1、2022-4-1812022-4-1821.1 变电站自动化是技术发展的必然趋势变电站自动化是技术发展的必然趋势 1.2 变电站综合自动化的发展过程变电站综合自动化的发展过程1.3变电站综合自动化与无人值班变电站综合自动化与无人值班2022-4-183l1.1.1 当前电力系统发展的要求当前电力系统发展的要求 i) 全国联网的发展方向，对电力系统的可靠性提出更高要求。全国联网的发展方向，对电力系统的可靠性提出更高要求。国家电力公司陆延昌在国家电力公司陆延昌在2000年全国电网调度工作会议上明确年全国电网调度工作会议上明确指出：坚持全国联网、西电东送、南北互联的发展方向不动摇。指出：坚持全国联网
2、、西电东送、南北互联的发展方向不动摇。并且要做到系统联网，可靠水平不降低。我国水力资源主要集中并且要做到系统联网，可靠水平不降低。我国水力资源主要集中在西部和西南部，这两地区可开发电量占全国在西部和西南部，这两地区可开发电量占全国82.9%；煤炭资源；煤炭资源华北和西北两地区占华北和西北两地区占80%；而负荷中心集中在中部和东部沿海，；而负荷中心集中在中部和东部沿海，这两地区的经济总量占全国这两地区的经济总量占全国82%，电力消费占，电力消费占78%。这种差异，。这种差异，决定了电力工业发展必须实行西电东送、南北互供、全国联网的决定了电力工业发展必须实行西电东送、南北互供、全国联网的战略。战略
3、。要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电厂、要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电厂、变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。 2022-4-184ii) 常规的变电站存在的问题常规的变电站存在的问题 安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需求。安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需求。 不适应电力系统快速计算和实时性要求。不适应电力系统快速计算和实时性要求。 供电质量缺乏科学的保证。供电质量缺乏科学的保证。 不利于提高运行管理水平。不利于提高运行管理水平。 维护工作量大，设备可靠性差。维护工作量大，设备可靠性差。
4、占地面积大，增加征地投资。占地面积大，增加征地投资。2022-4-1851.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了有利的条件化提供了有利的条件 变电站自动化技术的发展过程与相关学科变电站自动化技术的发展过程与相关学科的发展密切相关。变电站自动化发展过程有三的发展密切相关。变电站自动化发展过程有三个阶段：个阶段：(1) 变电站分立元件的自控装置阶段。变电站分立元件的自控装置阶段。 *电磁式的自动装置电磁式的自动装置 *晶体管式的自动装置晶体管式的自动装置 *集成电路式的自动装置集成电路式的自动装置2022-4-186(2) 微处理器为核心的智能自动装置阶
5、段。微处理器为核心的智能自动装置阶段。 计算机工业的发展，尤其是计算机工业的发展，尤其是20世纪世纪70年代年代微处理器的问世和微计算机技术的迅速发展，微处理器的问世和微计算机技术的迅速发展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。 这阶段厂站自动化的特点：形成变电站内这阶段厂站自动化的特点：形成变电站内的的 自动化孤岛。自动化孤岛。(3) 变电站综合自动化的发展，全面促进变电变电站综合自动化的发展，全面促进变电站技术水站技术水平和运行管理水平的提高。平和运行管理水平的提高。2022-4-1871.2.1 国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站
6、综合自动化的早期发展概况 国外变电站自动化的研究工作始于国外变电站自动化的研究工作始于20世纪世纪70年代。年代。70年年代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置都是微机型的。都是微机型的。变电站综合自动化的研究工作，于变电站综合自动化的研究工作，于70年代中、后期开始。年代中、后期开始。1975年由关西电子公司和三菱电气有限公司合作，研究配年由关西电子公司和三菱电气有限公司合作，研究配电变电站数字控制系统。电变电站数字控制系统。1979年年9月完成样机，称为月完成样机，称为SDCS-1型，型，12月在变电站安装运行，月在变电站安装运
