第一篇：電力系統及其自動化簡介

電力系統和電力系統自動化

電力工業是具有公用事業性質的基礎性產業，電力行業是具有明顯的社會公益性的行業，是國民經濟的大動脈，電力供應的可靠性對現代社會具有極其重大的影響。我國經濟在穩步快速的發展，需要我國電力工業發展的支持，也給電力系統自動化產業提供了前所未有的機遇和挑戰。我國電力系統發展和現狀

1.1 體制變遷

? 97年前：電力工業部 ? 97年8月：國家電力公司

? 02年3月：國務院正式批準了以“廠網分開，競價上網，打破壟斷，引入競爭”為宗旨的《電力體制改革方案》(即：國務院5號文件)。

? 02年10月：成立國家電力監管委員會（電監會）

? 02年12月29日，在原國家電力公司的基礎上，中國電力新組建(改組)的11家公司宣告成立，包括兩家電網公司、五家發電集團公司和四家輔業集團公司分別經營電網、電源及輔業資產。

電網公司：

? 國家電網公司 ? 南方電網公司

發電公司

? 華能集團公司 ? 大唐集團公司 ? 華電集團公司 ? 國電集團公司 ? 電力投資集團

輔業集團

? 中國電力工程顧問集團公司 ? 中國水電工程顧問集團公司 ? 中國水利水電建設集團公司 ? 中國葛洲壩集團公司

? 電力產業總資產（2000年底）：

2.5萬億元，其中原國電總資產1.8萬億元

1.2近期發展狀況

? 發電裝機容量：

1980：6587萬KW（65869MW）1987：10289.7萬KW 1993：20000萬KW 1996：23654萬KW 2003：38900萬KW 2004：44000萬KW，用電21735億千瓦時

2005年底：50841萬KW，用電24220億千瓦時 未來十年，預計還要增加50000萬KW ? 變電站數量：

1996年統計數據（注）： 500KV：47 330KV：25 220KV：1003 154KV：2 110KV：5496 66KV： 2729 35KV： 20921 目前每年新增變電站約4000個，改造老變電站約2000個。2003年末數據（網絡數據，供參考）：

500kV：近100個 220kV：1800多個 110kV：5900個

66kV/35kV變電站有5700多個

另有數據顯示，全國110KV以下、35KV以上的終端變電站有18000余座，35KV等級以下的各類配電變電站數量更多

近幾年，每年新增變電站約4000個，改造老變電站約2000個。電力系統概述

2.1 電力系統的特點

（1）平衡性：電能不能儲存，電能的生產、輸送、分配和使用同時完成。（2）瞬時性：暫態過程非常迅速，電能以電磁波的形式傳播，真空中傳播速度為300km/ms。（3）和國民經濟各部門間的關系密切。

2.2 電力系統的組成

電力系統是由發電廠的發電機、升壓及降壓變電設備、電力網及電能用戶（用電設備）組成的系統。

發電，輸變電，配電，用電

動力系統化學能煤石油鍋爐天然氣核能電力系統熱能汽輪機機械能電力網發電機電能鈾水 反應堆水能升壓變壓器輸電線路降壓變壓器用電設備水輪機（1）發電部分(Generation)：

發電廠，將化學能（煤炭，燃油），水能，核能，風能等轉化為電能。? ? ? ? ? ? 火電廠：煤、油（不可再生），空氣，水 水電廠：水的勢能（可再生能源），受氣象影響大。核電站：核燃料（比較貴），水

抽水蓄能電站：吸發兼備，峰谷調節，快速備用

化學能電源：各種電池，燃料電池等，效率高，比較貴

綠色能源：風能、太陽能、潮汐發電，地熱電站，比較貴，易受自然條件影響。

（2）輸配電部分(Power Transmission Grid)：輸電網絡，通過高壓輸電網絡將電能由發電廠輸送到負荷中心

? 變電站

? 一次設備

變壓器

斷路器（開關）隔離開關（刀閘）限流電抗器（電感）

載流導體（母線/輸電線）

CT/PT（Current Transformer/ Potential Transformer）絕緣子 接地裝置

補償裝置（調相機/電容/靜補裝置）中性點設備 避雷設備 ? 二次設備

控制系統：直流電壓，控制短路器開合

信號系統：警報音響，位置信號（斷路器開合）測量系統：測量表計

同步系統：保證同期操作（同壓，同頻，同相）用的設備 測量設備 保護設備 控制設備

監視設備（包括故障錄波）常規變送器和微機變送器

? 輸電線路

架空線路：鋼芯鋁導線，分裂導線；裸導線，絕緣導線 電纜：單相，三相

交流線路：潮流不可控，遠距離輸電穩定性問題較大 直流線路：潮流可控，超遠距離輸電無穩定性問題。交直流混合輸電網絡（整流站，換流站，直流線路），不同頻電網互聯 ? 用電部分

用電設備消耗電能

高壓用戶額定電壓在1kV以上，低壓用戶額定電壓在1kV以下。

2.3 對電力系統的基本要求

（1）保證供電可靠性（2）保證電能質量

（3）提高電力系統運行的經濟性（4）其它：如環境保護問題

2.4 衡量電能質量的指標

（1）電壓偏差

電壓偏差指當供配電系統改變運行方式或負荷緩慢地變化使供配電系統各點的電壓也隨之改變，各點的實際電壓與系統額定電壓之差，通常用與系統額定電壓的百分比值數表示。

（2）電壓波動

電壓連續變動或電壓包絡線的周期性變動，電壓的最大值與最小值之差與系統額定電壓的比值以百分數表示，其變化速度等于或大于每秒0.2％時稱為電壓波動。

（3）頻率偏差

頻率偏差是指供電的實際頻率與電網的額定頻率的差值。

我國電網的標準頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏差一般不超過±0.25Hz，當電網容量大于3000MW時，頻率偏差不超過±0.2Hz。

調整頻率的辦法是增大或減小電力系統發電機有功功率。（4）供電可靠性

供電可靠性指標是根據用電負荷的等級要求制定的。

衡量供電可靠性的指標，用全年平均供電時間占全年時間百分數表示。（5）其它

? 電壓閃變

負荷急劇的波動造成供配電系統瞬時電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對燈閃感到不適，這種現象稱為電壓閃變。

? 不對稱度

不對稱度是衡量多相負荷平衡狀態的指標，多相系統的電壓負序分量與電壓正序分量之比值稱為電壓的不對稱度，電流負序分量與電流正序分量之比值稱為電流的不對稱度，均以百分數表示。

? 正弦波形畸變率

當網絡電壓波形中出現諧波（有時為非諧波）時網絡電壓波形就要發生畸變。諧波干擾是由于非線性系統引起的。它產生出不同于網絡頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。包括n次諧波電壓、電流含有率，電壓、電流總諧波畸變率，諧波電壓的總平均畸變系數。

2.5 常用概念

（1）基本量綱

電壓：伏特（V），千伏（KV），萬伏（慣用）電流：安培（A）

有功功率：瓦特（W），千瓦（KW），兆瓦（MW），萬千瓦（慣用）無功功率：乏（Var），千乏（KVar）電量：度（KWH – kilowatt-hour）（1）電壓等級

國家規定的等級：3，6，10，35，（66），110，（154），220，330，500KV 其中：

500，330，220KV 用于大電力系統主干線

110KV 用于中小電力系統主干線，和大電力系統的二次網絡 35KV 用于大城市或大工業內部網絡，以及農村網絡

10KV 為最常用的更低一級配電網絡，只有負荷中高壓電動機比重很大時才用6KV電壓

3KV 用于工況企業內部（2）調度等級

五級調度（國，網，省，地，縣）（3）調度部門組成和作用

調度部門的一般包括：調度，方式，保護，通信，遠動（自動化）電力信息化

電力信息化大致分為兩部分：

? 電力系統自動化：保障電能安全可靠地在電網上傳輸；

? 電力營銷和通用信息化：保證電能銷售和電網資產科學有效管理。由于電力生產安全性與穩定性的要求，電網企業對生產過程控制的信息技術應用一向比較重視，而對業務及管理的信息化重視卻相對不足，生產自動化與管理信息化的發展處于不平衡狀態。兩者的投資比重大致為80：20。電力系統自動化的基本概念

電力系統自動化（electric power system automation）是電力信息化最重要的部分。

電力系統自動化是應用各種具有自動檢測、反饋、決策和控制功能的裝置并通過信號、數據傳輸系統對電力系統各元件、局部系統或全系統進行就地或遠方的自動監視、協調、調節和控制，目的是保證電力系統的供電質量和安全經濟運行。

電能的供應和使用與社會經濟和人民日常生活密切相關。電力系統包括生產、傳輸、分配、消費電能的各個環節，是一個復雜的連續生產和消費過程，在地域上分布遼闊而在電氣上卻是聯成一體的。電能質量不合格將引起產品質量和生產率的下降以及人民生活的不便，突然停電和長期頻率或電壓下降的情況下還回造成人身傷亡和設備損壞事故。電力系統中任何一個元件的參數和運行狀態的變化都會迅速地影響到系統中其他元件的正常工作，所以在電力系統中任何一處發生故障，應及時而正確地處理，否則將使事故擴大，并波及電力系統其他運行部分，以至造成大面積停電。一次能源調度、發電機起停和負荷分配、電網結構和潮流分布、負荷控制和管理的合理與否，都涉及電力系統運行中能量的節約和所發揮的經濟效益。

