《電力系統自動裝置原理》課程學習指導資料

本課程學習指導資料根據該課程教學大綱的要求，參照現行教材《電力系統

自動裝置原理》（楊冠城主編，中國電力出版社，2007.1）,并結合遠程網絡業余

教育的教學特點和教學規律進行編寫，適用于工科類電氣工程專業、電力系統及

其自動化專業。

第一部分課程學習目的及總體要求

一、課程的學習目的

電力系統自動裝置原理是電子科技大學網絡學院電力系統及其自動化專業考

試計劃中的一門專業課。它是研究電力系統自動裝置原理及其結構的一門科學，

為培養電力系統及其自動化高等工程應用型技術人才而設置的。通過學習獲得電

力系統自動控制必要的基本理論、基本知識和基本技能，為以后分析、解決本專

業的一般技術問題奠定基礎。

二、課程的總體要求

本課程的教學內容包括：電力系統數據采集與命令出口流程、發電機并列控

制、發電機勵磁與無功功率控制、發電機頻率控制與有功功率控制、電力系統低

周減載裝置及其他安全裝置。通過本課程的學習和實驗，要求：

1.掌握電力系統自動裝置的一般結構，理解電力系統自動裝置的原理，熟悉

電力系統自動裝置的功能與種類。

2.理解發電機并列裝置的原理與結構。

3.掌握發電機汽動勵磁控制系統的原理和結構，掌握發電機勵磁控制系統動

態特性分析方法。

4.掌握發電機頻率控制的原理及控制系統的結構，及電力系統低周減載的原

理及實施方案。

第二部分課程學習的基本要求及重點難點內容分析

第0章緒論

1、本章學習要求

本章的教學內容包括：電力系統與電力系統自動化的基本概念；電力系統的

組成與結構；電力系統、電力網與動力系統之間的關系。通過本章的學習和實驗,

要求實現目標：

1.掌握電力系統、電力網的概念與關系；電力系統自動化的概念與發展過程;

電力系統自動化裝置的作用及其分類特點；

2.理解電力系統自動化的發展以及系統對自動裝置的要求；電力系統自動裝

置的作用與實現方式。

3.了解計算機技術的發展對自動裝置硬件發展的影響；信息技術、檢測技術

的發展對自動化裝置性能特征的影響；控制技術的發展、系統理論的發展對控制

算法與控制策略的影響，

2、本章重點難點分析

教學重點：

1、動力系統、電力系統、電力網的概念與關系；

2、電力系統自動化的概念與發展過程；

3、電力系統自動化裝置的作用及其分類特點；

4、電力系統自動裝置與電網調度自動化之間的關系。

教學難點：

1、電力系統自動化的發展以及系統對自動裝置的要求；

2、電力系統自動裝置的作用與實現方式。

3、本章典型例題解答

例：動力系統、電力系統、電力網的范圍及相互之間的關系？

答：

動力系統由汽輪發電機和電力系統組成；電力系統包括發電、輸電、變電、配

電和用電五個環節。其中，變電、輸電和配電就是電力網部分。

第1章自動裝置及其數據的采集

1、本章學習要求

(1)應熟悉的內容

了解電力系統自動裝置的基本概念與硬件組成，了解自動張黃紙的軟件計算

流程。

(2)應理解的內容

理解組成電力系統自動裝置的硬件板卡之間的關系，軟件計算流程中的各個

環節的意義。

(3)應熟練掌握的內容

應熟練掌握自動裝置微機主系統的工作流程及濾波、變量計算算法。

(4)應靈活運用的內容

應靈活運用自動裝置的基本原理分析發電機自動并列等自動操作裝置的工

作流程與系統結構。

2、本章重點難點分析

教學重點：

?電壓形成

?軟件結構

?主程序

?中斷采樣程序

教學難點：

?主程序

?中斷采樣程序

3、本章典型例題解答

例：典型的微機保護裝置包括哪些主要的板件？

答：

?主控制板：DSP采樣、保護邏輯的計算、數據通訊

?輸入信號轉換與隔離板：通過低壓變壓器將輸入信號由0-100V范圍變換

到0-5V范圍.

?直流電源板：根據系統中公共直流電源，變換出應用于不同集成電路的低

壓直流電源

?出口繼電器板：控制信號通過繼電器實現的電路閉合

?面板：鍵盤、液晶顯示屏和中央信號

第2章發電機的自動并列

1、本章學習要求

（1）應熟悉的內容

了解發電機并列的基本概念與作用，了解發電機并列控制方法分類，了解微

機電液調速器的自動準同期功能。

（2）應理解的內容

理解發電機并列控制的基本條件、掌握數值角差、整步電壓與越前時間的原

理。

（3）應熟練掌握的內容

應熟練掌握發電機并列控制裝置的結構及工作過程。

（4）應靈活運用的內容

應靈活運用發電機并列控制原理設計發電機并列控制裝置的算法。

2、本章重點難點分析

教學重點：

?準同期并列

?自動準同期裝置

教學難點：

?準同期并列條件-的分析

?自動準同期裝置

3、本章典型例題解答

例：某發電機采用自動準同期方式與系統進行并列，系統的參數己歸算到以發電

機額定容量為基準的標么值。

原始數據如下：

?發電機交軸次暫態電抗X〃q=O.125

?歸算后的電網等值電抗Xx=O.25

?發電機交軸次暫態電動勢E〃q=1.05（此處按1.05計算是考慮并列時電壓有

可能超過額定電壓的5%）

?斷路器合閘時間tDL=0.5s,它的最大可能誤差為±20%

?自動并列裝置最大誤差時間為±0.05s

?允許沖擊電流幅值取為

試確定最大允許合閘誤差角bey、允許滑差角頻率口sy和脈動周期Ts。

⑷電路⑸等值電路

準同期并列

解：(1)允許合閘誤差角Sey

i；，X；+Xx)

