《卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材 电力系统自动化》张恒旭，王葵，石访作|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材 电力系统自动化》

【作　者】张恒旭，王葵，石访作

【丛书名】卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材

【页 数】 321

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021.10

【ISBN号】978-7-111-68496-1

【价 格】64.00

【参考文献】 张恒旭，王葵，石访作. 卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材 电力系统自动化. 北京：机械工业出版社, 2021.10.

图书封面：

图书目录：

《卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材 电力系统自动化》内容提要：

本书是“十三五”国家重点出版物出版规划项目卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材（电气工程及其自动化、自动化专业）。本书主要内容包括同步发电机自动并列、励磁自动控制系统，电力系统频率及有功功率的自动调节，电力系统电压调节和无功功率控制技术，电力系统调度自动化、供配电自动化和安全自动装置。本书在内容上重视基本概念、原理的讲解，并附部分仿真实验和思考题，以帮助学生加深对知识点的理解。本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业及相关专业的本科教材，也可作为成人（函授）高等教育的参考教材。

《卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材 电力系统自动化》内容试读

绪论

一、电力系统及其运行特点

电力系统是将一次能源转换成电能，并将电能传输、分配给用户的工业自动化系统，其由发电厂、变电站、调度所和用电负荷等部分构成，如图0-1所示。

变电站

发电厂

调度所

用电负荷

变电站

发电厂

图0-1电力系统结构示意图

现代电力系统是一个分布地域广、设备量大、信息参数多、动态过程快，由电和磁联系在一起的自动化工业生产系统。电力作为一种工业产品，具有产品的一般属性，例如存在生产、流通、销售等环节，价格在一定程度上受市场因素等影响。但是电力又是一种非常特殊的产品，具有诸多普通产品不具备的特点，这主要是由电力系统独特的运行特点决定的：

(1)产品不能大规模存储，导致生产和消费的同时性普通产品尽管保质期长短不一，但大都易于大规模存储，因此，生产和消费之间的时间差等于物流时间。迄今为止，电能尚不能大规模高效存储，这就导致电力的生产和消费必须同时完成，每一时刻生产的总电能等于系统消费的总电能。而且还需要保障物流环节畅通无阻，即电力的传输和分配不能中断。

(2)产品质量不完全决定于生产环节普通产品质量决定于生产环节，正常情况下物流不会改变产品质量。但电力的物流环节为电网，电力在电网中传输的物理规律决定各类用户的电压幅值并不完全相同。如果用户周边有非线性、不对称负荷，用户消费的电能质量还会受到其产生的谐波影响。因此，电能质量受物流环节以及用户环节的影响，并不完全决定

>电力系统自动化

于生产环节。为了将产品质量控制在允许范围内，需要在物流环节采取额外措施（安装并联电容器、电抗器、滤波器等)。

(3)生产体系易受自然环境影响普通产品生产环节大都位于室内，可以根据气象状态暂停生产，并且具有存储环节，从而受极端气象事件的影响很小。而电力系统除了发电机组，其他主设备大都暴露于外部自然环境，特别是电力线路更易因气象事件而影响正常运行。

(4)恶性连锁事故的破坏力巨大常规产品的生产环节、物流环节与消费环节相互解耦，没有直接物理联系，分布在各地的生产环节也不会相互影响，这就决定了整个系统中由于一个环节变化产生的影响，并不会发生快速传播并扩大受影响范围，从而整个生产过程更易于控制。电网的生产环节、物流环节与消费环节联系在一起而相互影响，任何环节发生严重变化均可能触发连锁事故而导致大范围停电。

回顾电力系统一百四十多年的发展历程，尽管新能源、材料、信息通信、控制理论、计算机等领域技术突飞猛进，促使大机组、高电压、大电网、远距离输电技术日臻成熟，但生产和消费的同时性这一最本质的属性并没有改变。这一属性是现代电力系统运行中重要问题的根源，比如暂态功角稳定性问题由机组间有功重新分配的失衡导致；频率安全稳定问题由发电和负荷间有功的失衡导致；电压问题更多是由区域性无功的失衡导致。正是因为缺乏大规模存储环节，大扰动可能在瞬间导致机组间、机组与负荷间有功功率的失衡，从而引发复杂的动态行为。

二、电力系统自动化内涵及建设目标

电力系统综合自动控制的主要内容包括三个方面：

(1)频率和有功功率综合自动控制通过电厂的基本调频装置（发电机转速自动控制系统)，维持系统频率在额定值运行，控制区域电网间联络线上的交换功率为协议限定的数值。同时在满足系统安全运行的前提下，控制参与经济运行的电厂或机组出力为最经济状态。

