电力系统自动化思维导图

这是《电力系统自动化》第三至八章的思维导图，包括：同步发电机的自动准同期并列、同步发电机励磁控制系统及特性分析、电力系统频率及有功功率的自动调节与控制。 适用于大学的课程作业或其他方向。价格低，专为学生党设计哦~

电力系统自动化

• 同步发电机的自动准同期并列
  • 并列操作的概念
    • 一台发电机组在投人电网运行之前，它的电压 uG 与电网电压 uS 往往不等，需要对发电机进行一系列适当的操作，使发电机满足一定条件后再投人电网，这一系列操作称为并列操作，又称为同期。
  • 并列操作的原则
    • （1）断路器合闸时的冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过 1~2倍的额定电流。 （2）发电机组并人电网后，应能迅速进人同步运行状态，其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。
  • 并列操作的分类
    • 准同期并列 自同期并列
• 同步发电机励磁控制系统及特性分析
  • 励磁控制系统的概念
    • 整个同步发电机励磁控制系统就是一个由发电机、励磁功率单元和励磁调节器共同构成的稳定运行的负反馈控制系统。
  • 励磁控制系统的组成
    • 励磁功率单元：包括整流装置及其交流电源，向发电机的励磁绕组提供直流励磁电流。 励磁调节器：接收到发电机电压及运行工况的变化，按照控制策略自动地调节励磁功率单元输出的励磁电流的大小，以满足系统运行的要求。
  • 励磁控制系统的作用
    • （1）根据发电机所带负荷的情况调整励磁电流，以维持发电机机端电压在给定水平。 （2）使并列运行的各同步发电机组所带的无功功率得到稳定而合理的分配。 （3）增加电力系统运行发电机的阻尼转矩，以提高电力系统稳定性及输电线路的有功功率传输能力。
  • 励磁控制系统的分类
    • （1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、自励式交流励磁机系统（二机系统）、具有副励磁机交流励磁机系统（三机系统）、无刷励磁系统。 （3）静止励磁系统（发电机自并励系统）。
  • 同步发电机强励
    • 强励电压：指励磁系统在强励时可能提供的最高励磁电压 Uf.max ，它与额定工况下的励磁电压 UN 之比，称为励磁系统强励电压倍数 Ku ，其值一般取2。励磁系统允许强励的时间应与发电机转子过负荷能力相适应。 电压响应比：在强励作用的0.5s内，根据等面积原则确定并用标幺值表示的励磁电压平均增长率。对一般励磁系统，其值为2.0左右。该指标适用于具有励磁机的励磁系统。用电压响应比来衡量电压上升速度是不合适的。用响应时间作为动态性能评定指标。 电压响应时间：在强励作用下，励磁电压由额定值向顶值电压增长，直至升到顶值电压与额定电压之差的95％所花费的时间。该时间小于或等于0.1s的励磁系统称为高起始励磁系统。
  • 同步发电机灭磁
    • 灭磁定义：把转子励磁绕组中的磁场储能可靠而快速地减弱到最小程度。 灭磁要求：在灭磁装置动作后，应使发电机最终的剩余电压低于能维持短路点电弧的数值；在灭磁过程中，发电机的转子励磁绕组所承受的灭磁反电压不应超过规定的数值；灭磁时间应尽可能短；灭磁装置的电路和结构应简单可靠。 灭磁时间：从灭弧装置动作到灭磁过程结束所经历的时间。 灭磁方法：具有短弧灭弧栅片的灭磁系统、利用非线性电阻的灭磁系统、利用线性电阻的灭磁系统和晶闸管逆变灭磁系统。
• 电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
  • 频率降低较大对系统的影响
    • 对汽轮机的影响 发生频率崩溃现象 发生电压崩溃现象
  • 各种有功负荷与频率的关系
    • （1）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 （5）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。
  • 电气--液压调速器主要优点
