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电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院课程说明•本课程48学时，每周2次课（4学时）；第6周预计安排2个学时的期中复习考试，第12周为总结、期末复习。•本课程考核方式为考试。•本课程任一专题涉及知识都非常复杂，无法（也没必要）详细讲解，故多数采取概要性介绍方式进行。•希望通过本课程的学习，同学们能够对电力系统自动化有一个清晰的认识，参加工作后，对感兴趣的内容可以另外深入研究与学习。2电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院第一章概论二三四一、电力系统运行监视、控制的复杂性1、电力系统的特殊性现代电力系统跨越几十万甚至几百万平方公里地域，它的高低压输、配电线路纵横交错，各种规模的发电厂和变电站遍布各地，连接着城乡的厂矿、机关、学校以及千家万户；电力系统运行时，系统的状态行为变化很快。因而，现代电力系统已被公认为是一种最典型的大系统。现代电力系统的运行监视、控制，与其他各种工业生产系统相比，更为复杂。电能不能像其他工业产品那样可以储存，而是“以销定产”，即用即发。各种发电、变电、输电、配电和用电设备，在同一瞬间，按着同一节奏，遵循着统一的规律，有条不紊地运行着。各个环节环环相接，严密和谐，不能有半点差错。然而，电力设备总会因各种原因出现各种异常，各类电力用户的用电负荷随时随机变化，电力系统的各个环节必须及时跟踪用电负荷的变化，不断进行控制和调整，以保证电力系统的安全、稳定运行。电力系统一旦发生事故，就会在短时间内影响到大量电力用户，造成很大的经济损失，电力系统运行时事故隐患必须及时地发现和排除。3电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院2、电力系统与电力网的概念从物理的角度讲，电力系统应该涵盖电能的生产（发电厂）、电能的传输（电力网及变电所）、电能的分配与使用（用电设备）三大部分，如图所示。发电--输电--配电--用电构成一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂、输电设施和配电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。在电力系统中，各级电压的电力线路及其联系的变电站组成的统一体，称为电力网。4电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院3、电力系统运行控制的目标•就是始终保持整个电力系统的正常运行，安全经济地向用户提供合格质量的电能；在电力系统发生事故的时候，迅速切除故障，防止事故扩大，尽快恢复电力系统的正常运行。简单地说，电力系统运行控制的目标可以概括为八个字：安全、可靠、优质、经济。5电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院二、电力系统自动化的重要性控制与管理复杂而庞大电力系统，使之安全、优质和经济地运行，是十分困难而艰巨的。为此，监视和控制电力系统，必须借助自动监视控制装置来完成，离开自动化装置和自动化系统根本不可能管理电力系统。1、重要性6电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院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系统，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，保证电力系统安全、可靠、经济运行和向电力用户提供合格的电能。2、基本概念二、电力系统自动化的重要性7电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院二、电力系统自动化的重要性控制管理电力系统需要监视和控制很多参数，包括电力系统频率、节点电压、线路电流、功率等。由于整个电力系统在电磁上是互相耦合和连接的，所以仅靠控制调节电气设备自身的自动装置是很不够的，还必须有整个系统或局部系统的自动化装置，通过信息共享和功能互补，实现电力系统生产管理。3、监控要素与监控方式8电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院二、电力系统自动化的重要性从自动控制学角度看，电力系统故障是自动控制的扰动信号。电力系统故障的发生是随机的，而且故障的发生和切除几乎是同时存在的，也就是说扰动的同时伴随着被控制对象结构的变化，这就更加增加了控制的复杂性。有时电力系统故障，致使系统失去了稳定，会造成灾难性的后果。借助自动化系统对电力系统运行的实时监控，做到防患于未然，当电力系统发生扰动时，做到精确测量，快速控制，防止系统稳定破坏，即使在电力系统出现故障造成停电时，也能较快地使系统恢复正常。4、对监控系统的要求9电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院二、电力系统自动化的重要性在未来的10～20年内，我国电力系统将面临大容量远距离输电和大电网互联问题。我国中部形成沿长江流域包括四川、华中、华东电网在内的三峡交直流电力系统，与此同时，北方的华北、东北、西北电网将实现互联，南方电网将进一步加强，届时，全国将形成北、中、南三大互联电网的格局，通过它们之间的互联，基本实现全国电网互联。全国互联的电力系统在带来巨大好处的同时，也带来了很大的潜在的问题。互联系统牵一发而动全身，系统运行的稳定性问题更为突出，大面积停电的危险更大了。这种停电事故不但在经济上造成了巨大的损失，而且对人民生活造成了一定程度的影响。大容量远距离输电和大电网互联使得电力系统实现功能更强大的自动化显得更为迫切。总之，保证电力系统安全、优质、经济的运行，单靠发电厂、变电站和调度中心的常规、单一功能的自动装置是不够的。电力系统的实时性、快速性、稳定性要求，必须依靠各系统的各种功能更多、性能更优的自动化才能实现。可以毫不夸张地说，没有电力系统各环节的自动化和调度自动化水平的提高，现代电力系统是不能安全运行的。5、现状与形势10电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程电力系统局部自动化阶段的特点是：1)对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来完成自动化的某项功能。2)各发电厂与变电站之间的自动装置没有什么联系。1．局部自动化阶段2．调度自动化系统的兴起20世纪60年代，由于电网规模的加大，逐步地将孤立的电力系统发展成了跨地区的电力系统。