供配电系统自动化[综合1]65页

1、3.5 电力系统自动化主要内容电力系统自动化的基本概念电力系统自动化的重要性 电力系统自动化的主要内容 电力调度自动化， 发电厂自动化， 变电站自动化电力系统自动化发展趋势与展望 一、电力系统自动化的基本概念电力主要来源于水电、火电和核电，其他如太阳能、风能、海洋能、生物能等产生的电力目前还只能是一种补充。电力系统包含发电、输电、变电、配电等多个环节，而且地域分布广，系统结构复杂，如何保障电力系统的稳定运行至关重要。电力系统自动化是采用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，对电力系统进行就地或远方的自动监视、调节、控制和管理，保证电力系统的安全经济运行和具有合格的电能质量。 二、电力系统自动

2、化的重要性 电力系统复杂而庞大，在电力系统中任何一点发生的故障，都会在瞬间影响和波及全系统，往往引起连锁反应，导致事故扩大，造成大面积停电，因此电力系统要求进行快速的自动控制；被控制的参数很多，包括频率、电压、有功和无功功率、功率平衡等，监视和控制成千上万个运行参数必须依靠自动化；存在各种干扰，包括系统故障等，系统故障有时会使电力系统失去稳定，造成灾难性后果，因此，如何控制才能保证稳定，或出现不稳定后怎样恢复稳定，已成为电力系统自动化的重大课题之一；正是由于采用了自动监控和远动控制技术，才使得电力系统的规模能不断扩大；要保证电力系统安全、优质、经济运行，单靠运行值班人员进行人工监视和操作是无法

3、实现的，必须依靠自动化装置和设备；安全供电、保证良好的电能质量、经济运营都需要自动化。三、电力系统自动化的主要内容 按电力系统运行管理，可将电力系统自动化分为调度自动化、发电厂自动化、变电站自动化；调度自动化又可分为输电调度、配电网调度自动化；发电厂自动化又分为火电、水电、核电等；从电力系统自动控制的角度，可以将电力系统自动化分为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等。 电力系统的管理网络1. 电力调度自动化电力调度的主要任务可以概括为： 控制整个电力系统的运行方式，使其在正常状态下能满足安全、优质和经济供电的要求； 在缺电状态下做好负荷管理； 在事故状态下能迅速消除

4、故障，恢复供电。 调度自动化是综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系统调度管理自动化，有效地帮助电力系统调度员完成调度任务。调度自动化系统的结构 远动终端 RTU：Remote Terminal Unit主站 MS：Main Station调度自动化系统的工作方式主站MS安装在调度所，远动终端RTU安装在各发电厂和变电站，MS和RTU之间通过远动通道相互通信，实现数据采集、监视和控制。RTU采集所在厂（站）设备的运行状态和运行参数，如电压、电流、有功和无功功率、有功和无功电量、频率、断路器分合信号、继电保护动作信号等，送至主站，并接收来自主站的调度命令，输出断路器控制信号、功率调节

5、信号或改变设备整定值的信号给其所在厂（站）的自动控制装置，并向主站返回已完成的操作信息。 电力调度中心2. 发电厂自动化 无论是火电、水电、核电或其他发电方式，都是通过某种动力机械驱动发电机发电，因此其自动化系统也具有很多共同点，既要分别控制动力装置、发电机及其他辅助设备，又要对各个控制系统进行协调和统一关管理。 核电已成为继火电、水电之后的第三大能源，对自动化系统的要求更为严格和苛刻，特别是可靠性。火力发电原理水力发电原理核反应发电原理火电自动化 火电厂利用化石燃料释放出来的热能发电，以蒸汽动力发电为主，也有少量采用内燃机发电。蒸汽动力发电厂的主要动力设备有锅炉、汽轮机、汽轮发电机及辅助设备

