电力系统自动化精品课件

1、第一章、概论第一章、概论 1.电力系统自动化的重要性及其发 展历程 2.电力系统自动化的内容 3.电力系统的运行状态及调度控制 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历 程程 一、电力系统的特点一、电力系统的特点 v 电能不能大量储存电能不能大量储存 v 过渡过程非常迅速（过渡过程非常迅速（30万万KM/S） v 电力和国民经济各部门关系密切电力和国民经济各部门关系密切 v 结构复杂而庞大结构复杂而庞大 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 我 国 电 网 介 绍 第一节第一节 电力系统的概念和组成 电力系

2、统为什么要互联并网运行呢？电力系统为什么要互联并网运行呢？ 1.采用高效率大容量机组减少备用容量 2.合理利用动力资源水、火电互补 3.提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强 4.提高运行的经济性装高效率大容量机组、 合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。 第一节第一节 电力系统的概念和组成 全国联网势在必行全国联网势在必行 现在现在： 7个跨省电网，个跨省电网，5个独立省网个独立省网 2015年全国联网：年全国联网： 以三峡电站为中心，东西南北四方向联网以三峡电站为中心，东西南北四方向联网 东西以送电和联网效益并重东西以送电和联网效益并重 南北以获得联网效益为主，兼顾送电南北以获得联网效

3、益为主，兼顾送电 联网方联网方 案：案： 首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆） 中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开 北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发 黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网 南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地 第一节第一节 电力系统的概念和组成 全国联网势在必行全国联网势在必行 北部和中部三纵：北部和中部三纵： 西线：西北与川渝以直流方

4、式相联西线：西北与川渝以直流方式相联 中线：华北与华中以直流背靠背相联中线：华北与华中以直流背靠背相联 东线：山东与华东以直流背靠背相联东线：山东与华东以直流背靠背相联 南部和中部：南部和中部： 提高水电利用容量，减少弃水提高水电利用容量，减少弃水 湖南衡阳到广东韶关湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电交直流输电 三峡到广东的远距离直流输电三峡到广东的远距离直流输电 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 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

5、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、

6、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

7、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。 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限 责任公司；责任公司； 家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐 集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国 电力投资集团公司；电力投资集团公司； 家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、 中国水电工

8、程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司 和中国葛洲坝集团公司。和中国葛洲坝集团公司。 电力体制改革方案：电力体制改革方案： 1(电监会电监会)+2(电网公司电网公司)+5(发电集团发电集团)+4(辅业集团辅业集团) 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 二、电力系统的运行要求二、电力系统的运行要求 最大限度地满足用户的用电要求最大限度地满足用户的用电要求 保证供电的可靠性（保证供电的可靠性（3040倍，分类负倍，分类负 荷）荷） 保证电能质量（电压、频率、波形）保证电能质量（电压、频率、波形）

9、提高电力系统的经济性提高电力系统的经济性 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 三、电力系统自动化的重要性三、电力系统自动化的重要性 由电力系统的特点和运行要求可见对由电力系统的特点和运行要求可见对 电力系统的控制与管理一个大型电力电力系统的控制与管理一个大型电力 系统，使之安全、优质和经济的运行系统，使之安全、优质和经济的运行 是十分困难而艰巨的。仅靠值班人员是十分困难而艰巨的。仅靠值班人员 进行人工监视是无法实现的，必须依进行人工监视是无法实现的，必须依 靠自动装置和设备才能实现。靠自动装置和设备才能实现。 第一节、电力系统自动化的重要性及其

10、发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 四、电力系统自动化的发展阶段四、电力系统自动化的发展阶段 单一功能自动化阶段单一功能自动化阶段 单一功能的自动装置有：故障自动切除装置单一功能的自动装置有：故障自动切除装置 （即继电保护装置，自动切除出现故障的发（即继电保护装置，自动切除出现故障的发 电机、变压器和输电线路等设备）、自动操电机、变压器和输电线路等设备）、自动操 作和调节装置（如断路器自动操作、发电机作和调节装置（如断路器自动操作、发电机 自动调压和自动调速装置等）、远距离信息自动调压和自动调速装置等）、远距离信息 装置（即远动装置）装置（即远动装置） 3、电力系统中各发电厂和

