電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置

1、一次系統(tǒng)：一次系統(tǒng)： 由發(fā)電機(jī)、送電線路、變壓器、斷路器等，發(fā)電、輸電、變電、配電等設(shè)備由發(fā)電機(jī)、送電線路、變壓器、斷路器等，發(fā)電、輸電、變電、配電等設(shè)備組成的系統(tǒng)。它們是電力系統(tǒng)的主體，其功能是將發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能，經(jīng)過輸變電設(shè)備，組成的系統(tǒng)。它們是電力系統(tǒng)的主體，其功能是將發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能，經(jīng)過輸變電設(shè)備，逐級(jí)降壓送到配電系統(tǒng)，而后再由配電線路把電能分配到用戶。逐級(jí)降壓送到配電系統(tǒng)，而后再由配電線路把電能分配到用戶。二次系統(tǒng)：是由繼電保護(hù)、安全自動(dòng)控制、系統(tǒng)通訊、調(diào)度自動(dòng)化、二次系統(tǒng)：是由繼電保護(hù)、安全自動(dòng)控制、系統(tǒng)通訊、調(diào)度自動(dòng)化、DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)等自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成的系統(tǒng)。二次系統(tǒng)

2、是電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)人與一次系統(tǒng)的聯(lián)組成的系統(tǒng)。二次系統(tǒng)是電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)人與一次系統(tǒng)的聯(lián)系監(jiān)視、控制，使一次系統(tǒng)能安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。系監(jiān)視、控制，使一次系統(tǒng)能安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。一次設(shè)備一次設(shè)備:直接用于生產(chǎn)和使用電能，比控制回路（二次設(shè)備）電壓高的電氣設(shè)備直接用于生產(chǎn)和使用電能，比控制回路（二次設(shè)備）電壓高的電氣設(shè)備,有發(fā)電有發(fā)電機(jī)（電動(dòng)機(jī)）、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、接觸器、刀開關(guān)、母線、輸電機(jī)（電動(dòng)機(jī)）、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、接觸器、刀開關(guān)、母線、輸電線路、電力電纜、電抗器等線路、電力電纜、電抗器等二次設(shè)備：對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行

3、監(jiān)察，測(cè)量，控制，保護(hù)，調(diào)節(jié)的補(bǔ)助設(shè)備，有二次設(shè)備：對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)察，測(cè)量，控制，保護(hù)，調(diào)節(jié)的補(bǔ)助設(shè)備，有1 測(cè)量表測(cè)量表計(jì)計(jì)2 絕緣監(jiān)察裝置絕緣監(jiān)察裝置3 控制和信號(hào)裝置控制和信號(hào)裝置4 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置，如繼電器、自動(dòng)裝置等，繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置，如繼電器、自動(dòng)裝置等，用于監(jiān)視一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，迅速反應(yīng)異常和事故，然后作用于斷路器，進(jìn)行保護(hù)控用于監(jiān)視一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，迅速反應(yīng)異常和事故，然后作用于斷路器，進(jìn)行保護(hù)控制。制。5 直流電源設(shè)備，如蓄電池組、直流發(fā)電機(jī)、硅整流裝置等，供給控制保護(hù)用的直流電直流電源設(shè)備，如蓄電池組、直流發(fā)電機(jī)、硅整流裝置等，供給控制保護(hù)用的直流電源及用直流負(fù)

4、荷和事故照明用電等。源及用直流負(fù)荷和事故照明用電等。6 高頻阻波器高頻阻波器7備自投裝置等等備自投裝置等等正常運(yùn)行不等式約束條件：正常運(yùn)行不等式約束條件：minmaxminmaxminmaxminmaxminmaxiiiGiGiGiGiGiGiijijijfffUUUPPPQQQSSS正常運(yùn)行等式約束條件：正常運(yùn)行等式約束條件：111111nmlGiLjSkijknmlGiLjSkijkPPPQQQ 有功電源：發(fā)電機(jī) 無功電源：并聯(lián)電容器 同步調(diào)相機(jī) 同步電動(dòng)機(jī) 靜止補(bǔ)償器有功電源無功電源同步調(diào)相機(jī)同步電動(dòng)機(jī)靜止補(bǔ)償器 1、正常運(yùn)行狀態(tài)：、正常運(yùn)行狀態(tài)：滿足等式和不等式約束條件，是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度

