电力系统自动化第三版
(完整word)电力系统分析.(第三版)知识总结,推荐文档
电力系统分析第一章电力系统稳态分析1.电力系统：通常将生产、变换、输送、分配电能的设备（发电机、变压器、输配电力线路等），使用电能的设备（电动机、电炉等），以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。
2.电力网络：电力系统中，各种电压等级的输配电力线路及升降变压器所组成的部分。
3.动力系统：电力系统又加上动力设备（汽轮机、水轮机、锅炉）。
4.电能生产、输送、分配和使用特点：①电能与国民经济各个部门、国防和日常生活之间的关系都很密切；②电能不能大量储存；③电力系统中的暂态过程十分迅速；④对电能质量的要求比较严格。
电能质量主要指频率、供电电能偏移和电压波形。
5.对电力系统运行的基本要求：①保证系统运行的安全可靠性；②保证良好的电能质量；③保证系统运行的经济性。
6.电力系统的总负荷：是指系统中千万个用电设备消耗功率的总和。
根据负荷对供电可靠性的要求，电用负荷：一级负荷：①中断供电将造成人身伤亡时；②中断供电将在政治、经济上造成重大损失时；③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
一级负荷为重要负荷，必须有两个或两个以上的独立电源供电。
一级负荷不允许停电。
二级负荷：①中断供电将在政治、经济上造成较大损失时；②中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
二级负荷为较重要负荷，可由两个独立电源或一回专用线路供电。
二级负荷允许短时停电。
三级负荷：不属于一级和二级负荷者应为三级负荷，三级负荷无特殊要求。
一般采用一个电源供电。
7.电力系统负荷曲线：是指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲线。
8.常用的负荷曲线：①有功功率日负荷曲线和无功功率日负荷曲线：是指系统有功功率或无功功率负荷在一天24小时内的变化规律；②有功功率年最大负荷曲线：是指在一年内每个月最大有功功率负荷变化的曲线；③年持续负荷曲线：是由一年中系统负荷按其数值大小及其持续的时间顺序由大到小排列而成。
9.最大负荷利用小时数：如果负荷始终等于最大负荷Pmax，则经过Tmax小时所消耗的电能恰好等于全年电量W。
电力系统自动化 第三版(王葵、孙莹编)第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术
17
SVC能快速、平滑的调节无功功率的大小和方向， 以满足动态无功功率补偿要求，尤其是对冲击性负荷 适应性较好。 与同步调相机比较，运行维护简单，功率损耗较小 ，能够作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。其缺 点是最大无功补偿量正比于端电压的平方，在电压很 低时，无功补偿量将大大降低。
18
（4）同步调相机及同步电动机
静止无功功率补偿器（Static VAR Compensator，简称SVC）是 一种发展很快的无功功率补偿装置，其工作原理下图所示。
Qi
U
U
U
QLC
QD QC
UN
2
1
IL IC
QL
C
L
I LC
容性
o
感性
I
容性
o 感性
I
(a )
(b)
图4-5 静止无功补偿器工作原理
(c)
16
静止无功补偿器不仅用于传输网络，而且广泛用于配 电系统中。 如在大型电动机的启动中应用SVC可以降低电压跌落 值；SVC亦可应用于单相负荷入电焊机和电气化铁路 供电系统中。
Qs
Qr
无功功率传输主要取决于电压幅值， 总是从高电压节点流向低电压节点
25
例：当Us=1.05p.u.，Ur=0.95p.u.，X=0.5p.u.，两端角 度差为45度，求两侧无功功率。
cos45 0.760
Qs Qr 1.05(1.05 0.95 0.760) 0.689 0.5 0.95(1.05 0.760 0.95) 0.289 0.5
为什么分接头设 在高压侧？
容量为6300kVA及以下的变压器，高压侧有三个分接 抽头，分别为1.05、1、0.95倍的额定电压。
电力系统自动化----第三版(王葵、孙莹编)第六章配电管理系统
EMS多采用一个厂、一个所的RTU占用一个通道的 组织方式；
DMS多采用将分散在户外的分段开关控制数据集结在 若干点（区域子站），然后再上传至控制中心；
主站
A
B
B
B
C
B BB
D
DD
图6-2 配电SCADA系统的体系结构
A－二次集结区域子站；B－次集结区域子站；
C－开闭所RTU; D－柱上开关FTU
馈线；
控制线；
通信线；
FTU; 分段开关； 联络开关； 断路器
24
25
传统的人工抄表方式；
现代电子技术、通讯技术、计算机以及网络的发 展，使自动抄表成为可能；
