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1.5电力系统的稳定性和控制
现代社会需要不断增加的电力来满足工业商业和国内需求。为了满足这一需求，输配电能力增长非常快，形成了一个巨大的，复杂的互联电力系统。这个庞大的系统的主要问题是电压调节，稳定性，保护系统隔离故障部分并因此确保供应系统的连续性
由于电网故障，电力网络总是经历随机变化网络，切入或掉出诸如钢铁厂或重工业的大负荷，损失线路或发电机组。这些变化可以被看作是变化的电力系统从一种稳定状态转移到另一种状态。在此期间在两个稳定状态之间转换，系统经历转换的动态在此期间发电机可能会失去同步或摆动并最终跳闸。那里也可能导致断路器断路器导致功率损失。所以，在这期间任何干扰，功率，频率和电压变化都需要在过渡期间和之后由发电机进行后续调整。例如，在发电机跳闸的情况下，其他连接的发电机必须能够共享负载需求;或者如果线路丢失，则必须提供其携带的电力通过替代来源。平衡功率的失败可能导致发电机的级联跳闸以及由此产生的线路部分电网解体。许多控制设备响应调整电压，频率和发电机在电力转换期间的负载分担系统干扰。距离继电器用于传输线路保护系统有电源摆动模块，可以在电源摆动过程中启动在发电机之间并阻止线路跳闸。如果发电机过载导致速度变慢，则频率继电器使用负载脱落可以隔离一些不重要的馈线并且节省发电机级联跳闸。发电机励磁机，调压机构和调速器在稳定过渡期问题方面发挥重要作用。
1.5.1发电机励磁
发电机的励磁控制发电机的电磁力（EMF），顺序控制输出电压，功率因数和电流大小。图1.6显示了一个带有简单励磁系统的同步发电机。
初始励磁引起发电机内部电压Eg并传递电力P在负载母线电压V和电流I下的功率因数（pf）cos /跨越发电机，电抗X.这种激励的功率可以表示为方程式。（1.12）和（1.13）。当输入功率/转矩保持不变时，励磁增加同样由调速器和电压（V）保持相等的其他机器并联运行时，发电机的内部电压，电流，相位角和功率角度将被改变为新值，如公式（1.14）和（1.15）。
这些电压，电流，相位和功率角的相量图 图1.7显示了两种激励条件。
如图1.7所示，由于励磁发生器的增加，内部电压增加到Eg1，功角减小到d1以保持恒定的权力。类似地，电流增加到I1并且相位角增加为了保持恒定的功率。这些变化完全满足方程式中的数学表达式。（1.12）至（1.15）。由于电流和相角随着励磁上升，无功功率也增加（1.16）。
类似地，通过减少发电机的激励，可以在电压，电流，相位角和电压等方面观察到反向效应无功发电。
1.5.2励磁控制
发电机励磁器可以是由同一根蒸汽驱动的直流发电机驱动主发电机的涡轮机。还有其他各种由整流器或晶闸管系统组成的励磁机从交流总线或电源供电还有其他各种由整流器或晶闸管系统组成的励磁机从交流总线或电源供电交流发电机。调压机构用于发电机控制输出激励器按照要求改变电压和无功功率。这种机制被称为电压调节器。图1.8显示了一个框图带调压器的励磁系统。
电压调节器检测到发电机的输出电压（有时也是电流），然后通过改变激励器来改变激励控制。一些励磁系统有手动操作电压的选项调节器。在这种情况下，操作员观察终端电压并调整稳压器，直到达到所需的输出电压。在现代技术中，
除非出于任何原因需要使用手动系统。最重要的实际上这个电压调节系统的速度对此非常感兴趣稳定性。辅助控制可能具有反馈所需的附加功能的速度，频率，加速度，阻尼来防止过冲等等其他[14]。图1.9显示了两个附加功能：阻尼变压器和励磁系统的电流补偿器。阻尼变压器是一个电子缓冲装置，可以阻尼移动柱塞的过度作用。电流补偿器控制着在并联运行时利用发电机之间的无功功率分配
这种控制与潜在电路有关的电压下降电流互感器和补偿器电阻的线电流。电路以这样的方式安排连接，使得补偿的电压降低滞后电流的电阻增加了来自电压互感器的电压。通过这种方式，调节器降低了激励电压以增加滞后电流（即无功功率输出的增加）并且提供下垂特性使并联运行的发电机平均分担无功功率负荷。（工程师[15]中有更复杂的励磁系统，Chambers等人[16]，巴恩斯等人。[17]，报告[18]）在成长中使用在电力系统中并联运行的相互连接的发电机
1.5.3总督制度