5、的基礎(chǔ)。 2、警戒狀態(tài)：、警戒狀態(tài)：滿足等式和不等式約束條件，但不等式約束已經(jīng)接近上下限以安全調(diào)度為主。 3、緊急狀態(tài)：、緊急狀態(tài)：不等式約束遭到破壞，等式約束仍能滿足，系統(tǒng)仍能同步運(yùn)行。 4、系統(tǒng)崩潰：、系統(tǒng)崩潰：不等式、等式約束同時(shí)不滿足，系統(tǒng)將解列成幾個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)。（負(fù)荷過大或者電源功率太大） 5、恢復(fù)狀態(tài)：、恢復(fù)狀態(tài)：使崩潰后的若干個(gè)小系統(tǒng)向并列的大系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)過渡。電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分類：電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分類：同步發(fā)電機(jī)組并列的基本要求同步發(fā)電機(jī)組并列的基本要求（1）并列斷路器合閘時(shí)，沖擊電流應(yīng)盡可能小，其瞬時(shí)最大值一般應(yīng)超過待并發(fā)電機(jī)額定電流的12倍（2）發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅

6、速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)發(fā)電機(jī)的并列操作方式通常分準(zhǔn)同期并列和自同期并列兩種方法。一般采用準(zhǔn)同期并列。發(fā)電機(jī)的并列操作方式通常分準(zhǔn)同期并列和自同期并列兩種方法。一般采用準(zhǔn)同期并列。發(fā)電機(jī)在并列合閘前已勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率、電壓相角、電壓大小分別和并列點(diǎn)處系統(tǒng)發(fā)電機(jī)在并列合閘前已勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率、電壓相角、電壓大小分別和并列點(diǎn)處系統(tǒng)側(cè)的頻率、電壓相角、電壓大小接近相等時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操作，這側(cè)的頻率、電壓相角、電壓大小接近相等時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操作，這種方式稱為種方式稱為準(zhǔn)同期（正常并列）準(zhǔn)同期（正常并列）。自同期（緊急并列）自同期

7、（緊急并列）的方法是：將未勵(lì)磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，并同時(shí)給的方法是：將未勵(lì)磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，并同時(shí)給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，在原動(dòng)機(jī)力矩、同步力矩等作用下把發(fā)電機(jī)拖入同步，完成并列操作。發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，在原動(dòng)機(jī)力矩、同步力矩等作用下把發(fā)電機(jī)拖入同步，完成并列操作。準(zhǔn)同期并列理想條件：準(zhǔn)同期并列理想條件：,0,0,0GXGXSGXGXGXGXGXGXfffffUUU UUUU GX、發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的相角，電氣角度chIXUGUU01 1、合閘電壓幅值差對(duì)并列的影響、合閘電壓幅值差對(duì)并列的影響并列沖擊電流的有效值：并列沖擊電流的有效值：GXchqXUUIXXqX 發(fā)電機(jī)次

8、暫態(tài)電抗XX電力系統(tǒng)等值電抗沖擊電流的影響：沖擊電流的影響：沖擊電流為無功分量，不會(huì)加重原動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，但會(huì)在電樞繞組中產(chǎn)沖擊電流為無功分量，不會(huì)加重原動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，但會(huì)在電樞繞組中產(chǎn)生很大的沖擊力，使電樞繞組端部受沖擊力的作用而變形。待并發(fā)電機(jī)沖擊電流最大瞬生很大的沖擊力，使電樞繞組端部受沖擊力的作用而變形。待并發(fā)電機(jī)沖擊電流最大瞬時(shí)值限制時(shí)值限制12倍額定電流以下為宜倍額定電流以下為宜并列沖擊電流的最大值：并列沖擊電流的最大值：1.8 2chmchiI,GXGXGXffUU2 2、合閘相角差對(duì)并列的影響、合閘相角差對(duì)并列的影響,GXGXGXffUU0chIGUUXUchIsinsin2sinc

