ROTECH TPFN412ZMVAZ信號反饋器模塊

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系統調度

編輯

電力系統需要依靠統一的調度指揮系統以實現正常調整與經濟運行，以及進行安全控制、預防和處理事故等。根據電力系統的規模，調度指揮系統多是分層次建立，既分工負責，又統一指揮、協調，并采用各種自動化裝置，建立自動化調度系統。

電能生產、供應、使用是在瞬間完成的，并需保持平衡。因此，它需要有一個統一的調度指揮

系統調度

系統。這一系統實行分級調度、分層控制。

其主要工作有：

①預測用電負荷；

②分派發電任務，確定運行方式，安排運行計劃；

③對全系統進行安全監測和安全分析；

④指揮操作，處理事故。完成上述工作的主要工具是計算機。 [3] 

系統規劃

編輯

電能是二次能源。電力系統的發展既要考慮一次能源的資源條件，又要考慮電能需求的狀況和有關的物質技術裝備等條件，以及與之相關的經濟條件和指標。在社會總能源的消耗中，電能所占比例始終呈增長趨勢。信息化社會的發展更增加了對電能的依賴程度。以美國為例,1920～1970年期間，電能占能源總消耗的比例

電力系統系統規劃

由11%上升到26%，90年代將超過40%。為滿足用戶對電能不斷增長的需要，必須在科學規劃的基礎上發展電力系統。電力系統的建設不僅需要大量投資，而且需要較長時間。電能供應不足或供電不可靠都會影響國民經濟的發展，甚至造成嚴重的經濟損失；發電和輸、配電能力過剩又意味著電力投資效益降低，從而影響發電成本。因此，必須進行電力系統的全面規劃，以提高發展電力系統的預見性和科學性。

制定電力系統規劃首先必須依據國民經濟發展的趨勢（或計劃），做好電力負荷預測及一次能源開發布局，然后再綜合考慮可靠性與經濟性的要求，分別作出電源發展規劃、電力網絡規劃和配電規劃。

在電力系統規劃中,需綜合考慮可靠性與經濟性，以取得合理的投資平衡。對電源設備，可靠性指標主要是考慮設備受迫停運率、水電站枯水情況下電力不足概率和電能不足期望值；對輸、變電設備，可靠性指標主要是平均停電頻率、停電規模和平均停電持續時間。大容量機組的單位容量造價較低，電網互聯可減少總的備用容量。這些都是提高電力系統經濟性需首先考慮的問題。

電力系統是一個龐大而復雜的大系統，它的規劃問題還需要在時間上展開，從多種可行方案中進行優選。這是一個多約束條件的具有整數變量的非線性問題，遠非人工計算所能及。60年代以來出現的系統工程理論，以及計算技術的發展，為電力系統規劃提供了有力的工具。

大型電力系統是現代社會物質生產部門中空間跨度大、時間協調要求嚴格、層次分工非常復雜的實體系統。它不僅耗資大，費時長，而且對國民經濟的影響*。所以制訂電力系統規劃必須注意其科學性、預見性。要根據歷史數據和規劃期間的電力負荷增長趨勢做好電力負荷預測。在此基礎上按照能源布局制訂好電源規劃、電網規劃、網絡互聯規劃、配電規劃等。電力系統的規劃問題需要在時間上展開，從多種可行方案中進行優選。這是一個多約束條件的具整數變量的非線性問題，需利用系統工程的方法和*的計算技術 [2]  。

智能電力系統的發展目標

智能電力系統關鍵技術可劃分以下三個層次：

智能電力系統

*個層次：系統一次新技術和智能發電、用電基礎技術，包括可再生能源發電技術、特高壓技術、智能輸配電設備、大容量儲能、電動汽車和智能用電技術與產品等。

第二個層次：系統二次新技術，包括*的傳感、測量、通信技術，保護和自動化技術等。

第三個層次：電力系統調度、控制與管理技術，包括*的信息采集處理技術、*的系統控制技術、適應電力市場和雙向互動的新型系統運行與管理技術等。

智能電力系統發展的高形式是具有多指標、自趨優運行的能力，也是智能電力系統的遠景目標。

多指標就是指表征智能電力系統安全、清潔、經濟、高效、兼容、自愈、互動等特征的指標體現。

自趨優是指在合理規劃與建設的基礎上，依托完善統一的基礎設施和*的傳感、信息、控制等技術，通過全面的自我監測和信息共享，實現自我狀態的準確認知，并通過智能分析形成決策和綜合調控，使得電力系統狀態自動自主趨向多指標優 [2] 。

