电力系统自动化缺失的书本复印

1、第二章同步发电机励磁自动控制系统第一节概述同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。一、同步发电机的励磁控制系统的任务：（一）电压控制（二）控制无功功率的分配（三） 提高同步发电机并联运行的稳定性（四）改善电力系统的运行条件二、对励磁系统的要求：（一）对励磁调节器的要求:系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机电压高低 以维持发电机电压在给定水平.励磁调节器应能合理分配机组的无功功率，为此，励磁调 节器应保证同步发电机端电压调差系数可以在10%以内进行调整.励磁调节器应能迅速反 应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。（二）对励磁功率单元的要求

2、：要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节 容量；具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度.第二节同步发电机励磁系统一直流励磁机励磁系统（一）自励直流励磁机励磁系统:发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电，调整励磁 机磁场电阻，可改变励磁机励磁电流。（二）他励直流励磁机励磁系统：他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，比 自励多用了一台副励磁机.二、交流励磁机励磁系统（一）他励交流励磁机励磁系统（图2-11）（二）无刷励磁系统（图2-17）静止励磁方式的主要优点是：（1）励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护 费用省，可靠性高.（2）不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减小基建投

3、资。（3）直 接利用晶闸管取得励磁能量，机端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁输出的励磁 电压与机组转速的一次方成比例。而同轴励磁机励磁系统输出的励磁电压与转速的平方成正 比。这样，当机组甩负荷时静态励磁系统机组的过电压就低。交流副励磁机交流发电机磁场开关自励恒压调节器可交流副励磁机交流发电机磁场开关自励恒压调节器可控J图2-11他励交流励磁机励磁系统原理接线永磁发rVi:J励磁调节器图2-17无刷励磁系统原理接线图图3-1永磁发rVi:J励磁调节器图2-17无刷励磁系统原理接线图图3-1电力系统负荷变动情况图2-21灭磁过程比较第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁四、理想的灭磁过程：理

4、想的灭磁过程，就是在整个灭磁过程中始终保持转子线圈di .GEW的端电压为最大允许值不变，直至励磁回路断开为止。由于ew = LGwd（式中 Lgew为转子回路的电感）使eGEW不变也就是di/dt=常数。这就是说，在灭磁过程中，转子回 路的电流应始终以等速减小，直至为零（而不是按曲线减小了）。第三章电力系统频率及有功功率的自动调节一、概述：并列运行的每一台发电机的转速与系统频率的关系为f=Pn/60，式中P 发电机转子极对数；n-发电机组每分钟的转数，r/min;f-电力系统频率,Hz。显然，电力系 统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速。负荷的变动情况可以分为几种不同的分量：一是变化周期

5、一般小于10s的随机分量; 二是变化周期在10s3min之间的脉动分量，；三是变化十分缓慢的持续分量并带有周期规 律的负荷,负荷预测主要预报这一部分（图31）。第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率 的一次调整；第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为 频率的二次调整;第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的三次调整。二、负荷的调节效应：当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即 PL=F（f）.这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率一频率特性，是负荷的静态频 率特性，也称作负荷的调节效应。发电机的调节效

6、应：三、发电机组的功率-频率特性发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率一频率 特性或调节特性。发电机组的功率一频率特性取决于调速系统的特性。【例31】某电力系统中，与频率无关的负荷占30%,与频率一次方成比例的负荷 占40%，与频率二次方成比例的负荷占10%，与频率三次方成比例的负荷占20%。求系 统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值.解：由R= - w/A P可求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为P = a + a f + a f 2 +. + a fn =0。3+0.4x0。94+

7、0。1x0。942+0。2x0.943l*01 *2 *n *=0.3+0。376+0.088+0.166=0o 930 则 PL%= (1-0.930) x100=7于是K=土 = 7 = 1.17L*Af %6【例31】两个发电单元额定功率为250MW和400MW，调整系数分别为6。0%和 6.4%，两个发电单元并行向500MW负荷供电。假定调速器以各自的调差系数运行,试求各 自承担的负荷。解:将每个发电单元的调速器调差系数转化为统一基准容量下的值（基准容量为1000MVA）R1=1000/250 x0。06=0。24 R2=1000/400 x0。064=0.16由于两个发电单元都运行在

8、同一频率下,由 P / P =R /R 得 R P =R P 或者,12 2，. 1 2 2P _R /R xP _024/016xP -1 5P由于 P . P _p 将P的值带入得P . 1P 2=/2、P1 =0。24/0。I6XP一I。5r 1由 J P + P 2=P L 6kV , U2min=（113-2O 34） x6。3/107。25=6。5kV6。6kV 可 见所选高压分接头能够满足电压控制要求第五节电力系统无功功率电源的最优控制电力网中的有功功率网损可以表示为所有节点注入功率的函数Ap =Ap （p ,p .p ,Q ,Q Q ） G1 G2Gn G1 G2Gn则无功功率