9、os2sin222SGqqqUUUEEE ()()2sin21.82GXchqXqXqchqXchmchUUUIj XXj XXEIXXiIqE 發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電勢(shì)。發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗Xq沖擊電流的影響：沖擊電流的影響：相角差較小時(shí)，沖擊電流主要為有功分量相角差較小時(shí)，沖擊電流主要為有功分量1)電樞繞組端部受電樞繞組端部受力力變形變形; 2)轉(zhuǎn)軸上受沖擊轉(zhuǎn)軸上受沖擊轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的作用的作用,使機(jī)軸扭曲變形使機(jī)軸扭曲變形;)電樞繞組電樞繞組發(fā)熱發(fā)熱。3 3、合閘頻率差對(duì)并列的影響、合閘頻率差對(duì)并列的影響,GXGXGXUUff電動(dòng)機(jī)狀態(tài)吸收功率，應(yīng)加速，處滯后于即若，處發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)出功率，應(yīng)制動(dòng)減

10、速超前于即若UUUUXGXGXGXG.,沖擊電流的影響：沖擊電流的影響：轉(zhuǎn)軸上時(shí)而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、時(shí)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，結(jié)果是電機(jī)振動(dòng)。拍轉(zhuǎn)軸上時(shí)而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、時(shí)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，結(jié)果是電機(jī)振動(dòng)。拍振電流使電樞繞組端部受力變形，使電樞繞組發(fā)熱。振電流使電樞繞組端部受力變形，使電樞繞組發(fā)熱。實(shí)際使用時(shí)，除相許必須一致外，其他條件允許一定誤差：實(shí)際使用時(shí)，除相許必須一致外，其他條件允許一定誤差：U不超過不超過10%；相位差不超過；相位差不超過10%；頻率偏差不超過；頻率偏差不超過0.2%-0.5%（0.1-0.25Hz)。恒定越前時(shí)間：恒定越前時(shí)間：發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電壓在頻率和相角基本相同的情況下（不能完全

11、相同），發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電壓在頻率和相角基本相同的情況下（不能完全相同），在發(fā)電機(jī)電壓與在發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的相角差系統(tǒng)電壓的相角差 為零之前一個(gè)恒定時(shí)間為零之前一個(gè)恒定時(shí)間，向發(fā)電機(jī)斷路器發(fā)出閉合信號(hào)，將發(fā)電機(jī)，向發(fā)電機(jī)斷路器發(fā)出閉合信號(hào)，將發(fā)電機(jī)并入電力系統(tǒng)。這個(gè)越前時(shí)間等于發(fā)電機(jī)斷路器的并入電力系統(tǒng)。這個(gè)越前時(shí)間等于發(fā)電機(jī)斷路器的標(biāo)稱合閘時(shí)間標(biāo)稱合閘時(shí)間。調(diào)速器：機(jī)械液壓調(diào)速器電氣液壓調(diào)速器（電液調(diào)速器）模擬電液調(diào)速器數(shù)字電液調(diào)速器0恒定越前時(shí)間自動(dòng)準(zhǔn)同期并列矢量示意圖恒定越前時(shí)間自動(dòng)準(zhǔn)同期并列矢量示意圖恒定越前一個(gè)恒定時(shí)間的目的：使合閘瞬間恒定越前一個(gè)恒定時(shí)間的目的：使合閘瞬間GUXGX

12、USUj01GX簡(jiǎn)化調(diào)速系統(tǒng)框圖（機(jī)械液壓調(diào)速器原理圖中時(shí)因?yàn)橥辜缏源笥谟吐罚┠Ｕ{(diào)上為各環(huán)節(jié)器件作用下為功率測(cè)量環(huán)節(jié)霍爾元件原理特點(diǎn)：反應(yīng)速度快，但只能做到有差控制特點(diǎn)：反應(yīng)速度快，但只能做到有差控制特點(diǎn)：可以做到無差控制，且能對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行特點(diǎn)：可以做到無差控制，且能對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整監(jiān)視和調(diào)整一次調(diào)節(jié)一次調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)有功分量電力系統(tǒng)有功分量電廠帶基荷電廠調(diào)峰電廠調(diào)頻電廠調(diào)頻方法恒定頻率控制（FFC)恒定交換功率控制（FTC）頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制（TBC)經(jīng)濟(jì)調(diào)度（經(jīng)濟(jì)調(diào)度（EDC)原則：各個(gè)運(yùn)行機(jī)組或電廠（水、火）間按“等微增率”分配負(fù)荷若是發(fā)電廠間，需計(jì)及線損，則有電力系統(tǒng)的