7、行，1980年开始商品化生产。年开始商品化生产。 SDCS-1型由型由13台微机组成。如台微机组成。如图图1.2.1，它具有对一个，它具有对一个77kV/6.6kV的配电变电站的全部保护和控制功能。该变电的配电变电站的全部保护和控制功能。该变电站具有站具有3台变压器，台变压器，4回回77kV进线，进线，36回回6.6kV馈电线路。馈电线路。2022-4-188图1.2.1 SDCS1结构方框图 1.2.1 国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站综合自动化的早期发展概况2022-4-189SDCS1按功能分为按功能分为3个子系统：个子系统： （1）继电保护子系统）继电保护子系统（2）测量子
8、系统）测量子系统（3）控制子系统）控制子系统80年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越来越多，例如，德国西门子公司、来越多，例如，德国西门子公司、ABB公司、公司、AEG公公司、司、GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的变电站自动化产品。变电站自动化产品。1995年西门子公司的变电站自动年西门子公司的变电站自动化系统化系统LSA678在我国已有十多个工程。在我国已有十多个工程。 国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就十分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调十
9、分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调。2022-4-18101.2.2 我国变电站自动化的发展过程我国变电站自动化的发展过程我国变电站综合自动化的研究工作始于我国变电站综合自动化的研究工作始于8080年代中期。年代中期。19871987年清年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统。该系统由该系统由3 3台微机组成，其系统结构如台微机组成，其系统结构如图图1.2.21.2.2。19871987年在山东威海年在山东威海望岛变电站成功地投入运行。望岛变电站是一个望岛变电站成功地投入运行。望岛变电站是一个35kV/1
10、0kV35kV/10kV城市变城市变电站，有电站，有2 2回回35kV35kV进线，进线，2 2台主变，台主变，8 8回回10kV10kV出线，出线，2 2组电容器。该系组电容器。该系统担负全变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等统担负全变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等任务。按功能分为任务。按功能分为3 3个子系统个子系统：（：（1 1）安全监控子系统；（）安全监控子系统；（2 2）微机）微机保护子系统；（保护子系统；（3 3）电压、无功控制子系统。）电压、无功控制子系统。 这是我国第一个变电站综合自动化系统，其成功的投入运行，这是我国第一个变电站综合自动化系统，
11、其成功的投入运行，证明了我国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国证明了我国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国情的变电站综合自动化系统。情的变电站综合自动化系统。 9090年代中期后，综合自动化系统迅速发展年代中期后，综合自动化系统迅速发展。随着微机技术的不随着微机技术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济效益和社会效益，断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济效益和社会效益，吸引全国许多用户和科研单位和高等院校，因此变电站综合自动化吸引全国许多用户和科研单位和高等院校，因此变电站综合自动化系统到系统到9090年代，成为热门话题。年代，成为热门话题。202
