《电力系统及其自动化》课件

电力系统及其自动化欢来课绍迎到电力系统及其自动化的世界！本程旨在全面介电力系统的基本组术过课习将原理、成、运行方式以及自动化技通本程的学，您能够深入环节对了解电力系统的各个，掌握电力系统分析和控制的基本方法，并电力来趋势认识让们为系统的未发展有更清晰的我一起探索电力系统的奥秘，络贡构建更智能、更可靠的电力网献力量课程简介与目标课为们将组过习课本程旨在学生提供电力系统及其自动化的全面概述我涵盖电力系统的成、运行、控制以及保护等方面通学本程将计趋势课标，学生能够理解电力系统的基本原理，掌握电力系统分析和设的基本方法，并了解电力系统自动化的发展本程的目是养论础践专为来贡培具备扎实理基和实能力的电力工程业人才，未的电力行业发展做出献掌握电力系统基础知识熟悉电力系统分析方法了解电力系统自动化技术123习组计计稳学电力系统的基本概念、成和掌握潮流算、短路算和定性熟悉SCADA、EMS等自动化系统的为续习对进应为来运行方式，后深入学打下基分析等方法，能够电力系统行功能和用，未从事电力系统础评关初步的分析和估自动化相工作做好准备电力系统的组成庞杂络线线组电力系统是一个大而复的网，主要由发电厂、输电路、变电站和配电路成负责将转为线将负负发电厂各种能源化电能；输电路电能从发电厂输送到荷中心；变电站责压换线将给终协电的变和功率的分配；配电路电能分配最用户各部分同工作，确保电应能的安全、可靠和高效供发电厂将转为各种能源化电能输电线路将负电能从发电厂输送到荷中心变电站负责压换电的变和功率的分配配电线路将给终电能分配最用户电力系统的功能将为现这标须电力系统的主要功能是安全、可靠、经济地电能从发电厂输送到用户实一目，电力系统必具备发电、输电、配电、控环节证应环节现远传环节将给环节维稳制和保护等功能发电保电能的供；输电实电能的距离输；配电电能分配用户；控制持系统的环节定运行；保护防止系统发生故障电能生产电能传输电能分配系统控制将转为满将负将给终满维稳证各种能源化电能，电能从发电厂输送到荷电能分配最用户，持系统的定运行，保现远传质足用户的用电需求中心，实电能的距离足不同用户的用电需求电能的量和可靠性输电力系统的运行方式电力系统的运行方式主要包括正常运行、事故运行和恢复运行正常运行是没指系统在有故障的情况下运行；事故运行是指系统发生故障后的运行；恢状态状态过复运行是指系统从事故恢复到正常的程电力系统的运行方式直质选择接影响着电能的量、可靠性和经济性，因此，需要根据实际情况合适的运行方式正常运行事故运行没系统在有故障的情况下运行，系统发生故障后的运行，需要采证质扩保电能的量和可靠性取措施防止事故大恢复运行状态状态过尽系统从事故恢复到正常的程，需要快恢复供电电力系统的发展历程历纪单电力系统的发展程可以追溯到19世末从最初的直流电力系统到交流电力系统，从一杂历断进的发电厂到复的互联电网，电力系统经了巨大的变革随着科技的不步，电力系统数绿正朝着智能化、字化和色化的方向发展19世纪末1现直流电力系统的出20世纪初2交流电力系统取代直流电力系统20世纪中叶3互联电网的形成21世纪4智能电网的发展电力系统基础知识回顾习们顾础识压这础识在深入学电力系统之前，我需要回一些基知，包括电、电流、功率的概念，以及三相交流电的特性些基知是理问题础这础识解电力系统原理和分析电力系统的基只有掌握了些基知，才能更好地理解电力系统的运行方式、控制方法和保护原理电流2电荷定向移动的速率电压1场对电力电荷所做的功功率3单时内传位间电能的输量电压、电流、功率的概念压场对单单电是衡量电力电荷所做的功的物理量，位是伏特（V）；电流是衡量电荷定向移动的速率的物理量，位是安培（A）；功率单时内传单这关压是衡量位间电能的输量的物理量，位是瓦特（W）三个物理量之间存在着密切的系，即功率等于电乘以电流V