自动抄表系统提高了用电管理的现代化水平
节约大量人力资源； 提高抄表的准确性； 提高管理水平；
26
四部分构成： 电能表 抄表集中器 抄表交换机 中央信息处理机
第五章 电力系统调度自动化
1
通常把电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压 后向用户供电的网络，称为配电网，包括馈线、降压 变压器、断路器、各种开关等设备。
2
整个配电系统由配电网、继电保护、自动装置、测量 和计量仪表以及通信和控制设备等构成，按照一定的 规则运行，以高质量的电能持续地满足电力用户的需 求。
6
5、输电系统与配电系统的不同
不同点1：
输电：为多环网结构； 配电：为辐射型或少环网结构；
不同点2：
输电：开关、刀闸、电容器等设备多集中在变电站； 配电：设备沿线分散配置；
不同点3：
输电：远程终端数量少但数据采集量大，总体小； 配电：远程终端数量大但数据采集量小，总体大；
等性能要求比传统RTU要高得多。
电力系统自动化第三版
自励与他励的区别
◦ 他励比自励多用了一台副励磁机； ◦ 他励方式励磁单元的时间常数就是励磁机励磁绕组的时间 常数，与自励方式相比，时间常数减小了，即提高了励磁 系统的电压增长速率（第三节讨论）。 ◦ 他励直流励磁机励磁系统一般用于水轮发电机组；
16
Eq
输电线
降压变压器
G
升压变压器
系统
j IG
x
d
(a)
U
d
G
UG j I G xT U
Eq
X
d
UG
X
U
T
q
(b )
(c )
IG
图2-6 单机向无穷大母线送电 (a) 接线图；(b) 等值网络；(c) 相量图
17
发电机的输出功率按（2-4）式可以写成
U P Eq sin G X
24
PG max
0.75
K 4
0.70
0.65
K 2 K 1
图2-10励磁系统时间常数Te 与暂态稳定极限功率的关 系，由图可见在0.3s以下时， 提高强励倍数K对提高暂态 稳定极限功率有显著效果。 当 Te 较大时，效果就不明 显。
0 .6 0 .8
0.50 0.35
0
0 .2
0 .4
T e( s )
电
励磁功 率单元
G
发电机
力 系 统
励磁调节器
输入信息
图2-1 励磁控制系统结构框图
3
空载电势
◦ 发电机空载电势决定于励磁电流，改变励磁电流就可影响 同步发电机在电力系统中的运行特性;
电力系统自动化----第三版(王葵、孙莹编)的复习资料
电力系统自动化复习题一判断：1所谓互操作是指,同一厂家或者不同厂家的两个或多个智能电子设备具有交换信息并使用这些信息进行正确协同操作的能力.( ）2在IEC 61850标准中规定，只有逻辑节点不能交换数据。
（ )3间隔层设备包括电子式电流、电压互感器、开关设备的智能单元。
（）4 变压器分接头调压本质上是不改变无功功率分布，以全系统无功功率电源充足为基本条件。
( ）5运行规程要求电力系统的频率不能长时期的运行在49。
5~49Hz以下；事故情况下不能较长时间的停留在47Hz以下，瞬时值则不能低于45Hz。
( ）6按各发电设备耗量微增率不相等的原则分配负荷最经济，即等耗量微增率原则。
（ )7对于由发电机直接供电的小系统，供电线路不长,可采用发电机直接控制电压方式.（）8配电远方终端很少安装在电线杆上、马路边的环网柜内等环境非常恶劣的户外.（）9主导发电机法调频，调频过程较快,最终不存在频率偏差。
（ )10 正调差系数，有利于维持稳定运行。
11传统变电所中，采用强电电缆在一次设备和二次设备之间传输控制和模拟量信号,电缆利用率高。
( ）12分段器可开断负荷电流、关合短路电流，不能开断短路电流，因此可以单独作为主保护开关使用。
（）13配电管理系统主要针对配电和用电系统，用于10KV以上的电网；（）14 大量传输无功会导致小的功率损耗和电压损耗。
( )15 正调差系数，(有利）于维持稳定运行。
（）答案:1答:正确2答：错，改为能3答：错,改为过程层4 答：错,改为改变5答：正确6答：错改为相等7答：正确8答:错改为大多9答：错改为慢10 答：正确11 答：错改为低12 答：错改为不能13 答：错改为以下14答：错改为大15 答：正确二填空1 由于并列操作为正常运行操作，冲击电流最大瞬时值限制在（ )倍额定电流以下为宜.2 准同期并列并列装置分为合闸控制单元和( )控制单元及压差控制单元。
3当系统发生故障时，迅速增大励磁电流，可以改善电网的电压水平及（）性。
电力系统分析第三版（于永源杨绮雯著）中国电力出版社课后答案
电力系统分析第三版（于永源杨绮雯著）中国电力出版社课后答案Chapter 一1-1、电力系统和电力网的含义是什么？答：电力系统指生产、变换、输送、分配电能的设备如发电机、变压器、输配电线路等，使用电能的设备如电动机、电炉、电灯等，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。