由于電力系統規模和容量的不斷擴大，系統結構、運行方式日益復雜，單純依靠人力來監視電力系統的運行狀態，正確而及時地進行各項操作，迅速地處理事故，已經是不可能了。必須應用現代控制理論、電子技術、計算機技術、通信技術、圖象顯示技術等科學技術的最新成就來實現電力系統的自動化。

電力系統自動化的基本要求如下：

（1）迅速而正確地收集、檢測和處理電力系統各元件、局部系統或全系統的運行參數。（2）根據電力系統的實際運行狀態和系統各元件的技術、經濟和安全要求為運行人員提供調節和控制的決策，或者直接對各元件進行調節和控制。（3）實現全系統各層次、各局部系統和各元件間的綜合協調，尋求電力系統電能質量合格和安全經濟運行。（4）提高供電可靠性，減少電力系統事故、延長設備壽命，提高運行水平，節省人力，減輕勞動強度。

4.1 電力系統自動化發展過程

電力系統自動化是在應用各種自動裝置逐步取代人工操作的過程中發展起來的。最先，運行人員在發電機組、開關設備等電力系統元件的近旁直接監視 設備狀態并進行手工操作和調節，例如人工操作開關、調節發電機的出力和電壓等。這種工作方式的效果與運行人員的素質和精神狀態有關，也與監視儀表和調節操作裝置的完善性有密切關系，往往不能及時而正確地對系統進行調節和控制，特別在發生事故時，由于來不及反應事故的發生和發展，而使事故擴大。

隨著單個設備或單個過程自動裝置（或調節器）的應用，直接以運行參數的變化作為控制裝置的輸入信號，來起動設備的操作和控制，如利用各種繼電器來反應系統故障情況下的電流和電壓的變化，使斷路器開斷故障線路；根據發電機端電壓變化的信號來調節勵磁電流，以實現電壓和無功功率的調節和控制；根據系統頻率的變化信號來調節原動機的出力，以實現頻率和有功功率的調節和控制以及水輪機組的程序起動等。這種單參數、單回路的調節和控制裝置的應用，節省了人力，并能比較正確而及時地控制運行狀態。隨著電子技術和計算機技術的發展，自動裝置的組成元件也由最初的電磁型的發展成由晶體管、集成電路構成的無觸點型的并進一步采用以微型計算機（或微處理器）為基礎的可編程序控制器等先進設備。

由于電力系統的發展，發電廠（發電機）及電力系統其他元件數量的增加，運行工況的復雜，使得協調各元件間的控制成為必要。所以，在一個發電廠、局部電力系統以至整個電力系統開始應用先進的計算機和通信設備來完成數據收集和處理，并且利用計算機的高速運算能力、大容量內存和高度的邏輯判斷能力，實現一個發電廠、局部電力系統以至整個電力系統的集中監視、決策和控制。

隨著電力系統各元件及發電廠組成的日益復雜，以及對控制的要求日益嚴格，進一步用計算機進行集中控制越來越困難，這是因為信息量龐大，通道擁擠，計算機的容量增大，響應不快，運行復雜。利用計算機性能價格比日益提高的趨勢，對被控對象多、每個對象需要監控的參數較多、各個對象在地理上比較分散的系統，控制方式從集中控制發展為分層控制，如中心調度所、地區調度所、發電廠（變電所）控制中心等形式的分層控制。分層控制的最低層可以在獲取數據的地方由就近設置的計算機處理數據，并進行控制。這樣可以避免大量信息可來回傳送，減輕上層計算機的負擔，提高信息處理的實時性。只有涉及全系統的綜合信息，才由下一層轉送給上一層進行處理和控制，在上層作出決策后向下層發送控制信息。

4.2 電力系統自動化的主要內容和現狀

? 火電廠自動化

現代火電廠的發展趨勢是采用高溫、高壓、中間再熱的大型單元式發電機組，機組的單機容量大而熱力系統復雜，其運行工況多變，操作頻繁而復雜，控制的對象和參數多，所以對火電廠的自動化程度提出了很高的要求，傳統的監控儀表和運行方式已滿足不了火電廠經濟安全運行的要求。近十幾年來已經應用計算機來代替常規調節儀表對單項參數的控制或用一些相對獨立的自動控制系統來完成局部設備的控制（如鍋爐自動控制，噴燃器自動控制，汽輪機自動起動和發電機自動同步等），或者在傳統的儀表和控制器的基礎上增加電子計算機的協調和控制。其主要的功能有下列幾方面。

7（1）安全監視。利用計算機對發電機組的各種參數和各類設備的運行狀態進行巡回和周期性的測量和檢查。對于不同的運行工況（如正常、異常、起停過程、事故）。檢測的內容和周期是不同的。采取數據后還要進行必要的處理，例如判斷數據的正確性，對某些參數的修正，進行參數濾波等。同時，可對收集到的信息進一步校驗是否越限，并通過聲光顯示或打印輸出向運行人員報告。還可以根據獲得的數據進行計算，得出如功率總加、鍋爐效率、廠用電率等性能指標值。（2）正常調節。在正常運行時，對鍋爐、汽輪機、發電機等主輔設備進行直接或間接控制。在運行中，因不斷受到內外部條件及干擾影響，一些被調參數（如汽壓、汽溫、水位、流量、風量等）經常發生變化，這就要利用自動調節器，根據被調量的偏差值，按規定的調節規律進行調節。最簡單的是單回路調節系統。利用計算機可以同時控制若干回路，并考慮各參數的相關因素。（3）機組起停。高參數和大容量機組的汽水系統、燃燒系統、輔助系統、除氧給水系統十分復雜，使機組起停時的控制十分困難。在從冷態起動到帶滿負荷（幾小時到十幾小時）的過程中，包括鍋爐點火、升溫升壓、汽輪機升速、初負荷保持、升負荷等幾個階段，工況不斷變化。為了保證起動設備的安全，減輕運行人員的勞動強度，要對各種參數和設備狀態進行監視、判斷和計算，然后對各調節器和程序控制回路發出指令，或者直接去調節和操作發電機組。（4）事故處理。對生產過程進行趨勢預報和報警分析。事故發生后，首先通過事故識別程序查明事故性質及原因，然后轉入相應的事故處理程序。如果事故繼續發展，以致危及機組及系統安全時，則應采取緊急措施（如減負荷、停機）。在事故處理過程中，要監視和記錄設備的狀態及主要參數，以供運行人員進行事故后的分析。? 水電廠自動化

水電廠除了按計劃發電外，還在電力系統中起著調峰、調頻和事故備用的作用，所以機組啟動頻繁，工況多變（如調相改發電，抽水蓄能發電廠的抽水改發電等）；水電廠一般要通過遠距離輸電線將電能送到負荷中心，易出現穩定問題；同時水電廠還應考慮水力資源的綜合利用。所以，水電廠的自動化要能適應這些要求。

水電廠自動化也是從單機自動化開始。首先實現機旁的儀表監視和報警，就地操作和單個元件的自動化，例如電氣液壓型的調速器，復式勵磁電壓教正器等。

隨著水電廠機組數量的增多和單機容量的增大，以及水電的梯級開發和逐步實現水電廠、梯級水電廠的集中控制，采用對全廠和梯級水電廠運行狀態的巡回檢測，全廠主輔機的集中起停，自動調頻和有功幾無功功率的成組調節，機組的優化運行，穩定的監視和控制（如切機、電氣制動、低頻自動啟動機組等）等。

近幾十年來，在水電廠自動化中廣泛應用計算機技術和微處理機。機組的基礎自動化裝置實現微機化，例如微機化的調速裝置、勵磁調節器、同步系統等，8 給水電廠的基礎自動化帶來了極大的方便。多微機的分布式計算機控制系統的應用，使水電廠進入全廠計算機監控和綜合自動化，實現全廠的安全監視、自動發電控制和經濟運行、事故順序記錄和水庫經濟調度等綜合功能。在梯級開發的水系，還可以進行全梯級水電廠的集中調度和控制。

隨著自動化水平的提高，在一些中、小型水電廠可以實現無人值班和控制中心的遠方監控。

水電廠除了本身機組和電器設備監視和控制外。還要考慮水力系統（上、下游，以至跨流域）對水電廠的約束，實現水庫長、中、短期的優化調度，以及防洪、灌溉、航運、供水、養殖的綜合利用。所以，廣義的水電廠自動化還包括對水庫的調節和管理，以及大壩的自動監視和管理。目前，已采用先進的無線電通信手段和以微型計算機為基礎的水庫流域水情測報幾防洪調度自動化系統，定時收集全流域的氣象和水文（包括降雨，上、下游用水情況等）實時數據，經過處理后可以得到未來時段水庫的入水流量變化過程幾洪水預報。也應用自動測量和數據處理系統觀察大壩各項變量（如溫度、應變、應力、壩縫開度、滲透壓力等）。? 電力調度自動化