13、無功功率控制：電力系統(tǒng)的無功功率控制： 電力系統(tǒng)電壓控制的首要任務(wù)是控制電力系統(tǒng)中各種無功電源發(fā)出的無功功率總和等于負(fù)荷在額定電壓時(shí)消耗的無功功率總和，維持電力系統(tǒng)電壓的總體水平在額定值附近；其次是無功功率的優(yōu)化控制，優(yōu)化的內(nèi)容有兩個(gè)： 負(fù)荷所需的無功功率讓哪些無功功率電源提供最好，即無功電源的最優(yōu)分布無功電源的最優(yōu)分布問題問題； 負(fù)荷所需的無功功率是讓已投入運(yùn)行的無功電源供給好，還是裝設(shè)新的無功電源更好，即無功功率的優(yōu)化補(bǔ)償問題無功功率的優(yōu)化補(bǔ)償問題。1）無功電源的最優(yōu)分布）無功電源的最優(yōu)分布 無功電源最優(yōu)分布準(zhǔn)則：等網(wǎng)損微增率 nimjLjGiGnGnGGGGQQQQQQPQQQPQQQP

14、1122110111111其中， 是(有功)網(wǎng)損微增率， 是無功損耗微增。第一式是等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則，第二式是無功功率平衡關(guān)系式。1GQP1GQQ例題4-1兩發(fā)電廠聯(lián)合向一個(gè)負(fù)荷供電，如圖，Z1=0.10+j0.40, Z2=0.04+j0.08。設(shè)發(fā)電廠母線電壓為1；負(fù)荷功率SL=PL+jQL=1.2+j0.7，有功部分由兩發(fā)電廠平均分?jǐn)?，試確定無功功率的最優(yōu)分布。 SLZ1Z2P1+jQ1P2+jQ212解：按題意有功、無功功率損耗為解：按題意有功、無功功率損耗為04. 0)(10. 0)(22222121222222122121QPQPrUQPrUQPP08. 0)(40. 0)(2222

15、2121222222122121QPQPxUQPxUQPQ計(jì)算各網(wǎng)損微增率計(jì)算各網(wǎng)損微增率1120. 0QQP2208. 0QQP1180. 0QQQ2216. 0QQQ由網(wǎng)損微增率公式得：由網(wǎng)損微增率公式得：22111111QQQPQQQP代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：221116.0108.080.0120.0QQQQ由無功功率平衡關(guān)系式：由無功功率平衡關(guān)系式：mjLjniGiQQQ110021QQQQL代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：0)6 . 0(08. 0)6 . 0(40. 070. 022221221QQQQQ1=0.248 Q2=0.6882）無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償）無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償包括最優(yōu)補(bǔ)償容量、最優(yōu)補(bǔ)償設(shè)備的分布和補(bǔ)償順序的選擇等問題。屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)范疇。無功負(fù)荷最優(yōu)補(bǔ)償準(zhǔn)則：最優(yōu)網(wǎng)損微增率max)(cGiKQPmax 為單位電能損耗的價(jià)格 為全網(wǎng)最大負(fù)荷小時(shí)數(shù) 上式為最優(yōu)網(wǎng)損微增率。當(dāng)裝設(shè)的補(bǔ)償容量使上式成立使取得經(jīng)濟(jì)效益最大；而裝設(shè)補(bǔ)償設(shè)備的先后，則以該節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)損微增率大小為序，首先應(yīng)從網(wǎng)損微增率最?。唇^對(duì)值最大）的節(jié)點(diǎn)開始。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)1.電壓控制 ：通過不斷調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來維持機(jī)端電壓給定水平2.