电力系统运行的基本要求

1.电力系统特点：第一，电力作为电气的本质，它的生产和消费必须是同时进行的。电能的生产、输配和使用始终处于动态平衡之中。生产量和消费旦是严格平衡的。电能用户的用电量决定着电能的生产量，发电量是随着用电量的变化而变化。电能用户如何用电、何时用电及用多少电，对于电能生产都具有极大的影响；若电能供需出现不平衡，将导致电源频率出现偏差，发电控制设备正是根据这一特点来动态调节发电机出力以维持电能的供需平衡。当系统出力严重不足或故障时，频率偏差较大，低频自动减载装置便会自动甩减负荷，以维持电力系统运行的稳定性。第二，由于发电和用电同时实现。这使得电力系统的各个环节之间具有十分紧密的相互依赖关系。因此，电力系统中任一环节或任一用户，若因设计不当、保护不完善、操作失误、电气设备故障，都会给整个系统造成不良影响。例如1965年美国纽约第一次大停电，是其东部电力系统中一个继电器的误动作引起的。第三，电力系统中的过渡过程十分短暂。电能以电磁波形式传播，有极高的传输速度，所以，运行情况发生变化所引起的电磁方面和机电方面的过渡过程是十分迅速的。电力系统中的正常操作(如变压器、输电线路的投入或切除)是在极短时间内完成的；用户的电力设备(如电动机、电热设备等)的启停或负荷增减也是很快的；电力系统中出现的故障(如短路故障、发电机失去稳定等过程)更是极其短暂的，往往只用微秒或毫秒来计量时间。因此，不论是正常运行时所进行的调整和切换等操作，还是故障时为切除故障或为把故障限制在一定范围内以迅速恢复供电所进行的一系列操作，仅仅依靠人工操作是不能达到满意效果的，甚至是不可能的。必须采用各种自动装置来迅速而准确地完成各项调整和操作任务*电力系统的这个特点给运行、操作带来了许多复杂的课题。第四，电能不易储藏。迄今为止尽管人们对电能的储藏进行了大量的研究，并在一些新的储藏电能方式上(如超导储能、燃料电池储能等)取得了某些突破性的进展，但是仍未能完全解决经济的、高效率的以及大容量的储能问题。2.电力系统新特点1大机组 2010年，我国火电最大单机容量100万kW的超超临界机组，已投产运行达到33台，另有11台百万千瓦机组在建；全年新增火电机组单机容量超过60万千瓦的合计容量占全部新增火电容量的60%以上。2大电网 形成多省网组成的区域电网、乃 至全国电网 。3高电压 220KV以上（不包括220KV）电压等级叫超高压，以超高压或特高压电压等级形成的网架为主网的电网。我国目前运行的主网电压最高电压等级为750KV(西北地区），1000KV特高压交流线路示范工程已投入运行（晋东南-南阳-荆门 ）。新华网乌鲁木齐2月4日电（记者熊聪茹） “十二五”期间，中国电压等级最高的输电线路1100千伏特高压输电工程将在新疆开工建设，这条输电线路起点位于新疆准东西部能源基地，终点在成都，途经新疆、甘肃、青海、四川四省区，全长2600公里左右，总投资约350亿元。4远距离 一般应满足跨省和跨区域或跨国的远距离送电。 中国最长线路：645kM(特高压线路） 国际上最长线路：1000kM 5大容量输电 6运行管理的自动化7可再生能源的应用3.基本要求1.保证可靠地持续供电供电的中断将生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失，因此，电力系统运行首先要满足可靠、持续供电的要求。虽然保证可靠供电是对电力系统运行的首要要求，但并非所有负荷都绝对不能停电。一般，可根据经验，按对供电可靠性的要求将负荷分为三级：（1）第一级负荷。对这一级负荷中断供电，将造成人身事故、设备损坏，将产生废品，将使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等。（2）对这一级负荷中断供电，将造成大量的减产，将使人民生活受到影响等。（3）第三级负荷。所有不属于第一、二级的负荷，如工厂的附属车间、小城镇等。长期以来，对供电可靠性的分析就是上述以经验为基础的定性分析，只是近年来才开展以概率统计为基础的定量分析研究，目前，这种研究正在继续深入，部分成果以用于生产。2.保证良好的电能质量如上所述，电能质量包括电压质量、频率质量和波形质量三个方面。电压质量和频率质量一般都以偏移是否超过给定值来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定值的5%，给定的允许频率的偏移为0.20.5HZ等。波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所谓畸变率，是指各次谐波有效值平方的方根值与基波有效值的百分比。给定的允许畸变率常因供电电压等级而异，例如，以380、220V供电时为5%，以10Kv供电时为4%等等。所以这些质量指标，都必须采取一切手段予以保证。3.保证系统运行的经济性电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗中占的比重约为1/3，而且电能再变换、输送、分配时的损耗绝对值也相当可观。因此，降低每生产一度电所消耗的能源和降低变换、输送、分配时的损耗，有极其重要的意义。