    • （1）灵敏度高，调节速度快，调节精度高，机组甩负荷时的转速的过调量小。 （2）容易实现各种信号的综合调节，有利于综合自动控制。 （3）参数整定灵活方便，可在运行中改变参数，便于增改善动态性能的校正控制部件。 （4）体积小，检修维护方便。
  • 自动发电控制的基本目标
    • （1）使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配。 （2）维持系统频率为额定值，在正常稳态情况下，其频率偏差在0.05Hz~0.2Hz范围内。 （3）控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相等，实现各地区有功功率就地平衡。在安全运行前提下，所管辖系统范围内，机组间负荷实现经济分配。 （4）监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。
  • 自动低频减载的工作原理
    • （1）最大功率缺额的确定 （2）自动低频减载装置的动作顺序 （3）频率极差的选择 （4）每级切除负荷的限制 （5）自动低频减载装置的动作时延及防止误动作措施
• 变电站综合自动化
  • 传统变电站的缺点
    • （1）安全性、可靠性不高。 （2）电能质量可控性不高。 （3）占地面积大。 （4）实时性和可控性较差。 （5）维护工作量大。
  • 变电站综合自动化的概念
    • 变电站综合自动化是将变电站的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电站的一次设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制和保护，以及与调度中心进行信息交换等功能。
  • 变电站综合自动化的特征
    • （1）功能综合化。 （2）结构分布分层化。 （3）操作监视屏幕化。 （4）通信系统网络化。 （5）运行管理智能化。 （6）测量显示数字化。
  • “四遥”功能的含义
    • 遥测：远程测量。 遥信：远程信号。 遥控：远程控制。 遥调：远程调节。
  • 变电站综合自动化的功能
    • 继电保护功能 监视控制功能 自动控制装置功能 通信功能
  • 分层分布的结构及其特点
    • 分层分布集中式结构 （1）凡是可以在间隔层就地完成的功能，绝不依赖通信网。 （2）模块化结构，可靠性高。 （3）继电保护相对独立。 （4）具有与系统调度中心通信功能。 （5）分层分布集中式结构的主要缺点是安装时需要的二次电缆（包括测量电缆和控制电缆）很多，电缆投资较大。 分层分布分散式 （1）减少了施工和设备安装工作量。 （2） 简化了变电站二次设备之间的相互连线，节省了大量连接电缆。 （3）分层分散式结构可靠性高。组态灵活，检修方便。 （4）由于分散安装，减小了电流互感器的负担。
• 电力系统调度自动化
  • 电力系统调度等级
    • 国家级调度 大区级电力系统调度 省级电力系统调度 地（市）级电力系统调度 县级电力系统调度
  • 发电计划应用软件
    • 实时发电控制 系统负荷预测 机组经济组合 发电计划 水电计划 交换功率计划 燃料调度计划
  • 网络分析级高级应用软件
    • 网络接线分析 实时网络状态分析 母线负荷预测 潮流计算 网损修正计算 预想事故分析 安全约束调度 最优潮流分析 短路电流计算 电压稳定分析 暂态和静态稳定 调度员模拟培训
  • 电力系统运行状态决定因素
    • （1）组成电力系统网络的各元件的参数。 （2）各元件之间的连接情况。 （3）各发电机和负荷的运行情况。
  • 电力系统运行状态分类
    • 正常运行状态 警戒状态 紧急状态 系统崩溃 恢复状态
• 配电网自动化系统与远程抄表计费系统
  • 配电网的电压等级
    • 35~60kV电压等级的配电网称为高压配电网 3~10kV电压等级的配电网为中压配电网 380/220V电压等级配电网称为低压配电网
  • 中性点接地方式及特点
