电力系统自动装置复习要点Ab

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1、电力系统自动装置复习要点1 电力系统自动装置的硬件结构：电力系统自动装置一般为微机控制系统，包括微型机系统、人机接口、通信接口、模拟量I/O输入/输出、开关量I/O等部分。2 电力系统自动装置分类：根据微型机类型分为：嵌入式自动装置、采用工控机的控制系统、分布控制系统（集散控制系统和现场总线控制系统）。电力系统自动装置的软件组成：1）信号采集与处理子程序 采集开关量、脉冲量和模拟量，并进行预处理。2）监控程序 分析、判断和决策子程序，3）外设管理子程序 如键盘输入，液晶显示等管理程序。4）通讯子程序 与上位机等的通讯程序。5）系统管理程序 协调管理上述程序的主程序。4采样过程，采样定理与采样方

2、式：对连续的模拟信号X(t)按一定的时间间隔Ts，抽取相应的瞬时值，这个过程为采样。采样过程是在一个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Ts。开关闭合时间为t）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Xs(nTs)。在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍；采样定理又称奈奎斯特定理。采样方式：同步采样：A/D变换器或采样保持器数量多。顺序采样：只需一个公用的采样保持器和A/D转

3、换器。 5“有舍有入”的量化方法与编码：量化就是把采样信号的幅值与某个最小量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。量化方法用“有舍有入”的量化方法，即将信号幅值分为若干层，各层的间隔相等，且等于量化单位q，当信号幅值小于量化单位q/2时进一个量化单位。这种量化方法引起的误差可控制在较小的范围，通常精度不低于模拟表计，大部分A/D转换器均采用这种方法。编码：是把量化信号的数值用二进制代码表示称为编码。量化和编码窦世友A/D转换器完成。6标度变换： A/D得到的数据为数字量，即使进行了码制转换，仍不等于原来带有量纲的参数值，仅仅对应于被测参数的大小，必须把它

4、转换成带有量纲的数值后才能显示、打印和应用，这种变换称为标度变换。 7 A/D转换器的主要技术指标：描述A/D转换器的主要技术指标有分辨率、输入极性、量程、精度和转换时间等。分辨率：式中 N A/D转换器的字长； UFSR 满量程电压，V最大量化误差为：8基于傅里叶算法的非正弦周期信号基波量的计算：傅立叶算法：用于非正弦周期性信号基波量的幅值和相位计算。 例：设交流电压一个工频周期内瞬时采样值为 ，采样点数，则基波电压的实部和虚部分别为：而幅值和相位则为设采用同步采样。若已求得abc 三相电流、电压的实部和虚部，对应“三表法”，则有式中，各电压电流量均取有效值。9开关量电气隔离目的及方法：目的

5、 抑制电磁干扰。继电器隔离 接点回路工作电压常为+24V。光耦隔离 输入和输出回路电源不共地。 特点：体积小，速度快，绝缘好必要时，采用继电器+光耦双重隔离。 10开关消抖的目的和方法 滤波消抖 开关状态变位时，可能抖动（俗称啄米），导致误判。消抖措施：低通滤波；施密特触发器；软件消抖。开关量状态的软件识别11开关量状态识别及开关变位识别 状态识别：三取二表决，提高识别可靠性对开关量状态连续采样三次，逻辑值表为A、B、C，判断结果为：Y=AB+BC+CA 2或3次为“1”则Y=1，否则Y=0。开关变位识别：“异或”及“与”运算设状态原为A，现为B。若AB=1，表明出现变位。进一步若（AB）A=

6、1为10。若（AB）B=1，为01。12频率测量方法及原理：方法：交流电压过零脉冲间隔测量法；正向脉宽测量法。正向脉宽测量法：将正弦信号转换为方波， 方波前沿启动脉冲计数，后沿停止计数13相位测量方法及原理：相位差的测量 设两交流量对应的方波分别为u和Ug ，则脉冲信号为 其宽度与二者的相位差对应。原理图Ch2 1同期及其意义：同期就是电力系统中将两个系统的并网操作。一种在电力系统运行过程中执行并网时使用的指示、监视、控制装置，它可以检测并网点两侧的电网频率、电压幅值、电压相位是否达到条件，以辅助手动并网或实现自动并网。并列：为实现同步发电机与系统、或两个独立系统的同步运行对断路器(QF)进行

7、的合闸操作。又称并网、并车。意义：形成互联电网1加大能源资源丰富地区的开发力度，实现更大区域范围内资源优化配置，缩小地区经济差距2错锋效益，水、火互补效益，水电流域补偿调节效益，互为备用效益3充分发挥大型水、火电站的作用和效益4大大改善大机组运行环境，有效地解决小网大机的系统运行问题2同期方法及基本要求：方法 准同期和自同期。基本要求：冲击电流小，拉入同步快。3脉动电压、压差、角差、滑差周期：脉动电压：并列前机端电压压差 角差 滑差周期自同期方法、特点及适用场合：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，