在这一方面，又有两个考核电力系统运行经济性的重要指标，即煤耗率和线损率。所谓煤耗率，指每生产1kW/kg电能所消耗的标准煤重，以g/kWh为单位，而标准煤则为含热量为29.31MJ/kg(的煤。所谓的线损率或网损率，指电力网络中损耗的电能和向电力网络供应电能的百分比。电力系统（一次系统）：电能生产、输送、分配和消费所需要的发电机、变压器、电力线路、断路器、母线和用电设备等互相连接而成的系统。也称为电工一次系统，其中所包括的电力设备称为“一次设备”。特点：能量系统、主系统、高电压、大电流。电力二次系统（二次系统）：由对电工一次系统进行监视、控制、保护和调度所需要的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备等组成的辅助 其中包括的设备装置称为“二次设备”。特点：信息系统、辅助系统、低电压、小电流。电力系统（综合）自动化：严格意义上说就是指电工二次系统。因历史原因被分成三部分：继保、远动、自动化，目前普遍意义上讲自动化是不包括继保、远动部分（含通信）。定义：电力系统自动化指采用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置并通过信号系统和数据传输系统对电力系统各个元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、协调、调节和控制，以保证电力系统安全经济运行和具有合格的电能质量。1.2电力系统自动化的发展阶段电力系统自动化的发展史就是电力工业逐步发展壮大的历史。了解自动化发展的历史可更深刻理解自动化是历史的必然选择。1、手工阶段电力工业的初期萌芽阶段，电厂小，就近供电。在发电机、开关设备旁就近监视设备和手工调节操作。特点：单独运行，就近供电、手工操作。2、简单自动装置阶段用电设备增多、发电设备规模扩大，对电能质量和安全可靠性提出了要求，开始出现单一功能的自动装置。包括：继电保护、断路器自动操作、发电机自动调压和调速等。特点：电能质量要求、单一的电力自动装置。3、传统调度中心阶段出现互连电网，保证供电可靠性和经济性的必然选择。电网设立调度中心，统一调度电厂和处理电网的异常和事故。电话是通信联络的主要方式。特点：电网互连、统一调度、电话通信。4、现代调度的初级阶段出现远动装置，实现“四遥”，满足实时调度的要求。特点：远动四遥、实时调度。5、综合自动化阶段电力工业成为必不可少的支柱产业，电网规模快速扩大，单一功能的自动化装置很难满足电能质量、可靠和安全的需要，出现自动化程度更高的自动化系统。其特点是把多套独立的自动化装置用通信信道或网络互连，实现信息共享，相互协调自动完成指定的功能。特点：装置互连，信息共享。二电力系统自动化的重要性电力系统自动化是现代电力系统安全可靠和经济运行的重要保证，可以说，现代电力系统如果没有电力系统自动化是无法运行的。1、保证优质电能电能质量问题理解：导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差、造成用电设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题。电能质量分类：稳态电能质量和暂态电能质量。所谓稳态电能质量即指电力系统在稳态运行方式下所具有的电能质量参数，主要包括5个电能质量指标：电压偏差、频率偏差、波形畸变（谐波）、三相不平衡度、电压波动闪变。而暂态电能质量即指电力系统在暂态过程中所表现出来的电能质量参数，其主要指标有电压的上凸下凹、瞬时电压中断等。一般情况的电能质量指稳态电能质量。电压偏差：属基波无功范畴。影响因素包括：系统电源阻抗存在、负荷波动、电能传输的导线线径、供电距离、潮流分布、调压手段、无功补偿容量等。无功功率平衡才能保证电压在运行范围内，无功随负荷变化，手动无法跟踪。频率偏差：属基波有功问题，主要与系统有功储备有关。有功平衡才能保证频率在运行范围内，有功随负荷变化，手动无法跟踪。谐波（波形）：属非线性负荷用电特性问题，与系统供电质量水平关系不大。波形畸变有二：故障导致稳定破坏、谐波污染，二者均需通过自动装置解决。三相不平衡度：属于基波负荷配置问题。其不仅与客户负荷的特性有关，也与系统的规划、负荷分配有关。不平衡度即负序分量有效值U2与正序分量有效值U1之比；三相不平衡危害：旋转电机的附加发热和振动；引起以负序分量为启动元件的多种保护误动；引起发电机容量利用率下降和变压器使用寿命的缩短；引起网损的加大和正常的通讯质量降低等。2、保证安全可靠运行包括：输变电设备的正常操作、故障的快速切除和恢复，均通过自动装置才能保证安全、可靠。3、保证经济运行最少的一次能源产生更多的电力。电力系统的经济优化调度运行，降低网损等，没有自动化系统的参与是很难实现。三电力系统自动化的主要领域按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面，并形成一个分层分级的自动化系统(见图）。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省（市）调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。