一般电力系统就是由发电设备、输电设备、配电设备及用电设备所组成的统一体。
电力系统中，由各种电压等级的电力线路及升降压变压器等变换、输送、分配电能设备所组成的部分称电力网络。
1-2、电力系统接线图分为哪两种？有什么区别？答：电力系统接线图分为地理接线图和电气接线图。
地理接线图是按比例显示该系统中各发电厂和变电所的相对地理位置，反映各条电力线路按一定比例的路径，以及它们相互间的联络。
因此，由地理接线图可获得对该系统的宏观印象。
但由于地理接线图上难以表示各主要电机、电器之间的联系，对该系统的进一步了解。
还需阅读其电气接线图。
电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电力元件之间的电气接线。
但电气接线图上难以反映各发电厂、变电所的相对位置，所以阅读电气接线图时，又常需参考地理接线图。
1-3、对电力系统运行的基本要求是什么？答：对电力系统运行通常有如下三点基本要求:1）保证可靠地持续供电；2）保证良好的电能质量；3）保证系统运行的经济性。
1-4、电力系统的额定电压是如何确定的？系统各元件的额定电压是多少？什么叫电力线路的平均额定电压？答：各部分电压等级之所以不同，是因三相功率S 和线电压U、线电流I 之间的关系为S= 3 UI。
当输送功率一定时，输电电压愈高，电流愈小，导线等截流部分的截面积愈小，投资愈小；但电压愈高，对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也愈大。
综合考虑这些因素，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。
但从设备制造角度考虑，为保证生产的系列性，又不应任意确定线路电压。
《电力系统自动化(第三版)》王葵版-第3章 电力系统频率及有功功率的调节1
概述
自电 动力 控系 制统 系频 统率
就地 控制
就地控制部分就是发电 机的调速装置， 装设 在汽轮发电机上
控制阀门开度：当设定功 率增加或者减小， 阀门开 度就相应的开大或关小
中心 控制
在调度中心， 调度中心 的能量管理系统有自动 发电控制和经济负荷分 配功能（AGC/EDC）， 负责给就地控制部分发 出控制命令
随之不断改变；这个过程要到 C 点升到某一位置时，比如 C′′ ，
即汽门开大到某一位置时，机组的转速通过重锤的开度使杠杆
DEF 重新回复到使Ⅱ的活门完全关闭的位置时才会结束，这
时 B 点就回到原来的位置。 3）由于 C′′ 上升了，所以
测量元件Ⅰ
A′′ 必定低于 A 。这说明调 速过程结束时，出力增加， 转速稍有降低。 4）调速器是一种有差调节器。 通过伺服马达改变 D 点的 位置，就可以达到将调速
1 ∆f
R = − ∆ω 或R = − ∆f
∆P
∆P
∆P
∆P － 发电机组的输出功率增量； o PGa
P Gb
PG
∆f －对应于频率增量。
图3-4 发电机组的功率—频率特性
如发电机以额定频率fe运行时（相当于图中a点），其输出 功率为PGa；
当系统负荷增加而使频率下降到f1时，则发电机组由于调速 器的作用，使输出功率增加到PGb（相当于图中b点）。可见 ，对应于频率下降Δf， 发电机组的输出功率增加ΔP。
88
第一节 电力系统的频率特性
P
负荷瞬时变动情况
随机分量 (<10 s) (一次调频)
脉冲分量(10 s~3min)
(二次调频) (负荷预测)
持续分量
t
电力系统自动化第三版教学设计
电力系统自动化第三版教学设计一、课程简介本课程是电力系统自动化专业的一门基础课程，主要介绍电力系统自动化技术的基础知识和应用技术，涵盖电力系统计算机监控、自动化控制、保护及触发、通讯及信息处理等方面的内容。
二、教学目标1.了解电力系统自动化技术的基本概念、主要内容和应用领域。
2.掌握电力系统监控、保护及触发、通讯等领域的基本理论和技术方法。
3.熟悉电力系统自动化设备的结构组成、特点和使用方法。
4.掌握电力系统自动化技术的应用案例，提高学生的工程实践能力。
三、教学大纲第一章电力系统自动化技术概述1.1 电力系统自动化技术的发展历程 1.2 电力系统自动化技术的概念、内容和基本要求 1.3 电力系统自动化技术的应用领域和前景第二章电力系统计算机监控2.1 电力系统计算机监控系统的概述 2.2 电力系统计算机监控系统的结构和功能 2.3 电力系统计算机监控系统的实现技术第三章电力系统保护及触发3.1 电力系统保护及触发的基本原理 3.2 电力系统保护及触发的硬件和软件结构 3.3 基于电力系统保护及触发的应用实例第四章电力系统通讯及信息处理4.1 电力系统通讯及信息处理的基本原理 4.2 电力系统通讯及信息处理的模块结构和工作流程 4.3 电力系统通讯及信息处理的主要技术和应用第五章电力系统自动化设备与技术5.1 电力系统自动化设备的分类和特点 5.2 电力系统自动化设备的发展动态5.3 电力系统自动化设备的应用环境和使用方法四、教学方法1.