系統運行

編輯

指系統的所有組成環節都處于執行其功能的狀態。電力系統的基本要求是保證安全可靠地向用戶供應質量合格、價格便宜的電能。所謂質量合格，就是指電壓、頻率、正弦波形這 3個主要參量都必須處于規定的范圍內。電力系統的規劃、設計和工程實施雖為實現上述要求提供了必要的物質條件，但終的實現則決定于電力系統的運行。實踐表明，具有良好物質條件的電力系統也會因運行失誤造成嚴重的后果。例如，1977年7

電力系統運行

月13日,美國紐約市的電力系統遭受雷擊，由于保護裝置未能正確動作，調度中心掌握實時信息不足等原因，致使事故擴大，造成系統瓦解，全市停電。事故發生及處理前后延續25小時，影響到900萬居民供電。據美國能源部保守的估計，這一事故造成的直接和間接損失達3.5億美元。60～70年代，世界范圍內多次發生大規模停電事故，促使人們更加關注提高電力系統的運行質量，完善調度自動化水平。

電力系統的運行常用運行狀態來描述，主要分為正常狀態和異常狀態。正常狀態又分為安全狀態和警戒狀態，異常狀態又分為緊急狀態和恢復狀態。電力系統運行包括了所有這些狀態及其相互間的轉移(圖3)。

各種運行狀態之間的轉移，需通過控制手段來實現，如預防性控制，校正控制和穩定控制，緊急控制，恢復控制等。這些統稱為安全控制 [2]  。

電力系統在保證電能質量、安全可靠供電的前提下，還應實現經濟運行，即努力調整負荷曲線，提高設備利用率，合理利用各種動力資源，降低煤耗、廠用電和網絡損耗，以取得佳經濟效益。

安全狀態 　指電力系統的頻率、各點的電壓、各元件的負荷均處于規定的允許值范圍，并且，當系統由于負荷變動或出現故障而引起擾動時，仍不致脫離正常運行狀態。由于電能的發、輸、用在任何瞬間都必須保證平衡，而用電負荷又是隨時變化的，因此，安全狀態實際上是一種動態平衡，必須通過正常的調整控制（包括頻率和電壓──即有功和無功調整）才能得以保持。

警戒狀態 　指系統整體仍處于安全規定的范圍，但個別元件或局部網絡的運行參數已臨近安全范圍的閾值。一旦發生擾動，就會使系統脫離正常狀態而進入緊急狀態。處于警戒狀態時，應采取預防控制措施使之返回安全狀態 [1]  。

研究開發

編輯

電力系統示意圖

電力系統的發展是研究開發與生產實踐相互推動、密切結合的過程，是電工理論、電工技術以及有關科學技術和材料、工藝、制造等共同進步的集中反映。電力系統的研究與開發，還在不同程度上直接或間接地對于信息、控制和系統理論以及計算技術起了推動作用。反過來，這些科學技術的進步又推動著電力系統現代化水平的日益提高。

從19世紀末到20世紀20、30年代，交流電路的理論、三相交流輸電理論、分析三相交流系統的不平衡運行狀態的對稱分量法、電力系統潮流計算、短路電流計算、同步電機振蕩過程和電力系統穩定性分析、流動波理論和電力系統過電壓分析等均已成熟，形成了電力系統分析的理論基礎。隨著系統規模的增大，人工計算已經遠遠不能適應要求，從而促進了模擬計算工具的研制。20世紀20年代，美國麻省理工學院電機系*研制成功機械式模擬計算機──微分儀，后來改進成為電子管、繼電器式模擬計算機，以后又研制成直流計算臺和網絡分析儀,成為電力系統研究的有力工具。50年代以來,電子計算機技術的發展和應用，使大規模電力系統的精確、快速計算得以實現，從而使電力系統分析的理論和方法進入一個嶄新的階段。

