1、North China Electric Power University第一讲 电力系统自动装置和系统软硬件原理North China Electric Power Universitypage22022-10-30 第一章 概述 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 Universitypage32022-10-30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 C
2、hina Electric Power Universitypage42022-10-30电力系统：可怕的超级大系统1882年到现在，120多年过去了。l作用越来越重要了l系统规模越来越大了l新装备和新技术的使用越来越多了l垄断下的机制和规范逐步不存在了l但是,North China Electric Power Universitypage52022-10-30保守如此，脆弱依然上个世纪上个世纪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 Universitypage62022-10-30
3、美加大停电，就发生在昨天North China Electric Power Universitypage72022-10-30电力系统的能力North China Electric Power Universitypage82022-10-30电力系统的过程+能力0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 Sec.电磁暂态电磁暂态Electromagnetic Switching Transient暂态稳定暂态稳定Transient stability（angle and voltage）系统运行系统运行Power system operation小扰动稳定小扰动稳定Small
4、 signal stability长期电压稳定长期电压稳定Long term voltage stability继电保护范围继电保护范围自动装置范围自动装置范围自动化系统范围自动化系统范围人员操作范围人员操作范围局部功能局部功能系统功能系统功能协调协调North China Electric Power Universitypage92022-10-30课程涉及的内容1 1同步发电机的自动准同期并列同步发电机的自动准同期并列2 2同步发电机励磁控制系统同步发电机励磁控制系统3 3电力系统频率及有功功率调节电力系统频率及有功功率调节4 4变电站综合自动化变电站综合自动化5 5电力系统调度自动化电
5、力系统调度自动化6 6配电网自动化系统与远程抄表配电网自动化系统与远程抄表7 7智能电网与智能变电站智能电网与智能变电站8 8 电力系统自动装置和系统的电力系统自动装置和系统的软硬件原理软硬件原理North China Electric Power Universitypage102022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法1 明确系统的设计任务和要求明确系统的设计任务和要求2 多个系统设计方案比较和选择多个系统设计方案比较和选择3单元电路设计、参数计算、元器件选择
6、单元电路设计、参数计算、元器件选择4 单元电路及系统的计算机仿真单元电路及系统的计算机仿真5 原理图和线路板图的绘制原理图和线路板图的绘制6 系统组装和调试系统组装和调试应用系统的电磁兼容方案应用系统的电磁兼容方案North China Electric Power Universitypage112022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法1 1、明确系统的设计任务和要求、明确系统的设计任务和要求了解系统的性能、指标、内容及技术要求了解系统的性能、指标、内容及技术
7、要求关键技术指标要量化关键技术指标要量化各项设计内容和技术要求落实到设计文档各项设计内容和技术要求落实到设计文档案例：稳压电源的设计案例：稳压电源的设计1、额定指标：、额定指标：功率、电压、电流范围和工作条件功率、电压、电流范围和工作条件（温度、湿度）（温度、湿度）2、质量指标：、质量指标：电压稳定度电压稳定度（负载不变时输入变化导致输出变化）（负载不变时输入变化导致输出变化）负载稳定度负载稳定度（负载变化时输出电压的变化）（负载变化时输出电压的变化）电源内阻电源内阻（输入电压不变时电压与电流变化之比）（输入电压不变时电压与电流变化之比）纹波电压纹波电压（叠加在输出电压上的交流分量）（叠加在输
8、出电压上的交流分量）3、保护和经济技术指标：、保护和经济技术指标：过流、过压、过热保护、效率、功率因过流、过压、过热保护、效率、功率因数数等等North China Electric Power Universitypage122022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法2 2、多个设计方案的比较和选择、多个设计方案的比较和选择 任务分解任务分解,构建单元电路构建单元电路 方案选择的重要任务是针对系方案选择的重要任务是针对系统的统的任务要求任务要求和条件完成系统的和
9、条件完成系统的功能设计功能设计，使设计方案达到，使设计方案达到设计设计合理合理、可靠可靠、功能齐全功能齐全、技术先技术先进进和和性价比高性价比高。案例：稳压电源的设计案例：稳压电源的设计开关电源开关电源？线性电源线性电源？集成电源集成电源？单元电路的分解单元电路的分解North China Electric Power Universitypage132022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法3 3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择、单元电路的设计、参数计算和
10、元器件选择（1 1）单元电路的设计）单元电路的设计 明确各单元电路的任务明确各单元电路的任务 拟订出单元电路的性能指标拟订出单元电路的性能指标 确定前后级电路的关系确定前后级电路的关系 参考成熟的先进电路参考成熟的先进电路North China Electric Power Universitypage142022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法3 3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（2 2）电路参数计算）电路参数计算
11、l 放大电路的增益放大电路的增益l滤波器中各元件参数滤波器中各元件参数l振荡器中各元件数值和频率振荡器中各元件数值和频率v理解掌握电路工作原理理解掌握电路工作原理v正确应用计算方法正确应用计算方法North China Electric Power Universitypage152022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法3 3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3 3）元器件的选择）元器件的选择电阻电阻North Chi