? 電力調度的作用：安全、質量、經濟、市場

為了合理監視、控制和協調日益擴大的電力系統的運行狀態，及時處理影響整個系統正常運行的事故和異常現象，在形成電力系統的最早階段，就注意到電力系統的遠方監視和控制問題，并提出必須設立電力系統調度控制中心。在開始階段由于通信設備等技術裝備的限制（如只有電話），調度人員需要花費很多時間才能掌握有限的代表電力系統運行狀態的信息，電力系統的很大一部分監視和控制功能是由電力系統中所屬發電廠和變電所的運行人員直接來完成的。

遠動技術和通信技術的發展，使電力系統的實時信息直接進入調度控制中心成為可能，調度人員可根據這些信息迅速掌握電力系統運行狀態，及時發現和處理發生的事故。

20世紀60年代開始用數字式遠動設備（telecontrol equipment），使信息的收集和傳輸在精度、速度和可靠性上都有很大的提高。電子計算機和圖象顯示技術在電力系統調度控制中心的應用使自動化程度達到一個新的水平。在開始階段，計算機與相應的遠動狀態的監視（包括信息的收集、處理和顯示）、遠距離開關操作，以及制表、記錄和統計等功能，一般稱為數據采集與監視控制（supervisory control and data acquisition--SCADA）。60年代后期國際上出現很多大面積停電事故以后，加強了全系統的安全監視、分析和控制。這種控制系統不僅能完整地了解全系統的實時狀態，而且可在計算機及其外圍設備的幫助下，能夠在正常和事故情況下及時而正確地作出控制的決策。這種包括SCADA功能、自動發電控制及經濟運行、安全控制功能以及其他調度管理和計劃功能的系統稱為能量管理系統（energy management system EMS）。利用這種先進的自動化系統，運行人員已從過去以監視記錄為主的狀況轉變為較多地進行分析、判斷和決策，而日常的記錄事務則由計算機取代。? 變電站自動化

變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備(包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等)的功能進行重新組合、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量、控制和協調的一種綜合性的自動化系統。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息，數據共享，完成變電站運行監視和控制任務。變電站綜合自動化替代了變電站常規二次設備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。變電站作為整個電網中的一個節點，擔負著電能傳輸、分配的監測、控制和管理的任務。變電站繼電保護、監控自動化系統是保證上述任務完成的基礎。在電網統一指揮和協調下，電網各節點(如變電站、發電廠)具體實施和保障電網的安全、穩定、可靠運行。因此，變電站自動化是電網自動系統的一個重要組成部分。作為變電站自動化系統，它應確保實現以下要求：

（1）檢測電網故障，盡快隔離故障部分。

（2）采集變電站運行實時信息，對變電站運行進行監視、計量和控制。（3）采集一次設備狀態數據，供維護一次設備參考。（4）實現當地后備控制和緊急控制。（5）確保通信要求。

因此，要求變電站綜合自動化系統運行高效、實時、可靠，對變電站內設備進行統一監測、管理、協調和控制。同時，又必須與電網系統進行實時、有效的信息交換、共享，優化電網操作，提高電網安全穩定運行水平，提高經濟效益，并為電網自動化的進一步發展留下空間。

傳統變電站中，其自動化系統存在諸多缺點，難以滿足上述要求。例如：（1）傳統二次設備、繼電保護、自動和遠動裝置等大多采取電磁型或小規模集成電路，缺乏自檢和自診斷能力，其結構復雜、可靠性低。

（2）二次設備主要依賴大量電纜，通過觸點、模擬信號來交換信息，信息量小、靈活性差、可靠性低。

（3）由于上述兩個原因，傳統變電站占地面積大、使用電纜多，電壓互感器、電流互感器負擔重，二次設備冗余配置多。

（4）遠動功能不夠完善，提供給調度控制中心的信息量少、精度差，且變電站內自動控制和調節手段不全，缺乏協調和配合力量，難以滿足電網實時監測和控制的要求。

（5）電磁型或小規模集成電路調試和維護工作量大，自動化程度低，不能遠方修改保護及自動裝置的定值和檢查其工作狀態。有些設備易受環境的影響，如晶體管型二次設備，其工作點會受到環境溫度的影響。

傳統的二次系統中，各設備按設備功能配置，彼此之間相關性甚少，相互之問協調困難，需要值班人員比較多的干預，難于適應現代化電網的控制要求。另外需要對設備進行定期的試驗和維修，既便如此，仍然存在設備故障(異常運 行)不能及時發現的現象，甚至這種定期檢修也可能引起新的問題，發生和出現由試驗人員過失引起的故障。

發展變電站綜合自動化的必要性還體現以下幾個方面：一是隨著電網規模不斷擴大，新增大量的發電廠和變電站，使得電網結構日趨復雜，這樣要求各級電網調度值班人員掌握、管理、控制的信息也大量增長，電網故障處理和恢復卻要求更為迅速和準確；二是現代工業技術的發展，特別是電子工業技術的發展，計算機技術的普遍應用，對電網可靠供電提出了更高的要求；三是市場經濟的發展，使得整個社會對環保要求更高，這樣也對電網的建設、運行和管理提出許多的要求，如，要求電力企業參與市場競爭，降低成本，提高經濟效益；要求發電廠、變電站減少占地面積。要解決上述問題，顯然僅依靠各級電網調度運行值班人員是難以解決的。現代控制技術的發展，計算機技術、通信技術和電力電技術的進步與發展，電網自動化系統的應用，為上述問題提供了解決的方案。這些技術的綜合應用造就了變電站綜合自動化系統的產生與發展。? 變電站綜合自動化系統的發展過程

現有的變電站有三種形式：第一種是傳統的變電站；第二種是部分實現微機管理、具有一定自動化水平的變電站；第三種是全面微機化的綜合自動化變電站。變電站自動化的發展可以分為以下三個階段。1．由分立元件構成的自動裝置階段

20世紀70年代以前，由研究單位和制造廠家生產出的各種功能的自動裝置，要采用模擬電路，由晶體管等分立元件組成，對提高變電站和發電廠的自動化水平，保證系統安全運行，發揮了一定的作用。但這些自動裝置，相互之間獨立運行，互不相干，而且缺乏智能，沒有故障自診斷能力，在運行中若自身出現故障，不能提供告警信息，有的甚至會影響電網安全。同時，分立元件的裝置可靠性不高，維護工作量大，裝置本身體積大，不經濟。2．以微處理器為核心的智能化自動裝置階段

隨著我國改革開放的發展，微處理器技術開始引入我國，并逐步應用于各行各業。在變電站自動化方面，用大規模集成電路或微處理機代替了原來的繼電器晶體管等分立元件組成的自動裝置，利用微處理器的智能和計算能力，可以發展和應用新的算法，提高了測量的準確度和可靠性；能夠擴充新的功能，尤其是裝置本身的故障自診斷功能，對提高自動裝置自身的可靠性和縮短維修時間是很有意義的；此外，由于采用了數字式，統一數字信號電平，縮小了體積等，其優越性是明顯的。由于這些微機型的自動裝置，只是硬件結構由微處理器及其接口電路代替，并擴展了一些簡單的功能，雖然提高了變電站自動控制的能力和可靠性，但基本上還是維持著原有的功能和邏輯關系，在工作方式上多數仍然是各自獨立運行，不能互相通信，不能共享資源，變電站和發電廠設計和運行中存在的問題沒有得到根本的解決。3． 變電站綜合自動化系統的發展階段

我國是從20世紀60年代開始研制變電站自動化技術。到70年代初，便先后研制出電氣集中控制裝置和集保護、控制、信號為一體的裝置。在80年代中期，國內先后研制了35kV和220kV變電站綜合自動化系統。此外，國內許多高 11 等校及科研單位也在這方面做了大量的工作，推出一些不同類型、功能各異的自動化系統。為國內的變電站自動化技術的發展起到了卓有成效的推動作用。進入90年代，變電站綜合自動化已成為熱門話題，出現了更多的研究單位和產品。

? 配電網自動化

配電網是電力系統生產和供應電能的最后一個環節，其自動化的主要任務是保證經濟安全供電和負荷供需平衡的控制和管理，使用戶得到一定數量優質、廉價的電力供應，所以配電網自動化的主要功能為：

（1）對配電網和無人值班變電所的監視和自動操作，如通過遠方投切電網中聯絡斷路器或分段斷路器，以便切除故障或調整潮流；（2）在系統頻率下降時切除負荷，在電壓變動時自動投切靜電電容器或者調整變壓器分接頭；（3）通過對負荷的直接控制來調節負荷曲線和保持電能供需平衡。

最初用時間開關來控制用戶的負荷，定時切換用戶的不同記價電表，用經濟的手段來管理負荷。對于工業用戶可采取控制最大需電量、分時記價、按合同規定用電時間等方法進行控制。為了使負荷控制直接到每一用戶，可采取工頻、音頻、載波、無線電等控制手段，有配電網調度所根據上級調度所的指令和系統的實際運行狀態，直接發出控制信號，對事先分門別類的負荷進行控制，操作被控用戶的短路器。