AW电压电流功率场对单单单时内传单电力电荷所做的功，位是伏特电荷定向移动的速率，位是安培位间电能的输量，位是瓦特三相交流电频压组单传三相交流电是由三个率相同、相位互差120度的交流电成的电力系统与相交流电相比，三相交流电具有输效率高、功率数应现础因高、电机性能好等优点，因此被广泛用于电力系统中三相交流电是代电力系统的基高效传输1线损降低路耗稳定供电2压减少电波动平衡负载3提高系统效率电力系统的元件组压线负负责将转为压负责压电力系统由各种元件成，包括发电机、变器、输电路、电力荷等发电机各种能源化电能；变器电的变换线负责传负这；输电路电能的输；电力荷是电能的消耗者些元件共同构成了电力系统的整体发电机变压器输电线路电力负荷产换压传线生电能的设备变电的设备输电能的路消耗电能的设备发电机将转为来为发电机是一种其他形式的能量化电能的设备根据能量源的不同，发电机可以分水轮发电机、汽轮发电机、燃气轮发电机质、风力发电机和太阳能发电机等发电机是电力系统的核心设备，其性能直接影响着电能的量和可靠性水轮发电机汽轮发电机燃气轮发电机123利用水能发电利用蒸汽能发电利用燃气能发电风力发电机太阳能发电机45利用风能发电利用太阳能发电变压器压应压压将压转换为压将压转换为压满变器是一种利用电磁感原理改变电的设备变器可以高电低电，也可以低电高电，以足不同用压传质户的用电需求变器是电力系统中不可或缺的元件，其性能直接影响着电能的输效率和量升压变压器降压变压器将压转换为压远将压转换为压低电高电，用于距离输电高电低电，用于用户配电输电线路线传导线绝缘组线将负现远传线状态输电路是电力系统中输电能的通道，主要由、子、杆塔等成输电路电能从发电厂输送到荷中心，实电能的距离输输电路的运行直接传影响着电能的输效率和可靠性导线传导输电能的体绝缘子导线支撑并防止电流泄漏杆塔导线绝缘支撑和子电力负荷负负负负负状态电力荷是指电力系统中消耗电能的设备，包括工业荷、商业荷、居民荷等电力荷的变化直接影响着电力系统的运行对负进预测负组，因此，需要电力荷行和管理电力荷是电力系统的重要成部分工业负荷商业负荷居民负荷产过工业生程中消耗的电能商业活动中消耗的电能居民生活中消耗的电能电力系统分析基础为络结节导纳阵计计稳电力系统分析是研究电力系统运行特性和故障行的方法电力系统分析包括网拓扑构分析、点矩分析、潮流算、短路算和定性分析计础等电力系统分析是电力系统设、运行和控制的基网络拓扑1连描述电力系统的接方式节点导纳2描述电力系统的电气特性潮流计算3计压算电力系统的电、电流和功率分布短路计算4计时算电力系统发生短路的电流大小稳定性分析5评估电力系统抵抗扰动的能力网络拓扑结构络结连络结图论进络结进网拓扑构是指电力系统中各个元件之间的接方式网拓扑构可以用的方法行描述和分析了解网拓扑构是行础们为电力系统分析的基，它可以帮助我理解电力系统的运行特性和故障行支路2连节接两个点的元件节点1连电力系统中的元件接点回路3组闭径由支路成的合路节点导纳矩阵节导纳阵数节导纳阵节连关进点矩是描述电力系统电气特性的学工具点矩反映了电力系统中各个点之间的电气接系，它可以用于行计计稳节导纳阵础潮流算、短路算和定性分析等点矩是电力系统分析的重要基描述系统特性1节连关反映点间的电气接系简化计算2进方便行潮流、短路等分析提高效率3优化电力系统的运行和控制潮流计算计内计节压计们状态潮流算是电力系统分析中的重要容，用于算电力系统中各个点的电、电流和功率分布潮流算可以帮助我了解电力系统的运行评计础，估电力系统的安全性和可靠性潮流算是电力系统运行和控制的基数据准备1数收集电力系统参模型建立2数建立电力系统学模型迭代求解3求解潮流方程结果分析4状态分析电力系统运行牛顿拉夫逊法-顿逊计敛牛-拉夫法是一种常用的潮流