当时的运行值班人员只知道本厂(站)的运行情况，对系统及其他厂(站)的运行结构不清楚，所以就必须建立一个机构对电力系统的运行进行统一的管理和指挥，合理调度电力系统中各发电厂的出力并及时综合处理影响整个电力系统正常运行的事故和异常情况，这个机构就是电力调度所，也称电力调度中心。11电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程初期的调度中心（上世纪60年代），由于通信设备等技术的限制，电力调度主要靠电话。严格地说，调度员了解的厂、站的信息，已经属于“历史”信息。调度员需根据这些情况进行汇总、分析，通过大量人工计算得到系统运行方式，结合这些有限的“历史”性的信息，加上个人的知识和运行经验，选择一种运行方式，再用电话通知各厂站值班人员，由他们在现场进行操作。一旦电力系统发生事故，了解现场的情况，需要花费较长时间，然后凭经验进行事故处理，恢复正常运行。3．初期的电力调度这种落后的状况与电力系统在国民经济发展中所占的重要地位是很不相称的。这种调度模式使电力系统调度的实时性和正确性受到限制，是不能满足电力系统运行要求的。12电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程20世纪60年代，美国、加拿大和其他一些国家的电力系统曾相继发生了大面积停电事故，在全世界引起大震动。人们开始认识到，安全问题是电网运行的最核心问题，比经济问题更重要，一次大面积停电事故给国民经济造成的损失，远远超过许多年的节电效益。于是，开始研究和实施电力系统自动监视和控制问题。随着计算机在调度自动化技术中的应用，国外普遍开始建设计算机化的调度中心，进行电力系统的安全监视和控制，这样，就出现了电力调度数据采集与监视系统。4．电力调度数据采集与监视系统的诞生电力系统通信技术的应用及远动装置的遥测、遥信、遥调和遥控功能。可以有效地对电力系统的运行状态进行实时的监视与检测，对设备（当地或远方）进行调节和控制。13电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程20世纪70年代末，我国开始四大电网的自动化技术引进，同时国内的自动化研究机构和设备制造企业开始自动化系统的研究开发，到80年代后期，我国的第一代调度自动化系统在各个省、地得到了应用。我国第一代调度系统的功能主要为实现遥测和遥信的调度SCADA系统。5．四大电网的自动化技术引进在这一阶段电力自动化系统有以下特点：1)继电保护、远动和自动化自成体系，分别完成各自的功能。2)分立的自动装置来完成自动化的某项单一功能。3)电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调度员根据遥测、遥信传来的信息，加上自己的知识和经验通过电话或遥控和遥调来指挥，部分系统实现了遥控和遥调。14电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程20世纪80年代，随着经济的发展，电力系统规模和装机容量、电力系统的结构和运行方式变得更加复杂，同时对电能质量、供电可靠性和运行经济性提出了更高的要求。电力调度系统普遍采用各类分析软件，出现了电力系统在线潮流、安全分析等许多功能，统称为能量管理系统(EMS——Energy．Management，System)。调度中心装备了大型计算机，配置了彩色屏幕显示器等人机联系手段，在厂、站端侧配置基于微机的远方终端，使调度中心得到信息的数量和质量都大大超过了旧式布线逻辑式远动装置。近年来还研制了可以模拟电力系统各种事故状态用以培训高水平调度员的“调度员培训模拟系统”6．电力系统自动化成熟应用和快速发展15电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程电网调度自动化系统的基础信息平台的功能也已完善，各个调度中心开始应用能量管理系统(EMS)，即实时在线的状态估计、调度员在线潮流、电网静态安全分析、自动发电控制等电力系统实时在线分析软件得到应用，调度自动化系统的应用跨上了一个新的台阶7．电力调度自动化发展迅速在配电网的自动化领域，我国在90年代中期开始应用。鉴于主网调度系统的应用经验，配电自动化的技术起步就较高，建设的配电调度自动化系统已在各地普遍开始应用，系统中的配电管理系统(DMS)开始应用。8．配电系统自动化16电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程在变电站中，这一阶段变电站的自动化水平得到了快速发展，由传统的继电保护装置、远动装置、测量装置，以各自自成体系的模式向综合自动化方面发展，使基于微处理机系统的综合自动化技术得到了完善，变电站普遍开始采用综合自动化系统。9．变电站自动化目前变电站自动化系统的特点为：(1)从集中控制、功能分散型向分散网络型发展。(2)从专用设备到平台。(3)从单一功能控制向综合智能方向发展。(4)从室内型向户外型演变。(5)从单纯的屏幕数据监视到多媒体监视。17电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院三、电力系统自动化的发展历程10．目前的电力自动化系统的特点：(1)在变电站，综合自动化系统得到广泛的应用，用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套单一功能的自动化系统或装置所完成的工作。(2)调度中心的各类涉及电力系统实时在线分析功能的软件得到应用。(3)调度系统能实现遥测、遥信、测控、遥调。(4)各级调度的信息能实现共享。(5)新的通信技术、计算机技术、控制技术、电力电子技术，为电力自动化的新装备和新系统奠定了基础，是自动化技术快速发展的阶段。18电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院目前，电力系统自动化技术发展很快，许多新领域、新方向都在研究之中，对电力自动化具有重要影响的三项新技术如下。四、电力系统自动化的新技术和发展趋势1．电力系统的智能控制电力系统智能控制的特点是：(1)电力系统是一个具有强非线性的、变参数的动态大系统。(2)具有多目标寻优和在多种运行方式及故障方式下的鲁棒性要求。(3)本地及异地不同控制器间均需要协调控制。智能控制系统所具有的功能有：(1)自适应功能。(2)自学习功能。(3)自组织功能等。智能控制的主要设计手段包括专家系统、人工神经网络、模糊控制、自学习控制等。19电力系统自动化哈尔滨电力职业技术学院所谓“柔性交流输电系统”，又称“灵活交流输电系统”(FACTS——FlexibleAlterna—tiveCurrentTransmissionSystern)，是指在输电系统的重要部