电力系统自动装置

1、一次系统：一次系统： 由发电机、送电线路、变压器、断路器等，发电、输电、变电、配电等设备由发电机、送电线路、变压器、断路器等，发电、输电、变电、配电等设备组成的系统。它们是电力系统的主体，其功能是将发电机所发出的电能，经过输变电设备，组成的系统。它们是电力系统的主体，其功能是将发电机所发出的电能，经过输变电设备，逐级降压送到配电系统，而后再由配电线路把电能分配到用户。逐级降压送到配电系统，而后再由配电线路把电能分配到用户。二次系统：是由继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化、二次系统：是由继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化、DCS自动控制系统等自动控制系统等组成的系统。二次系统

2、是电力系统不可缺少的重要组成部分，它是实现人与一次系统的联组成的系统。二次系统是电力系统不可缺少的重要组成部分，它是实现人与一次系统的联系监视、控制，使一次系统能安全经济地运行。系监视、控制，使一次系统能安全经济地运行。一次设备一次设备:直接用于生产和使用电能，比控制回路（二次设备）电压高的电气设备直接用于生产和使用电能，比控制回路（二次设备）电压高的电气设备,有发电有发电机（电动机）、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电机（电动机）、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器等线路、电力电缆、电抗器等二次设备：对一次设备进行

3、监察，测量，控制，保护，调节的补助设备，有二次设备：对一次设备进行监察，测量，控制，保护，调节的补助设备，有1 测量表测量表计计2 绝缘监察装置绝缘监察装置3 控制和信号装置控制和信号装置4 继电保护及自动装置，如继电器、自动装置等，继电保护及自动装置，如继电器、自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应异常和事故，然后作用于断路器，进行保护控用于监视一次系统的运行状况，迅速反应异常和事故，然后作用于断路器，进行保护控制。制。5 直流电源设备，如蓄电池组、直流发电机、硅整流装置等，供给控制保护用的直流电直流电源设备，如蓄电池组、直流发电机、硅整流装置等，供给控制保护用的直流电源及用直流负

4、荷和事故照明用电等。源及用直流负荷和事故照明用电等。6 高频阻波器高频阻波器7备自投装置等等备自投装置等等正常运行不等式约束条件：正常运行不等式约束条件：minmaxminmaxminmaxminmaxminmaxiiiGiGiGiGiGiGiijijijfffUUUPPPQQQSSS正常运行等式约束条件：正常运行等式约束条件：111111nmlGiLjSkijknmlGiLjSkijkPPPQQQ 有功电源：发电机 无功电源：并联电容器 同步调相机 同步电动机 静止补偿器有功电源无功电源同步调相机同步电动机静止补偿器 1、正常运行状态：、正常运行状态：满足等式和不等式约束条件，是经济运行调度

5、的基础。 2、警戒状态：、警戒状态：满足等式和不等式约束条件，但不等式约束已经接近上下限以安全调度为主。 3、紧急状态：、紧急状态：不等式约束遭到破坏，等式约束仍能满足，系统仍能同步运行。 4、系统崩溃：、系统崩溃：不等式、等式约束同时不满足，系统将解列成几个独立的小系统。（负荷过大或者电源功率太大） 5、恢复状态：、恢复状态：使崩溃后的若干个小系统向并列的大系统运行状态过渡。电力系统运行状态分类：电力系统运行状态分类：同步发电机组并列的基本要求同步发电机组并列的基本要求（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般应超过待并发电机额定电流的12倍（2）发电机组并入电网后，应能迅

6、速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动发电机的并列操作方式通常分准同期并列和自同期并列两种方法。一般采用准同期并列。发电机的并列操作方式通常分准同期并列和自同期并列两种方法。一般采用准同期并列。发电机在并列合闸前已励磁，当发电机频率、电压相角、电压大小分别和并列点处系统发电机在并列合闸前已励磁，当发电机频率、电压相角、电压大小分别和并列点处系统侧的频率、电压相角、电压大小接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，这侧的频率、电压相角、电压大小接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，这种方式称为种方式称为准同期（正常并列）准同期（正常并列）。自同期（紧急并列）自同期

7、（紧急并列）的方法是：将未励磁、接近同步转速的发电机投入系统，并同时给的方法是：将未励磁、接近同步转速的发电机投入系统，并同时给发电机加上励磁，在原动机力矩、同步力矩等作用下把发电机拖入同步，完成并列操作。发电机加上励磁，在原动机力矩、同步力矩等作用下把发电机拖入同步，完成并列操作。准同期并列理想条件：准同期并列理想条件：,0,0,0GXGXSGXGXGXGXGXGXfffffUUU UUUU GX、发电机电压和系统电压的相角，电气角度chIXUGUU01 1、合闸电压幅值差对并列的影响、合闸电压幅值差对并列的影响并列冲击电流的有效值：并列冲击电流的有效值：GXchqXUUIXXqX 发电机次

8、暂态电抗XX电力系统等值电抗冲击电流的影响：冲击电流的影响：冲击电流为无功分量，不会加重原动机的负担，但会在电枢绕组中产冲击电流为无功分量，不会加重原动机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形。待并发电机冲击电流最大瞬生很大的冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形。待并发电机冲击电流最大瞬时值限制时值限制12倍额定电流以下为宜倍额定电流以下为宜并列冲击电流的最大值：并列冲击电流的最大值：1.8 2chmchiI,GXGXGXffUU2 2、合闸相角差对并列的影响、合闸相角差对并列的影响,GXGXGXffUU0chIGUUXUchIsinsin2sinc