    • 中性点不接地方式 优点： （1）其结构简单，运行方便，且比较经济，不需任何附加设备，投资省 。 （2）若发生单相接地故障，其流过故障点电流仅为电网对地的电容电流，其值小于负荷电流，更远小于短路电流，因此属于小电流接地方式。 （3）可带故障继续供电2h，提高了供电的可靠性。 缺点： （1）导致火灾。 （2）产生过电压。 （3）诱发电压互感器铁磁谐振。 中性点经消弧线圈接地方式 优点： （1）使故障点的接地电流减小，降低了恢复电压速度，有利于电弧熄灭，从而避免了单相接地故障产生的间歇性电弧接地过电压和铁磁谐振过电压。 （2）由于中性点经消弧线圈接地减小了接地点的电流，抑制了电弧的重燃，有效防止故障点处发生着火、爆炸等次生灾害。 （3）经消弧线圈接地后，接地电流减小，保证了设备和人员的安全。 缺点： （1）消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流误差较大，导致残流过大的现象。 （2）消弧线圈只能补偿电容电流的基频无功分量，有些配电网的整个接地电容电流中含有一定成分的谐波电流分量和有功电流分量， 无法补偿 。 （3）有些配电网电容电流很大， 导致价格昂贵、安装难度大， 很难协调控制多个消弧线圈。 （4）电缆配电网的单相接地故障多为永久性故障，消弧线圈的优势也将不复存在。 中性点经小电阻接地方式 优点： （1）单相接地工频过电压可限制到1.4倍额定电压以下，可采用绝缘水平较低的电缆及设备，减少投资。 （2）可把间歇性电弧接地过电压限制到1.9倍额定电压以下。 能够完全抑制配电网中因电压互感器磁饱和所引起的铁磁谐振过电压。 随着配电网电容电流的变化，接地电流水平变化不大。 （3）单相接地故障时，流过故障线路的电流较大，零序保护有较好的灵敏性，可以较容易切除接地线路。 缺点： （1）只要是发生单相接地故障，不管是瞬时还是永久故障，线路都要跳闸，降低了供电可靠性。 （2）当单相接地电流较大时 可能对电缆通信线路造成干扰。 （3）接地故障电流大时，在接地点和电阻柜附近容易产生较大的跨步电压和接触电压，影响人身安全。 （4）在发生非金属性接地故障时，由于有过渡电阻的存在，将影响继电保护的灵敏度。 （5）发生接地故障时，电阻中流过的电流较大， 需要大的热容量电阻，给电阻的制造安装都带来不便。 （6）在配电网中高压电机启动时，启动电流中的非周期分量容易造成零序保护误动。
  • 配电网自动化主要功能
    • （1）配电网SCADA系统功能。 （2）高级应用软件。 （3）配电网故障定位与故障隔离功能。 （4）负荷控制功能。 （5）地理信息系统。
  • 配电网自动化系统终端
    • FTU DTU TTU 配电子站
  • 配电网自动化通信方式
    • 配电网电力线载波通信 光纤通信 GPRS通信
  • 重合器的定义及优缺点
    • 定义：重合器是一种能够检故障电流、在给定时间内断开故障电流并能进行给定次数重合的控制开关。重合器不需要与外界通信，通常可进行三次或者四次重合。重合器相当于断路器、 TA 、保护、控制、电源集成到一起的设备，在架空线路杆塔上或者开闭站、环网柜内安装。 优点：不需要通信，节省了成本，而且能够实现故障定位和隔离。 缺点： （1）由于配电网线路一般较短，线路不同位置发生短路后短路电流相差不大，因此重合器的定值很难整定。 （2）由于没有通信，巡线人员不知道重合器的动作情况，必须到现场逐个查看，影响了检修的效率。 （3）对于中性点小电流接地方式的系统，单相接地故障电流很小，因此重合器无法实现故障隔离。 （4）由于没有通信，电压、电流数据无法上传到调度中心，调度中心也无法控制重合器。
  • 分段器的定义及优缺点
    • 定义：分段器又称电压一时间型自动分段开关，同样是一、二次设备集成到一起的设备，在架空线路杆塔上或者开闭站、环网柜内安装。 优点 ： （1）可以自动完成故障区段的检测、判断、隔离，实现对非故障区段的恢复供电，简单实用、可靠性高。 （2）不依赖于通信，节约了通信通道，节省了设备成本。 （3）扩展性好，易于升级，可实现多个分段器的配合使用。 （4）可以配合变电站的选线装置解决单相接地故障定位和隔离问题。 （5）在调度中心可以知道故障区段位置，通知人员直接到故障区段检修恢复，从而缩短停电时间、提高供电可靠性。 缺点： （1）故障区段定位和隔离时间较长，越接近线路末端耗时越多。 （2）出线断路器必须具备二次重合闸，而现场很多变电站保护装置不具备二次重合闸。 （3）由于没有通信，电压、电流数据无法上传到调度中心，调度中心也无法控制分段器。