11、变电站之间的自动装置、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置 没有什么联系。没有什么联系。 4、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调 度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识 和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。 1、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成 各自功能各自功能 2、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来 完成自动化的单一功能完成自动化的单一功能 单

12、一功能自动化的特点是：单一功能自动化的特点是： 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程 综合自动化阶段综合自动化阶段 特点是用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套分特点是用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套分 离的自动化系统或装置所完成的工作。离的自动化系统或装置所完成的工作。 电力系统电力系统 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 确定数学确定数学 模型模型 做出控制做出控制

13、决策决策 YX,YC YX,YC YK,YTYK,YT 电力系统电力系统 调度计算机调度计算机 电力系统自动控制系统工作模式图电力系统自动控制系统工作模式图 第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化的内容 电力系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费） 第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化的内容 它是一个能量系统，也称为电工一次系统。电工一次系统它是一个能量系统，也称为电工一次系统。电工一次系统 中的电力设备常被称为一次设备中的电力设备常被称为一次设备 在电力系统中还有对电工一次系统进行监视、控制、保护、在电力

14、系统中还有对电工一次系统进行监视、控制、保护、 调度所需的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备调度所需的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备 等组成辅助系统。这是一个信息系统，也称为电工二次系统等组成辅助系统。这是一个信息系统，也称为电工二次系统 电工二次系统中的设备（或装置）被称为二次设备（装置）电工二次系统中的设备（或装置）被称为二次设备（装置） 电力系统自动化是电工二次系统的一个组成部分，通常指对电力系统自动化是电工二次系统的一个组成部分，通常指对 电力设备及系统的自动监视、控制和调度。电力设备及系统的自动监视、控制和调度。 第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化

15、的内容 一、电力系统自动化的分类一、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 第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化的内容 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

16、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 第三节、电力系统的运行状态及调度控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制 一、电力系统的正常状态和非正常状态一、电力系统的正常状态和非正常状态 正常时满足等式和不等式约束条件正常时满足等式和不等式约束条件 minmax minmax GminGGmax GminGGmax minmax iii iii iii ijijij fff UUU PPP QQQ SSS 不等式约束不等式约束 第三节、电力系统的运行状态及调度控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制 nml GiLjSk i=1j=1k=1 nml GiLj

17、Sk i=1j=1k=1 PPP QQQ 等式约束等式约束 第三节、电力系统的运行状态及调度控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制 二、电力系统运行状态及相应的调度控制二、电力系统运行状态及相应的调度控制 正常状态正常状态 恢复状态恢复状态 系统崩溃系统崩溃 警戒状态警戒状态 紧急状态紧急状态 满足所有约束条满足所有约束条 件，有一定的旋件，有一定的旋 转备用转备用 依然满足约依然满足约 束条件，备束条件，备 用减少很多用减少很多 满足满足 只满足等式约束只满足等式约束 条件，如发生短条件，如发生短 路或者大机组退路或者大机组退 出出 不满足所有约束不满足所有约束 条件，系统解条件，系统解

18、列，切除负荷列，切除负荷 增加机增加机 组出力重组出力重 新并列新并列 第二章、电力系统调度自动化第二章、电力系统调度自动化 1.电力系统调度自动化是如何实现的电力系统调度自动化是如何实现的 2.远动和信息传输设备的配置和功能远动和信息传输设备的配置和功能 3.调度计算机系统及人机联系设备调度计算机系统及人机联系设备 4.电力系统的分层调度控制电力系统的分层调度控制 5.电力系统状态估计电力系统状态估计 第一节、第一节、电力系统调度自动化是如何实现的电力系统调度自动化是如何实现的 电力设备电力设备 自动装置自动装置 调制解调器调制解调器 通信设备通信设备 运行状态运行状态 和参数和参数 控制和

19、控制和 调节命令调节命令 电力设备电力设备 自动装置自动装置 调制解调器调制解调器 通信设备通信设备 运行状态运行状态 和参数和参数 控制和控制和 调节命令调节命令 发电厂发电厂 变电站变电站 通信设备通信设备 调制和解调器调制和解调器 远动终端接口远动终端接口 调度计算机调度计算机 人机联系设备人机联系设备 上层调度中心上层调度中心 调度自动化系统的基本构成调度自动化系统的基本构成 第一节、第一节、电力系统调度自动化是如何实现的电力系统调度自动化是如何实现的 电力系统调度自动化的功能有电力系统调度自动化的功能有 电力系统监视和控制电力系统监视和控制 电力系统状态估计电力系统状态估计 电力系统