在電力系統的主體結構方面，燃料、動力、發電、輸變電、負荷等各個環節的研究開發，大大提高了電力系統的整體功能。高電壓技術的進步，各種超高壓輸變電設備的研制成功，電暈放電與長間隙放電特性的研究等，為實現超高壓輸電奠定了基礎。新型超高壓、大容量斷路器以及氣體絕緣全封閉式組合電器，其額定切斷電流已達100千安， 全開斷時間由早期的數十個工頻周波縮短到1～2個周波，大大提高了對電網的控制能力,并且降低了過電壓水平。依靠電力電子技術的進步實現了超高壓直流輸電。由電力電子器件組成的各種動力負荷，為節約用電提供了新的技術裝備 [2]  。

超導電技術的成就展示了電力系統的新前景。30萬千瓦超導發電機已經投入試運行，并且還繼續研制容量為百萬千瓦級的超導發電機。超導材料性能的改進會使超導輸電成為可能。利用超導線圈可研

超導發電機

制超導儲能裝置。動力蓄電池和燃料電池等新型電源設備均已有千瓦級的產品處于試運行階段，并正逐步進入工業應用,這些研究課題有可能實現電能儲存和建立分散、獨立的電源，從而引起電力系統的重大變革。

在各工業部門中，電力系統是規模大、層次很復雜、實時性要求嚴格的實體系統。無論是系統規劃和基本建設，還是系統運行和經營管理，都為系統工程、信息與控制的理論和技術的應用開拓了廣闊的園地，并促進了這些理論、技術的發展。針對電力系統的特點，60年代以來在電力系統運行的安全分析與管理中，在電力系統規劃和設計中，都廣泛引入了系統工程方法，包括可靠性分析及各種優化方法。電子技術、計算機技術和信息技術的進步，使電力系統監控與調度自動化發展到一個新的階段，并在理論上和技術上繼續提出新的研究課題。

常用概念

編輯

來源

火電：鍋爐－汽輪機－發電機

火電站

水電：水庫－水輪機－發電機

核電：核反應堆－汽輪機－發電機

其它：如風能、地熱能、太陽能、潮汐等 [2] 

基本概念

電力系統——是由發電廠、變電所、輸電線、配電系統及負荷組成的。是現代社會中重要、龐雜的工程系統之一。

電力網——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分。

動力系統——在電力系統的基礎上，把發電廠的動力部分（例如火力發電廠的鍋爐、汽輪機和水力發電廠的水庫、水輪機以及核動力發電廠的反應堆等）包含在內的系統。

總裝機容量——指該系統中實際安裝的發電機組額定有功功率的總和，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。

年發電量——指該系統中所有發電機組全年實際發出電能的總和，以千瓦時（kWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。

大負荷——指規定時間內，電力系統總有功負荷的大值，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。

額定頻率——按國家標準規定，我國所有交流電力系統的額定頻率為50Hz。

高電壓等級——是指該系統中高的電壓等級電力線路的額定電壓 [2]  。

緊急狀態

編輯

指正常狀態的電力系統受到干擾后，一些快速的保護和控制已經起作用，但系統中某些樞紐點的電壓仍偏移，超過了允許范圍；或某些元件的負荷超過了安全限制，使系統處于危機狀況。緊急狀態下的電力系統，應盡快采用各種校正控制和穩定控制措施，使系統恢復到正常狀態。如果無效，就應按照對用戶影響小的原則，采取緊急控制措施，使系統進入恢復狀態。這類措施包括使系統解列（即整個系統分解為若干局部系統，其中某些局部系統不能正常供電）和切除部分負荷（此時系統尚未解列，但不能滿足全部負荷要求，只得去掉部分負荷）。在這種情況下再采取恢復控制措施，使系統返回正常運行狀態 [2]  。

負荷預測

編輯

是制訂電力系統規劃的重要基礎。它要求預先估算規劃期間各年需要的總電能和大負荷，并預測各負荷點的地理位置。預測方法有按照地區、用途（工業、農業、交通、市政、民用等）累計的方法和宏觀估算方法。后者就是考慮電力負荷與國民生產總值的關系，電力負荷增長率與經濟增長率的關系，按時間序列由歷史數據估算出規劃期間電力負荷的增長。由于負荷預測中不確定因素很多，因此，往往需采用多種方法互相校核，后由規劃者作出決策 [2]  。