在各种原动机中，通常使用汽轮机原动机作为最大的情况下，能量以产生蒸汽的热量的形式被接收产生巨大的电力。总督控制蒸汽量被注入涡轮机，以产生必要的机械扭矩，原动机轴。有各种各样的州长。作为一个例子，一个飞球省长如图1.10所示。两个部队正在采取行动在飞球武器由于轴旋转：对群众的离心力和向下的力量弹簧。向下的弹簧力实际上用于通过调整原动机速度通过改变轴的机械联动装置控制蒸汽流量随轴转速的变化而变化。
通过使用速度，一些蒸汽轮机调节系统的效率更高换能器，放大器比较器和力冲程放大器。一个框图这种汽轮机控制系统如图1.11所示。
调速器是一个速度传感器，可以是机械式的，液压式的或电气装置。它测量轴的速度并在任何情况下提供输出信号形式如位置，压力或电压，以便与参考进行比较。图1.11所示传感器的输出特征如下与速度成正比的杆的位置（行程）。位置错误从比较行程获得并且预设参考位置与速度成比例。速度继电器和伺服电机用于放大位置误差和控制位置误差的力，以调节蒸汽和扭矩。通过调节蒸汽，调速系统总体上改变了动力在发电机输出。一旦原动机输入为机械扭矩即可发电机增加，发电机输出端的实际功率（MW）增加。这导致线电流的电阻分量增加。该增加的原动机机械扭矩也增加了母线电压，恒功率负载，这将导致无功功率分量以及线路电流的无功分量减少，从而改善功率因数。
1.6保护系统
保护继电器和装置用于电力系统中，以保护发电机，变压器，线路和设备免受可能发生的故障正常的系统操作。目的是快速隔离故障部件该系统使剩余部分能够保持供电的连续性。在在这种情况下，继电器操作应该有选择性并且更快速地跳闸断路器。防护系统的适当设计和操作防止人员伤亡和设备损坏。它还可以最大限度地减少电源中断，故障影响和系统故障相关干扰操作过程中，系统中可能会出现以下短路故障引起异常电流流动：
bull;阶段阶段，
bull;三阶段，
bull;相对地面，
bull;阶段阶段到地面，
bull;三相接地。
电流的大小取决于故障处的阻抗。如果有零在故障阻抗，电流会很高，并在高阻抗故障，电流会很小。系统的故障部分被检测到由保护系统隔离。使用保险丝和小型断路器更低的电压和更小的电源供应。在传输和分配，携带大容量电源（通常超过1MVA）的继电器用于感应异常电流并启动电路中断等设备通过外部控制电路或机械耦合的断路器机制。
在配电馈线中，大部分使用过电流和接地故障继电器保护系统。这些保护具有瞬时或延时特性。延时继电器可以与下游继电器配合使用正确隔离故障部分。对于平行馈线，方向过流和接地故障继电器用于正确隔离故障馈线。像喂食器保护配电变压器具有类似的过电流和接地故障保护。并联运行的多台变压器具有反向功率继电器防止功率逆向流动。除了这些过流和地球故障继电器，变压器也有差动和受限制的接地故障继电器选择性和快速操作来隔离故障变压器。微分和有限的接地故障保护被称为电流平衡保护覆盖测量点之间的区域（变压器的HV侧和LV侧）通过继电器的电流。这些保护是敏感的内部故障和稳定的通过故障（区外的故障）以及提供高速操作以隔离故障部分。差异和时间发电机和母线保护也使用电流继电器的延时
传输和分传输线和配电馈线保护在从33千伏到最高传输电压的电压大部分是由基于线路阻抗和故障运行的距离继电器（如果有的话）
以下是距离继电器的主要特性：
bull;高速（对于区域1），
bull;定向，
bull;通过测量阻抗进行鉴别，
bull;时间分级（2区及以上），
bull;独立
距离继电器可以测量角度和大小通过它获取定向特性的故障阻抗。该距离继电器的各种定向阻抗特性给出如下：
bull;mho，
bull;四边形，
bull;椭圆形，
bull;抵消mho，
bull;电抗。
这些定向阻抗特性对于选择继电器非常重要不同的输电线路和配电馈线保护。距离继电保护方案使用两个之间的通信设施传输线末端用于intertrip和保护信号与各种距离计划，例如旅行加速，放宽，宽容 超越，阻止划。这与各种距离的通信设施方案提供准确和高速隔离故障线路传输网络。由于操作，总会有一些保护失败的可能性主继电器。因此，除了必须添加备份保护之外主要保护以确保从系统中排除故障。在分销系统，错误操作或操作失败的后果并不严重在传输系统中。因此，配电系统的后备保护可以简单而且往往是内在的主要保护或被观察者所覆盖直接上游时间分级主继电器。在传输系统（132千伏和以上），其中互连更复杂，重复距离继电器被用作后备保护以提高可靠性。备份和主要保护应有不同的工作原理，以便引起异常事件一方的失败对另一方有不同的影响。
