電力系統(tǒng)自動化 電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)軟硬件原理

電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)軟硬件原理第1頁/共48頁第一章概述

本課程使同學(xué)們對電力系統(tǒng)自動化及其基本問題有一個基礎(chǔ)性的了解。page22023/4/19第2頁/共48頁中國電力系統(tǒng)及其互聯(lián)運行（現(xiàn)狀）世界最大的同步互聯(lián)電網(wǎng)西電東送、三峽核心南直北交、鏈?zhǔn)酵綎|北華北華東華中西藏臺灣西北新疆南方山東川渝福建page32023/4/19第3頁/共48頁電力系統(tǒng)：可怕的超級大系統(tǒng)一個脆弱的龐然大物!1882年到現(xiàn)在，120多年過去了。作用越來越重要了系統(tǒng)規(guī)模越來越大了新裝備和新技術(shù)的使用越來越多了壟斷下的機制和規(guī)范逐步不存在了但是,大停電故障越來越多了page42023/4/19第4頁/共48頁保守如此，脆弱依然上個世紀(jì)60年代進(jìn)入大電網(wǎng)互聯(lián)時代后，大停電事故頻繁發(fā)生。page52023/4/19第5頁/共48頁美加大停電，就發(fā)生在昨天page62023/4/19第6頁/共48頁電力系統(tǒng)的能力page72023/4/19第7頁/共48頁電力系統(tǒng)的過程+能力0.0010.010.11101001000Sec.電磁暫態(tài)ElectromagneticSwitchingTransient暫態(tài)穩(wěn)定Transientstability（angleandvoltage）系統(tǒng)運行Powersystemoperation小擾動穩(wěn)定Smallsignalstability長期電壓穩(wěn)定Longtermvoltagestability繼電保護(hù)范圍自動裝置范圍自動化系統(tǒng)范圍人員操作范圍局部功能系統(tǒng)功能協(xié)調(diào)page82023/4/19第8頁/共48頁課程涉及的內(nèi)容1同步發(fā)電機的自動準(zhǔn)同期并列2同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)3電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)4變電站綜合自動化5電力系統(tǒng)調(diào)度自動化6配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)與遠(yuǎn)程抄表7智能電網(wǎng)與智能變電站8電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理page92023/4/19第9頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法1明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)和要求2多個系統(tǒng)設(shè)計方案比較和選擇3單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、元器件選擇4單元電路及系統(tǒng)的計算機仿真5原理圖和線路板圖的繪制6系統(tǒng)組裝和調(diào)試應(yīng)用系統(tǒng)的電磁兼容方案page102023/4/19第10頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法1、明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)和要求了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、內(nèi)容及技術(shù)要求關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)要量化各項設(shè)計內(nèi)容和技術(shù)要求落實到設(shè)計文檔案例：穩(wěn)壓電源的設(shè)計1、額定指標(biāo)：功率、電壓、電流范圍和工作條件（溫度、濕度）2、質(zhì)量指標(biāo)：電壓穩(wěn)定度（負(fù)載不變時輸入變化導(dǎo)致輸出變化）

