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1、电力系统和电力系统自动化电力工业是具有公用事业性质的基础性产业，电力行业是具有明显的社会 公益性的行业，是国民经济的大动脉，电力供应的可靠性对现代社会具有极其重 大的影响。我国经济在稳步快速的发展，需要我国电力工业发展的支持，也给 电力系统自动化产业提供了前所未有的机遇和挑战。1我国电力系统发展和现状1.1体制变迁 97年前：电力工业部 97年8月：国家电力公司 02年3月：国务院正式批准了以“厂网分开，竞价上网，打破垄断， 引入竞争为宗旨的电力体制改革方案（即：国务院5号文件）。 02年10月：成立国家电力监管委员会（电监会） 02年12月29日，在原国家电力公司的基础上，中国电力新组建（改
2、 组）的11家公司宣告成立，包括两家电网公司、五家发电集团公司和 四家辅业集团公司分别经营电网、电源及辅业资产.电网公司：国家电网公司南方电网公司发电公司华能集团公司大唐集团公司华电集团公司 国电集团公司电力投资集团辅业集团中国电力工程顾问集团公司中国水电工程顾问集团公司中国水利水电建设集团公司中国葛洲坝集团公司 电力产业总资产（2000年底）：2.5万亿元,其中原国电总资产1。8万亿元1.2近期发展状况发电装机容量：1980 : 6587 万 KW（65869MW ）1987 : 10289.7 万 KW1993 : 20000 万 KW1996:23654 万 KW2003:38900 万
3、 KW2004 : 44000万KW,用 电21735亿千瓦时2005年底：50841万KW,用电24220亿千瓦时未来十年，预计还要增加50000万KW变电站数量：1996年统计数据（注）：500KV : 47330KV:25220KV : 1003154KV:2110KV : 549666KV :272935KV :20921目前每年新增变电站约4000个，改造老变电站约2000个。2003年末数据（网络数据，供参考）：500kV :近 100 个220kV : 1800 多个110kV : 5900 个66kV/35kV 变 电站有5700多个另有数据显示,全国110KV以下、35KV以
4、上的终端变电站有18000 余座，35KV等级以下的各类配电变电站数量更多近几年,每年新增变电站约4000个,改造老变电站约2000个。2电力系统概述2.1电力系统的特点（1）平衡性：电能不能储存，电能的生产、输送、分配和使用同时完成。（2）瞬时性：暂态过程非常迅速，电能以电磁波的形式传播，真空中传播速度为 300km/ms。（3）和国民经济各部门间的关系密切。2.2电力系统的组成电力系统是由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用 电设备）组成的系统。发电，输变电，配电，用电（1） 发 电部分（Generation）:发电厂，将化学能（煤炭，燃油）,水能，核能，风能等转化为电
5、能。 火电厂:煤、油（不可再生）,空气，水 水电厂：水的势能（可再生能源），受气象影响大。 核电站：核燃料（比较贵），水 抽水蓄能电站：吸发兼备,峰谷调节，快速备用 化学能电源：各种电池，燃料电池等，效率高，比较贵 绿色能源：风能、太阳能、潮汐发电，地热电站，比较贵，易受自然条件 影响。（2）输配电部分（Power Transmission Grid）:输电网络，通过高压输电网络 将电能由发电厂输送到负荷中心 变电站亨一次设备变压器断路器（开关）隔离开关（刀闸）限流电抗器（电感）载流导体（母线/输电线）CT/PT（Current Transformer/ Potential Transform
6、er）绝缘子接地装置补偿装置（调相机/电容/静补装置） 中性点设备 避雷设备亨二次设备控制系统：直流电压，控制短路器开合信号系统：警报音响，位置信号（断路器开合）测量系统：测量表计同步系统：保证同期操作（同压，同频,同相）用的设备测量设备保护设备控制设备监视设备（包括故障录波） 常规变送器和微机变送器 输电线路架空线路：钢芯铝导线，分裂导线；裸导线，绝缘导线电缆:单相，三相交流线路：潮流不可控，远距离输电稳定性问题较大 直流线路：潮流可控，超远距离输电无稳定性问题。交直流混合输电网络（整流站，换流站，直流线路），不同频电网互联 用电部分用电设备消耗电能高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定
7、电压在1kV以下。2.3对电力系统的基本要求（1）保证供电可靠性（2）保证电能质量（3）提高电力系统运行的经济性（4）其它：如环境保护问题2.4衡量电能质量的指标（1）电压偏差电压偏差指当供配电系统改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各 点的电压也随之改变，各点的实际电压与系统额定电压之差，通常用与系统额 定电压的百分比值数表示。（2）电压波动电压连续变动或电压包络线的周期性变动，电压的最大值与最小值之差与系 统额定电压的比值以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒0.2%时称为电压 波动。（3）频率偏差频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。我国电网的标准频率为50Hz,又叫工频