12、2-4-18111.2.2 我国变电站自动化的发展过程我国变电站自动化的发展过程图图1.2.2 变电站微机监测、保护综合控制系统框图变电站微机监测、保护综合控制系统框图2022-4-18121.3 变电站综合自动化与无人值班变电站综合自动化与无人值班l1.3.1国外无人值班的发展简况无人值班的发展简况l 西欧、北美、日本等发达国家的绝大多数变电站，西欧、北美、日本等发达国家的绝大多数变电站，包括许多包括许多500kV、380kV的变电站也都实行无人值班。的变电站也都实行无人值班。例如：巴黎，例如：巴黎，1985年建立新一代的计算机自动管理系年建立新一代的计算机自动管理系统，所有统，所有225/
13、20kV变电站都由调度中心集中控制。调变电站都由调度中心集中控制。调度室可掌握所有度室可掌握所有225/20kV变电站及变电站及20kV主网络运行状主网络运行状况，当电网发生事故时，调度中心可以直接进行必要况，当电网发生事故时，调度中心可以直接进行必要的处理，使受停电影响的用户迅速恢复供电。与此同的处理，使受停电影响的用户迅速恢复供电。与此同时也出现一批无人值班或少人值班的大、中小型水电时也出现一批无人值班或少人值班的大、中小型水电站，例如，到站，例如，到1980年止，意大利年止，意大利ENEL公司的公司的474个水个水电站中，无人值班达电站中，无人值班达408个，法国个，法国EDF公司公司4
14、50个水电个水电站中，有站中，有403个无人值班占个无人值班占90%。 2022-4-18131.3.2国内无人值班的发展简况无人值班的发展简况. .早期的无人值班变电站没有自动化功能。只适合不重要早期的无人值班变电站没有自动化功能。只适合不重要的的35KV变电站。变电站。 2. 20世纪世纪60年代，进入了远方监视的无人值班阶段。年代，进入了远方监视的无人值班阶段。 3. 20世纪世纪80年代后期，无人值班技术又上了一个台阶。促年代后期，无人值班技术又上了一个台阶。促进了调度自动化实用化的深入开展和电网调度管理水平进了调度自动化实用化的深入开展和电网调度管理水平的提高。的提高。 4. 国家电
15、力调度通信中心于国家电力调度通信中心于1993年年12月月28日发布了调自日发布了调自 1994 2号文件号文件关于在地区电网中实施变电站遥控和无关于在地区电网中实施变电站遥控和无人值班的意见人值班的意见。该文件明确指出实行变电站遥控和无。该文件明确指出实行变电站遥控和无人值班是可行的，是电网调度管理的发展方向，并明确人值班是可行的，是电网调度管理的发展方向，并明确指出各单位要积极稳妥地开展此项工作，要根据当地的指出各单位要积极稳妥地开展此项工作，要根据当地的实际情况，因地制宜，统筹安排，综合考虑，做好规划实际情况，因地制宜，统筹安排，综合考虑，做好规划，逐步实施。根据需要有些地区可考虑新建变
16、电站一步，逐步实施。根据需要有些地区可考虑新建变电站一步到位，即按无人站设计建设，尤其是地区变电站到位，即按无人站设计建设，尤其是地区变电站 。该文。该文件对全国无人值班变电站的建设起了很大的推动作用。件对全国无人值班变电站的建设起了很大的推动作用。2022-4-1814(1) 国民经济发展形势的需要国民经济发展形势的需要 不仅发达地区、人口密集经济发展的地区需要发展不仅发达地区、人口密集经济发展的地区需要发展无人值班变电站；人口密度少、经济不甚发达的边远无人值班变电站；人口密度少、经济不甚发达的边远地区，发展无人值班也很重要。地区，发展无人值班也很重要。(2) 提高运行的可靠性，减少误操作率
17、。提高运行的可靠性，减少误操作率。(3) 提高经济效益和劳动生产率提高经济效益和劳动生产率(4) 降低变电站建设成本降低变电站建设成本 。2022-4-1815（1）提高了变电站的安全、可靠运行水平。）提高了变电站的安全、可靠运行水平。（2）提高电力系统的运行、管理水平和技术水平）提高电力系统的运行、管理水平和技术水平（3）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。资。（4）提高供电质量，提高电压合格率，降低电能）提高供电质量，提高电压合格率，降低电能损耗。损耗。（5）减少维护工作量。由于综合自动化系统中的）减少维护工作量。由于综合自动化系统中的 微机保
18、护装置和自动装置，都具有故障自诊断功微机保护装置和自动装置，都具有故障自诊断功能，装置内部有故障，能自动显示故障部位，缩能，装置内部有故障，能自动显示故障部位，缩短了维修时间短了维修时间 。2022-4-18162.1 变电站自动化系统的内涵2.2 监控子系统2.3 继电保护子系统2.4 电能量计量子系统 2.5 自动控制子系统2.6 谐波分析与监视功能 2.7 变电站综合自动化系统的通信功能2.8 变电站综合自动化系统的特点 2022-4-1817 20世纪 80年代和年代和90年代中期，国内都把上述功能的系统称年代中期，国内都把上述功能的系统称为变电站综合自动化系统，以区别于只有局部功能的