8、首先合上并列断路器QF，接着立刻合上励磁开关SE，给转子加上励磁电流，在发电机电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。其有优点是不需要选择并列合闸时机操作简单。适用于水轮机组作为处理系统事故的重要设施。4准同期并列过程及特点：并列过程 调整待并机组励磁电流和原动机的进汽（水）量，在QF两侧电压间的频率差、幅值差和相位差小于允许值时将QF合闸，实现机组与系统的并列。分类 手动、半自动、全自动。特点 冲击电流小，同期装置复杂，并列过程长。6准同期并列条件及分析：并列的理想条件 频率相等、电压幅值相等、相角差为零。分析 压差不为零时： 角差不为零时：恒定越前时间：由于断路器的合闸

9、和准同期装置出口继电器动作均需一定时间，准同期装置在发出断路器合闸命令到断路器主触头闭合存在一定延时。因此在同时满足频差条件和压差条件的前提下，须在g 之前Tyq时刻向QF发出合闸信号，使QF主触头闭合瞬间g0 该时刻称为越前时间，其值应为TyqTqfTc8恒定越前时间并列装置的整定计算：例题和作业【例2-1】9角差的典型轨迹10 理想合闸时机的捕捉Ch3 1电能质量指标：电压、频率、波形。2电压调节意义及方法：意义 系统规模日益扩大，无功元件越来越多，影响电压质量。与电压调节有关的元件主要是同步发电机、输电线路、供电线路。方法 通过调节励磁电流可调节机端电压。励磁控制系统的构成及作用：供给同

10、步发电机励磁电流的电源及其附属设备。主要由测量（反馈）环节、励磁功率单元和励磁调节器组成。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。 励磁控制系统：励磁系统+同步发电机（被控对象）作用工作原理： 调节励磁电流空载电势发电机运行状态 。基本作用：1、机端电压控制 相量图（忽略定子电阻和凸极效应） 发电机定子电流内功角 ，故:电压外特性曲线： 而 ，故: 可见：1）负荷一定时，励磁电流越大，机端电压越高，故可通过调节励磁电流来调节机端电压。2）励磁电流一定也即Eq恒定时，端电压Ug随无功电流的增大而下降。5励磁系统的分类：根据励磁电

11、源的获取方式，分为： 他励系统：励磁电源为直流励磁机或交流励磁机 自励系统：励磁电源取自发电机定子绕组。自并励（应用最广泛）、自复励（直流复励，相复励）、谐波励磁等。一、自并励励磁系统（静止励磁系统） 励磁电源来自机端励磁变压器，采用大功率晶闸管元件。特点：1）接线和设备简单，可靠性高，调节速度快；2）不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，降低基建投资。 广泛用于发电机出线采用封闭母线的发-变组单元接线。二、由交流励磁机供电的励磁系统交流励磁机（AE，100-400Hz），与主发电机同轴，输出经大功率半导体整流器整流后，为发电机提供励磁电流。 AE自身也需要励磁。根据其励磁电源的取得方式，也分为自

12、励和他励两类。 1、他励交流励磁机励磁系统 .1）他励交流励磁机静止整流器励磁系统优点：励磁电源独立，可靠性高。缺点：调节速度较慢；主轴长； 副励部分故障时可导致主发电机组失磁；碳刷滑环维护量大。2）无刷励磁系统AE为旋转电枢式，电枢绕组、整流器与转子同体。特点：励磁电源独立，无碳刷滑环，可靠性高；二极管整流桥检测难度大； 发电机转子不能直接灭磁。2、自励交流励磁机励磁系统 结构较他励交流励磁机静止整流器励磁系统简单。汽轮发电机常用。三、由直流励磁机供电的励磁系统 直流励磁机指常规直流发电机，具有机械整流子（换向器）。他励直流励磁机励磁系统结构特点：主副励磁机都是直流发电机，有电刷和机械整流子

13、；与同步发电机同轴；输出与发电机励磁绕组连接需要碳刷和滑环。性能特点：可靠性低，不能承受大的励磁电流.应用： 用于10万千瓦以下机组，且使用越来越少。6三相全控桥控制原理，输出电压表达式，大电感负载时电流波形：工作原理：设整流电路负载为大电感负载。VS1-VS6的触发角分别以 自然换相点1，2，6为起点；触发脉冲按照VS1-VS6 的顺序依次间隔60发出；触发角变化范围0180. 为保证整流桥的启动，需采用宽脉冲（触发脉冲宽度大于60）或双脉冲触发。工作状态：整流：交流励磁电源向励磁绕组提供励磁能量，交流直流，励磁绕组两端电压为正。逆变：励磁绕组向交流励磁电源倒送磁场能量，直流交流，励磁绕组两