(2)电压和无功功率综合自动控制通过电厂或变电站的基本调节装置，如同步发电机的自动调节励磁系统、无功补偿装置等，维持监视，点电压为给定值，尽量使无功功率就地平衡，避免长距离输送较大的无功功率引起过多的电压损耗和线损，使无功旋转备用在系统各地区均匀分布，防止因局部故障造成电压崩溃。

(3)开关操作综合自动控制根据电力系统的不同运行状态，开关操作综合自动控制可分为两类：一是正常和恢复状态开关操作自动控制，指电力系统自动并列操作（发电机与系统并列、系统两部分之间的并列)，备用电源自动投入，自动重合闸操作等；二是事故紧急状态开关操作自动控制（又称安全自动控制），指自动按频率减负荷操作、低频自起动发电机操作、自动切机、自动解列及电气制动投切操作等。其主要作用为确保电力系统安全运行，避免误操作引起事故而造成重大经济损失，减轻运行人员的劳动强度等。

电力系统自动化是自动化技术在电力系统中的具体应用，采用各种对系统具有自动检测、调节和控制功能的元件装置，通过信号系统和数据传输系统对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。它从组织形式上来划分，主要包括发电控制自动化电力调度自动化、安全防御自动化、配电自动化等。

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绪论《《《

电力系统自动化经历了由简单到复杂、独立装置到系统多装置协调的发展过程。20世纪50年代以前，一个独立的电力系统的容量在几百万千瓦左右，单机容量一般不超过10万kW,电力系统自动化多限于单项自动装置，且以安全保护和过程自动调节为主。例如，电网和发电机的各种继电保护、汽轮机的危急保安器、锅炉的安全阀、汽轮机转速和发电机电压的自动调节、并网的自动同期装置等。

20世纪五六十年代，出现规模超千万千瓦的电力系统，单机容量超过20万kW,并形成区域联网，在系统稳定、经济调度和综合自动化方面提出了新的要求。厂内自动化方面开始采用机、炉、电单元式集中控制。系统开始装设模拟式调频装置和以离线计算为基础的经济功率分配装置，并广泛采用远动通信技术。各种新型自动装置如晶体管保护装置、晶闸管励磁调节器、电气液压式调速器等得到推广使用。

20世纪七八十年代，以计算机为主体，配有功能齐全的整套软硬件的电网数据采集与监视控制(supervisory control and data acquisition,SCADA)系统开始出现。20万kW以上的大型火力发电机组开始采用实时安全监控和闭环自动起停全过程控制。水力发电站的水库调度、大坝监测和电厂综合自动化的计算机监控开始得到推广。各种自动调节装置和继电保护装置中广泛采用微型计算机。

电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），以安全保护与过程自动调节为主，保证系统运行的安全可靠，并提高经济效益和管理效能，具体包括如下内容：

(1)实现电力生产自动化电力生产包括从微秒级到分钟级快慢不同的过程，又涉及供电质量、安全稳定、经济可靠等诸多方面，以自动化的形式达到上述工业生产目的是电力系统自动化的最主要功能。同时自动化系统正在由单一功能向多功能、一体化发展，例如变电站综合自动化。

(2)实现操作简单化和人性化尽管控制对象日渐复杂，但操作简单化、人性化是电力系统自动化追求的目标之一。操作简单化有助于提高人性化，虽然使得电力系统的复杂程度增大，但是操作人员依然可以依靠几个简单的流程对其进行操控。目前，大规模电力系统存在着数据信息量大、结构复杂、区域协调难度大等挑战，如何对整个系统进行归纳、整合，使运行人员更加容易掌控整个系统，是电力系统自动化发展的迫切需求。

(3)实现控制远程化、装置小型化和数字化传统的电力系统远程终端控制系统为工业控制计算机，这种系统应用方式成本高且结构固定，不利于未来智能化电网的建设。且随着电力系统智能化的发展，电力系统终端远程化、小型化已经成为未来的发展目标。

(4)实现分析和控制智能化随着电网形态的改变，电力系统分析和控制面对的对象属性也在发生着变化，规模逐步增加，电力系统分析和控制的智能化已经成为未来电力系统发展的必然要求。在科研、技术人员的共同努力下，电力系统的运行状况也获得了不断的调整优化，系统故障的容错性能随之提高。智能化目标的实现，不仅能保证电力系统运行的安全性以及可靠性，更能大大推动社会生产的进步。

三、复杂系统的控制体系结构

电力系统运行的基本要求可以概括为“安全、可靠、优质、经济”，具体分为五个方面：保证供电可靠性、保证电能质量的良好性、保证电力系统运行的稳定性、保证运行人员

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