中四大年代后期东北、华北、华东、华中四大 电网进行了电网进行了EMS的引进工作。的引进工作。 20世纪世纪90年代自主版权年代自主版权EMS支撑平台和应用软件先后问世支撑平台和应用软件先后问世 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 EMS主要任务主要任务 （1）发挥设备最大能力）发挥设备最大能力 满足负荷需要。满足负荷需要。
18、（2）使整个电网安全可）使整个电网安全可 靠地运行和连续供电靠地运行和连续供电 （3）保证电能质量）保证电能质量 （4）经济合理利用能源）经济合理利用能源 （5）保证发供用电等各）保证发供用电等各 方面的合法权益。方面的合法权益。 图1.2 电力调度自动化结构简图 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 1.电网调度自动化的特点电网调度自动化的特点 特点是统一调度，分层控制。特点是统一调度，分层控制。 电网是一个庞大的产供销电能的整体，如果没有统电网是一个庞大的产供销电能的整体，如果没有统 一的组织、指挥和协调管理，电网就
19、难于维持正常一的组织、指挥和协调管理，电网就难于维持正常 运行。运行。 （1）由电网调度机构统一组织全网调度计划的编制）由电网调度机构统一组织全网调度计划的编制 执行执行 （2）统一指挥全网的运行操作和事故处理）统一指挥全网的运行操作和事故处理 （3）统一布置和指挥全网的调峰、调频和调压）统一布置和指挥全网的调峰、调频和调压 （4）统一协调和规定全网继保、安全自动装置、调）统一协调和规定全网继保、安全自动装置、调 度自动化系统和调度通信系统度自动化系统和调度通信系统 （5）统一协调水电厂、水库的合理运用）统一协调水电厂、水库的合理运用 （6）按照规章制度统一协调有关电网运行的各种关）按照规章制
20、度统一协调有关电网运行的各种关 系系 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 我国电网介绍 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 2.电网的分层控制电网的分层控制 为了明确各级调为了明确各级调 度机构的责任和度机构的责任和 权限，有效地实权限，有效地实 施统一调度，由施统一调度，由 各级电网调度机各级电网调度机 构在其调度管辖构在其调度管辖 范围内具体实施范围内具体实施 电网管理的分工电网管理的分工 。 图1.3 电网分级调度体系图 主讲：孙晓主讲：
21、孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 国家调度中心国家调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心 大区电网调度中心大区电网调度中心 大型火电厂、大型火电厂、 水电厂和核电厂水电厂和核电厂 主网枢纽变电所主网枢纽变电所 （500kv以上）以上） 省调度中心省调度中心 省调度中心省调度中心 省调度中心省调度中心 地区调度所地区调度所 县级调度所县级调度所 地区调度所地区调度所 地区调度所地区调度所 县级调度所县级调度所县级调度所县级调度所 一般变电站一般变电站地方火电和水电地方火电和水电 中型火电厂、中型火电厂、 水电厂和核电厂水电厂和核
22、电厂 省直接调度变电站省直接调度变电站 枢纽变电站枢纽变电站 梯形水电站控制中心梯形水电站控制中心 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 3.各级调度的职责（省调职责举例）各级调度的职责（省调职责举例） （1）负责或协调主管部门制定的有关规程、规定等。）负责或协调主管部门制定的有关规程、规定等。 （2）在保证全网安全经济运行的前提下，负责本网的）在保证全网安全经济运行的前提下，负责本网的 安全运行。安全运行。 （3）参加全网运行方式计算分析，负责编制本网运行）参加全网运行方式计算分析，负责编制本网运行 方式，与网调管辖有
23、关部分应报网调核准。方式，与网调管辖有关部分应报网调核准。 （4）编制本网发、供电设备检修计划。）编制本网发、供电设备检修计划。 （5）根据上级调度下达的计划，编制本网和调度管辖）根据上级调度下达的计划，编制本网和调度管辖 的独立核算发电厂的发电计划。的独立核算发电厂的发电计划。 （6）负责互联网联络网线功率调整，协助网调进行频）负责互联网联络网线功率调整，协助网调进行频 率调整，负责所辖电网无功、电压调整。率调整，负责所辖电网无功、电压调整。 （7）负责管辖设备的运行、操作与事故处理。）负责管辖设备的运行、操作与事故处理。 （8）监督本网计划用电执行情况。）监督本网计划用电执行情况。 （9）