19、自动化。为变电站综合自动化系统，以区别于只有局部功能的自动化。国外发表的文章也称国外发表的文章也称“综合自动化综合自动化”，或一体化的变电站控制，或一体化的变电站控制与保护。与保护。 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）根据国际上变电站自动化系统发）根据国际上变电站自动化系统发展的情况，于展的情况，于1997年国际大电网会议（年国际大电网会议（CIGRE）WG 34.03工工作组在作组在“变电站内数据流的通信要求变电站内数据流的通信要求”报告中，提出了报告中，提出了“变电变电站自动化站自动化”（SA，Substation Automation）和）和“变电站自动化变电站自动化系统系统”（S
20、AS，Substation Automation System）两个名词。此）两个名词。此名词被国际电工委员会的名词被国际电工委员会的TC 57技术委员会（即电力系统通信技术委员会（即电力系统通信和控制技术委员会）在制定的和控制技术委员会）在制定的IEC 61850（即变电站通信网络（即变电站通信网络和系统）标准中采纳。我国从和系统）标准中采纳。我国从20世纪世纪80年代中、后期以来，习年代中、后期以来，习惯称之为惯称之为“变电站综合自动化变电站综合自动化”和和“变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统”。在在IEC 61850变电站通信网络标准中，对变电站自动化系变电站通信网络标准中，对变电
21、站自动化系统（统（SAS）的定义为：变电站自动化系统就是在变电站内提供）的定义为：变电站自动化系统就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化。包括通信基础设施在内的自动化。2022-4-1818 2000年中国电力出版社出版的年中国电力出版社出版的变电站综合自动术变电站综合自动术一书中指出了变电站综合自动化的含义是将变电站的二一书中指出了变电站综合自动化的含义是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的重新组合和优化设计，利置和远动装置等）经过功能的重新组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子
22、技术、信号处理技术和用先进的计算机技术、现代电子技术、信号处理技术和通信技术、实现对全变电站的主要设备和输、配电线路通信技术、实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站自动化系统，是利通信等综合性的自动化功能。变电站自动化系统，是利用多台微型计算机（包括单片机等）和大规模集成电路用多台微型计算机（包括单片机等）和大规模集成电路组成的分级分布式的自动化系统，它以微计算机为基础，组成的分级分布式的自动化系统，它以微计算机为基础，实现对变电站传统的继电保护、测量手段、控制方式以
23、实现对变电站传统的继电保护、测量手段、控制方式以及通信和管理模式的全面改造。变电站综合自动化系统及通信和管理模式的全面改造。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化、通信网络化等特征。管理智能化、通信网络化等特征。2022-4-1819 2.2.1 数据采集 2.2.2 模拟量的采样方式 2.2.3 数据采集途径 2.2.4 安全监控功能 2.2.5 操作与控制功能 2.2.6 人机联系功能 2.2.7 运行记录功能 2.2.8 对时功能2022-4-1820 （1 1）模拟量的采集）模拟量的采集 （2）开关
24、量的采集开关量的采集 （3 3）事件顺序记录（）事件顺序记录（SOESOE） （4 4）电能量的采集）电能量的采集 2022-4-1821* *电力系统和电厂、变电站中的模拟量有三种类型。电力系统和电厂、变电站中的模拟量有三种类型。* *采样方式采样方式: :一般可分为直流采样和交流采样两种类型。一般可分为直流采样和交流采样两种类型。1. 1. 直流采样直流采样 直流采样是指将现场不断连续变化的模拟量先转换成直直流采样是指将现场不断连续变化的模拟量先转换成直流电压信号，再送至流电压信号，再送至A AD D转换器进行转换；即转换器进行转换；即A AD D转换器转换器采样的模拟量为直流信号。采样的