隨著自動化裝置和被控設備可靠性的提高，中、小型變電所的控制可由就地操作過度到遠方操作和自動操作。近年來也開始在變電所內建立微型計算機為核心的綜合自動化系統，可以實現繼電保護、安全監視、電壓和無功綜合控制等功能。一些變電所已實現無人值班或遠方控制的自動化運行體制。電力調度自動化

電力調度自動化是電力自動化的重要內容之一，是指綜合利用計算機、遠動和遠程通信等技術手段實現電力系統調度管理工作的自動化。

電力系統由發電、輸變電、配電和用電等環節組成，并由調度控制中心對全系統的運行進行統一管理。為了保證電力系統運行的安全性、經濟性以及供電的質量，系統的調度控制中心必須及時而準確地掌握全面的運行情況，隨時進行分析，作出正確的判斷和決策，必要時采取相應的措施，及時處理事故和異常情況。

早期的電力調度以人工方式操作，用打電話的方式收集數據，下達調度命令，速度慢，實時性差。由于電網是一個迅變系統，電能以極快的速度傳送，電網中一個地方出故障，瞬間就會波及到全網，因此手工方式很難滿足電網調度的要求。特別對于大機組、大電網、高電壓的現代電網，調度中心需要采集和處理的實時運行參數和狀態信號數量眾多，實時性要求很高，調度工作只能采用現代化手段進行。因此，調度自動化系統是現代電力系統不可缺少的組成部分。調度自動化系統是一個復雜的準實時信息系統，由裝在調度中心的主站系統、裝載發電廠或變電所的遠動終端以及遠動通道等構成。調度自動化系統的 主要功能是實時采集電力系統運行的參數和信息，對數據進行各種分析和處理，為調度員提供進行監視與控制的操作界面，有效地幫助電力系統調度員執行電力系統的安全經濟發供電任務。

5.1 調度自動化的發展過程

電力生產是發輸電與用電同時進行的連續生產過程。電力系統分布地域廣闊，是一個龐大的生產體系，必須嚴格地進行調度管理才能保證安全發供電。早期電力系統規模較小，調度員利用電話即可了解各發電廠、變電所的運行狀況。調度命令也是通過電話下達的。

當電力系統日益發展，廠站數越來越多時，僅靠電話已經無法及時進行調度控制。特別是在系統發生故障時，可能會延長事故處理時間，甚至擴大事故。因此必須有自動化的手段支持才能完成調度工作。現代電子技術、通信技術和計算機技術的發展為調度自動化系統提供了技術支持手段。隨著支持技術的進步，出現了各種調度自動化設備，調度工作逐步脫離了原始手工方式，開始采用各種自動化系統進行操作。

早期的調度自動化系統稱為“遠動（telecontrol）”系統，主要功能是把遠方廠站的測量量和斷路器信號及時傳送到調度所，通過模擬屏顯示出電力系統的運行情況，使調度員能及時了解所發生的事件。工業發達國家在第二次世界大戰后就進入遠動調度階段，中國20世紀60年代開始在電力調度中使用遠動技術。? 調度自動化系統構成技術的發展

從調度自動化系統構成技術的發展看，電力調度自動化系統先后采用過分立元件設計、IC/CPU板級設計、集中式計算機系統機設計，發展到今天的計算機網絡分布式設計。

在國內，早期的遠動系統大都是建立在分立元件的基礎上的，這些系統和設備在我國直到80年代中期還有單位在使用。但由于系統完全由硬件構成，結構復雜，功能單一，一般只有數據采集功能，支持少量數據的模擬屏數碼管顯示。系統可靠性低，經常出故障。

當電力系統發展到數百萬或上千萬千瓦的容量時，遠動系統收集遠方廠站數據可達數千或上萬個，即使增大模擬屏也無法容納如此眾多的數碼管和信號燈，調度員也難以清楚地分辨這些信號，無法判斷電力系統的運行狀況和所發生的事故。因此國際上從60年代起就出現了基于電子計算機技術的電力調度自動化系統。

隨著微處理器應用的普及，70年代至80年代初，國內有了基于IC/CPU的以電路板為單元的系統設計。集成電路，特別是具有“智能”的CPU的使用大大簡化了系統的設計，增加了系統功能，提高了系統可靠性。但由于沒有操作系統的支持，這種基于IC/CPU系統需要從硬件、底層軟件一直到應用軟件的全套設計，工作量大，系統功能不夠靈活，因而一般用于功能較為固定的設備，如RTU等。

80年代初，國內開始普及基于計算機系統機的調度自動化系統設計。計算機系統有豐富的軟硬件資源，能將所收集的數據進行加工處理，通過屏幕顯示 器以多幅畫面的形式提供更加直觀的信息顯示，并可由打印機打印出統計報表和記錄，節省了調度員許多繁瑣的工作，使調度效果得到明顯提高。由于有完善的操作系統和計算機標準總線的支持，也極大地方便了系統設計，所實現的系統功能也日益靈活復雜。除了功能簡單，生產批量較大的設備如RTU等以外，電力調度自動化系統的設備大量采用了基于系統機的設計，主站系統幾乎無例外的都是以計算機系統為基礎構造的。

80年代廣泛使用的這些調度自動化系統有時也稱為集中式系統。主要特點是以一臺計算機（小型機或微型計算機）為核心，擔負各種系統功能。雖然80年代已經有了局域網和廣域網的技術，但主要用于不同系統間的互連，并未采用基于網絡技術的分布式系統設計。80年代我國從國外引進的許多調度自動化系統也屬于這一類設計。

隨著對調度自動化系統功能的要求日益增加，集中式系統越來越暴露出不足之處。由于將數據庫、數據處理、人機會話等幾乎所有功能都集中于一臺機器上，很容易造成計算機負荷過載，因而需要更大、更快的機器，而機器的性能與價格并非簡單的線性關系，這導致系統造價昂貴。同時，由于許多功能模塊裝在一臺機器上，模塊間耦合緊密，相互影響，如果修改一個功能模塊，其它模塊往往也需要修改，因此系統功能很難擴充。在調度現場，一般需要多個人機會話席位，這種集中式設計很難滿足超過4個以上操作臺的要求。隨著接入廠站數目的增多，信息量的增加，集中式系統也無法滿足不斷擴充的容量要求。隨著網絡技術的普及，國內從90年代開始出現基于局域網的電力調度自動化系統。由于結構靈活，功能強大，擴充性好，性能價格比高，很快成為調度自動化主站系統的主流技術。這類系統也稱為網絡分布式系統。同樣是網絡分布式系統，由于軟件體系結構的不斷進步，又從對等式系統發展到客戶/服務器方式的系統，然后又逐步轉向向Intranet模式。

網絡技術和計算機軟硬件技術的進步為調度自動化系統的發展提供了基礎，使調度自動化系統的構成越來越復雜，功能也越來越強大。近年來調度自動化系統的發展出現了一種綜合趨勢。傳統方式是一種功能一套系統，多個系統再通過網絡互連。這種分散模式導致系統共享資源困難，管理復雜。目前的趨勢是在網絡基礎上首先構筑一個支持平臺，或稱為環境，用于支持所有調度自動化應用軟件。各種應用子系統作為系統部件安裝在環境中，在統一支持環境的協調下相互通信，配合工作。這種系統已經超出一般調度自動化的范圍，不但包括SCADA、EMS功能，還可以包括調度管理子系統，電力市場支持子系統，以及可能出現的與調度工作有關的其他信息子系統。? 調度自動化系統功能的發展

采用計算機為基礎的調度自動化系統的功能主要是數據采集和監視控制，實現遠程測量、遠程信號、遠程控制和遠程調節，即所謂的“四遙”功能。具備這種功能的系統也稱為“SCADA系統”。SCADA功能是電力調度自動化系統的基礎。有時也將自動發電控制（AGC – Automatic Generation Control）功能歸入SCADA的范疇，但地區及以下級別的調度一般不直接對電廠，特別是大電廠進行操作，因此一般沒有AGC功能。

60年代以來國際上出現了多次大面積停電事故，特別是1965年11月9日和1977年7月13日兩次紐約大停電事故，以及1978年12月19日法國大停電 事故后，人們總結了教訓。除了要解決電網結構、保護和安全自動裝置等問題外，還需要加強對電網的分析、計算和模擬，應使調度員的工作從經驗型調度轉變為分析型調度。隨著計算機軟、硬件能力的增強，進一步開發了功能更強的應用軟件包，如狀態估計、在線潮流計算、安全分析、事故模擬等，使調度自動化系統在原有的安全監視功能基礎上增加了安全分析輔助決策的功能。系統正常運行時，使調度員能預測系統可能的變化后果。系統處于緊急狀態時，能幫助調度員迅速處理事故，使系統迅速恢復到正常狀態。這些應用功能都屬于能量管理系統（EMS）的范疇。

目前，自動化系統有一種綜合趨勢，1.3節所述的電力系統自動化所包含的各項內容已經不再是相互獨立系統。調度自動化系統不僅可以包括SCADA和EMS系統，還可以包括配電自動化系統中的許多功能，以至調度管理和電力市場支持系統等內容。不同的電力自動化系統相互融合，并與其他系統互聯，構成面向電力系統綜合應用的大規模信息系統。

