變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)

1、第五章第五章變電站運(yùn)行的自動(dòng)化控制與調(diào)節(jié)變電站運(yùn)行的自動(dòng)化控制與調(diào)節(jié)變電站是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，電變電站是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，電力系統(tǒng)中不少運(yùn)行控制是在變電站內(nèi)完成的。力系統(tǒng)中不少運(yùn)行控制是在變電站內(nèi)完成的。隨著自動(dòng)化程度的提高，站內(nèi)自動(dòng)化納入綜隨著自動(dòng)化程度的提高，站內(nèi)自動(dòng)化納入綜合自動(dòng)化監(jiān)控范圍。合自動(dòng)化監(jiān)控范圍。變電站內(nèi)自動(dòng)控制的主要內(nèi)容有：變電站內(nèi)自動(dòng)控制的主要內(nèi)容有： 電壓無功控制電壓無功控制 負(fù)荷頻率控制負(fù)荷頻率控制 備用電源自投控制備用電源自投控制 故障錄波控制故障錄波控制例：例：1、電壓無功控制的基本原理、電壓無功控制的基本原理系統(tǒng)系統(tǒng)5-1 5-1 變電站電壓

2、無功綜合控制變電站電壓無功綜合控制變電站變電站線路線路負(fù)載負(fù)載LLUUU2忽略橫分量忽略橫分量LLLLLLUXQRPUU2負(fù)荷負(fù)荷 PL 、QL變化時(shí)，線路電壓損耗變化時(shí)，線路電壓損耗UL 亦亦變化，維持變化，維持 UL 則調(diào)整則調(diào)整U2LNLLLLLNUXQRPUU2負(fù)負(fù)載載要要求求維維持持的的電電壓壓LNU跳過設(shè)負(fù)載的自然功率因數(shù)不變或變化范圍不大設(shè)負(fù)載的自然功率因數(shù)不變或變化范圍不大LLNLLLNSUXRUUsincos2則而線性變化隨負(fù)載視在功率的變化即有：2U 只有真正實(shí)行按負(fù)載（視在功率）大小只有真正實(shí)行按負(fù)載（視在功率）大小進(jìn)行進(jìn)行逆調(diào)壓逆調(diào)壓，才能保證用戶電壓質(zhì)量，才能保證用戶

3、電壓質(zhì)量中樞點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)的方式：中樞點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)的方式： 逆調(diào)壓逆調(diào)壓 負(fù)荷的變動(dòng)較大（即最大、最小負(fù)荷的差別負(fù)荷的變動(dòng)較大（即最大、最小負(fù)荷的差別較大），在最大負(fù)荷時(shí)要提高中樞點(diǎn)的電壓以抵償線路較大），在最大負(fù)荷時(shí)要提高中樞點(diǎn)的電壓以抵償線路上因最大負(fù)荷而增加的電壓損失；在最小負(fù)荷時(shí)，因線上因最大負(fù)荷而增加的電壓損失；在最小負(fù)荷時(shí)，因線路上電壓損耗減小，可將中樞點(diǎn)電壓降低一些，以防止路上電壓損耗減小，可將中樞點(diǎn)電壓降低一些，以防止負(fù)荷點(diǎn)電壓過高。負(fù)荷點(diǎn)電壓過高。 恒調(diào)壓恒調(diào)壓 負(fù)荷的變動(dòng)較小，線路上電壓損耗也較小，負(fù)荷的變動(dòng)較小，線路上電壓損耗也較小，只要把中樞點(diǎn)電壓保持在較線路額定電壓高（只要

4、把中樞點(diǎn)電壓保持在較線路額定電壓高（25）%的數(shù)值，不必隨負(fù)荷變化來調(diào)整中樞點(diǎn)電壓。的數(shù)值，不必隨負(fù)荷變化來調(diào)整中樞點(diǎn)電壓。 順調(diào)壓順調(diào)壓 負(fù)荷變動(dòng)甚小，線路電壓損耗小。負(fù)荷變動(dòng)甚小，線路電壓損耗小。 在最大負(fù)荷時(shí)，允許中樞點(diǎn)電壓低一些，但不得低于在最大負(fù)荷時(shí)，允許中樞點(diǎn)電壓低一些，但不得低于額定電壓的額定電壓的102.5%；在最小負(fù)荷時(shí)，允許中樞點(diǎn)電壓；在最小負(fù)荷時(shí)，允許中樞點(diǎn)電壓高一些，但不得高于線路額定電壓的高一些，但不得高于線路額定電壓的107.5%。2、電壓無功控制的方式、電壓無功控制的方式發(fā)電廠發(fā)電廠發(fā)電廠內(nèi)的同步發(fā)電機(jī)，可以發(fā)出感性發(fā)電廠內(nèi)的同步發(fā)電機(jī)，可以發(fā)出感性無功功率，也可