20、安全分析和安全控制电力系统安全分析和安全控制 电力系统稳定控制电力系统稳定控制 电力系统实时负荷预测电力系统实时负荷预测 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 电力系统潮流优化电力系统潮流优化 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 电力系统经济调度控制电力系统经济调度控制 电力系统负荷管理电力系统负荷管理 第二节、远动和信息传输设备的配置和功能第二节、远动和信息传输设备的配置和功能 参考参考电力系统远动原理电力系统远动原理，在此不再详述，在此不再详述 第三节、调度计算机系统及人机联系设备第三节、调度计算机系统及人机联系设备 一、调度计算机系统：一

21、、调度计算机系统： 完成信息处理和加工任务。由计算机硬件、软件和专用接口完成信息处理和加工任务。由计算机硬件、软件和专用接口 组成，由多台计算机组成调度自动化系统时，还有计算机硬组成，由多台计算机组成调度自动化系统时，还有计算机硬 件系统的配置问题。件系统的配置问题。 二、人机联系设备：二、人机联系设备： 交互型的调度员控制台、远方控制台、调度员工作站、模拟交互型的调度员控制台、远方控制台、调度员工作站、模拟 屏以及通用的打印机、程序员终端等。屏以及通用的打印机、程序员终端等。 第四节、电力系统的分层调度控制第四节、电力系统的分层调度控制 集中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息集

22、中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息 都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电 力系统进行调度控制。力系统进行调度控制。 分层调度控制就是把全电力系统的监视控制任务分配给属于分层调度控制就是把全电力系统的监视控制任务分配给属于 不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任 务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递 所需信息。所需信息。 分层调度与集中调度相比，它的优点是：便于协调控制；提分层调度

23、与集中调度相比，它的优点是：便于协调控制；提 高系统可靠性；改善系统响应高系统可靠性；改善系统响应 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

24、电厂、 水电厂和核电厂水电厂和核电厂 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 第四节、电力系统的分层调度控制第四节、电力系统的分层调度控制 各级调度中心的控制和管理任务：各级调度中心的控制和管理任务： 大区电网调度中心（网调）：大区电网调度中心（网调）： 1.区网负荷预测、安排系统结构和发电计划区网负荷预测、安排系统结构和发电计划 2.频率频率有功功率控制、经济运行调度控制有功功率控制、经济运行调度控制 3.区主网枢纽点电压监视和无功功率控制区主网枢纽点电压监视和无功功率控制 4.区网安全监视、预防事故分析和校正控制区网安全监视、预防事故分

25、析和校正控制 5.区网正常操作和事故处理区网正常操作和事故处理 6.区网检修计划区网检修计划 7.调度记录、统计业务调度记录、统计业务 第四节、电力系统的分层调度控制第四节、电力系统的分层调度控制 省调度中心（省调）：省调度中心（省调）： 1.省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所 属发电厂发电计划属发电厂发电计划 2.省主网和省主网和110kv系统枢纽点电压监视和无功控制系统枢纽点电压监视和无功控制 3.省主网和省主网和110kv系统安全监视和控制系统安全监视和控制 4.不影响区网的局部性正常操作和事故处理不影响区网的局部性正常操

26、作和事故处理 5.管理范围内的网损计算和检修计划管理范围内的网损计算和检修计划 6.水库调度、水电厂发电计划水库调度、水电厂发电计划 7.调度记录报告（对上级）、统计业务调度记录报告（对上级）、统计业务 第四节、电力系统的分层调度控制第四节、电力系统的分层调度控制 地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其 附近子厂、站得控制和信息传递）：附近子厂、站得控制和信息传递）： 1.局部局部110KV系统枢纽点电压监视和控制系统枢纽点电压监视和控制 2.局部局部110KV系统安全监视和控制系统安全监视和控制 3.局部局部110KV系统正常

