1、North China Electric Power University第一讲 绪论马 静Office:J5B309Tel:North China Electric Power University2/432022-6-22 第一章 绪论 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。North China Electric Power University3/432022-6-22电力系统的构成电力系统North China Electric Power University4/432022-6-22电力系统的构成热负荷电力网络电力网络110KV110KVGG锅炉G核堆GG
2、水库G锅炉G锅炉G锅炉G锅炉G锅炉GMMMM380/220V380/220V380/220V380/220V6KV6KV10KV10KV3 35 5K KV V110KV110KV110KV110KV500KV500KV直流直流+500KV+500KV220KV220KV水库电力系统示意图电力系统示意图电力系统电力系统动力系统动力系统North China Electric Power University5/432022-6-22电力系统的构成l 电力流：电力流：由高压设备（如发电机、变压器、输由高压设备（如发电机、变压器、输电线路以及其它配电装置）构成（一次系电线路以及其它配电装置）构成（
3、一次系统），实现电能的转化和变换、电能传输、统），实现电能的转化和变换、电能传输、分配、使用分配、使用 。l信息流：信息流：由传感器、通信网络和计算机构成由传感器、通信网络和计算机构成的，旨在电力系统可靠、稳定、安全和经济的，旨在电力系统可靠、稳定、安全和经济运行的监控、保护、自动控制、调度自动化运行的监控、保护、自动控制、调度自动化等（二次系统）。等（二次系统）。l货币流：货币流：电能的市场行为交易活动。电能的市场行为交易活动。 North China Electric Power University6/432022-6-22电力系统的构成电力信息系统电力信息系统电力交易系统电力交易系统G
4、M发18KV 输500KV 变110KV 配10KV 用0.4KV发18KV 输500KV 变110KV 配10KV 用0.4KV动态电力系统动态电力系统现代电力系统现代电力系统由电力流、信息流、货币流由电力流、信息流、货币流构成构成North China Electric Power University7/432022-6-22电力系统的构成-电厂及机组North China Electric Power University8/432022-6-22电力系统的构成-500kV变电站North China Electric Power University9/432022-6-22电力系统
5、的构成-电力变压器North China Electric Power University10/432022-6-22电力系统的构成-架空线路及电缆避 雷 线导 线绝 缘 子杆 塔North China Electric Power University11/432022-6-22电力系统的构成-企业用户North China Electric Power University12/432022-6-22电力系统的构成-变电站监控中心North China Electric Power University13/432022-6-22中国电力系统及其互联运行（现状）世界最大的同步互联电网西电
6、东送、三峡核心南直北交、链式同步东北东北华北华北华东华东华中华中西藏西藏台湾台湾西北西北新疆新疆南方南方山东山东川渝川渝福建福建North China Electric Power University14/432022-6-22中国电力系统及其互联运行（2020年）NorthChinaSouth ChinaNortheastTaiwanNorthwest陕北煤电陕北煤电陕北陕北蒙西煤电蒙西煤电IIII石家庄石家庄北京东北京东济南济南豫北豫北420420280280240240460460340340100100360360晋东南晋东南徐州徐州淮南煤电淮南煤电徐州煤电徐州煤电330330280
7、280雅龙江梯级雅龙江梯级金沙江金沙江I I期期金华金华川西水电川西水电170170无锡无锡南阳南阳300300170170260260150150 上海西北上海西北100100杭北杭北芜湖芜湖290290440440长沙长沙荆州荆州恩施恩施乐山乐山360360300300川西水电川西水电蒙西煤电蒙西煤电IVIV天津天津南昌南昌唐山唐山青岛青岛120120300300250250300300450450福州福州400400南京南京200200240240300300沿海核电沿海核电沿海电源沿海电源150150蒙西煤电蒙西煤电I I宁夏煤电宁夏煤电蒙西煤电蒙西煤电IIIIII晋中煤电晋中煤电驻马