8、。频率偏差一般不超过土 0。25Hz,当 电网容量大于3000MW 时，频率偏差不超过土 0。2Hz。调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率.供电可靠性供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。衡量供电可靠性的指标,用全年平均供电时间占全年时间百分数表示.（5 其它 电压闪变负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼 对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变.不对称度不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压 正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称 为电流的不对称度，均以百分数表示。 正弦波形畸变率当网络电
9、压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。 谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者 具有非正弦形的电流波.包括n次谐波电压、电流含有率，电压、电流总谐波畸 变率，谐波电压的总平均畸变系数。2.5常用概念（1）基本量纲电压：伏特（V），千伏（KV），万伏（惯用）电流：安培（A）有功功率：瓦特（W），千瓦（KW），兆瓦（MW），万千瓦（惯用）无功功率：乏（Var），千乏（KVar）电量：度（KWH -kilowatt hour）（1）电压等级国 家规定 的等级:3,6，10，35，（ 66），110，（154），220，330，500KV其中：500
10、，330，220KV 用于大电力系统主干线110KV用于中小电力系统主干线，和大电力系统的二次网络35KV用于大城市或大工业内部网络，以及农村网络10KV 为最常用的更低一级配电网络，只有负荷中高压电动机比重很大 时才用6KV电压3KV 用于工况企业内部（2）调度等级五级调度（国，网，省，地，县）（3）调度部门组成和作用调度部门的一般包括：调度，方式,保护，通信，远动（自动化）3电力信息化电力信息化大致分为两部分： 电力系统自动化：保障电能安全可靠地在电网上传输； 电力营销和通用信息化：保证电能销售和电网资产科学有效管理.由于电力生产安全性与稳定性的要求，电网企业对生产过程控制的信息技术 应用
11、一向比较重视，而对业务及管理的信息化重视却相对不足，生产自动化与管 理信息化的发展处于不平衡状态.两者的投资比重大致为80:20.4电力系统自动化的基本概念电力系统自动化（electric power system automation ）是 电力信 息化最重要的 部分。电力系统自动化是应用各种具有自动检测、反馈、决策和控制功能的装置并 通过信号、数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远 方的自动监视、协调、调节和控制，目的是保证电力系统的供电质量和安全经 济运行。电能的供应和使用与社会经济和人民日常生活密切相关.电力系统包括生 产、传输、分配、消费电能的各个环节，是一个复杂
12、的连续生产和消费过程，在地 域上分布辽阔而在电气上却是联成一体的。电能质量不合格将引起产品质量和 生产率的下降以及人民生活的不便，突然停电和长期频率或电压下降的情况下 还回造成人身伤亡和设备损坏事故。电力系统中任何一个元件的参数和运行状 态的变化都会迅速地影响到系统中其他元件的正常工作，所以在电力系统中任 何一处发生故障，应及时而正确地处理，否则将使事故扩大，并波及电力系统 其他运行部分，以至造成大面积停电.一次能源调度、发电机起停和负荷分配、 电网结构和潮流分布、负荷控制和管理的合理与否，都涉及电力系统运行中能 量的节约和所发挥的经济效益。由于电力系统规模和容量的不断扩大,系统结构、运行方式
13、日益复杂,单纯依 靠人力来监视电力系统的运行状态，正确而及时地进行各项操作，迅速地处理 事故,已经是不可能了。必须应用现代控制理论、电子技术、计算机技术、通信 技术、图象显示技术等科学技术的最新成就来实现电力系统的自动化。电力系统自动化的基本要求如下：（1）迅速而正确地收集、检测和处理电力系统各元件、局部系统或全系统 的运行参数。（2）根据电力系统的实际运行状态和系统各元件的技术、经济和安全要求 为运行人员提供调节和控制的决策，或者直接对各元件进行调节和控 制。（3）实现全系统各层次、各局部系统和各元件间的综合协调,寻求电力系统 电能质量合格和安全经济运行。（4）提高供电可靠性，减少电力系统事
14、故、延长设备寿命，提高运行水平, 节省人力，减轻劳动强度。4.1电力系统自动化发展过程电力系统自动化是在应用各种自动装置逐步取代人工操作的过程中发展起 来的。最先,运行人员在发电机组、开关设备等电力系统元件的近旁直接监视设 备状态并进行手工操作和调节，例如人工操作开关、调节发电机的出力和电压 等。这种工作方式的效果与运行人员的素质和精神状态有关，也与监视仪表和 调节操作装置的完善性有密切关系，往往不能及时而正确地对系统进行调节和 控制，特别在发生事故时，由于来不及反应事故的发生和发展，而使事故扩大.随着单个设备或单个过程自动装置（或调节器）的应用，直接以运行参数的 变化作为控制装置的输入信号，
15、来起动设备的操作和控制，如利用各种继电器 来反应系统故障情况下的电流和电压的变化，使断路器开断故障线路；根据发 电机端电压变化的信号来调节励磁电流，以实现电压和无功功率的调节和控制； 根据系统频率的变化信号来调节原动机的出力，以实现频率和有功功率的调节 和控制以及水轮机组的程序起动等。这种单参数、单回路的调节和控制装置的 应用，节省了人力，并能比较正确而及时地控制运行状态。随着电子技术和计算 机技术的发展，自动装置的组成元件也由最初的电磁型的发展成由晶体管、集 成电路构成的无触点型的并进一步采用以微型计算机（或微处理器）为基础的 可编程序控制器等先进设备.由于电力系统的发展,发电厂（发电机）及电力系统其他元件数量的增加，运行 工况的复杂，使得协调各元件间的控制成为必要。所以，在一个发电厂、局部电 力系统以至整个电力系统开始应用先进的计算机和通信设备来完成数据收集和 处理，并且利用计算机的高速运算能力、大容量内存和高度的逻辑判断能力， 实现一个发电