24、承担所辖电网各方面专业管理职能。）承担所辖电网各方面专业管理职能。 （10）按规定向网调、地调传送实时信息。）按规定向网调、地调传送实时信息。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 4.各级调度的功能各级调度的功能 数据采集与监控（数据采集与监控（SCADA） 以以SCADA为基础而实现的自动发电控制为基础而实现的自动发电控制AGC 与与AGC相配套的在线经济调度控制相配套的在线经济调度控制EDC 能量管理系统能量管理系统EMS EMS是现代电网调度自动化系统硬件和软件的是现代电网调度自动化系统硬件和软件的 总称，它主要
25、包括总称，它主要包括SCADA、AGC/EDC以及状态以及状态 估计、安全分析、调度员模拟培训等功能。估计、安全分析、调度员模拟培训等功能。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 （省调功能举例）（省调功能举例） （1）实现电网的数据收集、安全监控、安全）实现电网的数据收集、安全监控、安全 分析和优化调度等。分析和优化调度等。 （2）实现自动稳定控制、自动发电控制和自）实现自动稳定控制、自动发电控制和自 动电压控制功能。动电压控制功能。 （3）实时或按周期地对电网频率、电压、联）实时或按周期地对电网频率、电压、联 络线功
26、率控制质量进行统计、分析和提供考核络线功率控制质量进行统计、分析和提供考核 依据。依据。 （4）辅助调度员对所辖电网进行运行调整、）辅助调度员对所辖电网进行运行调整、 操作和事故处理。操作和事故处理。 （5）与上级调度中心和地区调度中心实现计）与上级调度中心和地区调度中心实现计 算机数据通信。算机数据通信。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.1 电网调度自动化 分层控制的优点分层控制的优点 （1）每一级只需完成本级内的信息采集与向上传输，）每一级只需完成本级内的信息采集与向上传输， 将出力与负荷发送到上级，由上级完成调度，下级进将出力与
27、负荷发送到上级，由上级完成调度，下级进 行控制。既减轻上级负担，又加速了控制过程，同时行控制。既减轻上级负担，又加速了控制过程，同时 减少不必要的信息流量。减少不必要的信息流量。 （2）局部的控制系统发生故障一般不会影响其他控制）局部的控制系统发生故障一般不会影响其他控制 部分，紧急状态下可与系统解列。部分，紧急状态下可与系统解列。 （3）大大降低信息流量，减少了对通信系统的投资。）大大降低信息流量，减少了对通信系统的投资。 （4）结构灵活，方便电力系统变更或扩大。）结构灵活，方便电力系统变更或扩大。 总之，采用分层控制后可以使电力系统的监视和总之，采用分层控制后可以使电力系统的监视和 控制更
28、加有效控制更加有效。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.2 电厂自动化 动力机械自动控制系统和自动发电量动力机械自动控制系统和自动发电量 控制系统（控制系统（AGC） 自动电压控制系统（自动电压控制系统（AVC） 主要包括主要包括 相关设备相关设备 火电厂：机炉协调、锅炉自动控制火电厂：机炉协调、锅炉自动控制 水电厂：水轮机、调速器、水轮发电机励磁控制水电厂：水轮机、调速器、水轮发电机励磁控制 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.3 变电站综合自动化 变电站综合自动化是在变电站应用
29、自动控制技术变电站综合自动化是在变电站应用自动控制技术 和信息处理与传输技术，通过计算机硬件系统或和信息处理与传输技术，通过计算机硬件系统或 自动化装置代替人工进行各种运行作业，提高变自动化装置代替人工进行各种运行作业，提高变 电站运行、管理水平的一种自动化系统。电站运行、管理水平的一种自动化系统。 由传统的各功能体系分属独立工作，发展为将微由传统的各功能体系分属独立工作，发展为将微 机监控、微机继电保护和微机远动功能等进行统机监控、微机继电保护和微机远动功能等进行统 一综合。一综合。 微机监控微机监控微机继电保护微机继电保护微机远动装置微机远动装置 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院
30、自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.2.4 配电站自动化 配电是电力系统直接面向用户的功能，是电力系配电是电力系统直接面向用户的功能，是电力系 统的重要组成部分。主要任务：统的重要组成部分。主要任务： （1）保证配电网重要用户供电，控制负荷。）保证配电网重要用户供电，控制负荷。 （2）随时掌握配电网运行状态，及时调整。）随时掌握配电网运行状态，及时调整。 （3）及时调整无功功率补偿设备的运行，保证符合供）及时调整无功功率补偿设备的运行，保证符合供 电电压质量。电电压质量。 （4）降低配电线路的线路功耗，提高经济性。）降低配电线路的线路功耗，提高经济性。 我国配电自动化的三种基本功能模