27、操作和事故处理系统正常操作和事故处理 4.管理范围内的网损计算和检修计划管理范围内的网损计算和检修计划 5.对所属供电局的业务联系对所属供电局的业务联系 6.统计业务统计业务 第五节、电力系统状态估计第五节、电力系统状态估计 参考电力系统分析，在此不再详述。参考电力系统分析，在此不再详述。 第三章、电力系统频率和有功功率自动控制第三章、电力系统频率和有功功率自动控制 1.1.电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性 9.9.电力系统自动调频方法和自动发电控制电力系统自动调频方法和自动发电控制 10.10.电力系统经济调度电力系统经济调度 6.6.同步同步发电机组调速

28、系统的数学模型发电机组调速系统的数学模型 7.7.电力系统频率和有功功率自动控制的原理电力系统频率和有功功率自动控制的原理 8.8.联合电力系统的频率和有功功率控制联合电力系统的频率和有功功率控制 5.5.数字电液调速器数字电液调速器 4.4.模拟电气液压调速器模拟电气液压调速器 3.3.机械液压调速器的基本原理机械液压调速器的基本原理 2.2.发电机组调速控制的基本原理发电机组调速控制的基本原理 第一节第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性 一、电力系统频率控制的必要性一、电力系统频率控制的必要性 1、频率对电力用户的影响、频率对电力用户的影响 电力系统

29、频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得 电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。有些电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。有些 产品产品(如纺织和造纸行业的产品如纺织和造纸行业的产品)对加工机械的转速要求很对加工机械的转速要求很 高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。 系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确 性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工

30、作。这对一些重 要工业和国防是不能允许的。要工业和国防是不能允许的。 电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导 致其所带动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正致其所带动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正 常运行。常运行。 2、频率对电力系统的影响、频率对电力系统的影响 频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿 命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，的电力系统， 当频率降低到当频率降低到45Hz附近时，某些汽轮

31、机的叶片可能发生共振附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振 而断裂，造成重大事故。而断裂，造成重大事故。 频率下降到频率下降到4748Hz时，由异步电动机驱动的送风机、吸时，由异步电动机驱动的送风机、吸 风机、给水泵、循环水泵和磨媒机等发电厂厂用机械的出力风机、给水泵、循环水泵和磨媒机等发电厂厂用机械的出力 随之下降，使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使随之下降，使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使 火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时 制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程制止，就会在短时间内使电力系

32、统频率下降到不能允许的程 度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停 电，甚至使整个系统瓦解电，甚至使整个系统瓦解 第一节第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性 在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。 当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆 停止运行。停止运行。 电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增 加，使

33、异步电动机和变压器的无功损耗增加，引起系统电压加，使异步电动机和变压器的无功损耗增加，引起系统电压 下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势 下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压 水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现电压快速而不水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现电压快速而不 断地下降，即所谓电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面断地下降，即所谓电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面 积停电，甚至使系统瓦解积停电，甚至使系统瓦解。 第一节第一节 电力系统频率和

34、有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性 1、维持电力系统频率在运行范围之内、维持电力系统频率在运行范围之内 2、提高电力系统运行地经济性、提高电力系统运行地经济性 3、保证联合电力系统地协调运行、保证联合电力系统地协调运行 电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应 该统一考虑并协同控制。该统一考虑并协同控制。 二、电力系统有功功率控制的必要性二、电力系统有功功率控制的必要性 第一节第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性 第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基

35、本原理 一、发电机组单机运行时调速控制的基本原理一、发电机组单机运行时调速控制的基本原理 发电机组是指发电机及其原动机组成的整体，也称为机组。发电机组是指发电机及其原动机组成的整体，也称为机组。 机组步并网而单独运行时，发电机端交流正弦电压的频率和机组步并网而单独运行时，发电机端交流正弦电压的频率和 机组转速的关系为机组转速的关系为 60 Pn f 式中式中 f发电机频率，发电机频率，HZ P发电机转子的极对数；发电机转子的极对数； n机组转速，机组转速，r/min。 由上式可知，要控制发电机频率就得控制机组转速。由上式可知，要控制发电机频率就得控制机组转速。 （31） 第二节、发电机调速控制

