電網(wǎng)調(diào)度自動化(第一章基本特征1)103

NorthChinaElectricPowerUniversity電氣與電子工程學(xué)院

電網(wǎng)調(diào)度自動化第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

此外，我國積極推進綠色環(huán)保發(fā)電工程的建設(shè)我國第一個海上風力發(fā)電場將建在東海大橋附近海域，預(yù)計裝機容量10萬千瓦，建成投產(chǎn)后可滿足約20萬戶普通家庭一年的用電量。上海、江蘇、山東、遼寧、內(nèi)蒙古、吉林也將建設(shè)總裝機容量達120萬千瓦的風力發(fā)電場，相當于一個大型熱電廠。這些風電替代煤電后，每天可少燒2000噸優(yōu)質(zhì)煤。西北地區(qū)計劃在2020年建成1000萬千瓦風力發(fā)電場，現(xiàn)正在逐漸投入實施。

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征2007年，全國風電裝機達到605萬千瓦，躍居世界第５位，進入“追風時代”。2009年風電裝機容量達到1200萬千瓦；2010年，風電新增容量1893萬千瓦，已超過美國成為全球風電裝機規(guī)模第一大國，風電并網(wǎng)裝機容量3107萬千瓦；第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征以甘肅酒泉千萬千瓦風電基地的建設(shè)和750千伏送出工程投運為標志我國風電發(fā)展已步入大基地、集中高壓接入、遠距離輸送的新階段；根據(jù)我國可再生能源發(fā)展規(guī)劃，計劃在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、河北、江蘇和山東等風能資源豐富地區(qū)建成8個千萬千瓦級風電基地。“建設(shè)大基地，融入大電網(wǎng)”已經(jīng)成為我國風電開發(fā)的主要模式。除此之外，2010年新投產(chǎn)秸稈發(fā)電22.6萬千瓦，垃圾發(fā)電12.5萬千瓦，余溫余壓等循環(huán)利用發(fā)電10.9萬千瓦。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

2007年中德合作在海拔3500米的甘肅甘南建成首座太陽能光伏電站投入運行，該電站最終容量可滿足25個村落供電。

2008年12月世界上最大的太陽能光伏電站葡萄牙南部地區(qū)投入運行，其總裝機容量達46兆瓦，其發(fā)電能力能滿足3萬多戶葡萄牙家庭的日常用電需求，相當于每年可以減少8.94萬噸二氧化碳排放。

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征2011年12月28日我國最大光伏電站寧夏紅寺堡太陽能電站50MW全面投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

太陽能光伏電站第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征對于我國大規(guī)模電網(wǎng)，各層級電壓與國際規(guī)定相一致。

國際IEEE標準規(guī)定：高電壓等級（HV）110kV138kV220kV超高壓電壓等級（EHV）330kV345kV500kV750kV特高壓電壓等級（UHV)±800KV直流和1000kV交流第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征三、現(xiàn)代電網(wǎng)的優(yōu)勢和問題

（一）現(xiàn)代電網(wǎng)的優(yōu)勢

1、現(xiàn)代電網(wǎng)的各個區(qū)域電網(wǎng)間具有較強的聯(lián)系。

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

2、現(xiàn)代電網(wǎng)可以安裝大容量、高效能的機組（火、水、核電機組）。

三峽水電廠單機容量700MW，共26臺，總裝機容量最后可達18.2GW。上海浦東外高橋電廠總裝機容量5400MW，占上海火電裝機容量的45%以上。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征3、現(xiàn)代電網(wǎng)可以節(jié)省全網(wǎng)的裝機容量。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征4、現(xiàn)代電網(wǎng)可以實現(xiàn)自動發(fā)電控制（AGC）AutomaticGenerationControl。5、現(xiàn)代電網(wǎng)可以在各地區(qū)之間互供電力、互通有無、互為備用（一般要有20％的備用容量），增強抵御事故能力，提高電網(wǎng)安全水平，提高供電可靠性。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

6、現(xiàn)代電網(wǎng)能承受較大的沖擊負荷，有利于改善電能的質(zhì)量。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

7、現(xiàn)代電網(wǎng)可以更大范圍內(nèi)進行水火電廠聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度。

8、現(xiàn)代電網(wǎng)可以接納大規(guī)模風、光電等新能源。

2009年全國新增風機并網(wǎng)容量為897萬千瓦，累計并網(wǎng)容量則達到1613萬千瓦。2010年風電并網(wǎng)總?cè)萘?107萬千瓦，同比增長92.6%。

9、現(xiàn)代電網(wǎng)實現(xiàn)了在線監(jiān)測和遠方控制。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征10、現(xiàn)代電網(wǎng)可以采用非線性的控制技術(shù)