课堂讲授2.课程设计与实验3.综合性实践五、教学资源课本参考教材：《电力系统自动化（第三版）》软件1.Matlab2.PSCAD3.ATP4.AutoCAD实验设备1.电力系统自动化实验箱2.电力系统模拟实验平台3.电力系统演示模型六、考核方式1.平时成绩（包括课堂出勤、作业和实验）2.期末成绩（闭卷考试）七、参考文献1.《电力系统自动化（第三版）》2.《电力系统计算机监控技术》3.《电力系统保护与控制》4.《电力系统自动化设备与技术》以上是本课程的教学设计，请各位同学积极参与课堂教学，并在实验课程中注重实践，加深对电力系统自动化技术的理解与应用。
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通常我们希望发电机间无功电流应按机组容量的 大小进行比例分配，大容量的机组担负的无功增 量应相应地大，小容量的机组增量应该相应地小。
只要并联机组的“UG — IQ*” 特性完全一致（IQ*为 机组无功电流与其无功电流额定值的比值），就 能使得无功负荷在并联机组间进行比例分配。
励磁功 率单元
电
G
力
系
发电机
统
励磁调节器
输入信息
图2-1 励磁控制系统结构框图
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3
励磁自动控制系统的作用
空载电势
◦ 发电机空载电势决定于励磁电流，改变励磁电流就可影响 同步发电机在电力系统中的运行特性;
电力系统在正常运行时
◦ 可以通过控制励磁电流来控制电网的电压水平和并联运行 机组间无功功率的分配;
由（2-2）式可以看出，同步发电机的外特性必然是下降 的。当励磁电流一定时，发电机端电压随无功负荷增大而下 降。
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8
UG
U Ge U G2
I EF2 I EF 1
o
I Q1
I Q2
IQ
图2-3 同步发电机的外特性
发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节励磁电 流来维持机端电压为给定水平的。
第二章 同步发电机励磁自 动控制系统
概述
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1
发电机原理
An electric generator or electric motor that uses field coils rather than permanent magnets requires a current to be present in the field coils for the device to be able to work. (from Wiki)
要作到这一点，单纯地想把参加并联运行的大小 发电机组都做成相同的“UG — IQ*” 特性是很难实 现的，甚至是不可能的，但是自动调压器却可以 相当容易地作到这一点。
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提高稳定性
系统在扰动后，系统能够恢复到原来的运行状态或者 过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。
通常将电力系统的稳定性问题分为三类：静态稳定 （Steady State Stability）、和暂态稳定（Transient Stability）和动态稳定（Dynamic Stability）。
•
x j I G d
•
•
IQ
IG
•
I Q1
I• G1
B'
(b) 相量图
K1
图2-4 同步发电机与无限大母线并联运行
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12
由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它 的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无 限大母线，母线的电压将随着负荷波动而改变。
UG
（b）等值电路
空载电势和机端电压的关系：
Eq UGjIGXd
式中， X d —— 发电机直轴电抗。
（2-1）
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6
G
IP
jIG xd
•
Eq
jIP xd
•
U G jIQ xd
(c) 矢量图
•
IQ
•
IG
图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系