36、的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理 （一）同步发电机组转子运动方程（一）同步发电机组转子运动方程 TG 2 T G d d kg m rad/s rad s s N m N m 3-2 3-2JJMM t J t M M 式中 机组转子的转动惯量， 机组转子的机械角加速度， 机组转子的机械角速度，/ 时间， 原动机（汽轮机或水轮机）产生的机械转矩， 发电机的电磁转矩， 式（）称为机组转子运动方程式，其中忽略了转子转动的风阻力和摩擦损耗。 （） 第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理 e 2 ke kee 2 e ke TG 2 e ee e B e B ke

37、TG ee 2W1 W3-2 2 2Wd 3-3 d P P 3-3 2Wd 3-4 Pd JJ MM t M M MM t 当机组以额定转速运行时，转子中贮存的动能为 所以 = 代入（），得 （） 取额定功率为功率的基准值，额定转速为转速的基准值 则转矩的基准值为 将式（）两边同时除以，得 （） 第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理 e e ke TG ee ke ee e P 3-4 PP 2Wdd T Pdd 2W T3 5 P Ts J J J MM tt 由电机学可知，发电机的机械角速度 、电角速度 和极对数 的关系为 ， 代入式（）可得 = （- ） 式

38、中 发电机组的惯性时间常数，； 发电机组角速度的标幺值。 所以要研究机组的调速控 TG MM制问题，必须研究转矩和。 第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理 （二）原动机的机械转矩（二）原动机的机械转矩MT和发电机的电磁转矩和发电机的电磁转矩MG 水轮机的机械转矩由水流对叶片的作用形成，其大小决定于水轮机的机械转矩由水流对叶片的作用形成，其大小决定于 水头水头H、导水叶开度、导水叶开度和机械转速和机械转速n n等。等。 汽轮机的机械转矩由高温、高压蒸汽对汽轮机叶片的作用力汽轮机的机械转矩由高温、高压蒸汽对汽轮机叶片的作用力 形成，大小与进入汽轮机的蒸汽压力、调节气阀的

39、开度和机形成，大小与进入汽轮机的蒸汽压力、调节气阀的开度和机 组转速有关。组转速有关。 发电机的电磁转矩是发电机定子对转子的作用力矩，方向与发电机的电磁转矩是发电机定子对转子的作用力矩，方向与 转子转动方向相反，是阻力矩。发电机的电磁转矩与电磁功转子转动方向相反，是阻力矩。发电机的电磁转矩与电磁功 率成正比，电磁功率等于发电机所带负荷的有功功率。当发率成正比，电磁功率等于发电机所带负荷的有功功率。当发 电机频率变化时，发电机所带负荷的有功功率也随着变化，电机频率变化时，发电机所带负荷的有功功率也随着变化， 发电机的电磁转矩也变化。发电机的电磁转矩也变化。 第二节、发电机调速控制的基本原理第二节

40、、发电机调速控制的基本原理 2 L0 Le1 Le2 LeLe 2 L0 Le1 Le2 LeLe e Beee ee P3-6 P3-7 3 8 PP P P3-9 PP n n n n aPaP faP faPf aPaP naP naP n MMM M M M 根 据 发 电 机 负 荷 功 率 与 频 率 的 关 系 （ ） 考 虑 到 机 组 转 速 的 标 幺 值 和 频 率 的 标 幺 值 相 等 (） 又 有 （- ） （ ） 进 一 步 考 虑 到 机 组 的 转 速 不 会 偏 离 额 定 2 G0 Le1 Le2 LeLe P3-8 3-10 n n M MaPaP na

41、P naP n 转 速 太 多 ， 可 认 为， 代 入 （ ） 可 得 （） 第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理 （三）发电机组调速系统的调节原理（三）发电机组调速系统的调节原理 M 0 n MT1 MT2 MG1 MG2 a b c nanbnc 负荷减小时负荷减小时 改变原动机改变原动机 的出力后的出力后 第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理 二、机组并网运行的转速调节二、机组并网运行的转速调节 发电机并入电网运行时，如果这台机组的容量与电力系统的发电机并入电网运行时，如果这台机组的容量与电力系统的 容量相比是微不足道的容量相比是