14、端电压为负，直到励磁绕组内储存的能量释放完毕。0180；完全整流，Ud瞬时值为正，Ud0；6090：整流逆变交替，Ud以正为主，Ud0:；=90：整流逆变交替，Ud=0；90120,：整流逆变交替。Ud以负为主，Ud0；120180：完全逆变，Ud瞬时值为负，Ud0.。对大电感负载Ud=2.34ECOS=1.35Eicos 对纯电阻负载，直流输出电压分两段计算：Ud=1.35Eicos（60） Ud=1.35Ei1+cos(+60) (60120)7换相压降及外特性：交流电源回路电感使换相不能瞬时完成，关断元件所在相的电流由Id逐步衰减到0，新导通元件所在相的电流由0逐步增大到Id. 换流期间

15、对应的角度称为换流角 , 设60，参与换相的两元件同时导通两相交流短路，整流桥有3个桥臂同时导通。换相结束后，恢复为2个桥臂导通的正常状况。这称为2-3换相。还有更为复杂的换相状态。设三相电路对称，则式中:Xk为交流回路换相电抗，Xk=2fnL . 若交流电源为励磁变压器Xk=Xt. 若为交流励磁机 .换相过程使整流电压波形出现缺口，6个缺口对应的换相压降（平均值）： . 计及换相压降，但忽略全回路电阻导致的压降，则 Ud为忽略换向压降时的整流电压平均值。整流电路的外特性曲线 8 逆变失败及其原因：由于换相过程的存在，当1800时，不能实现逆变，称为逆变失败或逆变颠覆。设t0时刻之前已处于逆变

16、状态，VS5和VS6导通。Tt0时刻触发VS1 ，此时，eaec，VS1承受正向电压，欲实现VS5到VS1的换相。 但由于换相过程，VS1不能马上导通，而 tt0 后 ea e c ，VS1承受反向电压而无法导通，不能实现换相，VS5和VS6继续导通逆变，直到t1时刻。在t1时刻，触发VS2，欲实现VS6到VS2的换相。但由于换相过程的存在，VS2不能马上导通，而 tt1后ebec，VS2不能实现换相，VS5和VS6仍继续导通，但却进入并一直处于整流状态。不能逆变反而整流，表明逆变失败，且两晶闸管持续导通可能过热损坏。快速灭磁时，为防止逆变颠覆，令最小逆变角 即限制 即可。 励磁控制系统静态传

17、递函数框图： 励磁控制系统静态特性曲线，电压调差系数：为描述发电机调节特性曲线的倾斜程度，定义调差系数（调差率）：机组间无功功率分配计算：。例题作业数字式励磁调节器的组成：产生背景：巨型机组、大规模系统的要求。理论与技术基础：计算机技术和自动控制理论的发展。优点：可靠性高；功能多、性能好；运行维护方便。基本结构：硬件、软件。1、基本环节（硬件）1）主控制单元（主机）核心，任务：运行主程序，实现各种控制算法和辅助控制算法。辅助控制包括励磁系统稳定器、PSS、励磁限制器。构成：CPU、总线、接口、存储器。（2）测量单元任务：模拟量、开关量输入测量量：发电机机端电压，定子电流，励磁电流，频率，有功功

18、率，无功功率，开关量。基本结构：包括强电隔离，二次变换，模拟滤波，A/D转换，数字滤波等环节。（3）移相触发单元。任务：根据晶闸管整流电路的型式，按照一定顺序产生相位可调的脉冲，触发晶闸管，改变励磁电压从而改变励磁电流。2信息采集单元 1)模拟量信息采集电路2）模拟量输入通道。3 调节和控制输出单元 4 人机接口。Ch4 1 励磁控制系统的动态传递函数框图：2 励磁控制系统的动态特性分析与校正：3 励磁控制系统稳定系分析与改善：低频振荡产生的原因及其抑制方法：原因有1）励磁调节器按电压偏差比例调节，2）励磁控制系统具有惯性。产生低频振荡的原因：快速高增益比例励磁控制、长距离输电、线路重载运行三

