电力系统自动装置原理第3章
电力系统自动装置原理
电力系统自动装置原理电力系统自动装置是一种高科技电气装置，它的作用是消除电力系统中出现的故障，确保电力系统运行安全可靠，提高电力系统的自动化程度。
电力系统自动装置应用广泛，包括变电站自动化、电力线路故障隔离、保护配电系统、自动调控电力负载等。
下面将详细介绍电力系统自动装置的原理。
1. 电力系统自动装置的分类电力系统自动装置按照作用原理可以分为三种：（1）过电流保护过电流保护是一种常见的保护方式，它通过检测电路中的电流大小来判断是否存在故障。
当电流大于额定值或持续时间超过一定时间时，保护装置会触发，使故障线路与电力系统隔离。
（2）差动保护差动保护是一种常用的变压器保护和母线保护方式，它是通过检测两侧的电流差异，判断电路是否存在故障，来实现快速隔离故障电路。
（3）接地保护接地保护是针对系统接地故障而设计的保护装置，它是通过检测系统中的接地电流大小和存在的故障类型来进行分析，针对不同类型的故障进行自动隔离和恢复。
2. 电力系统自动装置的工作原理电力系统自动装置的工作原理主要包括三个步骤：检测、判断和操作。
（1）检测电力系统自动装置通过传感器或直接连接到线路的电流和电压信号检测电力系统中的各种信号，如故障电流、电压等。
（2）判断当检测到电力系统中存在异常信号时，电力系统自动装置会进行判断，判断出异常信号的类型和位置，并作出相应的处理。
例如，若判断出存在过电流故障，就会针对不同类型的故障进行不同的处理，如瞬时短路、接地故障或欠电压故障。
（3）操作电力系统自动装置会根据判断结果对电力系统进行相应的操作，如切断故障电路、自动重建回路、调整电力系统运行状态等，保证电力系统的运行安全和可靠性。
3. 电力系统自动装置的优点电力系统自动装置具有以下优点：（1）自动化程度高，能够快速准确地诊断和处理电力系统的各种故障。
（2）具有可靠性强的故障传递能力，当有部分装置发生故障时，其余装置仍能正常工作。
（3）能够大幅度提高电力系统的运行效率，减少电力损耗和能源浪费。
电力系统自动装置原理
1.并列操作：将同步发电机并入电力系统参加并列运行的操作2.不恰当并列操作影响：①产生巨大冲击电流；②系统电压严重下降；③使电力系统震荡以致瓦解3. 同步发电机并列原则：①并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍；②发电机组并入电网后，应能迅速同步，暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。
4. 同步发电机并列方法：准同期并列、自同期并列5. 并列的理想条件：① ƒG =ƒX ②U G =U X ③ δe=0 （即相角差为0）6. 存在电压幅值差时，冲击电流主要为无功电流分量；存在合闸相角差时，冲击电流主要是有功电流分量；存在频率差时，待并发电机需经很长暂态过程才能同步，严重时甚至失步。
7.准同期并列主要是对脉动电压Us 和滑差角频率ωs 进行检测和控制。
8.准同期并列装置采用的提前量有恒定越前相角和恒定越前时间。
9. 计算题： 例：一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗"q X 为0.125；系统等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗X X 为0.25；断路器QF t =0.5s,它的最大可能误差时间为±20%QF t ；自动并列装置最大误差时间为±0.05s ，待并发电机允许的冲击电流值为"i hm =2GN I 。
试计算允许合闸误差角ey δ、允许滑差角频率sy ω，与相应的脉动电压周期s T 。
解：按题意求解如下：① 取''q E =1.05，允许合闸误差角ey δ=''q ""21.82arcsin 2E X X i X q hm ⨯+）（=2arcsin 05.128.1225.0125.012⨯⨯+⨯⨯）（=11.38°=0.199 rad PS:若记不住以上公式，可用"''28.1h hm I i =和2sin X 2ey ''q "q"δX h X E I +=推导。
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案(1—3章)
第三章 复习思考题1. 何谓并列？发电机并列操作应遵循哪原则？答：电力系统并列操作一般是指两个交流电源在满足一定条件下的互联操作，也叫同步操作、同期操作或并网。
并列的原则是：(1)并列瞬间，发电机的冲击电流不应超过规定的允许值；(2)并列后，发电机应能迅速进入同步运行。
2. 并列的方法有哪两种？各有何特点？答：并列的方法有准同步并列和自同步并列两种。
准同步并列的优点是并列时产生的冲击电流较小，不会使系统电压降低，并列后容易拉入同步。