5、發(fā)出容性無功功率，取無功功率，也可發(fā)出容性無功功率，取決于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)。決于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)。輸電線路輸電線路并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器補(bǔ)償線路電容，控制空載或補(bǔ)償線路電容，控制空載或輕載線路上過高的末端電壓；輕載線路上過高的末端電壓；線路線路串聯(lián)電容器串聯(lián)電容器，補(bǔ)償架空輸電線路的，補(bǔ)償架空輸電線路的感抗，用以控制電壓。感抗，用以控制電壓。變電站變電站可用多種設(shè)備和方法調(diào)整電壓水平可用多種設(shè)備和方法調(diào)整電壓水平電力系統(tǒng)的電壓無功綜合控制方式電力系統(tǒng)的電壓無功綜合控制方式 集中控制集中控制 調(diào)度中心對(duì)各個(gè)變電站的主變分接頭位調(diào)度中心對(duì)各個(gè)變電站的主變分接頭位置和無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制置和無功補(bǔ)償

6、設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制 集中優(yōu)化控制，難度大集中優(yōu)化控制，難度大 分散控制分散控制 在變電站或發(fā)電廠中，自動(dòng)調(diào)節(jié)，以控制在變電站或發(fā)電廠中，自動(dòng)調(diào)節(jié)，以控制地區(qū)的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)地區(qū)的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi) 局部優(yōu)化，無法全局優(yōu)化局部優(yōu)化，無法全局優(yōu)化 關(guān)聯(lián)分散控制關(guān)聯(lián)分散控制 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行正常運(yùn)行時(shí)，分散控制，控制時(shí)，分散控制，控制范圍和定值是從整個(gè)系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定和經(jīng)范圍和定值是從整個(gè)系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行出發(fā)，事先由電壓、無功優(yōu)化程序計(jì)濟(jì)運(yùn)行出發(fā)，事先由電壓、無功優(yōu)化程序計(jì)算好的；算好的； 系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)負(fù)荷變化較大變化較大或或緊急情況緊急情況或或運(yùn)行方運(yùn)行方

7、式發(fā)生大的變動(dòng)式發(fā)生大的變動(dòng)時(shí)，可由調(diào)度中心直接操作時(shí)，可由調(diào)度中心直接操作控制，或由調(diào)度中心修改下屬變電站應(yīng)維持控制，或由調(diào)度中心修改下屬變電站應(yīng)維持的母線電壓和無功功率的定值。的母線電壓和無功功率的定值。 3、變電站電壓無功控制的一次設(shè)備、變電站電壓無功控制的一次設(shè)備 有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器根據(jù)根據(jù)KUU12調(diào)整分接頭位置調(diào)整分接頭位置改變改變K K達(dá)到改變電壓達(dá)到改變電壓系統(tǒng)不缺乏無功時(shí)使用系統(tǒng)不缺乏無功時(shí)使用 并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器可以發(fā)出感性無功功率，改善局部并聯(lián)電容器可以發(fā)出感性無功功率，改善局部地區(qū)無功的缺額，以減少線路的無功傳輸，有地區(qū)無功的缺額，以減少線路的無功

8、傳輸，有利于節(jié)點(diǎn)電壓的提高和穩(wěn)定。利于節(jié)點(diǎn)電壓的提高和穩(wěn)定。與變壓器連接與變壓器連接與線路連接與線路連接 靜止無功補(bǔ)償器靜止無功補(bǔ)償器靜止無功補(bǔ)償器主要由電容器、電抗器和控制部分組成。靜止無功補(bǔ)償器主要由電容器、電抗器和控制部分組成。TCR和和TSC組成的靜止無功補(bǔ)償器組成的靜止無功補(bǔ)償器4、電壓無功綜合控制策略、電壓無功綜合控制策略九區(qū)圖法九區(qū)圖法變電站運(yùn)行狀態(tài)變電站運(yùn)行狀態(tài)分成分成9個(gè)區(qū)域個(gè)區(qū)域0區(qū)域?yàn)殡妷汉蛥^(qū)域?yàn)殡妷汉蜔o功合格區(qū)域無功合格區(qū)域負(fù)荷無功負(fù)荷無功主變主變低壓母線低壓母線5、 微機(jī)電壓無功綜合控制系統(tǒng)的原理圖微機(jī)電壓無功綜合控制系統(tǒng)的原理圖5-2 5-2 電力系統(tǒng)低頻低壓減載控