25、模拟量为直流信号。2. 2. 交流采样交流采样 交流采样是相对直流采样而言，即指对交流电流和交流交流采样是相对直流采样而言，即指对交流电流和交流电压采集时，输入至电压采集时，输入至A AD D转换器的是与电力系统的一次电转换器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率，大小成比例的交流电压信号。如下流和一次电压同频率，大小成比例的交流电压信号。如下页图页图2.12.1。 在交流采样方式中，对于有功功率和无功功率，是在交流采样方式中，对于有功功率和无功功率，是通过采样所得到的通过采样所得到的u u，i ,i ,计算出计算出P P，Q Q。 2022-4-1822图图2.1 2.1 交流电压电流输入
26、通道结构框图交流电压电流输入通道结构框图（a a）电压输入通道（）电压输入通道（b b）电流输入通道）电流输入通道2022-4-18232.2.2.3 2.2.2.3 两种采样方式的比较两种采样方式的比较 1 1直流采样的特点直流采样的特点 2 2交流采样的主要特点交流采样的主要特点2.2.2.4 2.2.2.4 采样定理采样定理 一个随时间连续变化的物理量一个随时间连续变化的物理量f(t)f(t)，如图，如图2.22.2（a a），），经过采样后，得到一系列的脉冲序列经过采样后，得到一系列的脉冲序列f f* *(t)(t)，它是离散的信号，它是离散的信号，被称为采样信号，如图被称为采样信号，
27、如图2.2(c) 2.2(c) 。 根据香农（根据香农（ShannonShannon）定理：如果随时间变化的模拟信）定理：如果随时间变化的模拟信号（包括噪声干扰在内）的最高频率为号（包括噪声干扰在内）的最高频率为f fmaxmax，只要按照采样频，只要按照采样频率率f2 ff2 fmaxmax进行采样，那么所给出的样品系列进行采样，那么所给出的样品系列, ,，就足以代就足以代表（或恢复）表（或恢复）f(t)f(t)了，实际应用中常采用了，实际应用中常采用f(5f(510)f10)fmaxmax。2022-4-1824图图 2.2 2.2 采样过程采样过程2022-4-18251.对采集的模拟量
28、不断进行越限监视，如对采集的模拟量不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信息，同时记发现越限，立刻发出告警信息，同时记录和显示越限时间和越限值，并将越限录和显示越限时间和越限值，并将越限情况远传给调度中心或控制中心。情况远传给调度中心或控制中心。2.2.对微机保护装置和其它各种自动装置的对微机保护装置和其它各种自动装置的工作状态进行监视。工作状态进行监视。3. 3. 将监视结果及时传送给调度中心，并接将监视结果及时传送给调度中心，并接收和执行调度中心下达的各种命令。收和执行调度中心下达的各种命令。 2022-4-1826无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的无论当地操作或远方操作，都应有
29、防误操作的闭锁措施。闭锁措施。 断路器的操作闭锁应包括以下内容断路器的操作闭锁应包括以下内容: : (1 (1）断路器操作时，应闭锁重合闸；）断路器操作时，应闭锁重合闸； （2 2）当地进行操作和远方控制操作，要互相）当地进行操作和远方控制操作，要互相闭锁。闭锁。 （3 3）根据实时信息，自动实现断路器与隔离）根据实时信息，自动实现断路器与隔离开关必要的闭锁操作。开关必要的闭锁操作。 (4)(4)其他其他2022-4-18271. .人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。 2CRT或液晶显示器显示画面的内容或液晶显示器显示画面的内容 （1 1）显示采集和计算的实时
30、运行参数）显示采集和计算的实时运行参数 （2 2）显示实时主接线图）显示实时主接线图 （3 3）事件顺序记录（）事件顺序记录（SOE） （4 4）越限报警显示）越限报警显示 （5 5）值班记录显示）值班记录显示 （6 6）历史趋势显示）历史趋势显示 （7 7）保护定值和自控装置的设定值显示。）保护定值和自控装置的设定值显示。 （8 8）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。 3. 输入数据输入数据 （1 1）TA、TV变比变比 （2 2）保护定值和越限报警定值）保护定值和越限报警定值 （3 3）自控装置的设定值）自控装置的设定值 （4 4）运行人员密
