电力系统自动化第1讲--电力系统自动装置和系统软硬件原理课件

North China Electric Power University第一讲 电力系统自动装置和系统软硬件原理 第一章 概述 本课程使同学们对电力系统自动化及其基本问题有一个基础性的了解。2024/7/42.中国电力系统及其互联运行（现状）世界最大的同步互联电网西电东送、三峡核心南直北交、链式同步东北北华北北华东华中中西藏西藏台湾台湾西北西北新疆新疆南方南方山山东川渝川渝福建福建2024/7/43.电力系统：可怕的超级大系统一个脆弱的庞然大物!1882年到现在，120多年过去了。l作用越来越重要了l系统规模越来越大了l新装备和新技术的使用越来越多了l垄断下的机制和规范逐步不存在了l但是,大停大停大停大停电电故障越来越多了故障越来越多了故障越来越多了故障越来越多了2024/7/44.保守如此，脆弱依然上个世上个世纪60年代年代进入大入大电网互网互联时代后，大停代后，大停电事故事故频繁繁发生。生。2024/7/45.美加大停电，就发生在昨天2024/7/46.电力系统的能力2024/7/47.电力系统的过程+能力0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 Sec.电磁磁暂态Electromagnetic Switching Transient暂态稳定定Transient stability（angle and voltage）系系统运行运行Power system operation小小扰动稳定定Small signal stability长期期电压稳定定Long term voltage stability继电保保护范范围自自动装置范装置范围自自动化系化系统范范围人人员操作范操作范围局部功能局部功能系系统功能功能协调2024/7/48.课程涉及的内容1 1同步同步发电机的自机的自动准同期并列准同期并列2 2同步同步发电机励磁控制系机励磁控制系统3 3电力系力系统频率及有功功率率及有功功率调节4 4变电站站综合自合自动化化5 5电力系力系统调度自度自动化化6 6配配电网自网自动化系化系统与与远程抄表程抄表7 7智能智能电网与智能网与智能变电站站8 8 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理2024/7/49.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法1 明确系明确系统的的设计任任务和要求和要求2 多个系多个系统设计方案比方案比较和和选择3单元元电路路设计、参数、参数计算、元器件算、元器件选择4 单元元电路及系路及系统的的计算机仿真算机仿真5 原理原理图和和线路板路板图的的绘制制6 系系统组装和装和调试应用系用系统的的电磁兼容方案磁兼容方案2024/7/410.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法1 1、明确系、明确系统的的设计任任务和要求和要求了解系了解系统的性能、指的性能、指标、内容及技、内容及技术要求要求关关键技技术指指标要量化要量化各各项设计内容和技内容和技术要求落要求落实到到设计文档文档案例：案例：稳压电源的源的设计1、额定指定指标：功率、功率、电压、电流范流范围和工作条件和工作条件（温度、湿度）（温度、湿度）2、质量指量指标：电压稳定度定度（负载不不变时输入入变化化导致致输出出变化）化）负载稳定度定度（负载变化化时输出出电压的的变化）化）电源内阻源内阻（输入入电压不不变时电压与与电流流变化之比）化之比）纹波波电压（叠加在（叠加在输出出电压上的交流分量）上的交流分量）3、保、保护和和经济技技术指指标：过流、流、过压、过热保保护、效率、功率因数、效率、功率因数等等2024/7/411.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法2 2、多个、多个设计方案的比方案的比较和和选择 任任务分解分解,构建构建单元元电路路 方案方案选择的重要任的重要任务是是针对系系统的的任任务要求要求和条件完成系和条件完成系统的的功能功能设计，使，使设计方案达到方案达到设计合理合理、可靠可靠、功能功能齐全全、技技术先先进和和性价比高性价比高。案例：案例：稳压电源的源的设计开关开关电源源？线性性电源源？集成集成电源源？单元元电路的分解路的分解2024/7/412.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法3 3、单元元电路的路的设计、参数、参数计算和元器件算和元器件选择（1 1）单元元电路的路的设计 明确各明确各单元元电路的任路的任务 拟订出出单元元电路的性能指路的性能指标 确定前后确定前后级电路的关系路的关系 参考成熟的先参考成熟的先进电路路2024/7/413.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法3 3、单元元电路的路的设计、参数、参数计算和元器件算和元器件选择（2 2）电路参数路参数计算算l 放大放大电路的增益路的增益l滤波器中各元件参数波器中各元件参数l振振荡器中各元件数器中各元件数值和和频率率v理解掌握理解掌握电路工作原理路工作原理v正确正确应用用计算方法算方法2024/7/414.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法3 3、单元元电路的路的设计、参数、参数计算和元器件算和元器件选择（3 3）元器件的）元器件的选择电阻阻2024/7/415.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法3 3、单元元电路的路的设计、参数、参数计算和元器件算和元器件选择（3 3）元器件的）元器件的选择电容容2024/7/416.