自同步并列的优点是操作简单、并列速度快，在系统发生故障、频率波动较大时，发电机组仍能并列操作并迅速投入电网运行，可避免故障扩大，有利于处理系统事故。
3. 准同期自动并列的三个条件是什么？并列时如果不满足这些条件会有何后果？答：并列条件应为： (1)发电机电压和系统电压的幅值相同； (3)发电机电压和系统电压的相位相同，即相角差为0； (2)发电机电压和系统电压的频率相同。
不满足条件(1)时，会产生无功分量的冲击电流。
冲击电流的电动力会对发电机绕组产生影响，当电动力较大时，有可能引起发电机绕组的端部变形；不满足条件(2)时，产生有功分量的冲击电流，合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，使机组转轴受到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的；不满足条件(3)时，断路器两侧出现脉动电压，如果发出合闸命令的时刻不恰当，就有可能在相角差较大时合闸，从而引起较大的冲击电流。
此外，如果在频率差较大时并列，频率较高的一方在合闸瞬间会将多余的动能传递给频率低的一方，即使合闸时的相角差不大，当传递能量过大时，待并发电机需经历一个暂态过程才能拉人同步运行，严重时甚至导致失步。
4. 准同期自动并列的实际条件是什么？答：(1)待并发电机电压幅值与系统电压幅值应接近相等，误差不应超过±(5％~l0％)的额定电压；(2)待并发电机频率与系统频率应接近相等，误差不应超过±(0.2％~0.5％)的额定频率；(3)并列断路器触头应在发电机电压与系统电压相位差接近零度时刚好接通。
chap3-1,2,3第三章 电力系统频率和有功控制
例3-1 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 KL*值。
例3-2 某电力系统总有功负荷为 3200MW （包括 电网的有功损耗），系统的频率为 50Hz ，若 K L*=1.5 ，求负荷频率调节效应系数 K L 值。若 K L*=1.5 ，负荷增长到3650MW时，系统的频率为 50Hz ， KL又是多少。
第三章 电力系统频率和有功 功率自动控制
通过本章学习，要求： 1、理解电力系统频率和有功功率的自动控 制的必要性； 2、掌握电力系统的频率特性，电力系统的 频率调整，电力系统有功功率的经济分配； 3、了解数字电液调速器的基本工作原理， 电力系统调频的基本方法和自动发电控制的原理 4、掌握电力系统低频减载的工作原理。
1、测速机构（齿轮传动机构和离心飞摆） 转速升高——飞摆转快——离心力增加— —A上升 A的位置表征机组转速的大小 2、放大执行机构（错油门和油动机） E上移——错油门凸肩上移——油动机活塞 下移——关小开度——减小进汽量 作用：（1）将微小的机械位移放大成了调 节汽阀开度的较大变化； （2）将微小作用力变成大的作用力。
（三）持续负荷
变化缓慢，变化幅度大，是由 工厂的作息制度，人们的生活规律 等造成的。其变化可以用负荷预测 的方法预先估计得到。调度部门预 先编制的系统日负荷曲线主要反映 这部分负荷的变化规律，这部分负 荷要求在满足系统有功功率平衡的 条件下，按照经济分配原则在各发 电厂间进行分配。
三、备用容量 • 为保证系统对负荷可靠供电和良 好的电能质量，系统还必须有备用容 量。 （一）定义： 系统电源的最大发电容量与系统 总负荷之差，即备用容量。 （二）分类： • 按作用分：负荷备用、检修备用、 事故备用、国民经济备用 • 按其存在形式分：热备用（旋转 备用）、冷备用
电力系统自动装置原理教案-3 采样、量化与编码技术
第一章自动装置及其数据的采集处理第一节自动装置的组成1、教学时数：1学时2、教学要求：明确自动装置硬件的基本结构形式及软件的功能模块划分。
3、内容要点：①采样过程与采样定理；②量化与编码技术。
4、教学重点、难点：重点：采样过程、编码技术难点：无5、教学方法：板书＋PPT６、内容安排：我们刚才将自动装置组成的硬件和软件已经做了介绍，那么在自动装置中很重要的一部分就是你的模拟信号如何进入设备，计算机如何进行应用。
这些模拟信号要进入自动装置由计算机进行处理，它必须进行采样、量化、编码等过程，计算机才可以应用。
那么，我们现在就进入这一节的学习。
第二节 采样、量化与编码技术首先，我们来学习采样。
一、采样1.采样过程先来看什么叫采样。
采样定义：对连续模拟信号（我们用x(t)来表示，按照一定的时间间隔（τ），抽取相应的瞬时值，（就组成了一系列的信号,用()s s X nT 来表示）这个过程称为“采样”。
采样信号的定义：对连续的模拟信号抽取相应的瞬时值，所组成的一系列脉冲信号()s s X nT 。
采样时间的定义：采样过程所持续的时间τ。
采样周期：两个脉冲信号之间的间隔，用s T 来表示。