9、os2sin222SGqqqUUUEEE ()()2sin21.82GXchqXqXqchqXchmchUUUIj XXj XXEIXXiIqE 发电机交轴次暂态电势。发电机交轴次暂态电抗Xq冲击电流的影响：冲击电流的影响：相角差较小时，冲击电流主要为有功分量相角差较小时，冲击电流主要为有功分量1)电枢绕组端部受电枢绕组端部受力力变形变形; 2)转轴上受冲击转轴上受冲击转矩转矩的作用的作用,使机轴扭曲变形使机轴扭曲变形;)电枢绕组电枢绕组发热发热。3 3、合闸频率差对并列的影响、合闸频率差对并列的影响,GXGXGXUUff电动机状态吸收功率，应加速，处滞后于即若，处发电机状态发出功率，应制动减

10、速超前于即若UUUUXGXGXGXG.,冲击电流的影响：冲击电流的影响：转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动。拍转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动。拍振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕组发热。振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕组发热。实际使用时，除相许必须一致外，其他条件允许一定误差：实际使用时，除相许必须一致外，其他条件允许一定误差：U不超过不超过10%；相位差不超过；相位差不超过10%；频率偏差不超过；频率偏差不超过0.2%-0.5%（0.1-0.25Hz)。恒定越前时间：恒定越前时间：发电机与系统电压在频率和相角基本相同的情况下（不能完全

11、相同），发电机与系统电压在频率和相角基本相同的情况下（不能完全相同），在发电机电压与在发电机电压与系统电压的相角差系统电压的相角差 为零之前一个恒定时间为零之前一个恒定时间，向发电机断路器发出闭合信号，将发电机，向发电机断路器发出闭合信号，将发电机并入电力系统。这个越前时间等于发电机断路器的并入电力系统。这个越前时间等于发电机断路器的标称合闸时间标称合闸时间。调速器：机械液压调速器电气液压调速器（电液调速器）模拟电液调速器数字电液调速器0恒定越前时间自动准同期并列矢量示意图恒定越前时间自动准同期并列矢量示意图恒定越前一个恒定时间的目的：使合闸瞬间恒定越前一个恒定时间的目的：使合闸瞬间GUXGX

12、USUj01GX简化调速系统框图（机械液压调速器原理图中时因为凸肩略大于油路）模调上为各环节器件作用下为功率测量环节霍尔元件原理特点：反应速度快，但只能做到有差控制特点：反应速度快，但只能做到有差控制特点：可以做到无差控制，且能对联络线功率进行特点：可以做到无差控制，且能对联络线功率进行监视和调整监视和调整一次调节一次调节电力系统有功分量电力系统有功分量电厂带基荷电厂调峰电厂调频电厂调频方法恒定频率控制（FFC)恒定交换功率控制（FTC）频率联络线功率偏差控制（TBC)经济调度（经济调度（EDC)原则：各个运行机组或电厂（水、火）间按“等微增率”分配负荷若是发电厂间，需计及线损，则有电力系统的

13、无功功率控制：电力系统的无功功率控制： 电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额定电压时消耗的无功功率总和，维持电力系统电压的总体水平在额定值附近；其次是无功功率的优化控制，优化的内容有两个： 负荷所需的无功功率让哪些无功功率电源提供最好，即无功电源的最优分布无功电源的最优分布问题问题； 负荷所需的无功功率是让已投入运行的无功电源供给好，还是装设新的无功电源更好，即无功功率的优化补偿问题无功功率的优化补偿问题。1）无功电源的最优分布）无功电源的最优分布 无功电源最优分布准则：等网损微增率 nimjLjGiGnGnGGGGQQQQQQPQQQPQQQP

14、1122110111111其中， 是(有功)网损微增率， 是无功损耗微增。第一式是等网损微增率准则，第二式是无功功率平衡关系式。1GQP1GQQ例题4-1两发电厂联合向一个负荷供电，如图，Z1=0.10+j0.40, Z2=0.04+j0.08。设发电厂母线电压为1；负荷功率SL=PL+jQL=1.2+j0.7，有功部分由两发电厂平均分摊，试确定无功功率的最优分布。 SLZ1Z2P1+jQ1P2+jQ212解：按题意有功、无功功率损耗为解：按题意有功、无功功率损耗为04. 0)(10. 0)(22222121222222122121QPQPrUQPrUQPP08. 0)(40. 0)(2222

15、2121222222122121QPQPxUQPxUQPQ计算各网损微增率计算各网损微增率1120. 0QQP2208. 0QQP1180. 0QQQ2216. 0QQQ由网损微增率公式得：由网损微增率公式得：22111111QQQPQQQP代入数据得：代入数据得：221116.0108.080.0120.0QQQQ由无功功率平衡关系式：由无功功率平衡关系式：mjLjniGiQQQ110021QQQQL代入数据得：代入数据得：0)6 . 0(08. 0)6 . 0(40. 070. 022221221QQQQQ1=0.248 Q2=0.6882）无功负荷的最优补偿）无功负荷的最优补偿无功负荷的最优补偿包括最优补偿容量、最优补偿设备的分布和补偿顺序的选择等问题。属于电力系统规划设计范畴。无功负荷最优补偿准则：最优网损微增率max)(cGiKQPmax 为单位电能损耗的价格 为全网最大负荷小时数 上式为最优网损微增率。当装设的补偿容量使上式成立使取得经济效益最大；而装设补偿设备的先后，则以该节点的网损微增率大小为序，首先应从网损微增率最小（即绝对值最大）的节点开始。同步发电机励磁控制系统的任务同步发电机励磁控制系统的任务1.电压控制 ：通过不断调节励磁电流来维持机端电压给定水平2.