算方法，它具有收速度快、精度高等优顿逊过线组节点牛-拉夫法通迭代求解非性方程，得到电力系统中各个点的压顿逊电和相角牛-拉夫法是电力系统分析的重要工具12迭代求解收敛速度快计逐步逼近真实解算效率高3精度高结果准确可靠高斯赛德尔法-赛计简单现高斯-德尔法是一种常用的潮流算方法，它具有算法、易于实等优赛过线组节点高斯-德尔法通迭代求解性方程，得到电力系统中各个点的电压赛和相角高斯-德尔法是电力系统分析的常用工具算法简单迭代求解适用性广现规易于理解和实逐步逼近真实解可用于不同模的电力系统短路计算计内计时短路算是电力系统分析中的重要容，用于算电力系统发生短路的电对严损进流大小短路电流会电力系统设备造成重的害，因此，需要行短路计选择扩计算，以便合适的保护装置，防止事故大短路算是电力系统安全础运行的基计目的算短路电流选择意义合适的保护装置，防止事故扩大对称络方法分量法、序网法对称短路对称对称计计础短路是指三相电力系统中发生的三相短路，其特点是三相电流大小相等、相位互差120度短路算是短路算的基，它为对称计对称严可以不短路算提供参考短路是电力系统中最重的故障之一三相短路严重故障计算基础123导损溃为对称计三相电流大小相等、相位互差120可能致设备坏和系统崩不短路算提供参考度不对称短路对称单不短路是指三相电力系统中发生的相接地短路、两相短路和两相接地短路等，其特点是三相电流大小不相等、相位不平衡不对称计对称将对称为对称进计对称短路算需要采用分量法，不电流分解分量行算不短路是电力系统中常见的故障单相接地两相短路两相接地时一相接地，其他两相正常两相之间发生短路两相同接地电力系统稳定性分析稳稳状态电力系统定性是指电力系统在受到扰动后，能够恢复到定运行的能稳静态稳态稳静态稳力电力系统定性分析包括定性分析和动定性分析定静态状态稳态稳性分析主要研究电力系统在运行下的定性；动定性分析主要态状态稳研究电力系统在动运行下的定性静态稳定性静态状态稳研究运行下的定性动态稳定性态状态稳研究动运行下的定性静态稳定性静态稳静态状态稳定性是指电力系统在运行下，能够抵抗小扰动并恢复到定状态静态稳压稳稳运行的能力定性分析主要研究电力系统的电定性和角度静态稳定性定性是电力系统安全运行的基本要求电压稳定性压维围内电能够持在可接受的范角度稳定性发电机功角能够保持同步动态稳定性态稳态状态稳状态动定性是指电力系统在动运行下，能够抵抗大扰动并恢复到定运行的能力态稳虑态励调动定性分析需要考电力系统中各种元件的动特性，如发电机的磁系统、速系态稳统等动定性是电力系统安全运行的重要保障扰动发生1电力系统受到外部扰动暂态过程2进暂态过系统入程恢复稳定3稳状态系统恢复到定运行失稳崩溃4稳溃系统无法恢复定，发生崩电力系统控制对进调节证稳励调电力系统控制是指电力系统行和控制，以保电力系统的安全、定和经济运行电力系统控制包括发电机磁控制、速压组系统控制、电控制和无功功率控制等电力系统控制是电力系统运行的重要成部分励磁控制调速控制1调节压调节转2发电机端电发电机速无功控制4电压控制3调节压平衡系统无功功率系统电水平发电机励磁控制励过调节励来压励压发电机磁控制是指通发电机的磁电流，控制发电机的端电和无功功率输出发电机磁控制可以提高电力系统的电稳数励定性，改善电力系统的功率因发电机磁控制是电力系统控制的重要手段提高电压稳定性1压保持电水平改善功率因数2提高系统效率稳定运行3确保电力系统安全调速系统调过调节进进来转调维频速系统是指通汽轮机或水轮机的汽量或水量，控制发电机的速和有功功率输出速系统可以持电力系统的率稳负调组定，提高电力系统的荷跟踪能力速系统是电力系统控制的重要成部分频率稳定1维频额持系统率在定值附近负荷跟踪2应负适荷变化，保持功率平衡安全运行3稳确保电力系统定运行电压控制压过调节励压偿电控制是