42、微不足道的(单机并入无穷大系统就属于这种情单机并入无穷大系统就属于这种情 况况)，那么系统的频率就不会因为这台机组的有功功率变化而，那么系统的频率就不会因为这台机组的有功功率变化而 变化，这一特性可用下图曲线变化，这一特性可用下图曲线1表示。表示。 0 f，nf1 MT，PG MT1 MT2 a b PGa PGb 增加原动机出力增加原动机出力 1 第三节第三节 机械液压调速器的基本原理机械液压调速器的基本原理 第四节第四节 模拟电气液压调速器模拟电气液压调速器 第五节第五节 数字电气液压调速器数字电气液压调速器 第六节第六节 同步发电机组调速系统的数学模型同步发电机组调速系统的数学模型 一、

43、原动机的传递函数一、原动机的传递函数 （一）汽轮机的传递函数（一）汽轮机的传递函数 THIL HHRHHRHCD HCD HRH T RH T T T 111111 W ( ) 111111 1 W ( ) 1 1 W ( ) 1 SKKK T ST STST STSTS TT K TS S TS S T S T 中间再热式汽轮机的传递函数为： 实际应用时常简化，可假定、均等于零，则可得到中间再热式 汽轮机调速系统分析与设计时常用的汽轮机传递函数为： 对于凝汽式汽轮机，可以将其看成一阶惯性环节，产递函数为： 为汽容时间常数，一般020.3s为 第六节第六节 同步发电机组调速系统的数学模型同步发

44、电机组调速系统的数学模型 （二）水轮机的传递函数（二）水轮机的传递函数 0WT T 0W 0 W 0W 0 W T W 1() () ()1+0.5 1 1 () 1+0.5 q TSPS GS Y Sq TS q T q TS q TS GS TS 水 轮 调 速 系 统 常 用 的 水 轮 机 传 递 函 数 为 ： 为 水 轮 机 稳 定 运 行 时 的 相 对 流 量 ； 为 引 水 系 统 水 流 惯 性 时 间 常 数 。 描 述 了 引 水 系 统 的 水 锤 影 响 。 在 额 定 工 况 下 运 行 的 水 轮 机 ， 第六节第六节 同步发电机组调速系统的数学模型同步发电机组

45、调速系统的数学模型 二、发电机和负荷的传递函数二、发电机和负荷的传递函数 p TL Ke TLp L e Ke p e p L ( )1 W ( ) 2W ( )( )1 2W 1 K F S S P SP STS SK P T P K K 经过一定的简化处理，发电机和负荷的传递函数可写为： 为时间常数 为放大系数 第六节第六节 同步发电机组调速系统的数学模型同步发电机组调速系统的数学模型 三、调速器的传递函数三、调速器的传递函数 其传递函数框图为其传递函数框图为 I PD S PID 1 1 K KKS ST S 调 节 器 机 液 随 动 系 统 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控

46、制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 现代电力系统中并联运行的发电机组台数很多，负现代电力系统中并联运行的发电机组台数很多，负 荷的数量就更多，且分布在辽阔的地理区域之内。荷的数量就更多，且分布在辽阔的地理区域之内。 不难想象，控制如此庞大的电力系统，使频率满足不难想象，控制如此庞大的电力系统，使频率满足 要求、功率分布得经济合理是一项十分复杂得工要求、功率分布得经济合理是一项十分复杂得工 作。为了使问题简化并突出主要矛盾，在分析电力作。为了使问题简化并突出主要矛盾，在分析电力 系统频率和有功功率自动控制时系统频率和有功功率自动控制时 ，常将电力系统内，常将电力系统内 并联运行

47、得所有机组用一台等效机组代替；将电力并联运行得所有机组用一台等效机组代替；将电力 系统内所有负荷用一个等效负荷代替；然后使用发系统内所有负荷用一个等效负荷代替；然后使用发 电机组单机带负荷运行时频率和有功功率控制得基电机组单机带负荷运行时频率和有功功率控制得基 本原理和方法进行分析和计算。本原理和方法进行分析和计算。 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 一、电力系统负荷得静态频率特性一、电力系统负荷得静态频率特性 0 1 2 2 L0Le1Le2LeLe 012 L 012 L 12n 1 n n n e n n n LLee a a