6、。 火电厂自动化是一门综合技术，具有自动检测、自动保护、顺序控制、连续控制、管理和信息处理等功能。 包含各种自动化系统，主要有数据采集及计算机监视系统、锅炉控制系统、汽轮机控制系统、发电机控制系统、机炉协调主控制系统、辅助设备及各种支持系统等。火电厂的基本构成火电厂外观水电自动化 水电厂需要控制水轮机、调速器以及水轮发电机励磁装置等，水电自动化系统可自动地对水电厂进行监视、控制、调节和管理，以提高水电厂运行的安全性、经济性、劳动生产率和供电质量。 水电厂自动化可分为单机自动化（包括水轮发电机组自动控制、水轮机调速和水轮发电机励磁调节的自动控制）、公用设备自动化、全厂综合自动化（包括水电厂自动发

7、电控制、水电厂自动电压控制、水电站计算机监控系统）和梯级水电站综合自动化。 水电厂自动发电控制是在水轮发电机组自动控制的基础上实现全厂自动化的一种方式，它根据水库上游来水量或电力系统的要求，考虑全厂及机组的运行限制条件，以经济运行为原则，确定电站机组运行的台数、运行机组的组合和机组间负荷分配。 随着先进控制理论和计算机数字监控技术在电力系统中的广泛应用，出现了发电机综合自动控制系统，其功能包括发电机组开停顺序控制、励磁控制、调速控制、稳定裕度监视控制等。水电站的基本构成三峡水电站外观三峡电站控制室三峡电站控制设备发电机组单元控制室及调速器发电机组变压设备发电机组厂房三峡电站水轮机和发电机吊装

8、变电站的作用是变换电压、接受和分配电能、控制电力流向等，主要通过变压器将各级电压的电网联系起来。 随着微机监控监测技术开始引入变电站，变电站正在向综合自动化方向发展，我国已实现了变电站的远程监控、远动和继电保护微机化，同时大力推广无人值班变电站。 无人值班变电站将会使变电站综合自动化程度推向一个更高的阶段，其功能包括变电站的远动、继电保护、远方开关操作、自动测量、故障和事故的自动记录以及运行参数自动打印等功能。3. 变电站自动化变电站内部变电站外部变电站 视频监控中心变电站 视频监控系统四、电力系统自动化发展趋势与展望 电力系统是典型的大系统和复杂系统，各种先进控制理论和方法的应用越来越普遍；

9、电力系统的自动控制技术正趋向于：在控制策略上日益向最优化、自适应化、智能化、协调化发展；在理论工具上越来越多地借助于各种先进控制理论；在设计分析上日益要求面对多机系统模型处理问题；在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件和远程通信的应用。电力系统自动化的总体发展趋势：由开环监测向闭环控制发展；由高电压等级向低电压扩展；由单个元件向部分区域及全系统发展，如数据采集与监控系统和区域稳定控制的发展；由单一功能向多功能、一体化发展，如变电站综合自动化；装置性能向数字化、快速化、灵活化发展，如继电保护技术的演变；追求目标向最优化、协调化、智能化发展，如励磁控制、潮流控制；由提高运行的安全性、经济性和效率

10、向管理、服务的自动化扩展，如管理信息系统的应用。具有变革性重要影响的新技术 （1）高压直流输电 直流输电是利用电力电子技术，将交流电变换成直流电输送至受电端，再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网，主要应用于远距离大功率输电和非同步交流系统的联网，具有线路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点。 我国已成功建设了多条高压直流输电线路，如500干伏葛洲坝直流输电工程、二滩电站至自贡、三峡至华东的直流输电线路等。直流输电与交流输电相比的主要优点：直流线路造价低、功率和能量损耗小； 对通信干扰小、没有电容电流和电抗压降；直流输电线两端的交流系统不需要同步运行； 不存在交流输电固

11、有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；容易实现对功率和电流的调节控制、并且迅速；如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。（2） 柔性交流输电系统 又称“灵活交流输电系统”，简称FACTS （Flexible Alternative Current Transmission Systems）。 这种新型技术针对高压输电系统，综合运用电力电子技术、微机处理技术、控制技术等，以提高系统的可靠性、可控性、运行性能和电能质量，并可获取大量节电效益。 它是在输电系统的重要部位，采用电力电子装置，对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行调