指通发电机的磁电流、变器的变比、无功补装置的容量等来压压证手段，控制电力系统的电水平电控制可以保用户的用电设备正常运行，压质压提高电力系统的电量电控制是电力系统运行的重要保障12稳定电压提高质量证压闪保用户用电设备正常运行减少电波动和变3节能降耗线损降低路耗，提高效率无功功率控制过调节励静偿来无功功率控制是指通发电机的磁电流、并联电容器、止无功补器等手段，控制电力系统的无功功率分布无功功率控压稳数制可以提高电力系统的电定性，改善电力系统的功率因无功功率控制是电力系统运行的重要手段并联电容器静止无功补偿器电抗器调节提供容性无功功率快速无功功率吸收感性无功功率电力系统继电保护继时继电力系统电保护是指在电力系统发生故障，能够自动快速地切除故障元件，以保护电力系统设备和人身安全电力系统电保护过继线包括电流保护、差动保护和距离保护等电力系统电保护是电力系统安全运行的最后一道防功能切除故障元件目的保护设备和人身安全则选择原快速、性、灵敏性、可靠性过电流保护过当过预时电流保护是指电力系统中电流超设值，能够自动动作切除故障元过线压结简单件的保护装置电流保护适用于保护路、变器等设备，具有构过、动作可靠等优点电流保护是电力系统中最常用的保护方式之一结构简单动作可靠12维时易于护和管理能够及切除故障适用性广3可用于保护多种电力设备差动保护当内时压差动保护是指电力系统中发生部故障，能够自动动作切除故障元件的保护装置差动保护适用于保护变器、发电机等设备，选择具有灵敏度高、性好等优点差动保护是电力系统中重要的保护方式之一灵敏度高选择性好检测内区能够到微小的部故障只切除故障域，不影响其他设备运行距离保护来断距离保护是指根据电力系统中故障点与保护装置之间的距离，判是否需线要动作切除故障元件的保护装置距离保护适用于保护输电路，具有速度快、可靠性高等优点距离保护是电力系统中重要的保护方式之一速度快损快速切除故障，减少失可靠性高断误能够正确判故障，避免动适应性强线适用于不同类型的输电路电力系统自动化计术现电力系统自动化是指利用算机、通信、控制等技，实电力系统运行的自动化管理和控制电力系统自动化可以提高电力系统的运行效率、可靠性现和安全性电力系统自动化是代电力系统的重要发展方向提高效率提高可靠性资优化源配置，降低运行成本减少故障发生，快速恢复供电提高安全性扩防止事故大，保障人身安全自动化系统的组成数监电力系统自动化系统主要由据采集与控系统（SCADA）、能量管理系统组负责（EMS）和配电自动化系统（DAS）成SCADA系统采集电力系统运数对进远监负责调行据，并设备行程控；EMS系统优化电力系统的运行和度；负责现络DAS系统实配电网的自动化管理SCADA1数监据采集与控系统EMS2能量管理系统DAS3配电自动化系统系统SCADA数监组SCADA（Supervisory Controland DataAcquisition）系统是指据采集与控系统，它是电力系统自动化的重要成部分时数对进远监为稳SCADA系统可以实采集电力系统运行据，并设备行程控和控制，电力系统的安全、定和经济运行提供保障远程监控2监状态控设备运行数据采集1时数实采集电力系统运行据远程控制3控制设备运行系统EMS组EMS（Energy