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法3 3、单元元电路的路的设计、参数、参数计算和元器件算和元器件选择（3 3）元器件的）元器件的选择电感感2024/7/417.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法3 3、单元元电路的路的设计、参数、参数计算和元器件算和元器件选择（3 3）元器件的）元器件的选择二极管二极管2024/7/418.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法3 3、单元元电路的路的设计、参数、参数计算和元器件算和元器件选择（3 3）元器件的）元器件的选择三极管三极管2024/7/419.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法4 4、单元元电路的路的计算机仿真算机仿真2024/7/420.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法5 5、绘制制单元元电路的路的电路原理路原理图和和线路板路板图2024/7/421.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理一、一、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法5 5、系、系统组装和装和调试（1 1）通）通电前前检查（2 2）通）通电检查（3 3）分）分块调试（4 4）系）系统联调6 6、排除故障方法、排除故障方法（1 1）信号跟踪法）信号跟踪法（2 2）对分法分法（3 3）电容旁路法容旁路法（4 4）开）开环测试法法（5 5）对比替代法比替代法2024/7/422.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理二、二、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术l 我国我国电力系力系统强制制规定：安装在定：安装在变电站的站的继电保保护装置和自装置和自动装置等必装置等必须满足足快速瞬快速瞬变干干扰试验、脉冲群干脉冲群干扰试验、静静电放放电试验和和辐射射电磁磁场骚扰试验等多等多项电磁兼容磁兼容检测2024/7/423.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理二、二、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术2024/7/424.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理二、二、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术l 形成干形成干扰的三个要素的三个要素1 1、电磁干磁干扰源源3 3、对该干干扰能量敏感的接收器能量敏感的接收器2 2、将、将电磁干磁干扰源源传输到接收器的媒介到接收器的媒介电磁磁干干扰源源传输通道通道接接收收器器2024/7/425.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理二、二、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术1 1、在、在电磁干磁干扰源源处采取措施采取措施电流和流和电压发生突生突变的位置通常就是的位置通常就是电磁干磁干扰源源（1 1）电流流变化大或者大化大或者大电流工作流工作场合就是合就是产生生电感感性耦合性耦合噪声的主要根源噪声的主要根源（2 2）电压变化大或者大化大或者大电压工作工作场合就是合就是电容容性耦合噪声性耦合噪声的主要根源的主要根源（3 3）公共）公共阻抗阻抗耦合噪声也是由于耦合噪声也是由于变化化剧烈的烈的电流在流在公共阻抗公共阻抗上所上所产生的生的压降所造成的。降所造成的。2024/7/426.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理二、二、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术1 1、在、在电磁干磁干扰源出采取措施源出采取措施2024/7/427.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理二、二、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术2 2、在接收器、在接收器处采取措施采取措施（1 1）抑制由）抑制由导线传导的噪声，最常用的方法就是串接的噪声，最常用的方法就是串接滤波器波器（2 2）抑制公共阻抗耦合的方法：）抑制公共阻抗耦合的方法：一点接地一点接地、降低公共阻抗降低公共阻抗。（3 3）抑制）抑制电容性耦合噪声的最基本方法就是减少与噪声源之容性耦合噪声的最基本方法就是减少与噪声源之间的分布的分布电容：容：屏蔽罩屏蔽罩、屏蔽板、屏蔽屏蔽板、屏蔽线（4 4）抑制）抑制电感性耦合噪声的方法就是采用感性耦合噪声的方法就是采用电磁屏蔽磁屏蔽2024/7/428.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理二、二、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术3 3、在、在传输通道采取措施通道采取措施l信号在两根信号在两根导体之体之间往返往返传输就是就是“差模差模”电压或或电流流l两根两根导体与地体与地线之之间传输就就是是“共模共模”电压或或电流流l 常常见的方法有的方法有变压器耦合器耦合隔离和隔离和光光电耦合耦合隔离隔离2024/7/429.