电力系统自动化
电力系统运行控制目标
1.保证电力系统安全可靠地运行
安全运行控制(等式约束条件,不等式约束条件)
2.保证电能质量
衡量电能质量的标准是频率、电压和波形三项指标。
3.保证电力系统运行的经济性
合理安排各类发电厂所承担的负荷，力求降低发电成本，
减少网络传输损失，以获得最大的经济效益
电力系统自动化是指：
应用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系统和数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、调节和控制以保证电力系统安全经济地运行和具有合格的电能质量。
即对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。
电力系统自动化是二次系统的一个组成部分，是一个总称，由许多子系统组成。从电力系统运行管理来区分，可将电力系统自动化的内容分为：电力系统调度自动化；发电厂综合自动化；变电站综合自动化
电力系统运行控制的特点
电能不能大量存储
电能供应的重要性
电力系统暂态过程十分迅速
电力系统结构十分复杂
并列操作：一台发电机组在未投入系统运行之前，它的电压与并列母线电压的状态量往往不等，须对待并发电机组进行适当的调节，使之符合并列条件, 并将断路器QF合闸作并网运行的一系列操作
准同期并列是将未投入系统的发电机加上励磁，并调节其电压和频率，在满足并列条件（即电压、频率、相位相同）时，将发电机投入系统，如果在理想情况下，使发电机的出口开关合闸，则在发电机定子回路中的环流将为零，这样不会产生电流和电磁力矩的冲击。这是准同期并列的最大优点
自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，且机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器QF，接着立刻合上励磁开关KE，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行
优点：控制操作非常简单，在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用机组投入电网运行。
缺点：引起冲击电流； 发电机母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作将产生影响
准同步并列的理想条件为两侧电源电压的三个状态量全部相等
待并发电机频率与系统频率相等，即滑差(频差)为零；
待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零；
断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零
这时，断路器QF主触头间的值等于零，不但冲击电流等
于零，而且并列后发电机与系统立即进入同步运行，不会发生任何扰动现象
方向不变,大小随时间作周期性变化的电压,称为脉动电压.
线性整步电压形成电路是由整形电路、相敏电路、滤波电路三部分组成
恒定越前时间部分是由R、C组成的比例—微分回路和电平检测器构成；可以分别调整R和C的数值，以获得相应的越前时间，使并列瞬间相角差为零。恒定越前相角的检测就可用电平检测器来完成
比较越前时间信号与恒定越前相角信号间的相位关系，即它们间先、后顺序关系，就可作出频率差是否符合并列条件的判断恒定越前相角电平检测器先于恒定越前时间电平检测器动作时，这时频率差符合并列条件
滑差角频率指俩个交流电压频率不等时，俩者间的电角频率之差称为滑差角频率
准同期并列时，调节发电机电压与系统电压的频率基本相等，在发电机电压与系统电压的相角差Δδ为零之前一个恒定时间向发电机断路器发出闭合信号，并将发电机并入电力系统。这个时间等于发电机断路器的标称合闸时间。对于一个确定的断路器，它的标称合闸时间是恒定不变的。这时间就是恒定越前时间
同步发电机励磁自动控制系统的组成一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出
同步发电机励磁自动控制系统的基本任务：电压控制；无功分配（控制无功功率的分配）；提高稳定（提高同步发电机并联运行的稳定性）；强行励磁（强行励磁以改善电力系统运行条件）；强行减磁（水轮发电机组要求实现强行减磁）
励磁系统分类:直流励磁机励磁系统（自励直流励磁机励磁系统、他励直流励磁机励磁系统）；交流励磁机励磁系统（他励交流励磁机励磁系统、无刷励磁系统）；静止励磁系统
他励交流励磁机静止整流器励磁系统
优点：响应速度快（相对DC）；容量较大（相对DC）
缺点：有滑环、电刷；易产生火花，可靠性不高；结构复杂，不易维护
应用:中等容量机组（ 100MW ~300MW ）我国旧型机组
他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁)
优点：维护工作量少；可靠性高；无接触磨损，电机绝缘寿命长
缺点：响应速度慢；不能直接灭磁 ；对机械性能要求高
应用:大容量机组（ 600MW ）
静止励磁系统 (发电机自并励系统
优点：维护工作量少； 可靠性高；主轴长度短；基建投资少
电压响应速度快； 过电压低
缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力 ；继电保护的动作会受一定影响
应用:大容量机组（ 600MW ）水轮机组
灭磁就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快的减弱到最小程度。