ManagementSystem）系统是指能量管理系统，它是电力系统自动化的重要成部分EMS系统可以优化电力系统调现的运行和度，提高电力系统的运行效率和经济效益EMS系统是代电力系统运行的核心优化运行1提高系统效率，降低成本经济调度2现实发电成本最小化安全稳定3保障系统安全运行电力市场简介场进场组场进资竞电力市是指行电力交易的所，它是电力体制改革的重要成部分电力市可以促电力源的优化配置，提高电力行业的场现趋势争力和效率电力市是代电力系统发展的重要资源优化1进资促电力源合理配置提高效率2产降低电力生和输送成本市场竞争3励质鼓电力企业提高服务量电力市场的概念场过场进场传垄断电力市是指通市机制行电力交易的所，它打破了统的电力模式，竞进资场为现货场货引入了争机制，促了电力源的优化配置电力市可以分市、期场辅场场现趋势市和助服务市等电力市是代电力系统发展的重要12现货市场期货市场进时进远行实电力交易行期电力交易3辅助服务市场辅调频提供助服务，如、备用等电力市场的参与者场负责产负责销电力市的参与者主要包括发电企业、售电企业、电力用户和电力交易机构等发电企业生电能；售电企业向用户售电费负责组这场能；电力用户是电能的消者；电力交易机构织电力交易些参与者共同构成了电力市的整体发电企业售电企业电力用户交易机构产销费组生电能售电能消电能织交易电力市场的交易模式场竞协电力市的交易模式主要包括集中价交易、双边商交易和混合交易等竞过竞进协买集中价交易是指所有参与者通价方式行交易；双边商交易是指卖过协数将竞双方通商方式确定交易价格和量；混合交易是指集中价交易和协结场环双边商交易相合不同的交易模式适用于不同的电力市境模式描述竞过竞进集中价所有参与者通价方式行交易协买卖过协双边商双方通商方式确定交易竞协结混合交易集中价和双边商相合新能源发电并网技术术将新能源发电并网技是指风力发电、太阳能发电等新能源发电接入电力系术对稳统的技新能源发电具有波动性、间歇性等特点，电力系统的定运行战术现转提出了新的挑新能源发电并网技是实能源型的重要保障波动性间歇性12发电功率随天气变化而波动发电功率具有间歇性，无法持续稳定发电可预测性3预测发电功率具有一定的可性风力发电术风力发电是指利用风能发电的技风力发电具有清洁、可再生等优点，是重要的可再生能源之一风力发电的并网需要解决风力发问题来电的波动性、间歇性等风力发电是未能源发展的重要方向清洁能源可再生能源发展潜力大产尽资不生污染物风能取之不用之不竭风能源丰富，分布广泛太阳能发电术太阳能发电是指利用太阳能发电的技太阳能发电具有清洁、可再生等优点，是重要的可再生能源之一太阳能发电的并网需要解决太阳能发电的间问题来歇性、波动性等太阳能发电是未能源发展的重要方向光伏发电将转为利用太阳能电池直接光能化电能光热发电热质驱利用太阳能加工，动汽轮机发电分布式发电组为术分布式发电是指在用户附近建设小型发电机，直接用户供电的技分损布式发电可以提高能源利用效率，降低输电耗，提高供电可靠性分布式来趋势发电是未电力系统发展的重要提高效率降低损耗费过损降低能源浪减少输电程中的能量失提高可靠性增强供电的可靠性智能电网进传计术智能电网是指利用先的感、通信、控制和算机技，构建的新一代电现力系统智能电网可以实电力系统的智能化管理和控制，提高电力系统的来运行效率、可靠性和安全性智能电网是未电力系统发展的重要方向自愈能力1检测能够自动和修复故障优化运行2提高能源利用效率互动响应3现实用户与电网的互动智能电网的概念进传计术现智能电网是指利用先的感、通信、控制和算机技，构建的新一代电力系统智能电网可以实电力系统的智能化管理和控制来，提高电力系统的运行效率、可靠性和安全性智能电网是未电力系统发展的重要方向智能化高效化1现2实电力系统的智能化管理和控制提高电力系统的运行效率安全化4可靠化3提高电力系统的运行安全性提高电力系统的运行可靠性智能电网的关键技术关键术进传术术术计术进传术时数术智能电网的技主要包括先的感技、通信技、控制技和算机技先的感技可以实采集电力系统运行据；通信技可现术现计术为以实电力系统各元件之间的信息交互；控制技可以实电力系统的智能化管理和控制；算机技可以电力系统的分析和优化提供支持数据分析1数术进利用大据技行分析智能控制2现实电力系统自动化控制信息通信3现实各元件之间的信息交互传感技术4时数实采集电力系统运行据