9、电源最优控制的数学表达式为，在满足 Q QDi Q0的条件下，A尸达到最小，式中Q是电 Q力网中的无功功率损耗， Di是电力网中的无功负荷。应用拉格朗日乘数法，构造拉格 朗日函数：L= Ap *QgQd。将L分别对QGi和入取偏导数并令其等于零，有dLdL5A p顽布GiGidL1.x=人d Q 1 dAQGi 1d QGi=0Of 岑=? 0 于是可以得到无功功率电源最优控制的条件为3A p 幅 Q式中, Gi是网络中有功功率损耗对于第i个无功功率电源的微增式中,率;5A Q QGi是无功功率网损对于第i个无功功率电源的微增率。上式的意义是：使有功功率网损最小的条件是各节点无功功率网损微增率

10、相等。在无功电源配备充足、布局合理的条件下，无功功率电源最优控制方法如下：根据 有功负荷经济分配的结果进行功率分布的计算；利用以上结果，可以求出各个无功电源点 的入值。经过又一次的功率分布计算，可以算出总的网络有功损耗，网络损耗的变化实际 上都反映在平衡发电机的功率变化上。因此，如果控制无功功率电源的分配,还能够使平衡 机的输出功率继续减少，那么这种控制就应继续下去，直到平衡机输出功率不能再减少为止第五章电力系统调度自动化第一节_概述 一、电力系统调度的主要任务:保证供电的质量优良; 保证系统运行的经济性；保证较高的安全水平一选用具有 足够的承受事故冲击能力的运行方式；保证提供强有力的事 故处

11、理措施二、电力系统的分区、分级调度：口为中心调度,。为省级调度中心，则为地区调度 所或供电局四、电力系统调度自动化系统的发展历程：1.电网调度自动化的初级阶段：布线逻辑式远动技术的采用；2.电网调度自动化的第二阶段：电子计算机在电力系统调度工作中 的应用；3.电网调度自动化系统的快速发展阶段随着计算机技术、通信技术和网络技术的 飞速发展，SCADA / EMS技术进入了一个快发展阶段五、SCADA/EMS系统的子系统划分1。支撑平台子系统；2.SCADA 子系统；3。AGC/EDC (Automatic GenerationControl/Economic Dispatch Control)子

12、系统；4。高级应用软件 PAS (Power system Application Software )子系统(包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安 全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预报等一系列高级应用软件)；5.调度员仿真培训 系统 DTS(Dispatcher Training Simulator) ； 6。调度管理信息子系统 DMIS (DispatcherManagement Information System)第二节远方终端RTU图5-1分级调度示意图图5-2分级调度结构 一、图5-1分级调度示意图图5-2分级调度结构数据采集:模拟量(YC)；开 关量(YX)；数

13、字量(YC);脉冲量 (YC)等。2.数据通信。3.执行命 令：完成遥控(YK)、遥调(YT)等操 作。4.其它功能：(1)当地功能： 对有人值班的较大站点，如果配有 CRT、打印机等，可完成显示、打印 功能;越限告警功能；事件顺序记录 功能等；(2)自诊断功能：程序出轨 死机时自行恢复功能；自动监视主、备通信信道及切换功能;个别插件损坏诊断报告等功能.第三节数据通信通讯规约 一、并行传输与串行传输：1.并行传输：如果用8根线（另有1根公共线）将数字通信双方连接起来，每根线传 一位码元将这组信息传送过去，这种方式就称为并行传输；2.串行传输:串行传输仅需要一 回传输线（2根）.是根据一个字节中

14、个码元的顺序一位一位地传过去二、数据通信中的传输速率和误码率：1.码元：把每个信号脉冲称为一个码元；2.码元速率：每秒传送的码元数，以Bd （波 特）为单位；3.信息速率：系统每秒传送的信息量。单位是bit/s （比特/秒）；4.误码率： 数据经传输后发生错误的码元数与总传输码元数之比；5.差错控制:在一个实用的通信系统 中一定要能发现差错，并采取纠正措施，把出错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就 是差错控制。最简单和最常用的检错方法是奇偶校验.三、数据通信系统的工作方式(a)发送器%接收器(b)图5-16数据通信三种工作方式（a）四线全双工；（b）单工通信；（c）半双工通信四异步传输和同