12、整控制，使输电更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率。（3） 基于广域测量系统的动态安全监控系统 GPS技术在电力系统中的推广应用为电力系统提供了较方便的全网统一时钟信号，其定时精度小于1微秒。 基于GPS的广域测量系统是以电力系统动态过程监测、分析和控制为目标的实时监控系统，具有异地高精度同步相量测量、高速通信和快速反应等技术特点，非常适合大跨度电网，可以测量广域范围内电压幅值和相角、潮流等的精确值，主要用于电力系统模型校核、功角稳定和电压稳定评估、低频振荡的研究等。供配电系统综合自动化任务导入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82.9%；煤炭资源华北和西北两地区占

13、80%；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82%，电力消费占78%。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、全国联网的战略。 要做到全国联网，供电可靠性水平要相应提高。因此，加强发电厂、变电站的安全、可靠运行、提高综合自动化水平极为重要， 90年代起变电站综合自动化系统已成为我国电力科研单位及电力用户的热门话题。 对变电站自动化系统（SAS）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。 综合自动化系统相关基本概念和工作原理 任务导入 变电站综合自动化系统的组成、基本通信方式、无人值班变电站的运行和管理模式了解熟悉8.1 综合自

14、动化系统概述8.3 变电站无人值班管理供配电系统综合自动化 8.2 无人值班变电站8.1 综合自动化系统概述 8.1.1 供配电站综合自动化的基本概念 自动化采用自动装置改进设备以减少人的干预 自动装置由一个或多个继电器或逻辑元件组合在一起，预定完成某项规定自动化功能的设备综合自动化利用自动化技术实现对变电站二次设备功能的重组和优化，从而对全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调。 8.1.2 变配电站综合自动化系统 变电所综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点被广泛采用。从结构型式上综合自动化系统可分为集中式、分布式和分层分布式三种。 1.集中式综合自动化系统 采用模块化

15、集中式立柜结构，各控制保护功能均集中在专用的采集、控制保护柜，所有的控制、保护、测量、报警等信号均在采集、控制保护柜内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机。2.分层布置式结构的综合自动化系统 此结构形式的系统是目前国内外主流厂家广泛采用的模式。按变电站自动化系统二次设备分布现状可纵向分为变电站层、通信层和间隔层，并按其功能组装成多个屏，集中安装在主控室。8.1.2 变配电站综合自动化通信系统 通过系统信息交换，可实现信息共享，提供常规的变电站二次设备所不能提供的功能，减少变电站设备的重复配置，简化设备之间的互连，从整体上提高电力系统及变电站的自动化水平。信息源、受信者和传输路径是

16、通信的三要素。 变电所综合自动化的主要目的不仅仅是用以微机为核心的保护和控制装置来代替传统变电站的保护和控制装置，关键在于实现信息交换。 变电站综合自动化通信的功能综合自动化系统的现场级通信 主要解决自动化系统内部各子系统与上位机（监控主机）间的数据通信和信息交换问题。自动化系统与上级调度通信 综合自动化系统必须兼有远程终端控制系统RTU遥信、遥测、遥控和遥调的四遥功能，可将所采集的模拟量和开关状态信息，以及事件顺序记录等远传至调度端；同时能接收调度端下达的各种操作、控制、修改定值等命令。 通信规约必须符合部颁规定。目前最常用的有IEC60870 101/103/104和CDT等规约。数据通信

17、的传输方式并行数据通信方式传输速度快。有时可高达每秒几十、几百兆字节。并行数据传送的软件和通信规约简单。并行传输需要传输信号线多，成本高，因此只适用于传输距离较短且传输速度较高的场合。串行数据通信方式通信数据各不同位，位数很多和远距离传送时， 可分时使用同一传输线，并且可以简化接线。通信速度较慢，通信软件相对复杂。适合于远距离传输，数据串行传输距离可达数千公里。工程实例一GPRS控制系统经典方案 工程实例二某厂变综合自动化方案 工程实例三DF3300系统的配置结构 供配电自动化系统中通讯系统的任务和作用是什么？系统中传输数据的方式有哪 几种？ 何谓变电站综合自动化系统？其结构体系由哪几部分组成