5.2 電力系統調度自動化系統的一般構成

調度自動化系統的一般構成包括安裝在調度中心的主站系統，安裝在各發電廠和變電所的遠動終端，兩者經過通信系統互聯信息，完成數據采集、監視控制和其它功能。

主站以數據通信方式接收從下層主站轉發來的信息，又向上層主站轉發本站的信息。由各級調度所的計算機根據功能要求分別進行相應的處理。

按功能劃分，電力調度自動化系統由下列4個子系統所組成。

（1）信息收集和執行子系統。在各發電廠、變電所收集各種信息，向調度控制中心發送。如果在一些廠（所）設有微型計算機為核心的遠方終端（remote terminal unit，RTU），則所傳送的信息將是已經處理和加工過的。這個子系統同時接受上級控制中心發來的操作、調節或控制命令，例如開關操作，起停機組，調節功率等。在接到命令后，或者直接作用于控制機構，或者按一定的規律將命令轉發給各被控設備。（2）信息傳輸子系統。將收集到的信息通過傳輸媒介送到調度控制中心，傳輸媒介有電力載波、微波、光纖、同軸電纜、公共話路等。（3）信息處理子系統。以電子計算機為核心的主要組成部分，對收集到的信息進行處理、加工，為監視和分析計算電力系統運行狀態提供正確的數據。分析計算的結果為運行人員提供控制決策的依據、或者直接實現自動控制。這種分析計算主要有：

? 為調節系統頻率和電壓的電能質量計算； ? 經濟調度計算；

? 安全監視和安全分析計算。計算機還可用于完成日發電計劃編制、檢修計劃編制、統計計算等工作。（4）人機聯系子系統。用以向運行人員顯示和輸出信息，同時也輸入運行人員的控制和操作命令。通過這一子系統使運行人員與電力系統及其控制系統構成一個整體。人機聯系設備包括圖形顯示器及其控制臺和 15 鍵盤、模擬盤、制表或圖形打印機、記錄器（儀）等。

電力系統隨著發展變得日益龐大而復雜，若把各廠站的調度信息集中到一個調度中心，則不但調度中心的計算機系統負擔過重，通信信道擁擠，調度人員也很難處理如此大量的信息。因此，將這種集中控制方式改變為分層控制方式，會更加適應調度組織分級管理的實際情況，可使各種問題得到合理解決。發電廠和變電所裝有遠動終端或計算機控制系統直接采集實時信息并控制當地設備。只有涉及全網性信息才向調度中心傳送。上層作出決策后再向下發送控制命令。調度中心集中信息后作適當處理、編輯后向更高層次調度中心轉發。這種分層采集信息和分層控制使系統結構簡化，通道需要量減少，信息量減少，實時性明顯提高。

主站和遠動終端之間交互的信息分為上行信息和下行信息：各發電廠、變電所通過其遠動終端收集運行參數向主站發送，參數有：電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電量、無功電量、頻率、水位、斷路器位置信號、繼電保護信號等，一般稱上行信息。主站計算機系統根據調度員輸入命令或程序計算結果向各廠站或下層主站下達遙控斷路器命令或遙調及自動發電控制（AGC）命令，稱下行信息。此外，在分層控制的大系統，還有存在于各級調度自動化主站之間的上行或下行信息。? 遠動終端簡介

遠動終端實際是變電站自動化系統（SAS）的一部分，包括SAS中需要與上級調度部門交互的組成部分。遠動終端定時采集包括模擬量、脈沖量以及開關量等實時數據，并進行數據處理，按遠動傳輸規約發給主站。從主站下達的命令通過遠動終端接收識別后輸出至執行機構或調節器。有的廠、站遠動終端還可向本站值班人員提供一般控制屏上所沒有的監測信息，如功率總加、越限告警等，稱當地功能。大型火電廠、水電站或超高壓變電站裝有當地監控計算機系統，此時，遠東中斷僅需有接口與它連接，但不再重復提供當地功能。遠動終端還裝有同步時鐘。同步時鐘精度越高，斷路器動作事件順序記錄的站間分辨率就越高。

遠動終端的基本功能概括為：遙測、遙信、事件順序記錄、遙控、遙調以及當地監控。

細節見“變電站自動化”一節。? 主站系統簡介

主站系統是一個簡稱，一般是設置在調度部門的與電網實時運行直接相關的系統。根據功能要求，主站系統可以很簡單，也可以非常復雜。

主站系統中的通信控制器與各遠動終端通信取得信息，主計算機進行信息加工、計算處理，檢測一些參數是否越限。斷路器是否有變位等，將結果通過人機聯系（屏幕或模擬屏）向調度員報告。調度員向計算機輸入控制命令，向各遠動終端發送斷路器操作命令或調整發電機出力等控制命令。

主站還要將經過處理的信息向上層調度中心轉發，通常通過數據通信網進行。

主站的上述功能稱為數據采集與監控（SCADA）。

主站系統計算機一般是由多臺計算機（工作站，服務器）通過局域網連接的分布式系統。根據系統設計和功能要求不同，主站系統中計算機的數量也不同。主站系統的前置接口子系統負責通過遠動通道采集數據，發送命令，將采集的數據進行處理，通過屏幕或其它人機交互設備展現給信息使用者（如調度員）。同時，調度自動化主站系統也可以通過網絡與其它信息系統互連，交換信息。遠動通道：調度自動化系統主站與遠動終端之間進行數據通信的設備。遠動通道中所用通信線路由電力專用通信網提供，其主要方式是電力線載波、數字或模擬微波、有線通信、衛星通信、特高頻無線電通信，以及光纖通信等。遠動數據傳輸有三種工作方式：全雙工通信，可同時進行雙方向通信，用于點對點遠動通道；單工通信，只能單方向通信，用于循環傳送遠動系統；半雙工通信，雙方交替進行發送或接收，用于點對多點或共享遠動通道。

能量管理系統與數據采集與監控系統：電力系統調度自動化系統依其功能分為數據采集與監控（Supervisory Control And Data Acquisition － SCADA）系統和能量管理系統（EMS）。前者具備調度自動化系統的基本功能，俗稱四遙，即遙控（YK）、遙測（YC）、遙信（YX）、遙調（YT），這是調度自動化系統的基本要求；在SCADA系統基礎上增加電力系統功能更強的應用軟件便構成EMS系統。

SCADA系統的數據采集功能使調度員擺脫了人工打電話收集數據，人工填寫報表的方式，大大降低了調度人員的勞動強度，使他們能將精力集中在電網的運行狀態上。數據可以直觀地在模擬盤或計算機屏幕上顯示，可以自動進行各種數據統計工作，并生成打印各種報表，還可以在電網發生異常時及時報警，提高了異常狀況下的反應速度，從而提高了電網運行的安全性。

SCADA系統在很大程度上降低了調度人員的勞動強度，提高了調度自動化的水平，但調度工作仍要依賴于調度人員的經驗，即所謂經驗型調度。? 電力系統應用軟件

電力系統應用軟件又稱EMS軟件，當前有電力系統監視和控制，電力系統狀態估計，電力系統安全分析，電力系統安全控制，電力系統穩定控制，電力系統潮流優化，電力系統實時負荷預測，有功功率與頻率自動控制，無功功率與電壓自動控制，電力系統經濟調度控制，電力系統調度員培訓仿鎮等。

電力系統EMS軟件還在發展之中，人工智能和專家系統等新技術正在逐步被引入，動態穩定分析還是國際學術討論的課題。

EMS軟件的應用使電力調度工作從經驗型調度發展為分析型調度。

5.3 電力調度自動化系統的EMS功能

電力調度自動化系統主站的基礎是SCADA系統。在SCADA的基礎上，可以支持大量EMS應用軟件。包括SCADA和EMS在內的每個部分都是一個功能子系統。

? 網絡拓撲分析：

電力網絡進行實時結線分析，根據開關的實時狀態，將圖形生成的原始拓撲關系轉換為便于計算模塊使用的數學拓撲關系。拓撲分析模塊是對電力網絡進行各種分析計算的前提基礎，如狀態估計，潮流計算，電壓無功優化等。? 狀態估計：

根據電網絡冗余的實時量測數據和偽量測數據（節點母線電壓幅值、節點有功/無功注入、線路和變壓器上的有功/無功潮流等）和網絡方程約束計算出節點復數電壓（網絡狀態）估計值的加權最小二乘解。? 調度員潮流：

對電網操作以前，對操作后的潮流、電壓進行計算，檢查是否有越限，甚至事故。? 無功/電壓優化：

在潮流分析基礎上，通過改變無功補償裝置或變壓器分接頭狀態實現保證安全和電壓質量條件下網損最小。? 靜態安全分析：

在給定運行方式下，模擬電網事故（如線路、變壓器、發電機等），分析事故情況下的電網是否還可以安全運行。? 安全約束調度：

在以上軟件基礎上，給出當電網負荷或電壓越限時，調度員可以采取的安全對策（如調節那些發電機出力，負荷切除，無功補償等方案）。? 網損計算：

對電網損耗進行在線和離線的計算，為調整運行方式，改善經濟性提供信息。? 短路電流計算：

計算在短路條件下，各支路電流和母線電壓（短路電流和短路電壓），用于核定繼電保護定值，分析保護動作行為等。? 負荷預報：

超短期：周期為幾分鐘到幾十分鐘，用于安全監視和負荷控制，使用的對象是調度員。

短期：周期為一天到一周，用于發電計劃和檢修計劃安排，提高電網的經濟運行水平。

中期和長期：長期和中期之間沒有確切的分界線。一般來說，中期預報是指未來一年之內的用電負荷預測；長期負荷預測是指未來數年至數十年的用電負荷預測。中、長期負荷預報的意義在于：新的發電機組安裝（包括容量大小、型式、地點和時間）與電網的增容和改建，均決定于對未來若干年后的負荷預報。? 調度員培訓系統（DTS/OTS）：