8、店驻马店武汉武汉沿海核电沿海核电220220270270300300300300锡盟煤电锡盟煤电I I锡盟煤电锡盟煤电IIII480480480480连云港连云港沿海核电沿海核电280280160160300300晋中晋中重庆重庆300300450450晋东南煤电晋东南煤电呼盟煤电呼盟煤电沿海核电沿海核电沿海核电沿海核电金沙江金沙江IIII期期沈阳沈阳三峡地下电站三峡地下电站上海西南上海西南安西安西永登永登拉西瓦拉西瓦白银白银兰州东兰州东西宁西宁宁东宁东官亭官亭蒙西蒙西 锡盟锡盟LegendAC 500kVAC 500kV800kV800kVAC 1000kVAC 1000kVAC 750kV
9、AC 750kV张掖张掖雅安雅安西安东西安东靖边靖边蒙西煤电蒙西煤电V V400400470470400400220220260260100100晋东南煤电晋东南煤电IIII300300银川东银川东哈密电厂哈密电厂哈密二、三厂哈密二、三厂远东（俄）远东（俄）滁州滁州泰州泰州1401404504501701702702707070270270130130150150赣州赣州泉州泉州380380410410170170雅江水电雅江水电平凉乾县渭北东南郊乌鲁木齐主网乌鲁木齐主网360360温州温州280280East ChinaCentral ChinaTibetYunnanNorth China
10、Electric Power University15/432022-6-22电力系统运行的基本要求电力系统运行的基本特点电力系统运行的基本特点 (1) 电能不能大量存贮，产、送、配、用同时进行电能不能大量存贮，产、送、配、用同时进行“同时性同时性”(2) 受扰动后过渡过程非常短促受扰动后过渡过程非常短促“瞬时性瞬时性”(3) 与国民经济、人民生活、社会稳定关系极为密切，供电的无与国民经济、人民生活、社会稳定关系极为密切，供电的无 计划（突然）中断带来的后果十分严重计划（突然）中断带来的后果十分严重“密切性密切性” 电力系统运行的基本要求电力系统运行的基本要求(1) 保证安全可靠供电保证安全可
11、靠供电运行安全性运行安全性/供电可靠性供电可靠性 (2) 保证符合要求的电能质量保证符合要求的电能质量(3) 保证良好的经济性保证良好的经济性 (4) 合理利用一次能源、保护环境、保证电力和国民经济稳定、合理利用一次能源、保护环境、保证电力和国民经济稳定、 协调和可持续发展协调和可持续发展 North China Electric Power University16/432022-6-22世界大停电上个世纪上个世纪60年代进入大电网互联年代进入大电网互联时代后，大停电事故频繁发生。时代后，大停电事故频繁发生。North China Electric Power University17/43
12、2022-6-22美加2003年“8.14”大停电事故l停电前l停电后North China Electric Power University18/432022-6-22美加2003年“8.14”大停电事故North China Electric Power University19/432022-6-22美加2003年“8.14”大停电事故纽约一篇漆黑，布什一脸无奈，与纽约一篇漆黑，布什一脸无奈，与911并提并提North China Electric Power University20/432022-6-222008年中国南方冰灾North China Electric Power U
13、niversity21/432022-6-22电力系统工作状态l 正常工作状态正常工作状态:n电力系统的电压和频率电流等都在允许的范围以电力系统的电压和频率电流等都在允许的范围以内，能够保持长期安全工作的状态。内，能够保持长期安全工作的状态。n等约束（等约束（PQ平衡）和不等约束条件平衡）和不等约束条件(IUF等等)都满都满足最关键的指标：足最关键的指标：Ue10%, f0.2Hzl 不正常状态：不正常状态：正常运行条件受到破坏，但还未发生正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。故障。等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。l 故障状态故障状态（继电保护考