采样频率：1s sf T =首先，我们来了解下什么是脉冲信号，在一定的时间间隔τ内，有一个幅值，即信号；而在此间隔外，其值为0。
从时域图中可以看出，在时间间隔内，幅值为E ，此时间段内，幅值与时间轴围成的面积为1.这就是我们所理解的脉冲信号及其特点。
从上图中，我们来了解什么是具体的采样过程，曲线就是我们的连续模拟信号x(t)，在一个时间间隔s T 内，有一个采样时间为τ的采样信号，在时间间隔τ内取值，这就是我们所理解的采样过程。
从刚才的图我们可以看出，采样过程其实就是一个脉冲调制过程，而我们的脉冲信号就可以称作我们的调制信号，采样开关可以看作是调制器。
这个信号称为脉冲调制信号()t δ。
我们的模拟信号x(t)与调制信号的乘积，就是我们要得到的调制结果。
电力系统自动装置原理第五版
电力系统自动装置原理第五版第一章介绍本书是关于电力系统自动装置原理的第五版，旨在向读者全面介绍电力系统自动装置的工作原理、设计方法和应用技术。
通过对电力系统自动装置原理的深入研究，读者将能够理解并掌握电力系统自动装置的运行机制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
第二章电力系统自动装置的基本原理本章主要介绍电力系统自动装置的基本原理。
首先，需要了解电力系统的结构和组成，包括输电线路、变电站和负荷等。
其次，介绍电力系统的运行状态和故障类型，以及自动装置对故障的检测和处理的基本原理。
最后，介绍电力系统自动装置的分类和应用技术，例如保护自动装置、自动重合闸装置和补偿装置等。
第三章电力系统保护自动装置的原理和设计本章主要介绍电力系统保护自动装置的原理和设计方法。
首先，需要了解电力系统保护的基本概念和目标，以及保护自动装置在电力系统中的作用。
其次，介绍保护自动装置的基本工作原理，包括故障检测、故障定位和故障隔离等。
最后，介绍保护自动装置的设计方法和应用技术，例如差动保护、过电压保护和接地保护等。
第四章电力系统自动重合闸装置的原理和设计本章主要介绍电力系统自动重合闸装置的原理和设计方法。
首先，需要了解自动重合闸的基本概念和作用，以及在电力系统中的应用场景。
其次，介绍自动重合闸装置的工作原理，包括故障检测、故障排除和系统恢复等。
最后，介绍自动重合闸装置的设计方法和应用技术，例如自动重合闸时间的设置和重合闸控制策略的优化等。
第五章电力系统补偿装置的原理和设计本章主要介绍电力系统补偿装置的原理和设计方法。
首先，需要了解电力系统补偿的基本概念和目的，以及在电力系统中的应用场景。
其次，介绍补偿装置的工作原理，包括无功补偿、功率因数调节和电压调节等。
最后，介绍补偿装置的设计方法和应用技术，例如容性补偿和电容器组的选择与配置等。
第六章电力系统自动装置的现状与发展趋势本章主要介绍电力系统自动装置的现状和发展趋势。
首先，分析电力系统自动装置的发展历程和应用现状。
工学微机电力自动装置原理课件第3章同步发电机励磁控制系统.ppt
（1）发电机的有功功率特性（前面已经知道）
PG
EqU X
sin
第3章 指令系统及汇编语言程序设计
以上发电机有功功率公式和其曲线。可知：改变励磁电流的大小，就能改变感电动 势Eq的大小，从尔改变发电机功率角δ的大小。当功率角δ从0度变化到90度时PG 就从0变化到最大Pm值。称为发电机的内角特性。 但是当功率角δ大于90度后， PG就又从最大Pm值往小的方向变化，称为发 电机的外角特性。它带来静态特性不稳定的问题。我们希望功率角δ大于90度后， 提高Pm值，在很宽的范围内维持Pm值的稳定性？ 其办法就是使励磁调节器起作用，改变励磁电流的大小，来达到，见图3-7
第3章 指令系统及汇编语言程序设计
B、 关系说明： 励磁电流IEF增加或减小： 发电机感应电动势Eq也随着增加或减小，
因此发电机的输出电压UG和电流IG 、IP、无功电流IQ、无功功率 PQ 都将改变。
它们的关系可用下式表示：
Eq I EF
Eq c os U G IQ X d
当cos很小时：Eq U G IQ X d
第3章 指令系统及汇编语言程序设计
（4）系统能否处于动态稳定实质上是由励磁电流IEF决 定的。只要增加励磁电流IEF就能使F点上面的阴影面 积大于下面阴影面积，而使系统进入动态稳定。
（1）正常情况下，发电机输出功率为PG0，在图2-8中的a点运行。
（2）电网受干扰后，功率工作点下降到b点，此时转子因有过剩转矩 而加速，使PG上升达到F点。
（3）达到F点后P>PG0转子上出现制动转矩,转子减速.。PG下降，能 否稳定在PG0，处决于F点上下阴影区的面积是否相等。若上面的面积大 于下面的面积系统处于动态稳定，否则系统不能处于动态稳定。
自动装置知识点
《电力系统自动装置原理》知识点杨冠城主编绪论1.电力系统自动装置对发电厂、变电所电气设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。