9、制電力系統(tǒng)低頻低壓減載控制在在正常狀態(tài)正常狀態(tài)下，電力系統(tǒng)通過儲(chǔ)備容量和調(diào)節(jié)機(jī)下，電力系統(tǒng)通過儲(chǔ)備容量和調(diào)節(jié)機(jī)組有功出力來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)整，這種調(diào)頻都是由發(fā)組有功出力來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)整，這種調(diào)頻都是由發(fā)電廠承擔(dān)的。電廠承擔(dān)的。當(dāng)系統(tǒng)受到巨大的負(fù)荷沖擊或系統(tǒng)出現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)受到巨大的負(fù)荷沖擊或系統(tǒng)出現(xiàn)故障故障時(shí)，時(shí)，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生極為嚴(yán)重的功率缺額，導(dǎo)致系統(tǒng)系統(tǒng)有可能產(chǎn)生極為嚴(yán)重的功率缺額，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的大幅下降。在這種情況下，若系統(tǒng)儲(chǔ)備不頻率的大幅下降。在這種情況下，若系統(tǒng)儲(chǔ)備不足以彌補(bǔ)功率缺額，系統(tǒng)只有減少負(fù)荷來維持頻足以彌補(bǔ)功率缺額，系統(tǒng)只有減少負(fù)荷來維持頻率的穩(wěn)定。率的穩(wěn)定。減少負(fù)荷的頻率減少負(fù)荷的頻

10、率控制控制，由調(diào)度員發(fā)出命令，斷開，由調(diào)度員發(fā)出命令，斷開變電站內(nèi)的負(fù)荷線路斷路器，或由變電站內(nèi)的低變電站內(nèi)的負(fù)荷線路斷路器，或由變電站內(nèi)的低頻減負(fù)荷裝置自動(dòng)來完成。頻減負(fù)荷裝置自動(dòng)來完成。低頻低壓減載的控制方式低頻低壓減載的控制方式變電站饋電母線上有多條負(fù)荷線路變電站饋電母線上有多條負(fù)荷線路按重要程度分：按重要程度分：基本級(jí)（一般）和特殊級(jí)（重要）基本級(jí)（一般）和特殊級(jí)（重要）低頻低壓減載裝置基本級(jí)可設(shè)定低頻低壓減載裝置基本級(jí)可設(shè)定4輪或輪或8輪。輪。當(dāng)當(dāng)P缺額缺額f下降，到第下降，到第1輪的啟動(dòng)值，且延輪的啟動(dòng)值，且延時(shí)時(shí)限已到，低頻減負(fù)荷裝置動(dòng)作出口，切時(shí)時(shí)限已到，低頻減負(fù)荷裝置動(dòng)作出口

11、，切除第除第1輪的線路。此時(shí)頻率恢復(fù)，則動(dòng)作成輪的線路。此時(shí)頻率恢復(fù)，則動(dòng)作成功；若頻率還不能恢復(fù)，說明功率仍缺額。功；若頻率還不能恢復(fù)，說明功率仍缺額。 切除固定線路切除固定線路當(dāng)頻率低于第當(dāng)頻率低于第2輪的整定值，且第輪的整定值，且第2輪的動(dòng)作延輪的動(dòng)作延時(shí)已到，則低頻減負(fù)荷裝置再次啟動(dòng)，切除第時(shí)已到，則低頻減負(fù)荷裝置再次啟動(dòng)，切除第2輪的負(fù)荷（線路）。輪的負(fù)荷（線路）。如此反復(fù)對(duì)頻率采樣、計(jì)算、判斷，直到頻率如此反復(fù)對(duì)頻率采樣、計(jì)算、判斷，直到頻率恢復(fù)或基本級(jí)的恢復(fù)或基本級(jí)的18輪的負(fù)荷全部切完。輪的負(fù)荷全部切完?；厩谐?，頻率仍停留在較低水平，則經(jīng)過基本切除后，頻率仍停留在較低水平，