能源布局

編輯

可用于發電的一次能源主要有河流的水力、化石燃料(煤、石油、天然氣)和核燃料等。一次能源的規劃決定于各種能源的儲量及開發條件。

水力資源屬再生能源,一般講具有發電成本低的特點，但建造周期長。水力資源和大型

核燃料

水利樞紐的開發方案是發電、灌溉、航運、水土保持及生態環境效益綜合平衡的結果。許多國家的電力系統在發展初期是優先發展水電，形成“水主火從”的局面。20世紀50年代末，發達國家中條件較好的水力資源已經充分開發，逐漸轉為“火主水從”的局面。在火電開發中，以煤為燃料占主要地位。發達國家用于發電的煤炭約占煤炭總消費量的50%以上。利用天然氣和石油為燃料的火電廠也占一定比例。70年代世界性石油危機后，以核燃料為動力的發電站得到了較快的發展 [2]  。

電源規劃

編輯

主要是根據各種發電方式的特性和資源條件，決定增加何種形式的電站(水電、火電、核電等)，以及發電機組的容量與臺數。承擔基荷為主的電站，因其利用率較高，宜選用適合*運行的高效率機組，如核電機組和大容量、高參數火電機組等，以降低燃料費用。承擔峰荷為主的電站，因其年利用率低，宜選用啟動時間短、能適應負荷變化而投資較低的機組，如燃汽輪機組等。至于水電機組，在豐水期應盡量滿發，

電源規劃

承擔系統基荷；在枯水期因水量有限而帶峰荷。

由于水電機組的造價僅占水電站總投資的一小部分，近年來多傾向于在水電站中適當增加超過保證出力的裝機容量（即加大裝機容量的逾量），以避免棄水或減少棄水。對有條件的水電站，世界各國均致力發展抽水蓄能機組，即系統低谷負荷時，利用火電廠的多余電能進行抽水蓄能；當系統高峰負荷時，再利用抽蓄的水能發電。盡管抽水-蓄能-發電的總效率僅2/3,但從總體考慮，安裝抽水蓄能機組比建造調峰機組還是經濟，尤其對調峰容量不足的系統更是如此。

電網規劃，即在已確定的電源點和負荷點的前提下，合理選擇輸電電壓等級，確定網絡結構及輸電線路的輸送容量，然后對系統的穩定性、可靠性和無功平衡等進行校核 [2]  。

配電規劃

編輯

確定配電變電站的容量和位置、配電網絡結構、配電線路導線截面選擇、電壓水平與無功補償措施，以及可靠性校驗等 [2] 。

信息控制

編輯

目的

電力系統中的信息與控制子系統是實現電力系統信息傳遞的神經網絡。它使電力系統具有可觀測性與可控性，從而保證電能生產與消費過程的正常進行，以及在事故狀態下的緊急處理。從電力系統誕生之日起，信息與控制子系統就是電力系統*的組成部分，它在不同水平上的完善和發展，

電力系統信息控制

才使電能的廣泛應用成為現實。

電力系統信息與控制子系統的進步，保證了電能質量，提高了電力系統安全運行水平，改善了勞動條件,提高了勞動生產率，還為電力系統的經營決策提供有力支援，從概念上、方法上對電力系統運行分析和經營管理賦予新的內容 [2]  。

任務

信息與控制子系統的作用主要在保證電力系統安全、穩定、經濟地運行。

它執行以下 3項任務。

①正常運行狀態的監測、記錄，正常操作與調整(自動維持頻率和電壓等);

②異常狀態及事故狀態下的報警、保護、緊急控制及事故記錄；

③運行管理，進行短期負荷預測，制定發電計劃，實現經濟調度等。

組成與運行

20世紀50年代以來，隨著通信技術與控制理論的發展，以及電子計算機和微電子技術的應用，電力系統的信息與控制逐步向以計算機網絡為標志的綜合調度自動化方向發展。電力系統調度自動化計算機系統的基本組成如圖4。由被控端（發電廠、變電所）采集各種運行信息（包括開關量、模擬量和數字量），經轉換后由通道（數據傳輸系統）傳送到調度端，再由調度端計算機接受數據，經過處理后，或進行顯示監測，或進行記錄制表，或作出控制決策，再由通道傳送到被控端進行操作、控制。由于電力系統結構復雜，地域廣闊，一般采用分級、分層調度控制。圖5是一個二層控制系統的示例 [2]  。