文档介绍：第1章电力系统自动化基础
电力系统是指由进行电能生产、变换、输送、分配和消费的各种设备按照一定的技术和经济要求有机组成的统一整体。它由发电厂、变电所、输配电线路及各种用电设备组成。为了确保电力系统安全、优质、稳定、经济地运行,必须提高自动化水平。电力系统自动化除包括继电保护与自动装置外,电力通信、调度自动化及自动调控设备等二次系统的种种装备都是必备的。本章主要从现代电力系统自动化的作用及其重要组成部分来讲述电力系统自动化基础知识。
概述
电力系统运行控制的特点
电力系统同其他的工业系统相比有着明显的特点,主要表现在以下几个方面。
1. 电能不能大量储存
电能的生产、变换、输送、分配和消费等都是在同一时间内进行的,不能大量储存。在任何时刻电力系统中发电厂生产的电能都取决于同一时刻用电设备消费的能量与输送、分配中损耗的电能之和。这是电能生产的最大特点。这个特点要求在运行时保持电源和负荷之间的功率平衡。另外,它不但要求每一时刻发出的总电能等于系统消费的总电能,而且要求所有的中间传输环节都畅通无阻,以使发出的电能有秩序地输送出去,耗尽无遗。因此,电力系统的各个设备环节之间具有十分紧密的相互依赖关系。不论生产和变换能量的原动机、发电机还是输送、分配电能的变压器、输配电线路以及用电设备等,只要其中的任何一个元件设备发生故障,就会影响电力系统正常工作。
2. 电能供应的重要性
由于电能与其他能量之间转换方便,易于进行大量生产、集中管理、远距离输送、自动控制,使用电能较使用其他能量有显著优点。因此,电能是国民经济各部门和人们物质文化生活中使用的主要能源,其供应的中断或不足将会直接影响国民经济各部门的正常运转和人们生活质量。
3. 暂态过渡过程十分迅速
电力系统中任何一处发生的电磁变化过程,都会以光速传播而影响整个电力系统,所以电力运行中发生突变所引起的电磁方面的变化过程是极其迅速的。电力系统的正常操作,如发电机、变压器、电力线路、电动机等元件的投入和退出都是在极短时间内完成的;电力系统出现的故障,如雷击引起线路闪络、导致相间短路或接地故障以及运行人员误操作造成发电机误跳闸等,都是在一瞬间完成的。因此在电力系统中要求进行快速控制和快速排除故障,否则将危及整个电力系统的安全稳定运行。
4. 电力系统结构复杂性
由于现代电力系统装机容量越来越大——多达几亿千瓦,供电距离几千公里,其中所包含的厂、站及线路的数量很大——达数百个,而且纵横联线,分布辽阔,在控制系统的分类中,它属于复杂系统。
电力系统运行控制目标
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,安全经济地向所有用户提供合乎质量的电能。同时,在电力系统发生偶然事故的时候,能够迅速排除故障,防止事故扩大,并尽快恢复电力系统的正常运行。
保证电力系统运行的安全可靠地运行
保证电能质量
保证电力系统运行的经济性
保证电力系统运行的安全可靠地运行
电力系统的安全运行控制可以用等式约束条件和不等式约束条件来描述。在稳态运行中,电力系统应能持续不间断地完成发电、输配电和供电的生产过程,在数量和质量上满足用户用电要求。为此,必须保证满足两种条件方程,也称为约束方程。
(1) 等式约束条件系统发出的总的有功功率和无功功率应在任一时间与总的有功和无功负荷(包括网损)相等,即
不等式约束条件
为了保证系统安全运行,有关电气设备的运行参数都应处于运行允许值范围内,即
电力系统的运行状态
由两种约束条件可将系统的运行分为五种状态,即正常状态、预警状态、紧急控制状态、崩溃状态和恢复状态等。随着运行条件的改变,电力系统将在各种状态之间进行转换,如图所示。
在正常运行状态下,所有等式和不等式约束条件都满足,表明发电和负荷平衡,没有设备过载,有足够的备用储备使系统能承受一定的干扰而保持在适当的安全水平。当扰动概率增加,使系统安全水平逐步降低而进入警戒状态。此时,虽然所有约束条件仍然满足,但是备用储备减少,某些干扰可能导致不等式约束破坏(如设备过载),使系统安全受到威胁。在这种状态下,应采取预防控制使系统恢复到正常状态。采取预防控制前,如发生严重的干扰,系统进入紧急状态。此时,不等式约束被破坏,系统安全水平为零。但是,系统仍然完整,应启动紧急控制措施使系统至少恢复到警戒状态。如果紧急控制措施未及时采取或失效,系统将解列和进入极端紧急状态。在极端紧急状态中,等式和不等式约束都被破坏,系统不再完整,系统大部分负荷丧失。紧急控制作用应尽可能多地挽救解裂后的子系统,以避免整个系统的完全崩溃。一旦崩溃停止,如果仍有设备运行在额定容量之内,或某些设备紧跟崩溃而重新启动,则系统可能进入恢复状态。采取恢复控制措施,重新带上所有失去的负荷和连接系统,系统可能过渡