12、na Electric Power Universitypage162022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法3 3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3 3）元器件的选择）元器件的选择电容电容North China Electric Power Universitypage172022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力
13、系统自动装置和系统的设计方法3 3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3 3）元器件的选择）元器件的选择电感电感North China Electric Power Universitypage182022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法3 3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3 3）元器件的选择）元器件的选择二极管二极管North China Electric Power U
14、niversitypage192022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法3 3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择、单元电路的设计、参数计算和元器件选择（3 3）元器件的选择）元器件的选择三极管三极管North China Electric Power Universitypage202022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法4 4
15、、单元电路的计算机仿真、单元电路的计算机仿真North China Electric Power Universitypage212022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法5 5、绘制单元电路的电路原理图和线路板图、绘制单元电路的电路原理图和线路板图North China Electric Power Universitypage222022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理一、一、电力系统自动装置和系统
16、的设计方法电力系统自动装置和系统的设计方法5 5、系统组装和调试、系统组装和调试（1 1）通电前检查）通电前检查（2 2）通电检查）通电检查（3 3）分块调试）分块调试（4 4）系统联调）系统联调6 6、排除故障方法、排除故障方法（1 1）信号跟踪法）信号跟踪法（2 2）对分法）对分法（3 3）电容旁路法）电容旁路法（4 4）开环测试法）开环测试法（5 5）对比替代法）对比替代法North China Electric Power Universitypage232022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、二、电力系统自动装置和系统
17、的电磁兼容技电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术术l 我国电力系统强制规定：安装在变电站的继电保护装置和自我国电力系统强制规定：安装在变电站的继电保护装置和自动装置等必须满足动装置等必须满足快速瞬变干扰试验快速瞬变干扰试验、脉冲群干扰试验脉冲群干扰试验、静电放静电放电试验电试验和和辐射电磁场骚扰辐射电磁场骚扰试验等多项电磁兼容检测试验等多项电磁兼容检测North China Electric Power Universitypage242022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技电力系统自动装置
18、和系统的电磁兼容技术术North China Electric Power Universitypage252022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术术l 形成干扰的三个要素形成干扰的三个要素1 1、电磁干扰源、电磁干扰源3 3、对该干扰能量敏感的接收器、对该干扰能量敏感的接收器2 2、将电磁干扰源传输到接收器的媒介、将电磁干扰源传输到接收器的媒介电磁电磁干扰干扰源源传输通道传输通道接接收收器器North China Electric Power Unive
19、rsitypage262022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术术1 1、在电磁干扰源处采取措施、在电磁干扰源处采取措施电流和电压发生突变的位置通常就是电磁干扰源电流和电压发生突变的位置通常就是电磁干扰源（1 1）电流电流变化大或者大电流工作场合就是产生变化大或者大电流工作场合就是产生电感电感性耦合性耦合噪声的主要根源噪声的主要根源（2 2）电压电压变化大或者大电压工作场合就是变化大或者大电压工作场合就是电容电容性耦合噪声性耦合噪声的主要根源的主要根源（3
20、3）公共）公共阻抗阻抗耦合噪声也是由于变化剧烈的电流在耦合噪声也是由于变化剧烈的电流在公共阻抗公共阻抗上所产生的压降所造成的。上所产生的压降所造成的。North China Electric Power Universitypage272022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术术1 1、在电磁干扰源出采取措施、在电磁干扰源出采取措施North China Electric Power Universitypage282022-10-30第二章第二章 电力系统
21、自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术术2 2、在接收器处采取措施、在接收器处采取措施（1 1）抑制由导线传导的噪声，最常用的方法就是串接滤波器）抑制由导线传导的噪声，最常用的方法就是串接滤波器（2 2）抑制公共阻抗耦合的方法：）抑制公共阻抗耦合的方法：一点接地一点接地、降低公共阻抗降低公共阻抗。（3 3）抑制电容性耦合噪声的最基本方法就是减少与噪声源之间）抑制电容性耦合噪声的最基本方法就是减少与噪声源之间的分布电容：的分布电容：屏蔽罩屏蔽罩、屏蔽板、屏蔽线屏蔽板、屏蔽线（4 4）抑制电感性耦合
22、噪声的方法就是采用电磁屏蔽）抑制电感性耦合噪声的方法就是采用电磁屏蔽North China Electric Power Universitypage292022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理二、二、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术术3 3、在传输通道采取措施、在传输通道采取措施l信号在两根导体之间往返传信号在两根导体之间往返传输就是输就是“差模差模”电压或电流电压或电流l两根导体与地线之间传输就两根导体与地线之间传输就是是“共模共模”电压或电流电压或电流l 常见的方法有常见的方法有变压器耦合