电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置。
2.电气设备的操作分正常操作和反事故操作两种类型。
(1)按运行计划将发电机并网运行的操作为正常操作。
(2)电网突然发生事故，为防止事故扩大的紧急操作为反事故操作。
防止电力系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置称为电力系统安全自动控制装置。
3．电力安全装置发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。
自动装置及其数据的采集处理电力系统运行的主要参数是连续的模拟量，而计算机内部参与运算的信号是离散的二进制数字信号，所以，自动装置的首要任务是数据采集和模拟信号的数字化。
1、硬件组成形式从硬件方面看，目前电力系统自动装置的结构形式主要有四种:即微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统(Distributed control system——DCS)和现场总线系统(Field bus Control System——FCS)。
2、采样对连续的模拟信号x(t)，按一定的时间间隔T S，抽取相应的瞬时值，这个过程称为采样。
采样过程就是一个在时间和幅值上连续的模拟信号x(t)，通过一个周期性开闭(周期为T S，开关闭合时间为τ)采样开关S后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号x S(nT S)。
3、采样定理采样周期T S决定了采样信号的质量和数量： T S太小，会使x S(nT S)的数据剧增，占用大量的内存单元；T S太大，会使模拟信号的某些信息丢失，当将采样后的信号恢复成原来的信号时，就会出现信号失真现象，而失去应有的精度。
因此，选择采样周期必须有一个依据，以保证x S(nT S)能不失真地恢复原信号x(t)。
这个依据就是采样定理。
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⒈对励磁调节器的要求
⒉对励磁功率单元的要求
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转第2节
同步发电机励磁控制系统的组成
①励磁调节器：根据测量的信息和给定的调节准则控制 下一单元的输出。
②励磁功率单元：向同步发电机转子提供直流励磁电流。 ③发电机：调节对象（控制对象）。
其中，①和②构成励磁系统。
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电 压 控 制
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改善运行条件③
系统低负荷运行时，发电机的励磁电流不大。若此时 系统发生短路故障，其短路电流较小，且随时间衰减， 以致于带时限的继电保护不能正确工作。这时，可增 加励磁，从而增加短路电流，使继电保护正确工作。
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水轮发电机组的强行减励
水轮发电机组发生故障突然跳闸时，调速系统不能迅速 关闭导水叶（惯性作用的结果），致使转速急剧上升， 如不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机电 压有可能升高到危及定子绝缘的程度（在励磁电流一定 时，转子转速上升，定子绕组切割磁力线的速度加大， 从而使Eq增大。）
PG = EqUsin/x = Pmaxsin
当Eq（与励磁电流相对应）和U固定时，PG是的正弦函数。
因此，调节励磁电流，改变Eq，使发电机的有功功率特性得到改变， 从而改善系统的有功静态传输能力。对于按参数偏差量的比例进行
调节的励磁控制系统，在测量单元无失零区时，功角特性一般只能 近似达到以Eq恒定的特性曲线，此时功率极限角大于90 （参见P47 图3-7）。
Eq
jxd UG
jxl
U
பைடு நூலகம்
IG
返回
P
提高暂态稳定性
P
m
Ⅰ Ⅲ
Ⅱ
以单机无穷大系统为例分析。 o
δ
图中，曲线III对应于故障后采取强励的功角特性。
（利用等面积法则进行分析）
限制励磁对暂稳作用的因素：
励磁系统的时间常数和强励倍数。只有当励磁系统既有快速响 应特性又有高的强励倍数时，才对改善电力系统的暂态稳定性有明 显的作用。
结论：虽然IEF改变使Eq、及发生了变化，但仍可使PG维持恒定，而QG随之
调节，即在调节励磁时，一方面可以维持PG恒定，另一方面又可改变发电机 承担的无功功率。因此，在多机系统中，可以通过调节励磁电流来实现并联