还有其他继电器用于特殊目的，例如丢失发电机励磁，欠压继电器，过电压继电器，功率因数中继。
有关保护继电器和应用的更多详细信息，请参阅
Blackburn [19]，GeneralElectricCompany [20]，Elmore [21]
还有其他继电器用于特殊目的，例如丢失发电机励磁，欠压继电器，过电压继电器，功率因数中继。有关保护继电器和应用的更多详细信息，请参阅Blackburn [19]，GeneralElectricCompany [20]，Elmore [21]
1.7 SCADA系统
监控和数据采集（SCADA）系统是电网的重要基础设施。其在电力系统中的主要作用是提供监视，控制和自动化功能，以提高运行可靠性监督控制和数据采集。另外，SCADA系统非常对于获取业务所必需的宝贵知识和能力非常有用公用事业公司以可靠和安全的方式提供电力的功能。
SCADA系统有三个基本组成部分，如下所示：
bull;远程遥测单元（RTU），
bull;通信，
bull;人机界面（HMI）。
RTU的作用是收集一个站点的信息。通讯传输该信息从区域RTU站点到中央位置并间歇性发生将命令返回给RTU。HMI的功能是显示信息图形格式，存档接收数据，发送警报并允许操作员必要时进行控制。
工厂内的通信由以下任何网络完成媒体：
bull;以太网电缆（Cat5，Cat5e，Cat6，Cat6a），
bull;同轴电缆，
bull;令牌环电缆（Cat4），
bull;电信电缆（Cat2 /电话线），
bull;光纤电缆。
但是无线电是区域系统通信中最常见的用途。该 HMI基本上是一个运行强大图形和报警软件的PC系统 程式。 图1.12显示了变电站的局域网（LAN），以及 图1.13显示了一个具有互联局域网的SCADA系统。
在这个技术阶段，通用计算机（PC）有能力用于并行计算，并且可以运行潜在的加速问题的软件解决方案。因此，它们可以用于高压和中压变电站的计算机控制系统。LAN配置如图1.6所示，可以很容易地安置在变电站控制室内。
在这些图中，运行控制软件模块的服务器（PC）被复制以确保功能的可靠性。在系统中，分配一台服务器以在线模式作为主要控制，而另一个完全保持立即接管（待机模式）作为备份控制的操作模式。服务器同样配备了故障监视和切换功能控制过程。对于多任务操作系统，它们可以运行通过以太网，RS485通讯接口和适当的通讯协议。SCADA系统由许多服务器构成，如应用程序服务器，通信服务器和远程控制服务器[22-24]。中央或主站硬件架构建立起来，以实时的功能与RTU和服务器分布在不同的变电站。
1.8结论
本章讨论了电源各个组成部分的特点。系统在正常运行条件和干扰期间是有用的。电力系统的生成，传输和分配由于分配面积的增加以及功率的增加而变得复杂。对人口增长的需求工程师必须解决巨大的问题保持电源的质量和可靠性。 SCADA系统就是这样图1.13具有互联局域网的SCADA系统（伊斯兰教和Kamruzzaman[26]）1现代电力系统的传统发电和传输系统19backbone。因此本章介绍了SCADA系统以及在干扰期间管理系统的电压，无功功率和频率的区域。它将为工程师提供分析复杂系统性能的能力。他们的知识将会帮助运营，更有效地规划和设计未来的发展。
参考：
1.（2003）Network Planning Criteria-Power and Water Corporation，http：// www。
powerwater.com.au/__data/assets/pdf_file/0009/3501/network_planning_criteria_0304.pdf
2. Kimbark EW（1971）直流传输。 纽约威利
3. Uhlman E（1975）直流输电。 施普林格，柏林
4. Arrillaga J（1983）高压直流输电，IEE电力工程系列，
伦敦
5. Song YH，Johns AT（1999）柔性交流输电系统（FACTS），IEE Power
工程系列30，伦敦
6. Hingorani NG，Ggygyi L（2000）理解FACTS：灵活的概念和技术
交流传输系统。 IEEE Press，Pisc
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