15、步传输1.异步通信格式:每帧以“起始位”（低电平）开头，接着传送信息码元，最后附加一位“奇 偶校验位”和“停止位”（高电平）.2。同步通信格式：同步通信方式的发、收必须时刻严格保 持同步.五、远距离数据通信的基本模型图5-20远距离数据通信的基本模型七、局域网及其应用局部网络是一种在较小区域内使各种数据通信设备互连在一起的通信网络.1.令牌环（Token Ring）:这种环形结构采用令牌方式进行访问控制，环形接口机（中继器）一般采用 8位单板机或I/O机来处理，其功能是接收上游接口机发来的信息,并向下游接口机转发.它 本身有缓冲器，用来存储、转发信息.2.以太网（Ehternet）:以太网采用

16、总线结构，总线每段 长度不超过500m,必要时可经中继器再增加一段或几段，通常在110km中等规模的范围 内使用，属单一组织或一个单位内的非公用网。九、循环式规约（CDT）和问答式规约（polling）（一）通讯规约：在通信网中，为了保证通信双方能正确、有效、可靠地进行数据传输， 在通信的发送和接收的过程中有一系列的规定，以约束双方进行正确、协调的工作，我们将 这些规定称为数据传输控制规程，简称为通信规约。明确规范以下几个问题：1.有共同的 语言;2.有一致的操作步骤；3.规定检查错误以及出现异常情况时计算机的应付方法。（二）循环式通信规约:1、按循环方式工作时，厂站RTU享有发送信息的主动权

17、；2、 发送端与接收端保持严格的同步，信息按事先约定的先后次序排列，并一次循环发送；3、各 RTU将采集并编码的遥测信息和遥信信息循环不息地传送给调度中心；4、由调度中心发给 RTU的各种遥控、遥调或其它命令，由下行通道随时传送（全双工通道上、下行通信可同时 进行）,不是循环的。（三）问答式通信规约：1、问答通信方式由主站掌握遥测，遥信通信的主动权。主站输 流询问各RTU。各RTU只有在接到主站询问后才可以回答（报送数据）；2、主站向子站发 送的命令大致可分为初始化设置参数类，查询类，管理控制类，其他类；3、应答式规约特 点是：RTU有问必答，RTU无问不答;4、应答规约的优点有：（1）允许多

18、台RTU以共线的 方式共用一个通道；（2）采用变化信息传送策略，压缩了数据块的长度，提高了数据传送速 度；（3）通道适应性强。十、通讯信道：（一）电力载波通信:电力载波通信是利用一载波频率经现有电力线去 传送信息,利用架空电力线的某相导线作为信息传输的媒介。电力载波线通信是电力系统特 有的一种通信方式，具有可靠性高和经济性好，不需单独架设和维护线路.它是电力系统的基 本通信方式之一；（二）光纤通信：光纤通信就是以光波为载体、以光导纤维作为传输媒质， 将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。特点是很好的抗电磁干扰能力；通信容量 大、功能价格比高;安装维护简单;非导体，可捆导线埋于地下也可固定住不

19、导电的导体上 还可假设自承式光缆。（三）微波中继通信与卫星通信：波长为 0。0011.0m,频率为 300MHz300GHz的无线电波称为微波。微波中继通信的优点是：频带宽可容纳很多频道 不相互干扰；发信机通频带可做的很宽，一套设备多路通信；通信稳定不易受工业干扰；方 向性强保密性好；每公里话路成本比有线通信低。因此适合做电力系统通信网的主干通信， 但技术水平要求较高。卫星通信也属于微波中继通信,只是中继站设在同步卫星上，不受 距离和地形限制，通信容量大，不受大气骚动影响，可靠性高.第五节 自动爰电控制四、发电计划:1、向AGC提供基点功率值；2、也称火电系统经济调度（EDC）,即在 已知系统

20、负荷、机组组合、水电计划、交换计划、备用监视计划、机组经济特性、网络损失 特性和运行限制等条件下，按照等耗微增率准则，编制火电机组发电计划，使整个系统的发 电费用最低.五、交换计划：（1）自协调方式；（2）电力交易市场模式；（3）协商调度模式。六、检修计划：（一）电力系统负荷预测的分类：电力系统的负荷预测可以分为系统 的负荷预测和母线的负荷预测两类；按照系统负荷预测的周期来分，电力系统的负荷预测可 分为:超短期负荷预测（需要510s的负荷值，未来1h内的负荷预测），短期负荷预测（需要 1日1周的负荷值，指24h的日负荷预测和168h的周负荷预测），中期负荷预测（需呀1 月1年的负荷值，指未来一

