电力系统自动化

第1章 发电机的自动并列

1什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基本原则。

将一台发电机投入电力系统并列运行的操作，称并列操作。

对并列操作的基本要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值不宜超过1~2倍

的额定电流。（2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，进入同步运行的暂态过程要短，以

减少对电力系统的扰动。

2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？

并列操作的两种方式：准同期并列（一般采用）自同期并列（很少采用）

3、什么是准同期的恒定越前时间? 它的整定值与哪些因素有关，应当如何整定?

（－）准同期并列的条件：①频率 fG=fX ②幅值 UG=UX ③相角差 δe ≠ 0

4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成? 它们各自的主要任务是什么?

自动准同期装置的组成:

1. 频差控制单元检测 UG 与UX 间的滑差角频率，且调节发电机转速，使发电机电压的频率接近于系统频

率 2. 电压差控制单元检测 UG 与UX 间的电压差，且调节发电机电压UG ，使它与UX 间的电压差小于

规定值。3. 合闸信号控制单元 检测并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，控制单元就

选择合适的时间(恒定越前时间）发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差为零。

3、什么是准同期的恒定越前时间? 它的整定值与哪些因素有关，应当如何整定?

恒定越前时间 由于越前时间只需按断路器的合闸时间(准同期装置的动作时间可忽略) 进行整定，整定值和

滑差及压差无关，故称其为“恒定越前时间”。

5、何谓滑差、滑差周期？与相角差δ有什么关系？

频差fS ： fS ＝fG-fX

滑差ωs:电角速度之差称为滑差角速度

ωs =ωG -ωX =2π(f G -f S ) =2πf S 滑差周期：T s =2π

ωs =1f S

计算：

第2章 同步发电机励磁自动控制系统

1、同步发电机励磁控制系统的主要任务有哪些？

电压控制 控制无功功率的分配 提高发电机并联运行的稳定性

提高电力系统的运行条件 水轮发电机组要求强行减磁

2、叙述同步发电机励磁控制系统的组成及各组成部分的作用。

⎧同步发电机

⎪励磁调节器 ⎨励磁系统⎧ ⎨⎪⎩励磁功率单元 ⎩

励磁功率单元向同步发电机提供直流电流

励磁调节器的主要功能：检测和综合系统运行状态的信息，经相应处理后，产生控制信号，控制励磁功率

单元，以得到所要求的发电机励磁电流

3、简述交直流励磁机励磁系统的基本构成、特点及使用范围。

交流励磁机励磁功率单元的组成：交流励磁机（与发电机同轴） 硅整流器

特点：①励磁容量不受限制。②可靠性高 ③被称为快速励磁系统。④交流励磁机的时间常数较大。⑤有转

子滑环和炭刷。⑥加长了机组主轴长度。

4、简述励磁调节器的组成及各组成部分的作用。

励磁调节器的作用：保持发电机的端电压不变；保持并联机组间无功电流的合理分配。

5、何谓发电机的调差系数？ 调差系数的定义：δ=U G 1-U G 2=U G 1*-U G 2*=∆U G *U G N UG1——发电机空载额定工况下的端电压；UG2

——发电机无功电流等于额定值时的端电压。UG2=UGN

调差系数δ表示了无功电流从零增加到额定值时，发电机电压的相对变化。调差系数越小，无功电流变化

时发电机电压变化越小。所以，调差系数δ表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。

6、励磁调节器的辅助控制有哪些？

作图题

向量图：

IG ——发电机定子电流(亦是负荷电流)

Xd ——发电机直轴同步电抗

E q cos δG =U G +I Q X d

E q ≈U G +I Q X d E q c o δs G =U G +I Q X d ，一般δG 值很小，可近似认为cos δG ≈1 δG ——发电机功角，即Eq 与UG 的相位差；IQ ——发电机定子电流无功分量；

Φ ——发电机功率因数(亦是负荷功率因数)