12、則經(jīng)過一定的時(shí)間延時(shí)后，啟動(dòng)切除特殊輪負(fù)荷。一定的時(shí)間延時(shí)后，啟動(dòng)切除特殊輪負(fù)荷。 根據(jù)功率切除線路根據(jù)功率切除線路 當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)穩(wěn)定控制器的策略表中當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)穩(wěn)定控制器的策略表中預(yù)先計(jì)算好的功率定值，切除運(yùn)行負(fù)荷線路。預(yù)先計(jì)算好的功率定值，切除運(yùn)行負(fù)荷線路。低頻減負(fù)荷的實(shí)現(xiàn)方法低頻減負(fù)荷的實(shí)現(xiàn)方法專用的低頻低壓減載裝置專用的低頻低壓減載裝置把功能分散在每回饋電線路的保護(hù)裝置中把功能分散在每回饋電線路的保護(hù)裝置中第第n輪動(dòng)作的頻率和延時(shí)定值設(shè)置在某回線路的輪動(dòng)作的頻率和延時(shí)定值設(shè)置在某回線路的保護(hù)裝置中，則該回路便屬于第保護(hù)裝置中，則該回路便屬于第n輪切除的負(fù)荷。輪切除的負(fù)荷

13、。變電站內(nèi)的低頻低壓減載裝置變電站內(nèi)的低頻低壓減載裝置傳統(tǒng)的裝置傳統(tǒng)的裝置主要由頻率繼電器組成主要由頻率繼電器組成現(xiàn)代的裝置現(xiàn)代的裝置微機(jī)組成微機(jī)組成由變電站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能由變電站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能硬件原理框圖硬件原理框圖主機(jī)模塊主機(jī)模塊MCS-96系列單片機(jī)系列單片機(jī)80C196高速輸入高速輸入/輸出輸出HSI/HSO8通道的通道的10位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器異步、同步串行口異步、同步串行口存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（RAM、EPROM、EEPROM）頻率的檢測頻率的檢測TV電壓變換器（電壓變換器（5V范圍）同頻率范圍）同頻率的電壓信號(hào)的電壓信號(hào)低通濾波和整形低通濾波和整形矩矩形波形波HSI-0作為測頻的

14、啟動(dòng)信號(hào)作為測頻的啟動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)計(jì)數(shù)啟動(dòng)計(jì)數(shù)結(jié)束計(jì)數(shù)結(jié)束計(jì)數(shù)半周期半周期頻率頻率HSI-1檢測進(jìn)行比較，提高準(zhǔn)確度檢測進(jìn)行比較，提高準(zhǔn)確度閉鎖信號(hào)的輸入閉鎖信號(hào)的輸入 df/dtdf/dt閉鎖，低電壓和低電流閉鎖閉鎖，低電壓和低電流閉鎖功能設(shè)置和定值修改功能設(shè)置和定值修改開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出串行通信串行通信 備用電源自投裝置是電力系統(tǒng)故障或其他原備用電源自投裝置是電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動(dòng)投入或備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動(dòng)投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速工作，使原來工作電源被斷開

15、的用戶能迅速恢復(fù)供電的一種自動(dòng)控制裝置。恢復(fù)供電的一種自動(dòng)控制裝置。 作用：作用：保證配電系統(tǒng)連續(xù)可靠供電保證配電系統(tǒng)連續(xù)可靠供電 配置：配置：明備用、暗備用明備用、暗備用5-3 5-3 變電站備用電源自投控制變電站備用電源自投控制1、明備用明備用系統(tǒng)正常時(shí)，備用電源不工作系統(tǒng)正常時(shí)，備用電源不工作如一個(gè)工作電源和一個(gè)備用電源的變電站如一個(gè)工作電源和一個(gè)備用電源的變電站1L1L工作電源，工作電源，1QF1QF合閘合閘2L2L備用電源，備用電源，2QF2QF斷開斷開備用電源自投裝置控備用電源自投裝置控制的是備用電源進(jìn)線制的是備用電源進(jìn)線的斷路器的斷路器2QF，即當(dāng)，即當(dāng)變電站正常運(yùn)行時(shí)，變電站正

16、常運(yùn)行時(shí)，由由1L進(jìn)線供電，當(dāng)進(jìn)線供電，當(dāng)1L因故障被切除時(shí)，即因故障被切除時(shí)，即1QF跳開時(shí)，使備用跳開時(shí)，使備用進(jìn)線斷路器進(jìn)線斷路器2QF自動(dòng)自動(dòng)合閘，保證變電站的合閘，保證變電站的繼續(xù)供電。繼續(xù)供電。備用電源自投裝置控制備用電源自投裝置控制的是高壓母線分段斷路的是高壓母線分段斷路器器3QF。即當(dāng)一個(gè)工作。即當(dāng)一個(gè)工作電源發(fā)生故障被切除后，電源發(fā)生故障被切除后，如如2L進(jìn)線故障，進(jìn)線故障，2QF跳跳開后，開后，3QF自動(dòng)合閘，自動(dòng)合閘，由另一個(gè)工作電源由另一個(gè)工作電源1L供供給變電站的負(fù)荷。給變電站的負(fù)荷。2、暗備用暗備用系統(tǒng)正常時(shí)備用電源也投入運(yùn)行系統(tǒng)正常時(shí)備用電源也投入運(yùn)行如兩個(gè)工作電