31、式：我国配电自动化的三种基本功能模式： （1）就地控制的馈线自动化。）就地控制的馈线自动化。 （2）集中监控模式的配电自动化。）集中监控模式的配电自动化。 （3）集中监控模式的配电自动化与配电管理相结合的）集中监控模式的配电自动化与配电管理相结合的 模式。模式。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.3 电力系统自动化发展趋势 1.3.1 控制理论的应用控制理论的应用 智能控制、各种智能方法、辨识、建模、在线监控等智能控制、各种智能方法、辨识、建模、在线监控等 技术的应用。技术的应用。 1.3.2 数字化电力系统的概念与架构数字化电力系统的概念
32、与架构 数字电力系统（数字电力系统（DPS），是指对某一世纪运行的电力系），是指对某一世纪运行的电力系 统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环 保指标、人员状况、科技活动等数字地、形象化地和保指标、人员状况、科技活动等数字地、形象化地和 实时地描述与再现。实时地描述与再现。 有了数字化电力系统，就可以不断地对电力系统的安有了数字化电力系统，就可以不断地对电力系统的安 全稳定性进行再评估、再调整、以达到最佳的安全运全稳定性进行再评估、再调整、以达到最佳的安全运 行状态。行状态。 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院
33、邮箱：邮箱：sx_ 1.3 电力系统自动化发展趋势 大区域电力系统结构大区域电力系统结构 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.3 电力系统自动化发展趋势 数字电力系统数字电力系统 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.3 电力系统自动化发展趋势 1.3.3 新技术与新趋势新技术与新趋势 （1）全面的自动化。）全面的自动化。 （2）现代控制理论的应用，多级系统模型，）现代控制理论的应用，多级系统模型， 自动化水平更高、更智能，规模更大。自动化水平更高、更智能，规模更大。 （3）由开环监测向闭环控
34、制。）由开环监测向闭环控制。 （4）由高电压等级到低电压等级。）由高电压等级到低电压等级。 （5）由单个部件向区域及全系统。）由单个部件向区域及全系统。 （6）由单一功能向全面功能。）由单一功能向全面功能。 电力系统自动化（Automation of Power System ） 讲师：孙晓讲师：孙晓 单位：自动化与电子工程学院单位：自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱： sx_ 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 上节回顾 什么是电力系统？ 1.1.1 电力系统运行控制的特点 1.1.2 电力系统运行控制目标 1.2.1 电网调度自动化 1.2.2
35、 电厂自动化 1.2.3 变电站综合自动化 1.2.4 配电自动化 1.3 电力系统自动化发展趋势 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 第二章 电力调度自动化SCADA技术 2.1 电力调度自动化系统结构 2.1.1 信息采集和命令执行子系统 2.1.2 信息传输子系统 2.1.3 信息收集处理与控制子系统 2.1.4 人机联系子系统 2.2 电量参数信息采样方式与算法设计 2.2.1 电量信号变换器原理与传感器 2.2.2 直流采样方式原理 2.2.3 交流采样方式与算法 2.3 电力系统自动化数据采集系统 2.4 电力自动化SCADA系统设计
36、实例 SCADA计算监测中心计算监测中心 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2.1 电力调度自动化系统结构 发电厂发电厂 变电站变电站 信息采集和命信息采集和命 令执行子系统令执行子系统 信息传输信息传输 子系统子系统 信息收集、处信息收集、处 理、控制理、控制 子系统子系统 人机联系人机联系 子系统子系统 远动终端远动终端 采集采集执行执行 四遥：遥测、四遥：遥测、 遥信、遥控、遥信、遥控、 遥调遥调 上传上传下达下达 模拟传输系模拟传输系 统统 数字传输系数字传输系 统统 核心核心 相关设备相关设备 前前 置置 机机 后后 台台 处处 理理
37、 机机 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2.2 电量参数信息采样方式与算法设计 2.2.1 -1. 电量信号变换原理 传感器传感器 变送器变送器 被测信号被测信号 统一电信号统一电信号A/D转换转换 数字量数字量 0V50V 0V200V 05V02047 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2.2.1-1. 电量信号变换原理 标度变换)( 0 0 0 0 NX NN YY YY m m 标度变换通常由子程序完成，表示为二进制数，显示为十进制标度变换通常由子程序完成，表示为二进制数，显示为十进制