模擬電力系統各種運行狀態，培訓調度員事故時的處理能力。? 其它 變電站自動化有關國際標準

? ? ? IEC 61970 IEC 61850 IEC其它標準 公司產品實例

參考后續講座

第二篇：電力系統及其自動化

電力系統及其自動化專業碩士研究生培養方案

（學科專業代碼：080802）

一、主要研究方向及其學術隊伍 研究方向一：風電控制與繼電保護技術

本研究方向的主要研究內容、特色和意義

風能的利用，關鍵在風能轉化為電能的設備—風力機制造技術，而風力機的檢測與控制技術是風力機制造及風力機有效運行的基本保證。

風力機的檢測技術與自動化裝置是以風能領域內的檢測和控制系統為主要研究對象，采用現代數學方法和計算機技術、電子與通訊技術、測量技術等來研究系統的檢測、控制、設計和實現的理論、方法和技術。在實際應用中，尤其是風力機制造及風力機有效運行中，由于檢測及被控對象的嚴重非線性、數學模型不確定、系統的工作點變化劇烈等因素，以使傳統的檢測和控制方法難以滿足要求。由于傳統檢測和控制往往只考慮控制系統和受控對象所組成的“獨立”體系，而忽略了環境所施加的影響，而現代大型風力機復雜的檢測、控制和決策問題，必然把外界環境和對象以及檢測、控制系統作為一個整體來進行分析和設計。另外對于控制任務或控制目標，傳統控制只著眼于用數學語言進行描述。實際上檢測與控制任務或目標有多重性和時變性，而且還包括任務所含信息的處理過程，即任務的集合處理。面對復雜的對象、復雜的環境和復雜的任務，用傳統的檢測與控制理論和方法去解決是不可能的，為使我國的風能利用及風力機制造技術朝著大型化、高度智能化方向發展，就必須研究和使用新的檢測和控制手段。

電力系統繼電保護裝置是保護電力網用電設備安全的重要設施，隨著電力系統的發展, 電網規模的不斷擴大,輸電線路的故障如不能快速準確地切除而引起故障擴大甚至系統失穩所帶來的經濟損失和社會影響是難以估量的。因此對繼電保護裝置的性能要求越來越高。為了提高保護的可靠性, 對繼電保護在線路故障時的動作特性進行預先分析仿真、研究, 以及事故后進行準確的校驗、分析都是十分必要的。

研究方向二： 電力系統穩定控制與保護

本研究方向的主要研究內容、特色和意義

首先，本研究方向主要研究電力系統自動化技術，提高電網運行的自動化水平，重點研究適合于互聯電網和電力市場環境下的調度自動化技術和配電自動化系統以及先進的變電站自動化系統；完善高速數據網絡和電網調度自動化系統，基本建成電力系統的信息安全體系，研究發電廠監控和優化運行技術，狀態檢修技術，提高電廠的生產自動化水平和現代化管理水平，在吸收國內外先進技術的基礎上，研究具有新疆特色的科學、實用、先進的配網自動化系統、電力調度自動化、配電網綜合自動化、繼電保護與運行自動化、電力系統綜合自動化、無人值班變電站自動化、電力系統安全運行自動化。

再則，風能以其無污染，可再生，蘊量豐富的優勢，在電力行業得到了廣泛的重視，無論國外還是國內，都在對風力發電進行探索、研究。隨著風機容量的不斷增加，風力發電場也由陸地拓向了海洋。這使得傳統電力系統分析的方法需要一定的修改。風力發電機大部分采用多種形式的發電機，風能具有隨機性、受季節影響的特點。風力發電對所接入的電網沖擊如何，影響有多大，是否會導致電力系統不穩定等因素都是必須考慮的。因此，含風力發電的自動化系統研究也勢在必行。

新疆風能資源豐富，風電裝機容量也位于全國之首，就風電系統穩定性而言，風力發電的原動力是

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風。風機由于其自身機械強度的限制，若風速在其允許范圍內，風機則可以投入電網進行發電，若風速超出其限制，則要停止風機運行，這種風機的投切對電網是一種干擾，當風機的容量達到相當規模時，這種干擾則比較嚴重，同樣風機故障也會對電網造成影響，因此迫切需要對風機的投切和風機的故障對電網造成的影響進行分析研究，以便找到風電在電網中的最佳配置容量及改造風電控制設備和配置相應的繼電保護，以使對電網干擾達到最小，為風電場規劃和風電系統安全穩定運行提供依據和指導。

研究方向三：電力系統優化與仿真

本研究方向的主要研究內容、特色和意義

隨著電力系統的發展, 電網規模的不斷擴大,如何有效降低網損，減少無功設備投資，降低燃煤耗量，電網經濟運行越來越重要，但是電力網結構復雜,設備眾多,覆蓋面廣,必須針對現場實際特點找到有效的優化控制方案,首先進行計算機分析計算仿真，再應用于實際電網.因電網覆蓋面大，必須全網綜合考慮，不能盲目投資和改造設備，為此進行電力系統理論推導和優化計算、分析仿真，可以節約資金，避免浪費和無謂的投入。同時也可盡快縮短與國內外技術水平的差距，盡快實現新疆電網高質量高水平的安全穩定經濟的運行。

主要應用國內外大型軟件或編制軟件進行優化仿真計算，根據潮流計算、靈敏度分析的結果進行優化控制方案制定。同時將供熱系統在運行過程中，如何實現按需供熱，并使熱量按需分配運用電力系統優化理論和潮流優化算法軟件進行模擬類比仿真。

二、培養目標

1.培養目標

為適應我國國民經濟發展和社會主義建設的需要，培養德、智、體全面發展的電氣工程學科高層次專門技術人才，本學科培養的碩士研究生應滿足以下要求：

（1）努力學習和掌握馬列主義和毛澤東思想的基本原理，掌握科學的方法論；堅持四項基本原則，熱愛祖國，品行端正，遵紀守法；積極為社會主義現代化建設服務。

（2）在電氣工程學科領域內掌握堅實寬廣的基礎理論和系統深入的專門知識；熟悉所從事研究方向及相近研究方向的科學技術發展動向。

（3）在電氣工程學科領域內具有獨立從事科學研究工作的能力；具有實事求是、科學嚴謹的治學態度和工作作風。

（4）第一外國語要求熟練地閱讀本專業的外文資料，并具有一定的寫作能力和聽說能力。（5）積極參加體育鍛煉，身體健康。2.培養方式

（1）結合碩士研究生的特點進行政治思想教育和黨的方針政策教育，進行愛國主義、革命傳統和道德的教育，進行社會主義與法制教育。

（2）采用理論學習和科學研究相結合的方法，使碩士研究生在電氣工程學科領域內掌握堅實而寬廣的理論基礎和系統深入的專門知識，在本學科范圍內具有獨立從事科學研究工作的能力。

（3）碩士生的課程學習在碩士生培養工作中占有重要地位。碩士生應通過課程學習加深理論基礎，擴大知識面。碩士生的課程學習一般應以授課和自學相結合。

（4）碩士學位論文工作是碩士生培養的關鍵和核心。碩士學位論文要由碩士生獨立完成，導師的作用在于指導研究方向，啟發碩士生深入思考、正確分析與判斷，充分發揮碩士生的創

造能力和開拓進取精神。

（5）在指導上采取以指導教師為主、導師負責和碩士點集體培養相結合的方法。也可和其他高校、研究單位或工廠企業聯合培養，吸收具有高級職稱的人員參加指導。

（6）導師應以高度的責任心，全面關心研究生的成長，對研究生嚴格要求，嚴格管理，既要教書又要育人。導師應根據本方案的要求并結合研究生的特點，認真制定培養計劃，檢查并督促研究生的課程學習，并指導研究生論文選題、文獻查閱、調研、科研工作、學位論文撰寫和答辯。導師應注意在各個環節上培養研究生嚴謹的治學態度，實事求是的工作作風。

（7）導師所在碩士點在研究生培養計劃的制定、碩士學位論文選題、論文工作及論文撰寫、答辯等各個環節上應積極發揮集體培養的優勢并起到質量監控的作用，以提高研究生的培養質量。電氣工程學院學位分委員會應充分發揮對研究生質量把關的作用。