48、a Pa PaPffa Pffea Pffe Paaaafff PP Pfffaaaa 与频率无关的负荷功率所占的比例系数； 分别为与频率的 次方、次访和 次方成 正比的负荷功率所占的比列系数。 ， 负荷的有功功率随着频率而变化得特性叫做负荷的静态频率负荷的有功功率随着频率而变化得特性叫做负荷的静态频率 特性。电力系统负荷功率与频率的关系为特性。电力系统负荷功率与频率的关系为 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 电力系统负荷的静态频率特性曲 线如图所示。可以看出当频率下 降时负荷从系统取用的有功功率 将下；系统频率升高时负荷从系 统取

49、用的有功功率将增加。这种 现象称为电力系统负荷的频率调 节效应，简称负荷调节效应，并 用负荷调节效应系数来衡量负荷 调节作用的大小。 21 LLL123n 23 n KdPdfKaaanafff ； 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 二、电力系统等效发电机组的静态调节特性 将电力系统内并联运行的所有机将电力系统内并联运行的所有机 组用一台等效发电机组代替，系组用一台等效发电机组代替，系 统等效发电机组也有如图所示的统等效发电机组也有如图所示的 调速系统的静态调节特性。调速系统的静态调节特性。f为系为系 统等效机组的频率，即电力系统统

50、等效机组的频率，即电力系统 的频率；的频率；PG为系统等效机组发出为系统等效机组发出 的有功功率，即电力系统内并联的有功功率，即电力系统内并联 运行的所有机组发出的有功功率运行的所有机组发出的有功功率 的总和。忽略机组的损耗，等效的总和。忽略机组的损耗，等效 发电机组发出的功率发电机组发出的功率PG与等效原与等效原 动机发出的功率动机发出的功率PT相等，相等， 即即PG PT f PG f PG ,PT 0 faa PGa fb b PGb 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 等效机组的调差系数等效机组的调差系数 和和 以及静态调节方

51、程式的以及静态调节方程式的 物理意义与单机调速系统一直。调差系数的倒数称物理意义与单机调速系统一直。调差系数的倒数称 为机组的单位调节功率，即为机组的单位调节功率，即 1 / 1 G G G G MWHz f f P K P K 三、电力系统频率控制的基本原理三、电力系统频率控制的基本原理 （一）、频率的一次调整（一）、频率的一次调整 B f B GD P L P GC P C f C G P L P A f A L Pf L Pf 0 f G Pf 0 f G Pf B f 1 f C f 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 G P

52、 f 0 G A P D （二）频率的（二）频率的 二次调整二次调整 (三三)、调频电厂的选择、调频电厂的选择 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 电力系统中并联运行的发电机组都装有调速器。当系统负荷变电力系统中并联运行的发电机组都装有调速器。当系统负荷变 化时，有可调容量的机组均参与频率的一次调整，而二次调整化时，有可调容量的机组均参与频率的一次调整，而二次调整 只由部分发电厂承担。从是否承担频率的二次调整任务出发，只由部分发电厂承担。从是否承担频率的二次调整任务出发， 可将系统中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂负可将系统

53、中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂负 责全系统的频率调整任务；非调频厂在系统正常运行情况下只责全系统的频率调整任务；非调频厂在系统正常运行情况下只 按调度控制中心预先安排的负荷曲线运行，而不参加频率调按调度控制中心预先安排的负荷曲线运行，而不参加频率调 整。选择调频电厂时，主要考虑下列因素：整。选择调频电厂时，主要考虑下列因素： (1)具有足够大的容量和可调范围；具有足够大的容量和可调范围； (2)允许的出力调整速度满足系统负荷变化速度的要求；允许的出力调整速度满足系统负荷变化速度的要求； (3)符合经济运行原则；符合经济运行原则； (4)联络线上交换功率的变化不致影响系统安全运行。

54、联络线上交换功率的变化不致影响系统安全运行。 水轮发电机组的出力调整范围大，允许出力变化速度快，一水轮发电机组的出力调整范围大，允许出力变化速度快，一 般宜选水电厂担任调频。般宜选水电厂担任调频。 四、电力系统的有功功率控制四、电力系统的有功功率控制 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 （一）电力系统中的有功功率平衡（一）电力系统中的有功功率平衡 （二）并联运行机组间的有功功率分配（二）并联运行机组间的有功功率分配 f PG 0 PG1(f) PG2(f) f1 PG1PG2 PG1PG2 f2 PG1PG2 GG e i G i G