14、虑，本课程不考虑。）（继电保护考虑，本课程不考虑。）North China Electric Power University22/432022-6-22电力系统状态不正常运行状态l不正常运行状态：不正常运行状态：正常运行条件受到破坏，正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。等约束条件满足，部分不但还未发生故障。等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。等约束条件不满足。n负荷潮流越限致使电流升高（过负荷）；负荷潮流越限致使电流升高（过负荷）；n突然甩负荷引起发电机频率升高；突然甩负荷引起发电机频率升高；n系统出现有功功率缺额引起的频率降低；系统出现有功功率缺额引起的频率降低；n单相接地引起的非接
15、地相电压升高；单相接地引起的非接地相电压升高；n电力系统发生振荡；电力系统发生振荡；l不正常运行状态产生的后果：不正常运行状态产生的后果：电力设备的电电力设备的电流过大会使设备载流部分和绝缘材料的温度流过大会使设备载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，可能发不断升高，加速绝缘的老化和损坏，可能发展成短路故障。展成短路故障。 North China Electric Power University23/432022-6-22电力系统不正常运行状态对策l 不正常运行状态的对策：不正常运行状态的对策：一旦电力系统设备发生不一旦电力系统设备发生不正常运行状态，应该发出告警信号、减负
16、荷或跳闸。正常运行状态，应该发出告警信号、减负荷或跳闸。l 正常状态和大部分的不正常状态可以由以下措施予正常状态和大部分的不正常状态可以由以下措施予以调节和控制：以调节和控制：n1）有功、无功的潮流和电压、频率的调整）有功、无功的潮流和电压、频率的调整 调整发电机出力、变压器分接头、负荷等调整发电机出力、变压器分接头、负荷等n2）自动化装置）自动化装置 备用电源自动投入（备自投）、自动准同期装置、备用电源自动投入（备自投）、自动准同期装置、自动按低频（低压）减载、自动解列、过电压检测等。自动按低频（低压）减载、自动解列、过电压检测等。 依赖于自动化依赖于自动化(自动装置和自动化系统自动装置和自
17、动化系统)North China Electric Power University24/432022-6-22电力系统自动化定义l定义：定义：电力系统自动化指采用各种具有自动电力系统自动化指采用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系检测、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个元件、局统和数据传输系统对电力系统各个元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、协调和控制，以保证电力系统安全经济运行协调和控制，以保证电力系统安全经济运行和具有合格的电能质量。和具有合格的电能质量。l因历史原因被分成三部分：因历史原因被分
18、成三部分：继保、远动、自继保、远动、自动化，目前普遍意义上讲自动化是不包括继动化，目前普遍意义上讲自动化是不包括继保、远动部分（含通信），本课程也是如此。保、远动部分（含通信），本课程也是如此。North China Electric Power University25/432022-6-22发电自动控制发电自动控制控 制 对 象自动控制装置控制信息测量信息North China Electric Power University26/432022-6-22电力系统自动化作用电力系统自动化是现代电力系统安全可靠和经济运行电力系统自动化是现代电力系统安全可靠和经济运行的重要保证的重要保证. .
19、 l 保证安全可靠运行保证安全可靠运行 n包括：输变电设备的正常操作、故障的快速切除和恢复，包括：输变电设备的正常操作、故障的快速切除和恢复，均通过自动装置才能保证安全、可靠。均通过自动装置才能保证安全、可靠。 l 保证经济运行保证经济运行 n最少的一次能源产生更多的电力。电力系统的经济优化调最少的一次能源产生更多的电力。电力系统的经济优化调度运行，降低网损等，没有自动化系统的参与是很难实现。度运行，降低网损等，没有自动化系统的参与是很难实现。l 保证优质电能保证优质电能n暂态电能质量暂态电能质量n稳态电能质量稳态电能质量: 电压偏差、频率偏差电压偏差、频率偏差,波形畸变（谐波）波形畸变（谐波
20、）,三三相不平衡度相不平衡度,电压波动闪变电压波动闪变North China Electric Power University27/432022-6-22电力系统自动化的发展阶段(1)l1、手工阶段、手工阶段 n电力工业萌芽阶段，电厂小，就近供电。在发电电力工业萌芽阶段，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。机、开关设备旁就近监视设备和手工调节操作。n特点：单独运行，就近供电、手工操作。特点：单独运行，就近供电、手工操作。 l2、简单自动装置阶段、简单自动装置阶段 n用电设备增多、发电设备规模扩大，对电能质量用电设备增多、发电设备规模扩大，对电能质量和安全可靠性提