3.學習年限：

一般為三年（在職人員為三至四年）。

三、本專業碩士研究生課程學習及學分的基本要求

總學分：38學分其中： 公共學位課

專業外語 基礎學位課 專業學位課

須修 3門； 8學分 須修 1門； 1學分 須修 4門； 9 學分 須修 3門； 6學分

前沿講座(含討論班)須參加12次；2學分 教學實踐或社會調查（學術活動）2學分 跨一級學科課程 專業選修課程

須修 1門； 2學分 須修 4門； 8學分

四 — 1本專業碩士研究生課程設置

四 — 2碩士研究生前沿講座課(含討論班)的基本要求

1.講座課或討論班的基本范圍或基本形式

（1）學院組織的由在讀研究生公開發表的論文和研究成果為主的學術報告和討論會（2）聘請國內外名校專家和教授舉行的科技講座。2.次數、考核方式及基本要求

碩士生在校期間除了必要的課程學習，還須完成講座選聽必修環節2學分，要求碩士生應選聽12次以上學術講座（含討論班）并提交心得體會，學位論文選題報告1次，要求碩士生應在2年內完成選題報告，并按規定填寫選題報告表。

五、本專業碩士研究生文獻閱讀的主要經典著作、專業學術期刊目錄

六、學位論文的基本標準

1.碩士學位論文工作是碩士生在校期間的主要工作之一。碩士論文的質量反映了碩士生是否掌握堅實而寬廣的理論基礎和系統深入的專門知識，是否具有獨立從事科學研究工作的能力，是碩士生能否被授予碩士學位的關鍵。

2.碩士學位論文應在導師的指導下，由碩士生本人獨立完成。論文應有較強的系統性和完整性，應在電力科學或電力專門技術上作出具有一定創新的研究成果，并在理論上或實際上對電力學科的發展和社會主義建設有較大的意義。為保證論文質量，論文工作必須有一定工作量，用于論文工作的實際時間一般應不得少于一學年。

3.學位論文工作一般包括文獻閱讀、科研調查、選題報告、理論分析、軟件設計、實驗工作、論文撰寫、論文答辯等環節。選題的準備工作在第2學期課程學習的同時就應著手進行。力爭在第3學期末，最遲在第4學期應正式做選題報告并提交論文工作計劃。碩士生所在碩士點應組織開題答辯并對選題進

行審查和把關，碩士論文基本完成后，修改并正式提交論文，方可報學院批準進行論文評閱和學位論文答辯。

七、本專業碩士研究生須具備的科研能力與水平的基本要求

1．碩士生應參與本學科的某一研究方向提出的對電工科學技術的發展或國民經濟具有較大理論意義或實用價值的課題，或者是高水平的橫向課題。培養科研能力。

2.碩士生在正式撰寫碩士學位論文前，在進行學位論文的研究工作期間應盡可能多地在國內外期刊上發表論文，或者積極參加科研項目。碩士學位論文應是在碩士生已發表的有關論文和待發表的有關論文或已取得的科研成果的基礎上進行的匯總、概括、深化和提高，論文或成果應達到學校規定的條件。

八、本專業碩士研究生實踐能力培養的基本要求

實踐能力培養應在第2學期開始課程學習的同時就應著手進行。由碩士點負責助教實踐安排和助崗實踐安排，由導師負責科研培訓并安排工作計劃。第4學期末提交實踐及科研培訓報告。

第5學期開始到電力現場和內地高校及研究所調研并進行科學研究和碩士論文的撰寫。

第三篇：電力系統自動化

第一章發電機的自動并列

1并列操作的原因：①隨著負荷的波動，電力系統中運行的發電機組臺數也要不斷變動②當系統發生故

障時要求將備用電機迅速投入電網運行。

2同步發電機組的并列方法分為：準同期并列、自同期并列。

準同期并列：設待并發電機組G已加上了勵磁電流，其端電壓為∪G，調節發電機組 ∪G 的狀態參

數，使之符合并列條件，并將其投入系統的操作，稱為準同期并列。

準同期并列的理想條件：FG=FG（頻率相等）, UG=UX（電壓幅值相等）, e=(相角差為零)3同步發電機組并列時應遵循以下原則：

①并列斷路器合閘時，沖擊電流應盡可能地小，其瞬時最大值一般不應超過1~2倍的額定電流。②發電機組并入電網后能迅速進入同步運行狀態，起暫態過程要短，以減小對電力系統的擾動。4 電壓差檢測:電壓差的檢測可直接用UG和UX的幅值進行比較，兩電壓分別經變壓器、整流橋和一個電壓

平衡電路檢測電壓的絕對值，當電壓值小于允許值時發出“電壓差合格允許合閘”的信號。

5滑差檢測：利用比較恒定超前時間電平檢測器和恒定超前相角電平檢測器的動作次序來實現滑差檢測。

第二章 同步發電機勵磁自動控制系統

1同步發電機的勵磁系統組成：勵磁功率單元、勵磁調節器

2同步發電機勵磁系統的任務：①電壓控制 ②控制無功功率的分配 ③提高系統運行的穩定性

④改善電力系統的運行條件⑤實現強行減磁

3同步發電機勵磁系統種類：直流勵磁機勵磁系統，交流勵磁機勵磁系統，靜止勵磁系統

4勵磁調節器的功能：保證發電機端電壓不變，保證發電機間無功電流的合理分配

5勵磁調節器基本的控制有測量比較、綜合放大及移相觸發單元組成第三章

1自動發電控制系統四個基本任務：①使全系統的發電機輸出功率和總負荷功率相匹配 ②將電力系統的頻率偏差調整控制到零，保持系統頻率為額定值 ③控制區域間聯絡的交換功率與計劃值相等，以實現各個區域內有功功率和負荷功率的平衡 ④在區域內各發電廠之間進行負荷的經濟分配

2調頻器的控制信號有：比例、積分、微分三種形式

第四章

1電力系統的無功功率電源有哪幾種：同步發電機、同步調相機及同步電動機、并聯電容器、靜止無功功

率補償器、高壓輸電線路的充電功率

2電力系統電壓控制措施：發電機控制調壓、控制變壓器變比調壓、利用無功功率補償設備調壓、利用串

聯電容器控制調壓。

3AGC的基本功能：①使發電自動跟蹤電力系統負荷變化。②響應負荷和發電的隨機變化，維持發電頻

率為額定值。③在各區域間分配發電功率，維持區域間功率交換為計劃值。④對周期性的負荷變化按發電計劃調整發電功率。⑤監視和調整備用容量，滿足電力系統安全要求。

第五章 電力系統調度自動化

1電力系統調度的主要任務

①保證供電的質量優越②保證系統運行的經濟性

③保證系統運行的安全水平④提供強有力的事故處理措施

2RTU的任務：數據采集、數據通信、執行命令、其他功能（當地功能、自動診斷功能）

3遠動技術的主要內容是“四遙”------遙測、遙信、遙控、遙調

4SCADA子系統包過：數據采集、數據傳輸與處理、計算機控制、人機界面及警告處理

5通信規約：為保證通信雙方能正確有效地進行數據傳輸，在通信的發送和接收過程中有一定的規定，以

約束雙方進行正確協調的工作，我們將這些規定成為數據傳輸規程，簡稱通信規約。

包括：循環式規約、問答式規約

6通信信道：電力載波通信、光纖通信、微波中繼通信和衛星通信

7按照系統負荷預測的周期電力系統的負荷預測可分為：超短期、短期、中期、長期負荷預測。8微增率：輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值

9SCADA采集的數據的缺點：數據不齊全、數據不精確、受干擾時回出現不良數據、數據不和諧

第六章

1能連管理系統（EMS）是以計算機為基礎的現代電力系統的綜合自動化系統，主要針對發電和輸電系統，用于大區級電網的調度中心。根據能量管理系統發展的配電管理系統（DMS）主要針對配電和用戶系統，用于10kV以下的電網。

2配電管理系統DMS的通信方案：①主站與主站之間使用單模光纖 ②子站與FTU之間，使用多模光纖

③TTU與電量集抄系統的數據轉發。

3配電網自動化系統遠方終端有：①饋線遠方終端 ②配電變壓器遠方終端 ③變電所內的遠方終端。4遠程自動抄表系統構成：具有自動抄表功能的電能表、抄表集中器、抄表交換機、中央信息處理機。5遠程自動抄表系統的典型方案：①總線式抄表系統 ②三級網絡的遠程自動抄表系統③采用無線電臺的遠程自動抄表系統

第七章

1變電所綜合自動化系統的基本功能：①監控子系統 ②微機保護子系統 ③電壓、無功綜合控制子系統

④低頻減負荷及備用電源自投控制子系統 ⑤通信子系統。

2變電所綜合自動化的結構形式：集中式、分散集中式、分散與集中相結合式、全分散式

第四篇：電力系統自動化作業

電力系統自動化作業

1、電力自動化SCADA 的功能是什么？

2、什么是電力系統RTU 的四遙功能？如何實現？

3、同步發電機以自動準同期方式并列時，說明產生沖擊電流的原因。又為何要檢查并列合閘時的滑差？

4、用什么方法來測量ZZQ-5 型裝置中的導前時間？并分析準確度。

5、ZZQ-5型裝置中，若頻差要求控制在0.2Hz，試說明整定的方法、步驟。

6、ZZQ-5型裝置中，若接入ug 時極性反接或者將ug 和us 兩者接錯，試分析裝置的行為？此時會出現什么現象和結果？

7、同步發電機勵磁控制系統的主要任務有哪些？

8、對同步發電機勵磁控制系統的基本要求有哪些？

9、簡述交、直流勵磁機勵磁系統的基本構成、特點及使用范圍。

10、何謂同步發電機勵磁控制系統靜態工作特性？何謂發電機端電壓調差率？

11、何謂滑差、滑差周期？與ug 和us 的相角差δ有什么關系？

12、某電力系統總有功負荷為6000 MW(包括電網的有功損耗)，系統的頻率為50 Hz，若KL ? =1.8，求負荷頻率調節效應系數KL的值。

13、某電力系統中，有40%的機組容量已被充分利用，其余40%為火電機組，有10%的備用容量，單位調節功率為20；20%為水電機組，有15%的備用容量，單位調節功率為30；系統的有功負荷的頻率調節效應系數為1.5。試求：