31、码）运行人员密码2022-4-1828 2.2.62.2.6 运行记录功能运行记录功能 对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能打印记录功能: : 定时打印报表和运行日志；定时打印报表和运行日志； 开关操作记录打印；开关操作记录打印； 事件顺序记录打印；事件顺序记录打印； 越限打印；越限打印； 召唤打印；召唤打印； 抄屏打印；抄屏打印； 事故追忆打印。事故追忆打印。 对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行 报表，集中在控制中心打印输出。报表，集中
32、在控制中心打印输出。 2.2.72.2.7 对时功能对时功能配备配备GPSGPS卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。2022-4-18292.3.1 继电保护的基本任务继电保护的基本任务2.3.2 对继电保护对继电保护的基本要求的基本要求2.3.3 微机保护子系统内容微机保护子系统内容2.3.4 微机保护的优越性微机保护的优越性2022-4-1830（1）有选择性地将故障元件从电力系统中快速、）有选择性地将故障元件从电力系统中快速、自动地切除，使其损坏程度减至最轻，并保证自动地切除，使其损坏程度减至最轻，并保证最大限度地迅速恢复系统中无故障部分的正常最大限度地迅
33、速恢复系统中无故障部分的正常运行。运行。（2）反应电气设备的异常运行工况，根据运行）反应电气设备的异常运行工况，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警信号，减负荷或延时跳闸信号。信号，减负荷或延时跳闸信号。（3）根据实际情况，尽快自动恢复停电部分的）根据实际情况，尽快自动恢复停电部分的供电。供电。2022-4-1831 （1）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求的要求 （2）软、硬件结构要相对独立；它的工作不软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其它子系统的影响。受监控系统和其它子系统的影响。 （
34、3）具有故障记录功能）具有故障记录功能 （4）察看）察看和授权修改保护整定值和授权修改保护整定值方便方便 （5 5）具有具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能故障自诊断、自闭锁和自恢复功能 （6）具有对时功能）具有对时功能 （7 7）具有具有通信功能和标准的通信规约。通信功能和标准的通信规约。 2022-4-1832 在变电站综合自动化系统中，微机保护应包括全在变电站综合自动化系统中，微机保护应包括全变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。 2.3.4. 微机保护优越性微机保护优越性 （1）灵活性强）灵活性强（2）稳定性好）稳定性好（3）利用微机的记忆功能，
35、可改善保护性能）利用微机的记忆功能，可改善保护性能（4）体积小，功能全。）体积小，功能全。2022-4-1833 电能量包括有功电能和无功电能。电电能量包括有功电能和无功电能。电能量的采集和管理是变电站综合自动系能量的采集和管理是变电站综合自动系统的重要组成部分。统的重要组成部分。 2.4.1 电能计量装置的发展历程电能计量装置的发展历程2.4.2 变电站自动化系统对电能量计量变电站自动化系统对电能量计量系统的管理模式系统的管理模式2022-4-18342.4.1.1机械式的电能表机械式的电能表 电能表的出现和发展已有电能表的出现和发展已有100多年的历史了。大家最多年的历史了。大家最熟悉的感
36、应式电能表。熟悉的感应式电能表。2.4.1.2 机电式电能表机电式电能表为了解决计算机能对电能量进行采集与处理，最为了解决计算机能对电能量进行采集与处理，最简单的方法是利用电子技术与传统的感应式电能是相简单的方法是利用电子技术与传统的感应式电能是相结合，即对原来感应式的电能表加以改造。结合，即对原来感应式的电能表加以改造。 2.4.1.3 电子式电能表电子式电能表由硬件乘法器完成对由硬件乘法器完成对u ,i相乘得到功率的测量，由于它相乘得到功率的测量，由于它没有传统的电能表上的旋转机构，因此又被称为静止没有传统的电能表上的旋转机构，因此又被称为静止电能表或固态电能表。电能表或固态电能表。202