23、变压器耦合隔离和隔离和光电耦合光电耦合隔离隔离North China Electric Power Universitypage302022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理North China Electric Power Universitypage312022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理1 1、微机系统、微机系统 （1
24、1）基于单片机的微机系统）基于单片机的微机系统North China Electric Power Universitypage322022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理1 1、微机系统、微机系统 （1 1）基于单片机的微机系统）基于单片机的微机系统冯冯诺依曼结构诺依曼结构North China Electric Power Universitypage332022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三
25、、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理1 1、微机系统、微机系统 （2 2）基于）基于DSPDSP的微机系统的微机系统North China Electric Power Universitypage342022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理1 1、微机系统、微机系统 （2 2）基于）基于DSPDSP的微机系统的微机系统哈佛结构哈佛结构North China Electric Power Universitypage352022
26、-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理1 1、微机系统、微机系统 （2 2）基于）基于DSPDSP的微机系统的微机系统North China Electric Power Universitypage362022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理工控机工控机North China Electric Power Universitypage
27、372022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理1 1、微机系统、微机系统 （3 3）基于工控机的微机系统）基于工控机的微机系统（1 1）具有丰富的过程输入）具有丰富的过程输入/输出功输出功能能（2 2）实时性强）实时性强（3 3）高可靠性）高可靠性（4 4）环境适应性强）环境适应性强（5 5）丰富的应用软件）丰富的应用软件（6 6）技术综合性高）技术综合性高North China Electric Power Universitypage382022-10-30第
28、二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理1 1、微机系统、微机系统 （3 3）基于工控机的微机系统）基于工控机的微机系统PC104PC104系统系统North China Electric Power Universitypage392022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理2 2、模拟量输入回路、模拟量输入回路North China Electric
29、Power Universitypage402022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理l 抗频率混叠现象抗频率混叠现象l RC RC或或LCLC无源无源滤波器、基于运算放大器的滤波器、基于运算放大器的有源有源滤波器滤波器l 滤波器类型有滤波器类型有巴特沃斯巴特沃斯型、型、契比雪夫契比雪夫型、型、贝塞尔贝塞尔型型2 2、模拟量输入回路、模拟量输入回路North China Electric Power Universitypage412022-10-30第二章第二章
30、 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理North China Electric Power Universitypage422022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理2 2、模拟量输入回路、模拟量输入回路分辨率分辨率精度精度电源灵敏度电源灵敏度转换时间转换时间输出逻辑电平输出逻辑电平工作温度范围工作温度范围量程量程A/DA/D变换器主要有变换器主要有逐次逼近型逐
31、次逼近型、积分型积分型、计数型计数型、并行比较型并行比较型North China Electric Power Universitypage432022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系统自动装置和系统的硬件原理3 3、开关量输入、开关量输入/输出回路输出回路North China Electric Power Universitypage442022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理三、三、电力系统自动装置和系统的硬件原理电力系
32、统自动装置和系统的硬件原理3 3、开关量输入、开关量输入/输出回路输出回路North China Electric Power Universitypage452022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理四、四、电力系统自动装置和系统的软件原理电力系统自动装置和系统的软件原理提高算法运算的精确度提高算法运算的精确度提高算法运算的速度提高算法运算的速度1 1、基于正弦函数模型的算法、基于正弦函数模型的算法半周积分算法半周积分算法tdtIdttISTTsin2)sin(2202022SIsNNkkTiiiS212102121011cossi
33、n)(nnntnbtnat iNorth China Electric Power Universitypage462022-10-30第二章第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理电力系统自动装置和系统的软硬件原理四、四、电力系统自动装置和系统的软件原理电力系统自动装置和系统的软件原理2 2、基、基于周期函数模型的算法一傅氏变换算法于周期函数模型的算法一傅氏变换算法tbtati11111cossin)(111)2sin()(21NkkNkiNa111)()2cos()(2)0(1NkNikNkiiNb221211baI)(111abarctgNoImageNorth China Electric Power Universitypage472022-10-30小结小结1、电力系统自动装置和系统的设计方法、电力系统自动装置和系统的设计方法2、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术3、微机系统和结构、微机系统和结构4、单片机、单片机、DSP系统、工控机系统系统、工控机系统5、模拟量输入、模拟量输入6、开关量输入和输出、开关量输入和输出7、电力系统自动装置和系统的软件算法、电力系统自动装置和系统的软件算法