运行发电机组间无功功率的合理分配。
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提高静态稳定性
以单机无穷大系统为例分析。
发电机输出的有功功率（功率或功角特性）为：
返回
励磁电压响应比
UEF(V)
通常，将励磁电压在最初
0.5秒内上升的平均速率定义为 UEFe 励磁电压响应比。具体求法为：
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改善运行条件②
A.失磁或低励发电机从系统吸收大量无功功率系统电 压大幅降低严重时危及安全运行。此时，系统其它 机组增加励磁提供足够的无功功率维持系统电压 失磁或低励发电机在一定时间内异步运行（确保系 统安全运行和有利于机组热力设备的运行）。
B.系统有功功率发生缺额时，备用水轮机组自同期投入 吸收大量无功功率系统电压突然降低系统中其 它机组应迅速增加励磁保证电网电压恢复和缩短机 组并列过程。
第3章 同步发电机励磁自动控制系统
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第1节 概述
一、同步发电机励磁控制系统的组成
二、同步发电机励磁控制系统的作用或任务
⒈电压控制
⒉控制无功功率的分配
⒊提高同步发电机并联运行的稳定性（①静态稳定②暂态 稳定 ）
⒋改善电力系统的运行条件
⒌水轮发电机组的强行减励
三、对励磁系统的基本要求
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改善电力系统的运行条件
①加速短路切除后的系统电压恢复过程， 并就此改善异步电动机的自启动条件
②为发电机异步运行和自同期并列创造条 件
③提高继电保护装置工作的正确性
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改善运行条件①
• 电网短路电压降低电动机处于制动状态 • 短路切除后，电动机的自启动需吸收大量无功
功率延缓了电压恢复过程 • 发电机强励加速电压恢复
IQ1
IQ2 IQ
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控制无功功率的分配
参考 相位
设机端电压恒定。正常情况下，发电机
Eq jxdIG
机械输入功率Pm和电磁输出功率PG维持 相等，Pm只受调速器的控制，与励磁电
UG
流大小无关。在此可令Pm维持恒定，因
而发电机发出的有功功率也为常数，即： Eqsin = k2线
IG
IGcos = k1线
返回
对励磁功率单元的要求
①具有足够的可靠性和调节容量，以适应各种工况的需要； ②具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。
励磁顶值电压UEFq：强励时励磁功率单元可能提供的最高 输出电压值。 强励倍数：励磁顶值电压UEFq与额定工况时的励磁电压 UEFe之比（视制造和成本，常取1.6~2）。 励磁电压上升速度：衡量励磁功率单元动态行为（快速响 应能力）的指标。具体指标有两种，即励磁电压响应比 和响应时间 。
PG = UGIGcos=常数
（为功率因数角） (1)
又，若忽略发电机定子电阻和凸极效应，则发电机发出的有功功率为：
PG = EqUG/xd sin =常数 （为发电机的功率角） (2) 由（1）和（2）知： IGcos = k1（常数） Eqsin = k2（常数）
另，发电机发出的无功功率为：
QG = UGIGsin=UGk1tg 或 QG =[EqUGcosUG2]/xd = k2tg - UG2/xd
由外特性，当励磁电流一定时，UG随IQ UG 的增大而下降。若IQ太大造成UG过小， UGe 满足不了运行条件，则需通过励磁控制 UG2
系统增加励磁电流，从而增大Eq，以使 UG上升到满足运行条件；若IQ太小，造 成UG过大，则需减小励磁电流，从而减 小Eq，使UG下降到满足运行条件。
IEF2 IEF1
+ GEW
UEF IEF
G
UG IG
jxd
Eq IG
UG
参考 Eq jxdIG 相位
G UG IQ
IG
UG=EqjxdIGUG=Eqcos -xdIGcos(-)=Eqcos -xdIGsin =Eqcos -xdIQEqxdIQ （当较小时）
无功负荷电流IQ主要造成了Eq与UG间的幅值差，IQ越大， 幅值差越大。
返回
对励磁调节器的要求
①正常运行时，能反映发电机组的电压高低并维持其在给 定水平、能合理分配机组间的无功功率及实现无功功率 的转移；
②对远距离输电的发电机组，为能在人工稳定区域运行 （增加静稳传输能力），要求无失灵区；
③能迅速反映故障，具备强励功能，以提高暂稳水平和改 善系统运行条件；
④时间常数小，反应迅速。