上式说明，负荷的无功电流是造成Eq 和UG 幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者间的差

值也越大。

⎧I 变↑，ϕ变↑→I G sin ϕ变↑；Q G =U G I G sin ϕ变↑；I EF 变↑（U G 不变）→⎨G

→→→→I G cos ϕ不变；P G =U G I G sin ϕ不变；⎩

E q cos δ-U G ⎧E 变↑，δ变↓→E cos δ变↑；Q =U 变↑；q G G ⎪⎪q X d I EF 变↑→⎨U ⎪→→→→E q sin δ不变；P G =G sin δ不变；⎪X d ⎩

结论：发电机无功功率调节控制原理：当发电机接于无穷大系统时，通过调节发电机励磁电流的大小

就可以控制发电机输出的无功功率的大小。

改善电力系统的运行条件：(1) 改善异步电动机的自起动条件。(2) 为发电机异步运行创造条件

(3) 提高继电保护装置工作的正确性。

对励磁功率单元的要求：调节系统电压和本身无功功率：可靠性、调节容量 较强励磁能力: 頂值电压

快速响应能力: 电压上升速度

第3章 电力系统频率及有功功率的自动调节

例3-1 两个发电单元，额定功率分别为250MW 和400MW, 调差系数分别为6.0%和6.4%，两个发电单元并

行向500MW 负荷供电，假定调速器以各自的调差系数运行，试求各自承担的负荷。

解：将两个发电单元的调速器调差系数转化为同一基准容量下的值（基准容量为1000MV A)

1000⨯0. 06=0. 24250R 10. 241000500P =P R 2=⨯0. 064=0. 16P 2=P +1. 5P =11=1. 5P 111R 20. 164001000 1+R 2=P L P R 1=

P 1=0. 5=0. 2=200MW (MW ) 2. 51=300 P 2=1. 5P

例3-2 一个区域有两个发电单元，见表3-1，这两个单元并联运行，在额定频率下提供700MW 的功率，其

中单元1提供200MW, 其中单元1提供500MW, 先增加负荷130MW 。系统初始频率为f0=60HZ.

(1)假定没有频率敏感型负荷，即δ=0，试求稳态频率偏差和两个发电单元新的发电量。

（2）频率变化1%时，负荷变化率为0.804%，即δ=0.804，试求稳态频率偏差和每个发电单元新的发电

量。

解：将两个发电单元的调速器调差系数转化为同一基准容量下的值（基准容量为1000MV A)

1000⨯0. 04=0. 1400

1000R 2=⨯0. 05=0. 0625800 R 1=

电力系统自动调频方法（1）有差调频法（2）主导发电机法（3）积差调节法

微增率是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。

等微增率法则就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷，这样就可使系统总的燃料消耗（或费

用）为最小。

三、自动发电控制（AGC/EDC功能）

电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况:

1、由同步发电机的调速器实现的控制（一次调整，10S ）；

2、由自动发电控制（简称AGC ，即英文Automatic Generation Control的缩写）（二次调整，10S~3min）；

（以控制发电机组输出功率来适应负荷波动的反馈控制。）

3、按照经济调度（简称EDC ，即英文Economic Dispatch Control）（三次调整，>3min）（在保证频率质量

和系统安全运行前提下、如何使电力系统运行具合良好的经济性，这就是电力系统经济调度控制。）

自动发电控制系统的基本任务和目标：

①使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配；

②将电力系统的频率偏差调整控制到零，保持系统频率为额定值；

③控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，以实现各个区域内有功功率和负荷功率的平衡；

④在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。

第4章 电力系统电压调整和无功功率控制技术

1、电力系统的无功电源有哪些？

同步调相机 静电电容器 静止无功补偿装置 静止无功发生器

2、电力系统通常采用的调压方法有哪些？(1) 调节发电机的励磁电流，从而改变发电机的端

电压；(2) 调整分接头来改变升降压变压器的电压比；(3) 改变系统中无功功率电源的出力；

(4) 改变网络参数。

3、电力系统自动电压控制的目标是什么？

(1) 电力系统内各重要枢纽点的电压偏移均在给定的允许范围内；

(2) 所控制的系统内网损最小；(3) 调整设备的运行状态没有超限。

同步调相机相当于空载运行的同步电动机。

1、调相机工作方式：

（1）当它的转子励磁电流刚好为某一特定值时，它发出的无功功率恰好为零。

这时仅从电网中吸收少量的有功功率用来克服机械旋转阻力，维持同步速度空转；

（2）当转子励磁电流大于此特定值时，称为过励磁。

在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源的作用；

（3）当转子励磁电流小于此特定值时，称为欠励磁。 在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无

功功率起无功负荷作用。

静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC)，简称静止补偿器。

由电力电容器与电抗器并联组成。1、工作原理：电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功

功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就成为能够平滑地改变输出(或吸收) 无功功率

的静止补偿器。

2、类型：静止补偿器有很多类型，其部件主要有饱和电抗器、固定电容器，晶闸管控制电抗

器和晶闸管投切电容器。

有功功率网损最小的条件是各节点无功功率网损微增率相等。

第五章 电力系统调度自动化

1、调度自动化系统的基本结构是什么? 简述各部分的任务。

（1）保证供电的 质量优良（2） 保证系统运行的经济性

（3） 保证较高的安全水平——选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式。

（4）保证提供强有力的事故处理措施

电力系统调度自动化的特点：“统一调度，分层管理”

2、简述远动终端(RTU)的任务。可以实现“四遥”功能：遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和

遥调(YT).遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；遥信:采集并传送电力系统中开关

量的实时信息；遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机

的开停、并联电容器的投切等操作；遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，

如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。

3、简述电力调度自动化系统的信道有哪些类型? 各种信道有何特点?

4、 我国电网调度自动化中常用的两大通信规约是什么，其特点如何？

循环式通信规约和问答式通信规约。

循环式通信规约：重要数据发送周期短，实时性强；一般数据发送周期长，主站对其响应慢。

采用信息字校验方式，当某个字符出错时，只需丢弃相应的字，其他可以正常接收；

数据传送以现场端为主，因此若发生暂时性通信失败，当通信恢复时，未发出的数据仍有机会

上报，而不至于造成显著危害；循环式较应答式规约容量大，可传送512路遥信量，256路遥

测量。

问答通信方式由调度中心掌握遥测、遥信通信的主动权。

问答式规约特点是：RTU 有问必答，RTU 无问不答

AGC 的基本功能？

在正常的系统运行状态下，AGC 的基本功能是：

•使发电自动跟踪电力系统负荷变化；

•响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为额定值；

•在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率为计划值；

•对周期性的负荷变化按发电计划调整发电功率；

•监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。

5、 简述电力系统状态估计在EMS 中的必要性及作用。

☞零阻抗支路（Zero impedance Branch）：阻抗为零的特殊支路，在计算模型中用于隔离母线。

6、 电力系统的运行状态一般分为哪5种状态?

正常状态 警戒状态 紧急状态 崩溃状态 恢复状态

第6章 配电管理系统（DMS ）

1、配电管理系统(DMS)有哪几个部分组成? 它和能量管理系统(EMS)比较，有哪些类似和不同

之处?

2 、 什么是馈线自动化? 它包括哪些内容?

馈线自动化指配电线路的自动化

馈线自动化的主要任务：

(1) 正常情况下，馈线自动化实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，

实现线路开关的远方或就地合闸和分闸操作；

(2) 故障时，获得故障记录，并能自动判别和隔离馈线故障区段，迅速对非故障区域恢复供电。

3、 重合器和分段器是如何配合以实现故障隔离的? 试分析其优缺点。

4、远方控制的馈线自动化系统如何实现？

5、试分析配电GIS 系统的结构、主要功能及其在配网自动化和配电管理中的应用。

6、什么叫电能自动抄表AMR? 远程自动秒表系统的结构及各组成部分的作用。

远程自动抄表系统的构成远程自动抄表系统主要包括四个部分：

具有自动抄表功能的电能表、抄表集中器、抄表交换机 中央信息处理机

第七章 变电所综合自动化和数字化变电所

1、变电站综合自动化系统的基本功能有哪些? 1. 监控子系统2. 微机保护子系统

3. 电压、无功综合控制子系统4. 低频减负荷控制、备用电源自动投入子系统 5．通信子系

统

2、变电所综合自动化的结构形式? 集中式分层 分布式分布集中组屏 分布分散与集中相结合

3 数字化变电站的概念：

数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基

础之上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站

4、新型电流互感器的优势？

5、智能断路器的含义？

6、IEC61850标准制定的作用？