=2arcsin

%2xl.8xj2E；

氏1.0乂(0.125+0.25)

2xl.8xV2xl.05

=2arcsin0.0992=0.199(/r7J)

=11.4°

⑵允許滑差角頻率3sy

斷路器合閘動作誤差時間AtDL=0.5X0.2=0.1(s)

自動并列裝置的誤差時間△tc=0.05(s)

0.199

%=L33(md/s)

%0.1+0.05

(3)脈動周期Ts

24

=4.7(5)

~k33

第3章發電機勵磁自動控制系統

1、本章學習要求

(1)應熟悉的內容

應熟悉電力系統運行中電壓存在的問題，包括電能質量中電壓指標要求與電

力系統電壓穩定問題。

(2)應理解的內容

應理解發電機勵磁系統影響電力系統電壓的原理。

(3)應熟練掌握的內容

應熟練掌握發電機自動電壓控制器的原理及發電機自動電壓控制器的結構與

調節過程。

(4)應靈活運用的內容

應靈活運用發電機自動電壓控制原理設計勵磁系統的電壓調節器控制裝置的

算法。

2、本章重點難點分析

本教學重點：

1、勵磁系統提高系統靜態穩定性分析；

2、提高系統暫態穩定性分析；

3、提高發電機與機組極限輸送功率；

4、同步發電機組之間無功的合理分配；

5、對自動勵磁控制系統的基本要求。

教學難點：

1、提高系統穩定性分析方法與穩定判定準則；

2、提高暫態穩定性的條件；

3、對勵磁控制系統的要求及其原因。

3、典型例題解答

例：

?設某勵磁控制系統的參數為TA=Os,rd0=8.38s,TE=0.69s,TR=0.04s,KE=l,

KG=1

?代入同步發電機勵磁控制系統的傳遞函數，并令K=4.32KAKGKR,可求出該

系統的閉環特征方程為s3+26.57s2+39.424s+(K+4.32)=0

?用勞斯判據，列出勞斯陣列：

139.424

26.57K+4.32

39.42-*+'32

0

26.57

K+4.32

139.424

26.57K+4.32

39.42-^^

0

26.57

K+4.32

要使系統穩定，必須有：

39.42-K+432>。及長十4.32>0

26.57

整理得：-4.32<K<1044,即-1<KAKR〈241。

即當滿足7<KAKR〈241時，系統穩定。

究竟哪些參數對該系統穩定性有較大影響，可通過根軌跡圖來分析。

系統的開環傳遞函數為：

+0.12)(s+1.45)(s+25)

開環極點為s=-0.12；s=-l.45；s=-25o

根軌跡漸近線與實軸的交點及傾角為

?「工Zi

3----巴_=一8.86

n-m

式中：n——極點數；m——零點數。

Pj一一極點數值；zi一—零點數值。

夕=(2"+1)勺攵=0,],2

n-m

%=?，&=汽，A=y-

由特征方程可求得根軌跡在實軸上的分離點為s-0.775,與虛軸的交點為

+j6.28和-j6.28o

第4章電力系統頻率及有功功率的自動調節

1、本章學習要求

（1）應熟悉的內容

應熟悉電力系統自動發電控制的基本概念

（2）應理解的內容

應理解調頻、電力市場與調頻方程式。

（3）應熟練掌握的內容

應熟練掌握分區調頻、電力系統調頻負荷的經濟分配。

(4)應靈活運用的內容

應靈活運用電力系統的安全分析原理在線分析電力系統的穩定性。

2、本章重點難點分析

教學重點：

?電力系統的頻率特性

?電力系統的自動調頻方法

?電力系統有功功率經濟分配

教學難點：

?電力系統的頻率特性

?電力系統頻率調節系統的動態特性

3、本章典型例題解答

?例：某電力系統中，與頻率無關的負荷占3解，與頻率一次方成比例的負荷

占40%,與頻率二次方成比例的負荷占10%，與頻率三次方成比例的負荷占

20%o求系統頻率由50Hz下降到47Hz時，負荷功率變化的百分數及其相應

的KL*值。

解：先求出當頻率下降到47Hz時系統的負荷為

=

PL*。()+4工+021f:+a、，*

=0.3+0.4x0.94+0.1x0.942+0.2x0.945

=0.3+0.376+0.088+0.166=0.93

△外％=(1-0.93)x100%=7%

?例：某電力系統有4臺額定出力為125MW的發電機并聯運行，各機組的調

差系數均為4%,系統總負荷為400MW,求當負荷增加60MW.時，在以下兩種

情況下頻率下降的數值分別是多少？

?(1)機組按平均分配負荷方式；

?(2)3臺機滿負荷，1臺機為25MW。

?(假設不考慮負荷的頻率調節效應，即頻率變化時，負荷不變)

解：(1)機組按平均分配負荷方式

等值調差系數為

125x4

=().()4

125~7

----x4

心0.04

60

兇=-誓3xO.(Mx50=-0.24(7/z)

Ge125x4

(2)3臺機為滿負荷，1臺機可調

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