电力系统可靠性评估评对进评证稳评标电力系统可靠性估是指电力系统运行的可靠程度行估，以保电力系统的安全、定和可靠运行电力系统可靠性估包括可靠性指和评评规计可靠性估方法等电力系统可靠性估是电力系统划、设和运行的重要依据数据收集1数收集电力系统运行据模型建立2建立电力系统可靠性模型指标计算3计标算可靠性指结果分析4评估电力系统可靠性水平可靠性指标标标时时电力系统可靠性指是衡量电力系统可靠程度的量化指，主要包括平均故障间隔间（MTBF）、平均修复间（MTTR）、可用率这标状为规计（A）等些指可以反映电力系统的运行况，电力系统的划、设和运行提供参考MTBF MTTRA平均故障间隔时间平均修复时间可用率维难时反映设备运行的可靠性反映设备修的易程度反映设备可用的间比例可靠性评估方法评电力系统可靠性估方法主要包括解析法、模拟法和混合法等解析法是利数进评计进评将用学模型行估；模拟法是利用算机模拟行估；混合法是解析结进评评环法和模拟法相合行估不同的估方法适用于不同的电力系统境解析法模拟法混合法数进评计进评结利用学模型行估利用算机模拟行解析法和模拟法相合估电力系统规划规对来进规满规虑负预测规电力系统划是指未电力系统的发展行划，以足社会经济发展的用电需求电力系统划需要考荷、电源划、规进术选择规规电网划等因素，并行技经济分析，最优的划方案电力系统划是电力系统发展的重要保障标满目足社会经济发展用电需求负预测规规因素荷、电源划、电网划术方法技经济分析电力系统规划的目标规标满电力系统划的目主要包括足用电需求、提高供电可靠性、降低运行成本、保护环满规标境等足用电需求是电力系统划的基本目；提高供电可靠性是电力系统安全竞环现运行的重要保障；降低运行成本是提高电力企业争力的重要手段；保护境是实续可持发展的重要要求满足需求1证应保电力供充足提高可靠性2减少停电事故发生降低成本3提高电力企业经济效益保护环境4减少污染物排放电力系统规划的方法规规规应规规数进规规虑数电力系统划的方法主要包括确定性划、概率划和适性划等确定性划是基于确定的参行划；概率划是考参进规应规来进调规规环的不确定性行划；适性划是根据未的发展变化行灵活整的划不同的划方法适用于不同的电力系统境确定性规划概率规划适应性规划数进规虑数进规来进调基于确定的参行划考参的不确定性行划根据未发展变化行整电力系统运行与调度调对状态进监调节证稳调电力系统运行与度是指电力系统的运行行控、和控制，以保电力系统的安全、定、经济运行电力系统运行与度包括调约调调组经济度和安全束度等电力系统运行与度是电力系统运行的重要成部分监控状态调节控制经济运行安全运行时监状态调节现稳实控电力系统运行和控制电力系统运行实发电成本最小化保障电力系统安全定运行经济调度调满负过经济度是指在足荷需求的前提下，通优化发电机的出力分配，使发调虑传损电成本最小化经济度需要考发电机的运行特性、燃料成本、输耗调标等因素经济度是电力系统运行的重要目目标考虑因素传损发电成本最小化发电机特性、燃料成本、输耗方法优化算法，如拉格朗日乘子法安全约束调度约调满负约过约调虑稳线约安全束度是指在足荷需求和安全束的前提下，通优化发电机的出力分配，使发电成本最小化安全束度需要考电力系统的定极限、路潮流约调束等因素安全束度是电力系统安全运行的重要保障稳定约束1证稳保系统定运行潮流约束2线过载避免路备用容量3预留足够的备用容量电力系统故障诊断与处理诊断对进诊断应进尽诊断电力系统故障与处理是指电力系统发生的故障行，并采取相的措施行处理，以快恢复供电电力系统故障与断进诊断处理需要快速准确地判故障类型和位置，并采取有效的措施行隔离和修复电力系统故障与处理是电力系统安全运行的重要保障故障检测故障诊断1检测断2电力系统发生的故障判故障类型和位置恢复供电4故障隔离3尽快恢复供电隔离故障元件。