38、 图图2.2 标度变换示意图标度变换示意图 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2.2.1-2. 电量传感器 进行电参数的准确检测是实现电力自动化的重要保证 （1） 霍尔基本效应原理霍尔基本效应原理 霍尔电势：霍尔电势：BIK d BIR E CH CH H 霍尔电流、电压传感器霍尔电流、电压传感器光学电流、电压传感器光学电流、电压传感器 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ (2) 霍尔电流传感器 基本霍尔电流传感基本霍尔电流传感 器原理图器原理图 2 1 0 11 10 BBl HdlNI r )
39、(10 2 0 11 T l NI B r 2 11 10 NIKB G 2 11 10 NIIKKE cGHH12 KIU =1/KG 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ (2) 霍尔电流传感器 零磁通霍尔电流传零磁通霍尔电流传 感器原理图感器原理图 I1通过通过N1补偿电流补偿电流I2磁通磁通2 21 2211 NINI 输出：输出：Rx两端电压两端电压 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 霍尔电流传感器特点 可以测量任意波形的电流参数 线性度优于0.1%，全量程满足线性要求 动态性能好 工作频
40、带宽 过载能力强，可靠性高 (2) 霍尔电流传感器 （3）霍尔电压传感器）霍尔电压传感器 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2）光学电流、电压传感器 （1）光学电流传感器）光学电流传感器 法拉第磁光效应原理图法拉第磁光效应原理图 （2）光学电压传感器）光学电压传感器 dlHV L 旋转角度：旋转角度：全电流定律全电流定律VidlHV L 光源光源起偏器起偏器法拉第传感头法拉第传感头检偏器检偏器磁检测电路磁检测电路 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ （2）光学电压传感器 BGO晶体晶体 电场电场
41、光光 线性电光效应示意图线性电光效应示意图 最大最大 相位差相位差： Eln 41 3 0 2 被测电压被测电压U U U U d l n 41 3 0 2 半波电压半波电压 ln d U 3 041 2 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ （2）光学电压传感器 光源光源起偏器起偏器 I0I 检偏器检偏器光强检测光强检测 BGO晶体晶体 电场电场 相位调制相位调制 相调相调 幅调幅调 干涉光强：干涉光强： 2 sin 2 0 II 线性化线性化 )sin1 ( 2 1 ) 42 (sin 0 2 0 III U U sin)1 ( 2 1 0 U
42、 U II 被测电压与干涉光强近似为线性关系被测电压与干涉光强近似为线性关系 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2.2.2 直流采样方式原理 交流模拟量交流模拟量 电量变送器电量变送器 直流模拟量直流模拟量 A/D转换器转换器 数字数字 量量 有效有效 值值 交流电流变送器交流电流变送器 交流电压变送器交流电压变送器 微机电量变送器微机电量变送器 电量变送器电量变送器 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1）交流电流变送器 图图2.10 交流电流变送器原理图交流电流变送器原理图 主讲：孙晓主讲：孙
43、晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2）交流电压变送器 图图2.12 交流电压变送器原理图交流电压变送器原理图 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 3）微机电量变送器 图图2.13 微机电量变送器结构框图微机电量变送器结构框图 采样定理：采样定理： max 2 s 电力系统自动化（Automation of Power System ） 讲师：孙晓讲师：孙晓 单位：自动化与电子工程学院单位：自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱： sx_ 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_