电网调度自动化现代的电网自动化调度系统是以计算机为核心的控制系统，包括实时信息收集和显示系统，以及供实时计算、分析、控制用的软件系统。信息收集和显示系统具有数据采集、屏幕显示、安全检测、运行工况计算分析和实时控制的功能。在发电厂和变电站的收集信息部分称为远动端，位于调度中心的部分称为调度端。软件系统由静态状态估计、自动发电控制、最优潮流、自动电压与无功控制、负荷预测、最优机组开停计划、安全监视与安全分析、紧急控制和电路恢复等程序组成。火力发电厂自动化火力发电厂的自动化项目包括：厂内机、炉、电运行设备的安全检测，包括数据采集、状态监视、屏幕显示、越限报警、故障检出等。计算机实时控制，实现由点火至并网的全部自动起动过程。有功负荷的经济分配和自动增减。母线电压控制和无功功率的自动增减。稳定监视和控制。采用的控制方式有两种形式：一种是计算机输出通过外围设备去调整常规模拟式调节器的设定值而实现监督控制；另一种是用计算机输出外围设备直接控制生产过程而实现直接数字控制。水力发电站综合自动化需要实施自动化的项目包括大坝监护、水库调度和电站运行三个方面。大坝计算机自动监控系统：包括数据采集、计算分析、越限报警和提供维护方案等。水库水文信息的自动监控系统：包括雨量和水文信息的自动收集、水库调度计划的制订，以及拦洪和蓄洪控制方案的选择等。厂内计算机自动监控系统：包括全厂机电运行设备的安全监测、发电机组的自动控制、优化运行和经济负荷分配、稳定监视和控制等。电力系统信息自动传输系统电力系统信息自动传输系统简称远动系统。其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。自动传输系统由远动装置和远动通道组成。远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。把厂站的模拟量通过变换输送到位于调度中心的接收端并加以显示的过程称为遥测。把厂站的开关量输送到接收端并加以显示的过程称为遥信。把调度端的控制和调节信号输送到位于厂站的接收端实现对调节对象的控制的过程，称为遥控或遥调。远动装置按组成方式可分为布线逻辑式远动装置和存储程序式逻辑装置。前者由硬件逻辑电路以固定接线方式实现其功能，后者是一种计算机化的远动装置。电力系统反事故自动装置反事故自动装置的功能是防止电力系统的事故危及系统和电气设备的运行。在电力系统中装设的反事故自动装置有两种基本类型。继电保护装置：其功能是防止系统故障对电气设备的损坏，常用来保护线路、母线、发电机、变压器、电动机等电气设备。按照产生保护作用的原理，继电保护装置分为过电流保护、方向保护、差动保护、距离保护和高频保护等类型。系统安全保护装置：用以保证电力系统的安全运行，防止出现系统振荡、失步解列、全网性频率崩溃和电压崩溃等灾害性事故。系统安全保护装置按功能分为4种形式：一是属于备用设备的自动投入，如备用电源自动投入，输电线路的自动重合闸等；二是属于控制受电端功率缺额，如低周波自动减负荷装置、低电压自动减负荷装置、机组低频自起动装置等；三是属于控制送电端功率过剩，如快速自动切机装置、快关汽门装置、电气制动装置等；四是属于控制系统振荡失步，如系统振荡自动解列装置、自动并列装置等。供电系统自动化包括地区调度实时监控、变电站自动化和负荷控制三个方面。地区调度的实时监控系统通常由小型或微型计算机组成，功能与中心调度的监控系统相仿，但稍简单。变电站自动化发展方向是无人值班，其远动装置采用微型机可编程序的方式。供电系统的负荷控制常采用工频或声频控制方式。四电力系统的发展前景：我国电力系统正面临着大发展、大变革的新形势，三峡电站及其输变电工程的建设，促进了全国电网互联。“十五”期间，我国将建成一个远距离、大容量的实现西电东送、南北互供的全国互联电网。与此同时，随着“厂网分开、竟价上网”电力体制改革的不断深入和全面实施，将逐步形成新的电力系统调度管理新格局。这一新形势给电力系统的安全经济运行带来新的挑战，为之服务的二次电力信息系统的保护、控制、指挥调度及信息化、自动化系统必须适应全国联网和电力市场化改革的需要，即在概念上、结构上、功能上都要适应一次系统发展变化的需要，适应行政区划、管理体制变化的需要。因此，电力调度自动化必将迎来新的发展机遇。在这方面许多专家仁者见仁、智者见智，提出了不少看法和建议。总的认为现代能量控制中心的概念应当扩展，其功能由安全发展为安全与经济协调；局部控制发展为全局分层控制；离线分析发展为在线分析；开环控制发展为闭环控制；在线稳台分析发展为在线暂态分析等。作为以EMS研发为主要任务的我们，从“西电东送、南北互供、全国联网”的战略目标出发，应着重研究分布式能量管理系统（DEMS）所面临的新问题，如：1.全国联网后区域互联电网的网络建模与信息交换2.电力系统信息处理3.适应全国联网的PAS算法研究和实现4.DEMS的互联方式、DEMS与其它系统的集成及网络安全5.互联电网DTS联合培训和反事故演习技术。总结语：总之，随着电力系统的不断进步，电网调度自动化系统可靠性也会越来越高，会不断满足国际标准，同时具备开发性与扩展性，良好与国际接轨，并且电网调度自动化系统也将日趋成熟。