18、？各部分的作用是什么？ 问题与思考供配电站综合自动化系统的基本功能有哪些？ 变电站综合自动化系统从其测量控制、安全等方面考虑，可划分为哪几个系统？ 8.2 无人值班变电站 8.2.1 无人值班变电站在配电自动化中的地位和作用无人值班变电站的建设降低了基建和运行管理费用，大大提高了信息总量，根据事件优先级能够迅速远传变电信息。因此，建设无人值班变电站是实现现代化管理的必然发展趋势。 配电自动化以提高供电可靠性、缩短事故恢复时间为目的。而无人值班变电站则不仅减少了值班人员，更主要的是通过变电所综合自动化先进技术，达到减少和避免误操作、误判断、缩短事故处理时间、提高供电质量和供电可靠性。 8.2.2

19、 无人值班变电站的几种常规模式传统控制方式不动，常规保护不动，新增：变送器屏、远动装置屏、故障录波屏、遥控执行屏。或将这些屏组合成一块远动设备综合屏。并在常规开关跳、合闸回路加遥控分合按钮。改变传统控制方式、集测量、控制、信号接点为一体的电气集控接口柜，加上远动装置柜，常规保护改为微机保护。集测量、监控、保护、远动信号以及开关连锁于一体的全分布式系统，反映了变电所的最新水平，也是今后的发展方向。早期的集控台、测量、信号由CMOS电路完成，控制部分由系统微机完成、保护由CMOS电路构成，直流采样，没考虑远动，现在国内少数厂家和国外厂商推出的集控台，控制、保护、测量、信号、远动全由微机完成，保护也

20、由微机构成，并采用交流采样，多采用STD总线方式、构成系统。8.2.3 无人值班变电站的应用特点 实现综合自动化后的无人值班变电站可以极大地减小主控室面积、取消传统变电站必需的值班室、更衣室，取消模拟屏、控制台和单独的小电流接地系统与无功电压自动调节装置等，因此，既减小了征地，也大大减少了投资。 无人值班变电站的微机系统，保护信息串行通信均采用交流采样，因此大大提高了信息总量，能够根据事件优先级迅速远传变电信息。克服了传统变电所速度慢的缺点。8.2.3 无人值班变电站的应用特点 变电站综合自动化采用微机保护与监控部分串行通信，不仅可传送保护信息，而且还可以传送保护整定值和测量值，并可由调度端远

21、方修改和下发保护定值。 变电站综合自动化系统采用微机采样、微机变送器输入，计算机编码、与数据采集微机直接通信方式，因此可传送多种计算量且速度较快、精度较高，是目前数据采集的最佳选择。 8.2.3 无人值班变电站的应用特点 变电站综合自动化具有对装置本身采用查询标准输入检测等方法实时检查，从而快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置，并且十分方便维护与维修。8.2.4 实现无人值班的变配电站必须采取的措施 宜选用保护和遥测分用CPU的方式，就地控制选用当地监控机和就地控制开关相配合的方式，以提高系统的安全性。对特殊的信号进行必要的监视 。配备合理足够的消防保卫措施，对无人值班变电站

22、，可设置工业电视及烟雾报警系统，一般只报警、不进行自动控制。 简化一次主接线10kV变电站采用真空断路器，主变采用干式变压器。直流电源系统应制成免维护的，有条件的地方应采用免维护电池。 8.2.5 无人值班应具有的基本条件 进行可行性研究和规划、技术条件的论证。 设计时必须考虑选用性能优良、维护工作量小、可靠性高的产品。 选择先进可靠的通信方式及所内通信系统，保证通信质量，提高遥控可靠性，是无人值班变电站建设的重要基础工作。 必须有一个能实现远方监视和操作、稳定性好、可靠性高的调度自动化系统，这是决定变电站能否实现无人值班的关键条件。 行之有效的管理制度。 为了保证变电站的安全、稳定运行，必须有一支高素质的专业队伍。按防火防盗的高标准建设 。 8.2.6 无人值班变电站的发展方向 功能分散型向单元分散型发展。采用一个模块管一个电气单元，实现地理位置的高度分散，更能满足工业生产现场的需要，系统分散度高，危险性更小，适应性强。 集中控制型向分布分层网络层发展。采取单元控制，使网络、主机之间实现严格的电气隔离。 健盘向鼠标控制操作发展。对主站端采用具有良好人机界面，具体操作直观形象，