負(fù)載穩(wěn)定度（負(fù)載變化時輸出電壓的變化）

電源內(nèi)阻（輸入電壓不變時電壓與電流變化之比）

紋波電壓（疊加在輸出電壓上的交流分量）3、保護(hù)和經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)：過流、過壓、過熱保護(hù)、效率、功率因數(shù)等page112023/4/19第11頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法2、多個設(shè)計方案的比較和選擇任務(wù)分解,構(gòu)建單元電路方案選擇的重要任務(wù)是針對系統(tǒng)的任務(wù)要求和條件完成系統(tǒng)的功能設(shè)計，使設(shè)計方案達(dá)到設(shè)計合理、可靠、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)和性價比高。案例：穩(wěn)壓電源的設(shè)計開關(guān)電源？線性電源？集成電源？單元電路的分解page122023/4/19第12頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法3、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇（1）單元電路的設(shè)計明確各單元電路的任務(wù)擬訂出單元電路的性能指標(biāo)確定前后級電路的關(guān)系參考成熟的先進(jìn)電路page132023/4/19第13頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法3、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇（2）電路參數(shù)計算放大電路的增益濾波器中各元件參數(shù)振蕩器中各元件數(shù)值和頻率理解掌握電路工作原理正確應(yīng)用計算方法page142023/4/19第14頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法3、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇（3）元器件的選擇電阻page152023/4/19第15頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法3、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇（3）元器件的選擇電容page162023/4/19第16頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法3、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇（3）元器件的選擇電感page172023/4/19第17頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法3、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇（3）元器件的選擇二極管page182023/4/19第18頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法3、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇（3）元器件的選擇三極管page192023/4/19第19頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法4、單元電路的計算機仿真page202023/4/19第20頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法5、繪制單元電路的電路原理圖和線路板圖page212023/4/19第21頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理一、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的設(shè)計方法5、系統(tǒng)組裝和調(diào)試（1）通電前檢查（2）通電檢查（3）分塊調(diào)試（4）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)6、排除故障方法（1）信號跟蹤法（2）對分法（3）電容旁路法（4）開環(huán)測試法（5）對比替代法page222023/4/19第22頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理二、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)我國電力系統(tǒng)強制規(guī)定：安裝在變電站的繼電保護(hù)裝置和自動裝置等必須滿足快速瞬變干擾試驗、脈沖群干擾試驗、靜電放電試驗和輻射電磁場騷擾試驗等多項電磁兼容檢測page232023/4/19第23頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理二、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)page242023/4/19第24頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理二、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)形成干擾的三個要素1、電磁干擾源3、對該干擾能量敏感的接收器2、將電磁干擾源傳輸?shù)浇邮掌鞯拿浇殡姶鸥蓴_源傳輸通道接收器page252023/4/19第25頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理二、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)1、在電磁干擾源處采取措施電流和電壓發(fā)生突變的位置通常就是電磁干擾源（1）電流變化大或者大電流工作場合就是產(chǎn)生電感性耦合噪聲的主要根源（2）電壓變化大或者大電壓工作場合就是電容性耦合噪聲的主要根源（3）公共阻抗耦合噪聲也是由于變化劇烈的電流在公共阻抗上所產(chǎn)生的壓降所造成的。page262023/4/19第26頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理二、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)1、在電磁干擾源出采取措施page272023/4/19第27頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理二、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)2、在接收器處采取措施（1）抑制由導(dǎo)線傳導(dǎo)的噪聲，最常用的方法就是串接濾波器（2）抑制公共阻抗耦合的方法：一點接地、降低公共阻抗。（3）抑制電容性耦合噪聲的最基本方法就是減少與噪聲源之間的分布電容：屏蔽罩、屏蔽板、屏蔽線（4）抑制電感性耦合噪聲的方法就是采用電磁屏蔽page282023/4/19第28頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理二、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)3、在傳輸通道采取措施信號在兩根導(dǎo)體之間往返傳輸就是“差模”電壓或電流兩根導(dǎo)體與地線之間傳輸就是“共?！彪妷夯螂娏鞒Ｒ姷姆椒ㄓ凶儔浩黢詈细綦x和光電耦合隔離page292023/4/19第29頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理page302023/4/19第30頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理1、微機系統(tǒng)（1）基于單片機的微機系統(tǒng)page312023/4/19第31頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理1、微機系統(tǒng)（1）基于單片機的微機系統(tǒng)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)page322023/4/19第32頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理1、微機系統(tǒng)（2）基于DSP的微機系統(tǒng)page332023/4/19第33頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理1、微機系統(tǒng)（2）基于DSP的微機系統(tǒng)哈佛結(jié)構(gòu)page342023/4/19第34頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理1、微機系統(tǒng)（2）基于DSP的微機系統(tǒng)page352023/4/19第35頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理工控機page362023/4/19第36頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理1、微機系統(tǒng)（3）基于工控機的微機系統(tǒng)（1）具有豐富的過程輸入/輸出功能（2）實時性強（3）高可靠性（4）環(huán)境適應(yīng)性強（5）豐富的應(yīng)用軟件（6）技術(shù)綜合性高page372023/4/19第37頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理1、微機系統(tǒng)（3）基于工控機的微機系統(tǒng)PC104系統(tǒng)page382023/4/19第38頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理2、模擬量輸入回路page392023/4/19第39頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理抗頻率混疊現(xiàn)象RC或LC無源濾波器、基于運算放大器的有源濾波器濾波器類型有巴特沃斯型、契比雪夫型、貝塞爾型2、模擬量輸入回路page402023/4/19第40頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理page412023/4/19第41頁/共48頁第二章電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的軟硬件原理三、電力系統(tǒng)自動裝置和系統(tǒng)的硬件原理2、模擬量輸入回路分辨率精度電源靈敏度轉(zhuǎn)換時間輸出邏輯電平工作溫度范圍量程A/D變換器主要有逐次逼近型