灭磁方法：1、直流励磁机——放电灭磁（在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕组所储存的能量转变为热能而消耗掉）2、交流励磁机——逆变灭磁（利用晶闸管的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁，剩余磁场能量向并联的电阻放电）3、快速灭磁开关（灭磁过程中，磁场电流就以等速衰减，直到为零 ）
设置调差单元的必要性实际上，由于自动励磁调节系统的总的放大倍数足够大，因而发电机带有自动励磁调节器时的调差系数都小于1%，近似无差调节，这种特性既不能使发电机并联稳定运行，也不利于发电机组在并列运行时无功负荷的合理分配，因此发电机的调差系数要根据运行的需要，人为的加以调整，使调差系数在±3%～±5%范围内
励磁调节器引入调差单元后，发电机在并网前其维护端电压水平的能力不会有任何变化，这与励磁控制系统的特性有关。
励磁系统稳定器是改善发电机空载运行稳定性的重要部件有增加阻尼、抑止超调和消除振荡的作用
低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应,常出现在弱联系、远距离、重负荷输电线路上,在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生
PSS电路不仅可以补偿单纯一电压为信号的励磁调节器产生的负阻尼，而且可以增加正阻尼，使发电机可以在稳定极限之外运行
电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类
与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等；
与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等；
与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗，但这种损耗在电网有功 损耗中所占比重较小;
与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等;
与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。
发电机组的功率—频率特性
a发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。
b)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—频率特性或调节特性。
c)发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性
二次调频方法：有差调频法；积差调频法；主导发电机法；分区调频法
电压与无功的关系：
电压控制：电压就是控制目标，即通过控制电力系统中的各种因素，使电力系统电压满足用户、设备和系统运行的要求。
无功功率控制：指的是控制手段，即通过控制无功功率的分布，实现某种控制目标。一般
是“电压水平合格”，“提高电网稳定性”，“提高经济性”。
无功电源:电力系统的无功电源，除了发电机之外，还有同步调相机，静电电容器、静止无功补偿装置和静止无功发生器
电压控制措施:1.发电机控制电压2.控制电压器变比调压3.利用无功功率补偿设备调压4.利用串联电容器控制调压
电力系统自动电压控制（AVC）（Automatic Voltage Control）自动发电控制（AGC），负荷与频率控制（LFC）能量管理系统（EMS）自动稳定控制（ASC）电力系统监控系统SCADA，远方终端RTU，在线经济调度EDC
第一章
1. 电力系统自动化总结：电力系统调度自动化，发电厂自动化，变电站自动化。
2. 并列概念：一台发电机在为并入系统运行之前，它的电压UG与并列母线电压UX的状态量往往不等，须对待并发电机组进行适当的操作，使之符合并列条件后才允许断路器QF合闸作并网运行。
3. 准同期并列:设待并发电机组G已经加上励磁电流，其端电压为UG，调节待并发电机组UG的状态参数使之符合并列条件并将发电机并入系统的操作。
4. 同步发电机并列时遵循的两个原则：1断路器合闸时，冲击电流最大的瞬间值限制在1~2倍的额定电流。2发电机并入电网后，应迅速进入同频状态切暂态过程要短。以减小对系统的扰动。
5. 滑差：两电压相量同方向旋转，一快一慢，两者间的电角频率之差称为滑差角频率。
6. 自同期并列：自同器并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率WS不超过允许值，且机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器QF，接着合上励磁开个KE，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的工程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
7. 越强时间和恒定越前时间：考虑到断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，即取一提前量。这一段时间一般称为“越前时间”。由于越前时间只需要按断路器的合闸时间进行整定，整定值和滑差机压差无关，故称其为“恒定越前时间”
8. 准同期并列的三个条件：UG=uX，Ｆｇ＝Ｆｘ，Ｏｅ＝０；