21、出了要求，开始出现单一功能的和安全可靠性提出了要求，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、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。发电机自动调压和调速等。n 特点：电能质量要求、单一的电力自动装置。特点：电能质量要求、单一的电力自动装置。North China Electric Power University28/432022-6-22电力系统自动化的发展阶段(2)l3、 传统调度中心阶段传统调度中心阶段 n出现互连电网，保证供电可靠性和经济性的必然出现互连电网，保证供电可靠性和经济性的必然选择。电网设立调度中心，统一调度电厂和处理选择。电网设
22、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。电网的异常和事故。电话是通信联络的主要方式。 n特点：电网互连、统一调度、电话通信。特点：电网互连、统一调度、电话通信。l4 、现代调度的初级阶段、现代调度的初级阶段 n出现远动装置，实现出现远动装置，实现“四遥四遥”，满足实时调度的，满足实时调度的要求。要求。 n特点：远动四遥、实时调度。特点：远动四遥、实时调度。 North China Electric Power University29/432022-6-22电力系统自动化的发展阶段(3)l 5、 综合自动化阶段综合自动化阶段 n电力工业成为必不可少的支柱产业，
23、电网规模快速扩大，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。调自动完成指定的功能。 n特点：装置互连，信息共享。特点：装置互连，信息共享。l 6、未来自动化、未来自动化 ?n “smart”? n 遥视遥视,图像识别等技术图像识别等技术?n大范围（空间和时间）内的综合优
24、化大范围（空间和时间）内的综合优化?North China Electric Power University30/432022-6-22综合自动化l综合自动化综合自动化远动和远动和通信装置通信装置电力系统电力系统信息信息电力系统电力系统自动装置自动装置信息处理信息处理数学模型数学模型控制决策控制决策YX,YCYX,YCYK,YTYK,YTNorth China Electric Power University31/432022-6-22电力系统自动化的特点特点：特点：North China Electric Power University32/432022-6-22电力系统自动化的特点计
25、算机、通讯，测量传感，控制技术等各种技计算机、通讯，测量传感，控制技术等各种技术在电力系统中的应用。术在电力系统中的应用。l理论要求高理论要求高n较多地应用如下知识：设备原理，电工原理、电较多地应用如下知识：设备原理，电工原理、电机学、电力系统稳态机学、电力系统稳态/暂态分析、经济调度等等。暂态分析、经济调度等等。l综合性科学综合性科学n电工、电机、电子、电力系统、数学、计算机、电工、电机、电子、电力系统、数学、计算机、通信理论、新技术、新材料的应用等，这些学科通信理论、新技术、新材料的应用等，这些学科的发展都促进了电力系统自动化的发展。的发展都促进了电力系统自动化的发展。实现在自动装置和自动
26、化系统中实现在自动装置和自动化系统中North China Electric Power University33/432022-6-22电力系统自动化的主要内容l 按管理区域分n电网调度自动化(发电输电，配电) n发电厂自动化(火电厂，水电厂，其他电厂)n变电站自动化 l 按自动控制角度n频率和有功控制n电压和无功控制n断路器的控制n安全自动控制l 基础问题：n数据采集与处理n数据传输（通信） North China Electric Power University34/432022-6-22本课程的主要内容l发电机自动并列装置 l电压与无功功率自动控制（调压器或励磁系统） l频率与有功功率自动控制（调速器） l自动低频减载装置l电网监控与调度自动化 l变电站自动化l配电网自动化l电力系统动态安全评估l电力系统远动lNorth China Electric Power University35/432022-6-22教材与参考书目l教材：杨冠城 主编电力系统自动装置原理l其他参考书目n李先彬等编电力系统自动化n王 葵等编电力系统自动化n张永健等编电网监控与调度自动化 n刘 健等编配电自动化系统n柳永智等编电力系统远动n书籍很多，内容大同小异，书籍很多，内容大同小异，关键是自己掌握思想。关键是自己掌握思想。