55、 e i 1 i i ii i i Pf P P P f 用标幺值表示的第 台机组的调差系数； 一次调频结束时产生的系统频率 调节偏差。 第 台机组增加的功率； 第 台机组的额定有功功率； 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理 G e GG e 1 *1 GD D G eG e 11 LL SGDrL S G GD D S rrGDeLe 1 m m i ii i ii mm ii ii i f P KP K PP PP KKKKf fK Ki K K KKPP 的求取方法： 第台机组的单位调节功率； 等效机组的单位调节功率； 等效机组

56、的调差系数； 系统的单位调节功率； 系统的热备用，。 第八节第八节 联合电力系统的频率和有功功率控制联合电力系统的频率和有功功率控制 第九节第九节 电力系统自动调频方法和自动发电控制电力系统自动调频方法和自动发电控制 一、电力系统的自动调频方法一、电力系统的自动调频方法 有主导发电机法、虚有差法、积差调节法等有主导发电机法、虚有差法、积差调节法等 二、自动发电控制（二、自动发电控制（AGC） 四个基本目标：四个基本目标： 使电力系统的发电出力和负荷功率相匹配；使电力系统的发电出力和负荷功率相匹配； 将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为

57、额定值； 空盒子区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区空盒子区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区 域内有功功率的平衡；域内有功功率的平衡； 在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。 第十节第十节 电力系统经济调度电力系统经济调度 主要内容有：主要内容有： 各类发电厂的运行特点及其合理组合；各类发电厂的运行特点及其合理组合； 发电设备的经济特性；发电设备的经济特性； 经济调度控制的主要算法；（等微增率算法、梯经济调度控制的主要算法；（等微增率算法、梯 度法、线性规划和动态规划法）度法、线性规划和动态规划法） 火电厂之间的负荷经济分配；火电厂之间的

58、负荷经济分配； 水、火电厂之间的负荷经济分配；水、火电厂之间的负荷经济分配； 电力系统网损及网损微增率。电力系统网损及网损微增率。 第四章第四章 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 1.1.电力系统电压和无功功率控制的必要性电力系统电压和无功功率控制的必要性 2.2.电力系统电压和无功功率控制电力系统电压和无功功率控制 3.3.同步发电机励磁控制系统的主要任务和对它的基本要求同步发电机励磁控制系统的主要任务和对它的基本要求 5.5.比例式励磁控制系统的基本原理比例式励磁控制系统的基本原理 8.8.同步发电机微机励磁控制系统同步发电机微机励磁控制系统 6.6.同步发电机

59、励磁控制系统的静态特性同步发电机励磁控制系统的静态特性 7.7.同步发电机励磁控制系统的动态特性同步发电机励磁控制系统的动态特性 4.4.同步发电机励磁自动控制系统同步发电机励磁自动控制系统 ( (一一) )、电压偏移对电力用户的影响电压偏移对电力用户的影响 负荷负荷用电设备在某时刻从系统中取用的功率用电设备在某时刻从系统中取用的功率 负负 荷荷 类类 型型 异步电动机异步电动机 同步电动机同步电动机 各类电炉各类电炉 整流设备整流设备 电子仪器电子仪器 电灯电灯 第一节第一节 电力系统电压和无功功率控制的必要性电力系统电压和无功功率控制的必要性 一、电力系统电压控制的必要性一、电力系统电压控

60、制的必要性 第一节第一节 电力系统电压和无功功率控制的必要性电力系统电压和无功功率控制的必要性 电力负荷中比重最大的是异步电动机，它的转矩与端电压的平电力负荷中比重最大的是异步电动机，它的转矩与端电压的平 方成正比。如果额定电压时最大转矩为方成正比。如果额定电压时最大转矩为100，当电压下降到，当电压下降到 90时，它的最大转矩将下降到额定电压转矩的时，它的最大转矩将下降到额定电压转矩的81。因此，。因此， 当电压过低时可使电动机拖动能力下降；使绕组温度上升，加当电压过低时可使电动机拖动能力下降；使绕组温度上升，加 速绝缘老化，严重情况下，甚至使电动机烧毁。电压下降时会速绝缘老化，严重情况下，