37、2-4-18352.4.1.4微机型电能表微机型电能表按其原理分，主要有两大类型。按其原理分，主要有两大类型。（1）利用单片机或）利用单片机或DSP（数字信号处理器）为核心，利用高精度的数字信号处理器）为核心，利用高精度的A/D转换器和采样保持器，采集转换器和采样保持器，采集u和和i , 通过软件计算通过软件计算P、Q，以及，以及 kWHkWH和和 kVarHkVarH等量。等量。（2）采用专用的电能芯片和单片机构成的数字电能表）采用专用的电能芯片和单片机构成的数字电能表 这些电能计量专用芯片内含有这些电能计量专用芯片内含有16位、位、18位的高分辨率位的高分辨率A/D转换器，因转换器，因此计
38、量准确度高。此计量准确度高。2.4.1.5 几种特殊功能的新型电能表几种特殊功能的新型电能表（1 1）具有电能计量综合误差自动跟踪补偿功能的多功能电能表）具有电能计量综合误差自动跟踪补偿功能的多功能电能表 （2 2） 基波电能表基波电能表 (3(3） 多功能视在电能表多功能视在电能表 2.4.1.6 软件计算电能量软件计算电能量2022-4-1836 2.4.2.1 设置专用电能质量管理机设置专用电能质量管理机2.4.2.2 串行接口管理模式串行接口管理模式 一般新建的变电站或一般新建的变电站或220kV及以上变电站，多采用微及以上变电站，多采用微机型电能表，它们一般都具有机型电能表，它们一般
39、都具有RS 232/RS 485串行通信串行通信接口，因此可直接将这些电能表利用屏蔽双绞线或同接口，因此可直接将这些电能表利用屏蔽双绞线或同轴电缆组成轴电缆组成RS 485网络。监控机可直接通过串口与电网络。监控机可直接通过串口与电能表的能表的485网相联接，对电能计量进行管理。网相联接，对电能计量进行管理。2.4.2.3 现场总线网络管理模式现场总线网络管理模式 上述串行接口模式接口简单，投资少，但一个上述串行接口模式接口简单，投资少，但一个RS 485网能联接的电能表有限。对于规模较大的变电站，网能联接的电能表有限。对于规模较大的变电站，监控机可以通过现场总线网络，管理各电能表。监控机可以
40、通过现场总线网络，管理各电能表。 2022-4-18372.5.1 变电站的电压、无功综合控制变电站的电压、无功综合控制2.5.2 备用电源自投控制备用电源自投控制2.5.3 低频减负荷控制低频减负荷控制2022-4-18382.5.1.1 电压、无功综合控制的重要性电压、无功综合控制的重要性2.5.1.2 电压、无功综合控制目标电压、无功综合控制目标（1）维持供电电压在规定的范围内）维持供电电压在规定的范围内 500kV(330kV)变电站的变电站的220kV母线母线 正常时，正常时，0 +10%；事故时，；事故时，-5%+10%。 220kV变电站的变电站的35 110kV母线母线 正常时
41、，正常时，-3% +7%；事故时，；事故时， 10%。 配电网的配电网的10kV母线，电压合格范围：母线，电压合格范围：10.0 10.7kV （2）保持电力系统稳定和合适的无功平衡。无功分区、就地平衡的）保持电力系统稳定和合适的无功平衡。无功分区、就地平衡的 原则原则 （3）电压、无功综合控制的手段）电压、无功综合控制的手段 调分接头位置调分接头位置 控制无功补偿设备控制无功补偿设备 两者综合考虑两者综合考虑2022-4-1839MVR型自控装置实现电压、无功综合控制的基本原理（1）根据 （1） 调整分接头位置，即改变变比Kn，使UL -ULN = min nABKUUnABKUUnABKU
42、U2022-4-1840)()()()(222222rsBCBBTSBCBBSxxUQQRjRRUQQPS（2）改变无功补偿，如图2.1所示的网络，高压网络上的损耗（包括变压器损耗）为 )()()()(222222rsBCBBTSBCBBSxxUQQRjRRUQQPSBTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)(
43、)(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()( 投入无功补偿Qc后： 在保证电压满足要求的前提下，根据无功功率QB的大小，合理的控制投、切无功补偿的容量Qc，使变电站与系统所交换的无功（QB -Qc ）最小，就可以使高压网络损耗最小.2022-4-1841l1. 集中控制 l2. 分散控制l3. 关联分散控制l4. 关联分散控制的实现方法l （1）软件实现的方法 l （2）硬件实现的关联分散控制 2.5.1.5微机电压、无功综合控制装置硬件结构2022-4-1842 2022-4-1843 1