发电机感应电动势 E q 与端电压U G 的幅值关系为
图2-6 单机向无穷大母线送电 (a) 接线图；(b) 等值网络；(c) 相量图
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发电机的输出功率按（2-4）式可以写成
PG
U X
Eq
sin
（2-5）
式中 X — 系统总电抗，为发电机，变压器，输电线电抗之和； — 发电机空载电动势 E q 和端电压 U 间的相角。
当系统发生故障时
◦ 迅速增大励磁电流，可以改善电网的电压水平及稳定性。
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4
同步发电机两种不同的运行方式：
单机运行方式：
U
G
IG
P+jQ
特点：机端电压随发电机电流的变化而变化。
与无穷大系统并联方式
U=常数
G
IG
特点：机端电压不随发电机电流的变化而变化。
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5
控制电压
•
xd
IG
•
•
Eq
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10
不考虑定子电阻和凸极效应，发电机功率还可表示为
PG EqUGsin C
Xd
（2-4）
当励磁电流改变时
EqsinK2
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11
IGcosk1
EqsinK2
•
•
•
A
E q2
Eq
A E q 1
'
•
K 2
IQ2
B
•
IP
•
IG2
'
•
x jI G2 d • UU• GG UU•
•
x j I G1 d
改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电 压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的 无功功率。
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13
并联运行各发电机间无功功率的分
配
➢ 并联各发电机间无功电流的分配取决于各发电机的外特性，而上倾的 和多于一条水平的外特性都不能起到稳定分配无功电流的作用。
图2-5 并联运行发电机间无功负荷的分配
励磁电流直接影响的是E q 。励磁自动控制系统是通 过改变励磁电流从而改变 E q 值来改善系统稳定性的。
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16
励磁对静态稳定的影响
G
升压变压器
•
Eq
输电线
(a)
X X •
d UG
T
(b)
降压变压器
系统
•
U
d
G
•
U
q
•
U
(c)
•
Eq
•
x j I G d
•
UG
•
x j I G T
•
IG
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9
控制无功功率分配
1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题
为了分析简便，设同步发电机与无穷大母线并联运行，即 发电机的端电压不随负荷大小而变化，是一个恒定的值。
U=常数
G
IG
如果发电机的有功功率恒定，即
P G U G IG c o s C （2-3）
当励磁电流改变时，
IGco sk1
E q co G s U G IQ X d
式中 G — E q 与 U G 间的相角，即发电机的功率角；
I Q —发电机的无功电流。
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7
一般 G 很小，可近似认为 cosG1，可得简化的运算式为
EqU GIQXd
（2-2）
（2-2）式说明，负荷的无功电流是造成 E q 和 U G 幅值 差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间的差值也 越大。
EA 2NCf
励磁绕组通入直流电，产生磁场， 当原动机拖动电机转子旋转时，磁 场与定子绕组有相对运动，会在定 子绕组感应出交流电势，即定子三 相绕组会产生三相交流电势。
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2
一、自动励磁调节系统的概念和构
成
励磁系统：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及 在必要时使其电压消失的有关设备和电路。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