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1、第一讲 电力系统自动装置和系统软硬件原理,North China Electric Power University,page2,2021/1/27,第一章 概述,本课程使同学们对电力系统自动化及其基本问题有一个基础性的了解。,North China Electric Power University,page3,2021/1/27,中国电力系统及其互联运行（现状）,世界最大的同步互联电网 西电东送、三峡核心 南直北交、链式同步,North China Electric Power University,page4,2021/1/27,电力系统：可怕的超级大系统,一个脆弱的庞然大物!,1882
2、年到现在，120多年过去了。 作用越来越重要了 系统规模越来越大了 新装备和新技术的使用越来越多了 垄断下的机制和规范逐步不存在了 但是,大停电故障越来越多了,North China Electric Power University,page5,2021/1/27,保守如此，脆弱依然,上个世纪60年代进入大电网互联时代后，大停电事故频繁发生。,North China Electric Power University,page6,2021/1/27,美加大停电，就发生在昨天,North China Electric Power University,page7,2021/1/27,电力系统的
3、能力,North China Electric Power University,page8,2021/1/27,电力系统的过程+能力,局部功能,系统功能,协调,North China Electric Power University,page9,2021/1/27,课程涉及的内容,1同步发电机的自动准同期并列,2同步发电机励磁控制系统,3电力系统频率及有功功率调节,4变电站综合自动化,5电力系统调度自动化,6配电网自动化系统与远程抄表,7智能电网与智能变电站,8 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,North China Electric Power University,page10,2
4、021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,1 明确系统的设计任务和要求,2 多个系统设计方案比较和选择,3单元电路设计、参数计算、元器件选择,4 单元电路及系统的计算机仿真,5 原理图和线路板图的绘制,6 系统组装和调试,应用系统的电磁兼容方案,North China Electric Power University,page11,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,1、明确系统的设计任务和要求,了解系统的性能、指标、内容及技术要求,关键技术指标要量化,各项设计内容
5、和技术要求落实到设计文档,案例：稳压电源的设计 1、额定指标：功率、电压、电流范围和工作条件（温度、湿度） 2、质量指标：电压稳定度（负载不变时输入变化导致输出变化） 负载稳定度（负载变化时输出电压的变化） 电源内阻 （输入电压不变时电压与电流变化之比） 纹波电压 （叠加在输出电压上的交流分量） 3、保护和经济技术指标：过流、过压、过热保护、效率、功率因数等,North China Electric Power University,page12,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,2、多个设计方案的比较和选择,任务分解,构建
6、单元电路,方案选择的重要任务是针对系统的任务要求和条件完成系统的功能设计，使设计方案达到设计合理、可靠、功能齐全、技术先进和性价比高。,案例：稳压电源的设计 开关电源？ 线性电源？集成电源？ 单元电路的分解,North China Electric Power University,page13,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择,（1）单元电路的设计,明确各单元电路的任务,拟订出单元电路的性能指标,确定前后级电路的关系,参考成熟的先进电路,North China Electric P
7、ower University,page14,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择,（2）电路参数计算,放大电路的增益,滤波器中各元件参数,振荡器中各元件数值和频率,理解掌握电路工作原理 正确应用计算方法,North China Electric Power University,page15,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择,（3）元器件的选择,电阻,North China
8、Electric Power University,page16,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择,（3）元器件的选择,电容,North China Electric Power University,page17,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择,（3）元器件的选择,电感,North China Electric Power University,page18,2021/
9、1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择,（3）元器件的选择,二极管,North China Electric Power University,page19,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择,（3）元器件的选择,三极管,North China Electric Power University,page20,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动
10、装置和系统的设计方法,4、单元电路的计算机仿真,North China Electric Power University,page21,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,5、绘制单元电路的电路原理图和线路板图,North China Electric Power University,page22,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,一、 电力系统自动装置和系统的设计方法,5、系统组装和调试,（1）通电前检查,（2）通电检查,（3）分块调试,（4）系统联调,6、排除故障方法,（1）信号跟踪法,（
11、2）对分法,（3）电容旁路法,（4）开环测试法,（5）对比替代法,North China Electric Power University,page23,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,二、 电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术,我国电力系统强制规定：安装在变电站的继电保护装置和自动装置等必须满足快速瞬变干扰试验、脉冲群干扰试验、静电放电试验和辐射电磁场骚扰试验等多项电磁兼容检测,North China Electric Power University,page24,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,二、 电力系统自动装置和系统