44、上节回顾 电力系统调度自动化系统结构电力系统调度自动化系统结构 发电厂发电厂 变电站变电站 信息采集和命信息采集和命 令执行子系统令执行子系统 信息传输信息传输 子系统子系统 信息收集、处信息收集、处 理、控制理、控制 子系统子系统 人机联系人机联系 子系统子系统 核心核心 电量参数信息采样方式与算法设计电量参数信息采样方式与算法设计 电量信号变换原理与传感器电量信号变换原理与传感器直流采样方式原理直流采样方式原理 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 本节课主要内容 2.2.3 交流采样方式与算法 一点采样算法 多点算法 全周波傅里叶算法 2.3
45、 电力系统自动化数据采集系统 2.3.1 模拟量信号采集 多路切换开关（MUX） 程控放大器 采样保持器（S/H） 模/数转换器（A/D） 模拟量的处理 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2.2.3 交流采样方式与算法 交流采样交流采样 一点采样算法一点采样算法 多点算法多点算法 全周波傅里叶算法全周波傅里叶算法 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 1.一点采样算法 222 3 1 cabcab uuuU 电压有效值电压有效值 电流有效值电流有效值 222 3 1 cba iiiI 单相有功功率单
46、相有功功率)()()( 9 1 accacbbcbaab iiuiiuiiuP 单相无功功率单相无功功率)( 33 1 bcaabccab iuiuiuQ acca cabc baab uuu uuu uuu 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 2.多点算法 电压有效值电压有效值 T dtu T U 0 2 1 电流有效值电流有效值 T dti T I 0 2 1 N i i u N U 1 2 1 N i i i N I 1 2 1 有功功率有功功率 无功功率无功功率 TT uidt T pdt T P 00 11 N i iii u T P
47、1 1 2222 )(PUIPSQ 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 3.全周波傅里叶算法 u（t）三角形式）三角形式 )sincos( 2 )( 0 tnutnu u tu bnan 式中：式中： 2 2 0 )( 2 T T dttu T u 2 2 ,.)3 , 2 , 1( ,cos)( 2 T Tan ntdtntu T u 2 2 ,.)3 , 2 , 1( ,sin)( 2 T Tbn ntdtntu T u N K Kan N nKu N u 1 2 cos 2 N K Kbn N nKu N u 1 2 sin 2 T 2 主
48、讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 每周期采样六点 3.全周波傅里叶算法 )(2)( 6 1 ) 6 12 cos 6 10 cos 6 8 cos 6 6 cos 6 4 cos 6 2 cos( 6 2 6 2 cos 6 2 365421 654321 6 1 1 uuuuuu uuuuuu Kuu K ka )( 6 3 ) 6 12 sin 6 10 sin 6 8 sin 6 6 sin 6 4 sin 6 2 sin( 6 2 6 2 sin 6 2 5421 654321 6 1 1 uuuu uuuuuu Kuu Kb 2 1 2
49、 1bam UUU 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 3.全周波傅里叶算法 i（t）三角形式）三角形式 )sincos( 2 )( 0 tnitni i ti bnan 式中：式中： T 2 2 2 0 )( 2 T T dtti T i ,.)3 , 2 , 1( ,cos)( 2 2 2 ntdtnti T i T Tan ,.)3 , 2 , 1( ,sin)( 2 2 2 ntdtnti T i T Tbn N K Kan N nKi N i 1 2 cos 2 N K Kbn N nKi N i 1 2 sin 2 主讲：孙晓主讲：孙
50、晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 3.全周波傅里叶算法 每周期采样六点每周期采样六点 )(3)(2)( 6 1 2 cos 6 2 243651 6 1 1 iiiiii N Kii K Ka )( 6 3 2 sin 6 2 5421 6 1 1 iiii N Kii K Kb 2 1 2 1bam III 主讲：孙晓主讲：孙晓 自动化与电子工程学院自动化与电子工程学院 邮箱：邮箱：sx_ 3.全周波傅里叶算法 )sin(),cos( 11 mbma UUUU )sin(),cos( 11 mbma IIII 基频电压、基频电流向量图基频电压、基频电流向量图