21、年之内的电负荷预测）和长期负荷预测（需要数年甚至数十年 的负荷值).(二)负荷预测的要求及影响负荷预测的因素：衡量电力系统负荷预测软件和方 法的主要指标是负荷预测的精度。第六节EMS的网络分析功能二、电力系统状态估计(一)状态估计的必要性SCADA数据库存在下面明显缺点：1.数据不齐全；2。数据不精确;3.受干扰时会出现 不良数据；4。数据不和谐(二)状态估计的功能：得到最接近于系统真实状态的最佳估计值；对生数据进行不良 数据(或叫坏数据)的检测与辨识，删除或改正不良数据；推算出齐全而精确的电力系统运 行参数；纠正偶尔会出现的开关状态遥信错误;估计某些可疑或未知的设备参数；以现有数 据预测未来

22、的趋势和可能出现的状态;确定合理的测点数量和合理的测点分布.【例51】已知某系统各支路有功功率耳的测量值如图5-40所示，忽略线路功率损 耗。试求各支路有功功率的最佳估计值P,。解：估计后的各p.值应是和谐的，即应满足下列方程P 1 = P 2 + P 3，P2 = P4 + P5，P6 = P3 + P4，这组方程也就是网络的数学模型。、认为无结构错误和坏数据时的正常估计:目标函数J的表达式为J=( P 1 100)2+( P2 80)2+( P3 22)2+( P4 10)2+( P5 72)2+( P6 30)2J=( p2 + p3 100)2+( p2 80)2+( P3 22)2+

23、( P4 10)2+( P2 P4 72)2+(P3 + P4 30)2j是包括P 2、P 3、P 4的函数为求j的最小值可令J/a P2= 0，得2( P2 + P3 -100)+2( P2 80)+2(P2 P4 72)=0， 3 P2 + P3 P4 =252令 dJ / a P = 0 ,得 2( P2 + P3 100)+2( P3 22)+2( P3 + P4 30)=0，P 2 +3 p 3 + P 4 =152令 dJ / a P = 0，得 2( P4 -10)+2( P2 - P4 72)+2( p3 + p4 -30)=0, P2 + P3 + P4 =112联立求解3P

24、2 + P3 P4 =252； P2 +3P3 + P4 =152； P2 +3P3 + P4 =152解得P2 =81, P3=20, P4 =11, P 1 =101, P5 =70, P6 =31。残差平方和(即目标函 数)为 J= (101-100)2+ (8180) 2+ (2022) 2+(11-10) 2+(7072)2+ (3130) 2=12量测冗余度=6/3=2。0(如果没有误差只测P2,P3, P4就够)估计结果仍标注于图5-40中减少支路功率测点增加节点电压测点重新估计4如图541所示，S2阻抗为7+j15Q,P3支路的阻抗为6+j10Q,另外增加了 Q2=40, U1

25、=120和U2=110三个测点，但减少了 P4和P6两个测点。数学模型变为已=P 2 + 巳，P 2 =巳 + P 5，P 6 = P 3 + 巳，U 2= U1T已 R2 +Q2 V)/U1 (U1 为 参考电压不再估计)目标函数为J= ( P2 + P3 -100 ) 2+ ( P2 -80)2+ ( Q 240)+( P3 22)2 ( P 5 72 ) 2+(U17 P+15 Q-2 u2 110)21【中间见复印】J= ( P2 + P3 -100)2+ ( P2 2)2+( P3 103)2+P4 (95)2+( P2 P4 94)2+( P3 + P4-10)2令 BJ / d

26、P= 0,得 3 P 2 + P 3 P 4 =196 ；令 J/8 P3= 0，得 P 2 +3 P 3 + P 4 =213令8J/8P = 0,得，P2 + P3 + P4 =91 .解得P2=0。25，P3 =102，P4 =93.25，残差为J=0。252+1。752+12+1。752+0。52+1.752=10.5.可见通过估计，数据趋近真实， 支路P20，可以发现该支路可能已断开。估计结果标注在图5-46中(括号内).三、安全分析与安全控制(一)电力系统的运行状态正常运行状态：正常运行状态时，系统满足所有的约束条件。警戒状态:扰动使电力系统总备用裕度减少、安全水平降低后，就可能进

27、入警戒状态紧急状态：若系统发生一个严重故障，使运行极限被破坏，系统就进入了紧急状态恢复状态：电网解列切除部分负荷或电源等措施，就能够使频率电压等运行参数恢 复稳定回到正常限值之内，并重新满足不等式约束条件(二)静态安全分析:2 .快速潮流计算方法所采用的算法有直流潮流法、PQ分解法和等值网络法等(1 )直流潮流法:将电力系统的交流潮流(有功功率和无功功率)用等值的直流电流代替， 用直流电路的解法来分析电力系统的有功潮流，不考虑无功分布对有功的影响。(2) PQ分解法:P-Q分解法占用计算机的内存少，计算速度快，精度比较高。(3)等值网络法:在安全分析中可以把系统分为两部分：待研究系统和外部系统