12、的电磁兼容技术,North China Electric Power University,page25,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,二、 电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术,形成干扰的三个要素,1、电磁干扰源,3、对该干扰能量敏感的接收器,2、将电磁干扰源传输到接收器的媒介,电磁干扰源,传输通道,接收器,North China Electric Power University,page26,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,二、 电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术,1、在电磁干扰源处采取措施,电流和电压发生突变的位置通常
13、就是电磁干扰源,（1）电流变化大或者大电流工作场合就是产生电感性耦合噪声的主要根源,（2）电压变化大或者大电压工作场合就是电容性耦合噪声的主要根源,（3）公共阻抗耦合噪声也是由于变化剧烈的电流在公共阻抗上所产生的压降所造成的。,North China Electric Power University,page27,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,二、 电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术,1、在电磁干扰源出采取措施,North China Electric Power University,page28,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬
14、件原理,二、 电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术,2、在接收器处采取措施,（1）抑制由导线传导的噪声，最常用的方法就是串接滤波器,（2）抑制公共阻抗耦合的方法：一点接地、降低公共阻抗。,（3）抑制电容性耦合噪声的最基本方法就是减少与噪声源之间的分布电容：屏蔽罩、屏蔽板、屏蔽线,（4）抑制电感性耦合噪声的方法就是采用电磁屏蔽,North China Electric Power University,page29,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,二、 电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术,3、在传输通道采取措施,信号在两根导体之间往返传输就是“差模”电压或电流,
15、两根导体与地线之间传输就是“共模”电压或电流,常见的方法有变压器耦合隔离和光电耦合隔离,North China Electric Power University,page30,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,North China Electric Power University,page31,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,1、微机系统,（1）基于单片机的微机系统,North China Electric Power University,pag
16、e32,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,1、微机系统,（1）基于单片机的微机系统,冯诺依曼结构,North China Electric Power University,page33,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,1、微机系统,（2）基于DSP的微机系统,North China Electric Power University,page34,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,1
17、、微机系统,（2）基于DSP的微机系统,哈佛结构,North China Electric Power University,page35,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,1、微机系统,（2）基于DSP的微机系统,North China Electric Power University,page36,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,工控机,North China Electric Power University,page37,2021/1/27,第
18、二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,1、微机系统,（3）基于工控机的微机系统,（1）具有丰富的过程输入/输出功能,（2）实时性强,（3）高可靠性,（4）环境适应性强,（5）丰富的应用软件,（6）技术综合性高,North China Electric Power University,page38,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,1、微机系统,（3）基于工控机的微机系统,PC104系统,North China Electric Power University,page39,20
19、21/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,2、模拟量输入回路,North China Electric Power University,page40,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,抗频率混叠现象,RC或LC无源滤波器、基于运算放大器的有源滤波器,滤波器类型有巴特沃斯型、契比雪夫型、贝塞尔型,2、模拟量输入回路,North China Electric Power University,page41,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,
20、三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,North China Electric Power University,page42,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,2、模拟量输入回路,分辨率,精度,电源灵敏度,转换时间,输出逻辑电平,工作温度范围,量程,A/D变换器主要有逐次逼近型、积分型、计数型、并行比较型,North China Electric Power University,page43,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,3、开关量输入/输出回路
21、,North China Electric Power University,page44,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,三、 电力系统自动装置和系统的硬件原理,3、开关量输入/输出回路,North China Electric Power University,page45,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,四、 电力系统自动装置和系统的软件原理,提高算法运算的精确度,提高算法运算的速度,1、基于正弦函数模型的算法半周积分算法,North China Electric Power University,page46,2021/1/27,第二章 电力系统自动装置和系统的软硬件原理,四、 电力系统自动装置和系统的软件原理,2、基于周期函数模型的算法一傅氏变换算法,North China Electric Power University,page47,2021/1/27,小结,1、电力系统自动装置和系统的设计方法 2、电力系统自动装置和系统的电磁兼容技术 3、微机系统和结构 4、单片机、DSP系统、工控机系统 5、模拟量输入 6、开关量输入和输出 7、电力系统自动装置和系统的软件算法,