44、. 电力系统发生频率偏移原因电力系统发生频率偏移原因2. 电力系统频率降低危害电力系统频率降低危害3. 低频减负荷的控制方式低频减负荷的控制方式 根据配电线路所供负荷的重要程度，分为基本级和根据配电线路所供负荷的重要程度，分为基本级和特殊级两大类。一般低频减载装置基本级可以设定特殊级两大类。一般低频减载装置基本级可以设定5轮轮或或8轮轮。4. 低频减负荷的实现方法低频减负荷的实现方法 采用专用的低频减载装置采用专用的低频减载装置 在线路保护装置中，增加低频切负荷功能在线路保护装置中，增加低频切负荷功能2022-4-1844 5 对低频减载装置的基本要求对低频减载装置的基本要求 (1) 能在各种
45、运行方式且功率缺额的情况下，能在各种运行方式且功率缺额的情况下，有计划的切除负荷，有效地防止系统频率下降有计划的切除负荷，有效地防止系统频率下降危险点以下。危险点以下。 (2)切降的负荷应尽可能少，应防止超调和悬停切降的负荷应尽可能少，应防止超调和悬停现象。现象。 (3)变电站的馈电线路故障或变压器跳闸造成失变电站的馈电线路故障或变压器跳闸造成失压时，低频减载装置应可靠闭锁，不应误动。压时，低频减载装置应可靠闭锁，不应误动。(4)电力系统发生低频振荡或谐谐波干扰时，不应电力系统发生低频振荡或谐谐波干扰时，不应误动误动。2022-4-1845 备用电源自投控制是当电力系统故障备用电源自投控制是当
46、电力系统故障或其它原因导致工作电源消失时，将备或其它原因导致工作电源消失时，将备用电源迅速投入，以恢复对系统的供电，用电源迅速投入，以恢复对系统的供电，因此备用电源自动投入是保证配电系统因此备用电源自动投入是保证配电系统连续可靠供电的重要措施。在变电站中，连续可靠供电的重要措施。在变电站中，常用的备自投控制有进线备自投、母联常用的备自投控制有进线备自投、母联备自投和备用变压器自投等。备自投和备用变压器自投等。2022-4-18462.6.1 正弦波形畸变指标正弦波形畸变指标2.6.2 谐波源分析谐波源分析2.6.3 电力系统谐波监测方法电力系统谐波监测方法2.6.4 电力系统中谐波的抑制电力系
47、统中谐波的抑制2022-4-1847 为定量表示电力系统正弦波形的畸变程度，为定量表示电力系统正弦波形的畸变程度，采用以各次谐波含量及谐波总量大小表示电压采用以各次谐波含量及谐波总量大小表示电压和电流波形的畸变指标。和电流波形的畸变指标。 我国谐波国家标准我国谐波国家标准电能质量公用电网电能质量公用电网谐波谐波（GB/T 14549GB/T 145499393）规定我国公用电网）规定我国公用电网谐波电压的允许值见表谐波电压的允许值见表2-12-1。 2.6.12.6.1 正弦波形畸变指标正弦波形畸变指标2022-4-1848表表2-12-1公用电网谐波电压（相电压）的允许值公用电网谐波电压（相
48、电压）的允许值电压标称电压电压标称电压（KV）电压总畸变率电压总畸变率（%）各次谐波含有率（各次谐波含有率（100%）奇次奇次偶次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.82022-4-1849电网谐波主要来自两大方面：一是输配电系统产生谐波；二是用电设备产生电网谐波主要来自两大方面：一是输配电系统产生谐波；二是用电设备产生谐波。谐波。（1 1）电网的主变压器和配电变压器）电网的主变压器和配电变压器 配电变压器中励磁电流的谐波含量与硅钢片的材料有关。如表配电变压器中励磁电流的谐波含量与硅钢片的材料有关。如表2.2所示。所示。（2）电
49、气化铁路）电气化铁路 电力机车是大谐波源，又是单相大负荷，造成三相负荷不平衡。电力机车是大谐波源，又是单相大负荷，造成三相负荷不平衡。（3） 电弧炼钢炉电弧炼钢炉 炼钢炉电弧电流不规则地急剧变化，使电流波形产生严重畸变，引起电炼钢炉电弧电流不规则地急剧变化，使电流波形产生严重畸变，引起电网电压波形严重畸变。网电压波形严重畸变。（4 4） 家用电器家用电器 家用电器如收音机、电视机、电风扇、空调等都会产生谐波，彩色电视家用电器如收音机、电视机、电风扇、空调等都会产生谐波，彩色电视机产生的谐波比黑白电视机更严重，主要是机产生的谐波比黑白电视机更严重，主要是3，5，7，9次谐波。次谐波。（5）晶体管
50、整流设备）晶体管整流设备 晶闸管整流设备在工矿企业越来越广泛应用，给电网造成大量的谐波。晶闸管整流设备在工矿企业越来越广泛应用，给电网造成大量的谐波。（6） 变频装置变频装置2022-4-1850谐波次谐波次数数HRIn%热轧硅钢片热轧硅钢片冷轧硅钢片冷轧硅钢片1100100315551450505 325251025257 21010 510109 0.52 236 611113 3表表2.2 配电变压器励磁电流中的配电变压器励磁电流中的HRIn。2022-4-1851 表2.3 电视机产生的HR In电视机类别电视机类别HRI1HRI3 HRI5 HRI7 HRI9 HRI11 HRI12