第二章
1. 励磁自动控制系统的构成：有励磁调节器、励磁单元和发电机构成的一个反馈控制系统。
2. 由于励磁调节装置能有效的提高系统静态稳定的功率极限，因而要求所有运行的发电机组都要装设励磁调节器。
3. 发电机励磁功率单元向发电机提供直流电流，除自并励磁方式外。一般是由励磁自提供的。对于功率单元的要求有：1要求励磁单元具有较小的时间常数，能够迅速的响应输入信息的变化。2
能够反应出发电机电压的高低。3能够合理的分配机组的无功率。4.对于远距离输电要发电机组没有失灵区。5励磁调剂器应能够迅速的反应系统的故障，具有强行励磁的等控制功能。
4. 励磁自动控制方式分为：直流励磁机励磁系统（自励、他励）、交流励磁机励磁系统（他励、无刷）、静止励磁系统
5. 在励磁系统中励磁功率单元往往起主导作用。
6. 他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，副励磁机与励磁机都与发电机同轴。自励与他励的区别在于励磁机的励磁方式不同，他励比自励多用了一台副励磁机。由于他励方式取消了励磁机的自并励，励磁单元的时间常数就是励磁机的励磁绕组的的时间常数，与自励方式相比，时间常数减小了，既提高了励磁系统的电压增长速率。一般用于水轮发电机。
7. 他励交流励磁机系统的主副励磁机的频率都大于50HZ，主励磁机的频率为100HZ，副励磁机的频率一般为500HZ，以组成快速的励磁系统。
8. 无刷励磁单元的特点：
（1） 无碳刷和滑环，维护工作量可以大为减少。
（2） 发电机励磁由励磁机独立供电，供电可靠性高。
（3） 发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，因而励磁系统的响应速度较慢。
（4） 发电机转子及其励磁电路都随轴旋转，因此在转子回路中不能接入灭磁设备，也无法实现对励磁系统的常规检测，必须采用特殊的测试方法。
（5） 要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，能承受高速的离心力。
（6） 因为没有基础部件的磨损，所以也就没有碳粉和铜末引起的对电机绕组的污染，故电机的绝缘寿命较长。
9. 静止励磁系统的优点：
（1） 励磁系统接线和设备比较简单无转动部分，维护费用较少，可靠性高。
（2） 不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减小基建投资。
（3） 直接用晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度，可近似认为具有阶跃函数那样的响应速度。
（4） 由发电机端取得励磁能量。机端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机组的转速的一次方成比例。
10. 励磁自动控制系统的动态特性：是指较小的或随机的干扰下，励磁自动控制系统的时间响应特性。分析方法有经典的传递函数法及现代的状态变量法。
11. 励磁系统稳定器在电力系统中的作用：发电机的励磁控制系统中，一般都附有励磁控制系统的稳定器，作为改善发电机空载的运行稳定性的重要部件。这种方法是将发电机转子电压微分再反馈到综合放大单元的输入端参与调节。这种并联校正的转子电压负反馈网络称为
励磁稳定器，由于它有增加阻尼、抑止超调和消除振荡的作用，故又称为阻尼器。
12. 同步发电机受到干扰后的动态过程中转子间的角差会是一个振荡性质的过程。如果转子角差的振荡是衰减的则电力系统就是稳定的，反之则不稳定，凡是不含转子角差振荡的，一般都不属于电力系统稳定的范畴。
13. 负阻尼大于机组的自然阻尼和电枢反映去磁效应产生的正阻尼作用，则机组就会产生等幅的或持续增长得振荡（励磁调节器产生负阻尼）。
第三章
1. 一次调频：第一种负荷变化引起的频率偏移，一般利用发电机组上装置的调速器来控制和调整原动机的输入功率，以维护系统的频率水平称为频率的一次调频。
2. 第二种负荷变化引起的频率偏移较大，仅仅靠调速器的控制作用往往不能将频率偏移限制在允许范围内，这是必须用调频器参与控制和调整，这种调整称为频率的二次调整。
3. 当系统频率变化时整个系统的有功负荷要跟着改变，即P=F（f）。这种有功负荷随频率的改变的特性叫负荷的功率—频率热性是负荷的静态频率特性。也称为负荷的调节效应。
4. 当频率上升时，负荷要求功率随之增加阻止频率的上升，频率下降时，负荷要求功率跟着下降，阻止频率的下降，负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。因此称Kl*为负荷的频率调节效应系数，Kl*=-1~3
5. 通常把因频率变化而引起发电机组功率变化的关系称为发电机组的功率—频率特性或调节特性
6. 同步发电机的频率调差系数R定义为 ，?f——频率差即有功增量为?PG时频率相应的增量，?PG——发电机有功功率增量，MW
调差系数R的标幺值表示式为 ——发电机组静态调节方程
——发电机组的功率—频率特性系数或原动机的单位调节功率对汽轮发电机组 或 对水轮机组 或
7. 有差调频法：值系统中的调频机组用有差调频器并联运行达到系统调频的目的。有差调频器的稳态工作特性可以用下式表示 ?f+R?Pc=0。?f.?Pc——调频过程结束时系统频率的增量与调频机组有功功率的增量。 R——有差调频器的调差系数。
8. 有差调频器的优缺点：
（1）各调频机组同时参加调频没有先后之分（优）。
（2）计划外负荷在调频机组间按一定的比例分配的（优）。
（3）频率稳定值的偏差较大（缺）。