19、种因素综合作用。解决方法：附加励磁控制即电力系统稳定器可抑制低频振荡。1、 Ch5 1 频率偏移及其产生的原因：频率偏移：实际运行频率与额定频率的偏差。电力负荷按变化频率高低，可分解为三种成分：1）高频小幅随机分量，周期10s;2）中频中幅脉动分量，周期10s3min；3）决定日负荷曲线变化形态的慢变分量，具有一定统计规律。原因是电力系统负荷的变化和谐波。2频率降低的危害及限额：危害 1）对电力系统的影响：厂用机械出力下降，发电功率进一步降低；励磁机转速降低，发送的无功功率减少；汽轮机受到损害；有的区域频率升高，危及大机组的安全；影响核电厂的运行。2)对国民经济的影响：使生产效率下降，产品质量

20、降低。限额 运行不能长时间在49-49.5Hz之下 事故不能长时间在47Hz之下，瞬时值不能低于45Hz3电力负荷按变化频率高低，可分解为三种成分：1）高频小幅随机分量，周期10s;2）中频中幅脉动分量，周期10s3min；3）决定日负荷曲线变化形态的慢变分量，具有一定统计规律。对应的调频方式：电力系统的频率控制（或称频率调节即调频）具有下列三种方式：1）一次调频：由调速系统按闭环调节方式自动进行;2）二次调频：电力系统调度中心自动改变调频机组的功率给定值，由调频机组的调速系统按照功率跟踪（随动）方式进行； 3）三次调频：即经济调度。电力系统调度中心每隔较长的时间间隔，重新分配各调频机组的出力

21、，使系统实现经济运行。4 负荷的功-频特性、负荷的频率调节效应及系数Kl（例题作业）5调速系统原理调速器死区：调速系统组成：调速器+原动机 调速器死区机组功率不反映微小转速变化，即当转速变化较小时，调速器不动作（失灵）。机组功频特性实际上是一带状区域。用失灵度表示 死区导致并联机组的有功分配产生误差6发电机功-频特性 功频特性曲线：特性曲线的斜率称为发电机的频率调差系数，为7发电机频率调差系数，单位调节功率，静态调解方程：频率调差系数：表示发电机有功出力从0变到额定值时，发电机频率的相对变化。反映调速器工作特性曲线的斜率，决定各并联机组的有功负荷分配。单位调节功率： 8独立运行机组的一二次调频

22、过程和计算：一次调频：fr 不变， 调速器工作于恒值调节方式，机组运行点沿给定PG=F(f)曲线移动。二次调频 若Pl 绝对值较大，一次调频后频率偏移超过允许值，就需进行二次调频。二次调频：fR改，调速器工作于随动（伺服）方式，机组PG=F(f) 曲线平移，机组运行点转移到新的PG=F(f) 曲线。9 区域系统的一、二次调频过程和计算：一次调频从调频计算的角度，分散负荷可等值为一个集中负荷，多台机组可等值为一台等值机组，区域系统等值为大功率单机孤立负荷系统。等值负荷的频率效应系数 等值机组单位调节功率：二次调频 二次调频面向计划外负荷，由调频机组（电厂）承担。调频机组：水电机组，抽蓄机组，燃气

23、机组，中小容量凝汽机组。对大系统，需要多个调频机组或调频电厂。二次调频过程：监测系统频率、潮流、电压和机组功率PG. AGC软件按照数学模型和调节准则形成各调频机组功率给定信号PC, PC, PC,通过远动通道作用于调频机组，调频机组GOV平移功频特性曲线，改变输出功率，实现调频。10 并列运行机组的有功分配计算：8、9、10综合计算。例题作业并列机组间的有功功率分配 设n机并列运行，则 等值单位调节功率 设在原运行点的有功功率总增量为 则 11互联电力系统的自动发电控制（AGC）方式 联合系统的AGC方式 频率联络线功率偏差控制（TBC。恒定联络线功率控制（FTC/CNIC。恒定频率控制（F

24、FC/CFC。12 经济调度的概念：电力系统经济调度（EDC）为三次调频：在保证系统频率质量和安全的前提下，使电力系统运行经济性达到最优。包括有功最优调度和无功最优调度两方面。有功功率的分配原则：按等微增率原则进行有功功率的分配！Ch6 1自动低频减载 概念及装置接线：自动低频减载装置是反映于系统频率的异常降低而自动切除负荷，使系统频率返回到恢复频率fh，fh=49.550Hz。一旦系统频率恢复到fh，装置不再切除其他负荷。接线频率继电器接于母线 PT 副边，频率下降到继电器整定值时，常开接点闭合，接通时间继电器 KT 线圈，接点延时闭合启动中间继电器 KM 线圈，接通断路器跳闸回路。2 各种安全自动装置：到广泛采用的电力系统安全自动装置有：1）输电线路自动重合闸装置2）自动解列装置3）快关汽门与电气制动装置4）发电机快速励磁装置5）切集中负载装置6）自动低压减负载装置7）水轮发电机组低频自启动装置8）备用电源自动投入装置