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理2024/7/430.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理1 1、微机系、微机系统 （1 1）基于）基于单片机的微机系片机的微机系统2024/7/431.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理1 1、微机系、微机系统 （1 1）基于）基于单片机的微机系片机的微机系统冯诺依曼依曼结构构2024/7/432.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理1 1、微机系、微机系统 （2 2）基于）基于DSPDSP的微机系的微机系统2024/7/433.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理1 1、微机系、微机系统 （2 2）基于）基于DSPDSP的微机系的微机系统哈佛哈佛结构构2024/7/434.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理1 1、微机系、微机系统 （2 2）基于）基于DSPDSP的微机系的微机系统2024/7/435.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理工控机工控机2024/7/436.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理1 1、微机系、微机系统 （3 3）基于工控机的微机系）基于工控机的微机系统（1 1）具有丰富的）具有丰富的过程程输入入/输出功能出功能（2 2）实时性性强（3 3）高可靠性）高可靠性（4 4）环境适境适应性性强（5 5）丰富的）丰富的应用用软件件（6 6）技）技术综合性高合性高2024/7/437.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理1 1、微机系、微机系统 （3 3）基于工控机的微机系）基于工控机的微机系统PC104PC104系系统2024/7/438.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理2 2、模、模拟量量输入回路入回路2024/7/439.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理l 抗抗频率混叠率混叠现象象l RC RC或或LCLC无源无源滤波器、基于运算放大器的波器、基于运算放大器的有源有源滤波器波器l 滤波器波器类型有型有巴特沃斯巴特沃斯型、型、契比雪夫契比雪夫型、型、贝塞塞尔型型2 2、模、模拟量量输入回路入回路2024/7/440.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理2024/7/441.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理2 2、模、模拟量量输入回路入回路分辨率分辨率精度精度电源灵敏度源灵敏度转换时间输出出逻辑电平平工作温度范工作温度范围量程量程A/DA/D变换器主要有器主要有逐次逼近型逐次逼近型、积分型分型、计数型数型、并行比并行比较型型2024/7/442.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理3 3、开关量、开关量输入入/输出回路出回路2024/7/443.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理三、三、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的硬件原理的硬件原理3 3、开关量、开关量输入入/输出回路出回路2024/7/444.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理四、四、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软件原理件原理提高算法运算的精确度提高算法运算的精确度提高算法运算的速度提高算法运算的速度1 1、基于正弦函数模型的算法、基于正弦函数模型的算法半周半周积分算法分算法2024/7/445.第二章第二章 电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软硬件原理硬件原理四、四、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软件原理件原理2 2、基、基于周期函数模型的算法一傅氏于周期函数模型的算法一傅氏变换算法算法2024/7/446.小小结1、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的设计方法方法2、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的电磁兼容技磁兼容技术3、微机系、微机系统和和结构构4、单片机、片机、DSP系系统、工控机系、工控机系统5、模、模拟量量输入入6、开关量、开关量输入和入和输出出7、电力系力系统自自动装置和系装置和系统的的软件算法件算法2024/7/447.