(1)系統的單位調節功率；

(2)當負荷功率增加5%時系統的穩態頻率；

(3)當系統頻率降低到48 Hz 時，系統承擔的負荷增量是多少？

14、某電力系統有兩臺額定功率為200 MW的發電機，每臺發電機的調速器的調差系數為0.04，額定頻率為50 Hz，系統總負荷為320 MW，負荷的頻率調節效應系數KL=20 MW/Hz，在額定頻率運行時，若系統增加負荷60 MW，試計算下列兩種情況下系統頻率的變化值。

(1)兩臺機組原來平均承擔負荷；

(2)原來一臺機組滿載，另一臺帶120 MW 的負荷。說明兩種情況下頻率變化的不同原因。

第五篇：電力系統自動化論文

電力系統自動裝置應用

班級：20094091學號2009409141姓名：武晨宇

摘 要:應用攝像技術和計算機構成的視覺信息自動化系統具有一系列的優點,它能對不宜接觸、危險隱蔽等場合進行大范圍、多自由度,可移動的臨近報警。

關鍵詞:CCD攝像機隔離開關斷路器。

引言

電力系統自動化的信息采集主要包括兩大部分,一是將電氣量和非電氣量轉變為弱電的模擬量或數字量;二是將設備的狀態變為“0”或“1”的開關量,這一傳統的模式基本上解決了自動化的需要。但是,有些問題依靠上述信息量仍無法解決,需要另辟途徑。筆者研究發現,利用工業電視提供的視覺信息,應用計算機圖像識別技術,將有可能迅速地辨別圖像或將多個相關圖像進行綜合判斷,及時發出處理指令,進一步擴大電力系統自動化的功能,提高電力系統自動化的水平。本文將對此做一些探討。基本構思

在發電廠和大型變電站中,特別是112開關結線的樞紐廠(站)中,有大量的繼電保護壓板,有的數百甚至上千個,這些壓板的聯通或開斷位置隨變電站和電網運行方式的變化而改變。運行規程中規定,值班人員應掌握并保證壓板位置的正確性。由于值班人員難以熟記而造成的錯誤甚至釀成繼電保護誤動作和事故的情況時有發生。建議采用電視攝像方法,直接攝錄壓板盤面,應用計算機圖像識別技術,判別各個壓板的位置是否符合規程要求,繼而發出語音、圖文警報。解決了被判別的器件難以引出電信息的困難，原因為：

a.攝像鏡頭可以選擇在適當位置,采取旋轉方式,水平或上下移動方式,必要時可設多個鏡頭,再加焦距的自動調整等,可獲得較滿意的效果。

具體到檢查壓板,可設計成小車推動的方式。

b.攝像鏡頭的防雨防塵問題,目前生產的工業電視系統已給解決。

c.被監視物可考慮適當的顏色,還應設參考點CK或條形碼等,便于識別。

d.多媒體技術的發展,十分有利于此項工作的開展。

e.包括相同與不同作用的多個攝像頭,可以進入已有的分布式監控網路,也可以形成獨立的監控網路。必要時,可以實現自動控制功能。

f.每判別一次,可打印存檔備查,保存圖像記錄。

從以上論述可以描述出一種電力系統自動化的視覺信息辨識監控方法。利用CCD攝像機、經視頻放大,高速圖像數字采集,計算機處理,輸出監控信號,打印報警控制等構成視覺信息辨識監控系統(如圖3)。其核心是:將系統各部分采集的實時監控視覺信息輸入計算機,與事先存入計算機系統中各部分的正常或極限狀態的基準視覺信息進行比較辨別,以及對各相關信息的邏輯推理判斷。

近幾年來,工業電視在電力生產過程中的應用已開始興起,如鍋爐火焰、水位,輸煤系統、變電站以及施工現場的監視等等。無論哪一種,都只是將遠距離的現場畫面集中傳送到值班室,便于人們監視,這是普通的工業電視,與以往不能及時看到現場情況相比,無疑是進了一大步,但很明顯還存在問題,一是它依賴于人們頻頻的調視和長時間監視畫面,實際上是難以做到的,二是不能快速地將各個相關畫面信息進行綜合判斷。按本文前述的設計思想就解決了這些問題。因此它也可稱為智能型工業電視。視覺信息在電力系統中的應用

a.視覺信息能夠識別斷路器和隔離開關的開合狀態,據此就可繪出實時的一次運行方 1

式結線圖,通過屏幕顯示器顯示或打印,它無需依靠輔助接點,相對獨立于現行的自動化系統。

b.利用視覺信息實現五防功能,防止誤分誤合斷路器;防止帶負荷拉合隔離開關;防止帶電掛(合)接地線(地刀);防止帶接地線(地刀)合斷路器(隔離開關);防止誤入帶電間隔。前四種防誤操作,主要是判別斷路器和隔離開關、接地刀閘的開合狀態,然后進行邏輯推理判斷,進而達到防誤操作目的。第五項是防止誤入帶電間隔,此項主要在檢修工作期間防止檢修人員和值班人員誤入非檢修的帶電間隔進行工作和操作。這些功能是可以利用視覺信息來實理的,能夠做到跟蹤值班人員操作的全過程,識別人員進入操作的部位是否正確,操作的步驟是否正確。當人員走近某隔離開關時,即可判別是否該隔離開關有操作任務,還可以根據其時斷路器的位置判別能否操作。并及時發出語音報警。它不同于現行的“五防”裝置,不給值班人員增添更多的操作,如攜帶鑰匙進行操作等,它不依賴于眾多的輔助接點,且實現了更大范圍的“五防”功能。當然,“五防”中不一定全部采用視覺信息,如接地刀閘與隔離開關緊鄰,利用機械互鎖既簡單又可靠,應該保留。

c.電廠的輸煤系統,利用視覺信息,實現重點部位監視,遇有故障,諸如發生堵煤,皮帶跑偏等,立即自動報警。

d.煤場儲煤量的自動辨識計算。任意形狀的煤堆,可以應用計算機對圖像信息加以處理計算。

e.對鍋爐的水位,可進行自動識別報警。

f.對于變壓器的油面、風扇運行狀況,阻波器、結合電容器引線等均可以攝像自動監視。

g.根據需要,可對設備的某些部位以及人員不能進入的較隱蔽部分進行監視,異常或故障時自動識別報警。

h.重要場所的火災、防盜等自動報警。

i.繼電保護和系統自動裝置中壓板、重要的切換開關位置正確性的監視檢查。

j1現場發生事故時,自動啟停錄像數據,實現事故圖像自動記憶,捕捉到現場發生事故過程的全部錄像,可獲得分析事故所需的寶貴資料。

k.如果配合紅外技術、語音識別技術,發揮多媒體的優勢,還可實現更多新的功能。從以上可看出,利用視覺信息可以實現很多的自動化功能。當然,研究的過程中,肯定會遇到各種具體問題和困難,相信都是可以逐個解決的。例如:并不是每個監視對象都要設置一個CCD攝像頭,選取合適的位置安裝,擴大視角,或者研究某種方法經轉換成為集中的被視信息,則一個攝像頭可監視多個對象,就可以減少CCD的數量。某些情況下可以外加光源,特殊情況下可應用紅外光源等等。結論

應用攝像技術和計算機構成的視覺信息自動化系統具有一系列的優點,它能對不宜接觸、危險隱蔽等場合進行大范圍、多自由度,可移動的臨近報警。

a.它無需在設備上直接連接傳感器,也無需從傳感器上連接大量的電纜。

b.對設備的一些重要監視信息,可以代替值班人員進行巡視,還可做到準確的定期巡視,自動記錄文字和圖像,在一些惡劣天氣下不受影響。

c.及時捕捉到事故全過程的錄像,這是迄今為止尚未解決的一個問題。

d.除了獨立發揮作用外,某些方面這一系統可以作為現行自動化系統的補充和備用,顯示出相得益彰的效果。用不同的信息源描繪出的實時運行方式結線圖,比用同一信息源的雙重化要好得多。

e.視覺信息可以跟蹤人的某些行為,必要時給予提醒或告警,發揮重要的監護作用。f.關于投資問題,應分成兩部分看,一是工業電視系統,二是上升到圖像識別的智能型系統。已經安裝工業電視系統的,再增加視覺信息自動化部分,其投資是不大的。實際上, 2

即然要搞工業電視,就應該使其發揮更大的作用。

參考文獻：

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