9. 积差调频法：积差调频法是一种现在用得比较普遍的调频法，兼有无差调频法和有差调频法的优点。是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。
10. 积差调频法的优缺点：
（1）能使系统的频率维持稳定（优）。
（2）计划外的负荷能在
所有参加调频的机组间按一定的比例进行分配（优）。
（3）频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化，因此调节过程缓慢（缺）
11. 微增率：是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值，对发电机组来说为燃料消耗的微增量与发电机输出功率微增量的比值。
12. 耗量特性是指发电机组在单位时间内所消耗的能量与输出功率之间的关系
13. 等微增率法则：就是运行的发电机组按微增率相等的法则来分配负荷，这样可使系统的总燃料消耗或费用最小，从而是最经济的。
14. 电力系统低频减载：事故情况下系统可能产生严重的有功缺额，因而导致系统频率大幅度下降。所缺功率已经大大超过系统热备容量只能在系统频率降到某值以下切除相应用户的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内，这种办法称为按频率系统减载（ZRJH）
15. 轮的概念：在系统频率下降的过程中按照频率数值的顺序安排了几个计算点，这些计算点就是按频率自动减载装置的“轮”
16. 各轮动作频率的选择：
（1） 第一级动作频率：一般为一级启动频率，整定在49HZ；
（2） 最后一轮的动作频率：自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于46~46.5HZ；
（3） 前后两级动作的频率间隔：前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差和开关固有跳闸时间限制的。
第四章
1. 无功电源类型：同步发电机，同步调相机，同步电动机，并联电容器，静止无功功率补偿器，高压输电线路的充电功率。
2. 电力系统电压控制的方法措施：
（1）发电机控制电压；（2）控制变压器变比调压；（3）利用无功功率补偿设备调压；（4）利用串联电容器调压。
3. 无功功率平衡与电压水平的关系：无功功率总是要保持平衡状态。当电力系统无功功率电源充足，可调节容量大时，电力系统可在较高电压水平上保持平衡；当电力系统无功功率电源不足，可调容量小时，电力系统只能在较低电压水平上保持平衡。
第五章
1. 调度自动化的任务：
（1）保证供电质量优良；（2）保证系统运行的经济性；（3）保证较高的安全水平----选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式；（4）保证提供强有力的事故处理措施
2. 状态估计定义：
对电力系统的某一时间段采集的遥测量和遥信量信息进行实时处理，目的是排除错误数据，提高数据的精确度，补充缺少的数据，从而得到电力系统运行状态的完整而准确的信息。
3. 状态估计的必要性：
（1） 数据不齐全：由于资金的限制，不可能在电力系统的所有地方都设置RTU，即不可能采集电力系统中所有节点和支路的运行
参数；
（2） 数据不精确：数据采集和传送的每个环节都会产生误差；
（3） 受干扰时会出现不良数据：干扰总是存在的，不能避免错误数据的出现；
（4） 数据不和谐：数据相互之间不符合建立数学模型所依据的基尔霍夫定律。
由于SCADA实时数据有这些缺点，因而必须找到一种方法能够把不齐全的数据填平补齐，不精确的数据“去粗取精”，同时找出错误数据“去伪存真”，使整个数据系统和谐严密，质量和可靠性得到提高，这种方法就是状态估计。
4. 状态估计采用的方法：采用最小二乘法
5. 电力系统稳定性控制（安全控制）的内容：
（1） 安全监视：对电力系统的实时运行参数及断路器、隔离开关等元件的状态进行监视，及时报警，由运行人员进行恰当的处理，主要由SCADA系统实现；
（2） 安全分析：在安全监视的基础上对电力系统的运行状态作出安全评价，包括动态安全分析和静态安全分析；
（3） 安全控制：保证电力系统安全运行所进行的调节、校正和控制。
6. 静态安全分析：
用于发现系统是否处于警戒状态，实际上相当于批量的潮流计算。其校验的目标主要是有没有参数越限，如电压线路潮流等，包括预想故障分析（故障定义、故障筛选、故障分析），主要采用直流潮流法、P-Q分解法和等值网络法。
7. 动态安全分析：
校核假想事故后电力系统是否能保持稳定运行的离线稳定计算，一般采用数值积分法。由于此种方法计算量大，无法满足实施预防性控制的实时性要求。到目前为止，取得一定研究成果的算法包括模式识别法、李雅普诺夫法和扩展等面积法。
8. 如何评价一个系统的安全水平：
首先，看系统是否有足够的备用容量；其次，看系统的接线方式是否便于显出局部设备的过负荷、过电压等险情；第三，要看系统周繇设备在当时的故障率或可靠性。
9. 英文缩写：
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)：电力系统监控系统
EMS（Energy Management System）：能源管理系统
RTU（Remote Terminal Unit）：远方终端装置
AGC：自动发电控制
AVC：无功/电压控制
GIS：地理信息系统
CDT：循环式规约
PAS：电网应用软件
EDC：经济调度控制
DTS：调度员仿真培训系统
YC：遥测； YX：遥信； YK：遥控； YT：遥调