17、源的變電站如兩個(gè)工作電源的變電站運(yùn)行方式一，高壓分段斷路器運(yùn)行方式一，高壓分段斷路器3QF斷開斷開當(dāng)兩臺(tái)主變壓器中有當(dāng)兩臺(tái)主變壓器中有一臺(tái)發(fā)生故障而跳閘一臺(tái)發(fā)生故障而跳閘時(shí)，備用電源自投裝時(shí)，備用電源自投裝置則發(fā)出控制指令，置則發(fā)出控制指令，使低壓母聯(lián)斷路器使低壓母聯(lián)斷路器5QF合上，保證合上，保證、段母線上負(fù)荷的供段母線上負(fù)荷的供電。電。低壓側(cè)低壓側(cè)段和段和段母線上的負(fù)段母線上的負(fù)荷分別由荷分別由1 1# #T T和和2 2# #T T供電供電運(yùn)行方式二，低壓母聯(lián)斷路器運(yùn)行方式二，低壓母聯(lián)斷路器5QF5QF斷開斷開根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和線路容量不同，分為根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和線路容量不同，分為有主、備的

18、備自投有主、備的備自投 以一種供電方式為主供電方式，一側(cè)電源為主供以一種供電方式為主供電方式，一側(cè)電源為主供電源，另一側(cè)電源為備用電源。當(dāng)主供電源失電電源，另一側(cè)電源為備用電源。當(dāng)主供電源失電時(shí)，備用電源自動(dòng)投入；主供電源得電后，仍然時(shí)，備用電源自動(dòng)投入；主供電源得電后，仍然恢復(fù)由主供電源供電，備用電源退出運(yùn)行?；謴?fù)由主供電源供電，備用電源退出運(yùn)行。無主、備的備自投無主、備的備自投雙側(cè)電源互為備用，在當(dāng)前供電電源失電時(shí)，自雙側(cè)電源互為備用，在當(dāng)前供電電源失電時(shí)，自動(dòng)切換為另一側(cè)電源供電。動(dòng)切換為另一側(cè)電源供電。備用電源自投的動(dòng)作邏輯備用電源自投的動(dòng)作邏輯充電條件充電條件 系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)正常的供

19、電方式，并持續(xù)一定時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)正常的供電方式，并持續(xù)一定時(shí)間（10 15s）,則認(rèn)為充電成功，允許備自投動(dòng)作。則認(rèn)為充電成功，允許備自投動(dòng)作。閉鎖條件閉鎖條件 在檢測到備用電源無壓或有故障電流或人工操作等在檢測到備用電源無壓或有故障電流或人工操作等 情情況下，不允許備自投動(dòng)作。況下，不允許備自投動(dòng)作。 動(dòng)作條件動(dòng)作條件 在已充電的情況下，若主電源失電并確認(rèn)已無壓而備在已充電的情況下，若主電源失電并確認(rèn)已無壓而備用電源有壓，且經(jīng)過一定的延時(shí)后，則備自投動(dòng)作用電源有壓，且經(jīng)過一定的延時(shí)后，則備自投動(dòng)作 動(dòng)作過程動(dòng)作過程在滿足動(dòng)作條件后，經(jīng)確認(rèn)原主電源斷路器已斷開，在滿足動(dòng)作條件后，經(jīng)確認(rèn)原主電源斷路器已斷開，且斷路器分閘到位后，方可合備用電源進(jìn)線斷路器且斷路器分閘到位后，方可合備用電源進(jìn)線斷路器供電恢復(fù)過程供電恢復(fù)過程在主、備的備自投方式下，備自投動(dòng)作之后，當(dāng)主供在主、備的備自投方式下，備自投動(dòng)作之后，當(dāng)主供電電源又得電，則應(yīng)斷開備用電源進(jìn)線斷路器，閉合電電源又得電，則應(yīng)斷開備用電源進(jìn)線斷路器，閉合主供電源斷路器，恢復(fù)主供電方式。主供電源斷路器，恢復(fù)主供電方式。概念：概念：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或震蕩時(shí)能自動(dòng)記當(dāng)電