28、。第六章配电管理系统(DMS)第一节配电管理系统(DMS)概述 一、能量管理系统(EMS)与配电管理系统(DMS)配电管理系统和能量管理系统之间存在一定的差异:(1)配电网络多为辐射形或少环网， 输电系统为多环网；(2)配电设备(如分段器、重合开关和电容器等)沿线分散配置，输电 设备多集中在变电站；(3)配电系统远程终端数量大，每个远程终端采集量少但总的采集量 大，输电系统相反；(4)配电系统中的许多野外设备需要人工进行操作，而输电设备多为远程 操作；(5)配电系统的非预想接线变化要多于输电系统，配电系统设备扩展频繁，检修工作 量大。四、配电管理系统(DMS)的通信方案配电自动化系统采用的通信

29、方式有配电线载波通信、电话线、调幅(AM)调频(FM)广 播、甚高频通信、特高频通信、微波通信、卫星通信、光纤通信等多种形式.这里只讨论配 电自动化系统的一种典型的通信方案。（1）主站与子站之间，使用单模光纤；（2）子站与FTU之间，使用多模光纤（单环光 纤通信,自愈式双环光纤通信）；（3）TTU与电量集抄系统的数据的转发，可以利用有线（屏蔽 双绞线）方式采用现场总线（如RS485,CAN总线、LonWorks总线等）通信。第二节 馈线自动化（FA）馈线自动化是指配电线路的自动化。在正常状态下，馈线自动化实时监测馈线分段开 关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，实现线路开关的远方或就地合闸和

30、分闸操作； 在故障时，获得故障记录，并能自动判别和隔离馈线故障区段，迅速对非故障区域恢复供电。二、馈线自动化的实现方式：馈线自动化方案可分为就地控制和远方控制两种类型； 前一种依靠馈线上安装的重合器和分段器自身的功能来消除瞬时性故障和隔离永久性故障， 不需要和控制中心通信即可完成故障隔离和恢复供电；后一种是由FTU采集到故障前后的 各种信息并传送至控制中心，由分析软件分析后确定故障区域和最佳供电恢复方案，最后以 遥控方式隔离故障区域，恢复正常区域供电.三、重合器：自动重合器是一种能够检测故障电流、在给定时间内断开故障电流并能 进行给定次数重合的一种有“自具能力的控制开关.所谓自具（Self C

31、ontained），即本身具有 故障电流检测和操作顺序控制与执行的能力，无需附加继电保护装置和另外的操作电源,也 不需要与外界通信.四、分段器：分段器必须与电源侧前级主保护开关（断路器或重合器）配合，在无压 的情况下自动分闸.当发生永久性故障时，分段器在预订次数的分合操作后闭锁于分闸状态。 电压一时间型分段器有两个重要参数需要整定：时限X和时限Y；时限X指合闸时间。时 限Y称为故障检测时间;时限X时限Yt1 （为从分段器源端断路器或重合器检测到故障 起到跳闸的时间）。第三节 负荷控制技术及需方用电管理（DSM）六、负荷管理（LM）与需方用电管：负荷管理（LM）的直观目标，就是通过前锋填合 使负

32、荷曲线尽可能变得平坦;需方用电管理（DSM）通过发布一系列经济政策以及应用一些先 进的技术来影响用户的电力需求，以达到减少电能消耗推迟甚至少建新电厂的效果.是一项 充分调动用户参与的积极性，充分利用电能，进而改善环境的一项系统工程。第四节 配电图洛地理信息系统（AM/FM/GIS） 一、概述:配电图资地理信息系统是自动绘图AM（Automated Mapping）、设备管理 FM （Facilities Management）和地理信息系统GIS （Geographic Information System）的总 称，是配电系统各种自动化功能的公共基础.二、地理信息系统（GIS）：地理信息系统是计算机软硬件技术支持下采集、存储、 管理、检索和综合分析各种地理空间信息，以多种形式输出数据与图形产品的计算机系统三、自动绘图和设备管理系统（AM/FM）：标明有各种电力设备和线路的街道地理位 置图，是配电网管理维修电力设备以及寻找和排除设备故障的有利工具.四、AM/FM/GIS系统在配电网中的实际应用（一）AM/FM/GIS系统在离线方面的应用：AM/FM/GIS系统作为用户信息系统的一个 重要组成部分