靜止無功補償器。可控串補——非線性——暫穩(wěn)固定串補――線性控制——靜穩(wěn)可控電抗統(tǒng)一潮流控制器故障電流限制器第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征（二）問題

1、動穩(wěn)定問題是制約電網(wǎng)穩(wěn)定運行的最主要問題。

全國互聯(lián)電網(wǎng)的形成，使系統(tǒng)運行增加了負阻尼或弱阻尼模式。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

據(jù)統(tǒng)計，國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)500千伏線路中四分之一的線路受到各種穩(wěn)定形態(tài)限制，成為輸送“瓶頸”，一定程度上造成了“送不出、落不下、交換能力不強”。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

2004年，東北、華中和川渝聯(lián)網(wǎng)后，出現(xiàn)了東北和川渝機組強相關(guān)的頻率在0.17HZ左右的主要振蕩模式。在山東電網(wǎng)接入系統(tǒng)后，又增加了新的負阻尼振蕩模式（0～3Hz定義為低頻振蕩，0.17HZ也有專家稱之為超低頻振蕩），進一步惡化了電網(wǎng)的動態(tài)特性。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

為了維持互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并充分發(fā)揮大區(qū)域聯(lián)絡(luò)線及區(qū)域內(nèi)部重要輸電斷面的輸送容量，在東北、華北、華中、川渝電網(wǎng)內(nèi)部109臺機組裝設(shè)了PSS裝置，山東電網(wǎng)接入主網(wǎng)后，在山東電網(wǎng)內(nèi)部67臺機組裝設(shè)了PSS裝置。主要用于抑制由于區(qū)域電網(wǎng)接入新產(chǎn)生的低頻振蕩。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

仿真計算分析表明，在增設(shè)PSS裝置后，系統(tǒng)動態(tài)特性得到明顯改善。電網(wǎng)中多臺機組加裝PSS后，最主要的問題是多臺機組PSS的參數(shù)協(xié)調(diào)問題。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征當加強聯(lián)絡(luò)線的同時增加該送電斷面的輸送潮流時，系統(tǒng)的阻尼將隨聯(lián)絡(luò)線輸送潮流的增加而逐漸降低。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征弱阻尼低頻振蕩目前已經(jīng)成為限制大型互聯(lián)電網(wǎng)輸電能力的主要問題之一。國外目前在研究利用PMU/WAMS信息的電力系統(tǒng)廣域阻尼控制器，但還沒有實際的工程應(yīng)用。低頻振蕩發(fā)生時的在線分析和控制決策系統(tǒng)也是研究的重要方向，也還未達到實用化的水平。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征2、不同的聯(lián)網(wǎng)形式對電網(wǎng)整體穩(wěn)定水平有很大影響。

當區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線檢修停運時，互聯(lián)電網(wǎng)形式就會發(fā)生變化，對其它聯(lián)絡(luò)線穩(wěn)定水平影響很大，從而在很大程度上影響電網(wǎng)整體穩(wěn)定水平。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

3、系統(tǒng)的動穩(wěn)定水平和各樞紐變電站的電壓水平密切相關(guān)。只有同時控制斷面潮流和重要變電站母線的電壓，才能夠保障系統(tǒng)的安全運行。因此，對互聯(lián)電網(wǎng)，不僅需要AGC（自動發(fā)電控制）還需要AVC（自動電壓控制）的控制。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征4、大型可再生能源接入電網(wǎng)，對電網(wǎng)的運行調(diào)度帶來很大的影響。風電場輸出功率具有波動性和不確定性，尤其是很多地區(qū)風電具有反調(diào)峰特性，光伏發(fā)電輸出功率隨日照情況也會有一定的變化。因此，需要適應(yīng)新能源特性的電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制技術(shù)、無功電壓控制技術(shù)。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征5、大電網(wǎng)的安全已成為國內(nèi)外關(guān)注的重要問題隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，我國電網(wǎng)已成為世界上最大人造復(fù)雜電網(wǎng)。其復(fù)雜性體現(xiàn)在自身的結(jié)構(gòu)、機組大容量、網(wǎng)絡(luò)超（特）高壓、輸電長距離及交直流混合、大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)、靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS裝置的應(yīng)用及新型負荷等方面。增加了發(fā)生連鎖故障的危險性。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征（三）應(yīng)進行的主要工作進行“智能電網(wǎng)”建設(shè)和發(fā)展。

什么是智能電網(wǎng)？智能電網(wǎng)的目標是實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全。電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標，就可以稱其為智能電網(wǎng)。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征智能電網(wǎng)目前尚未有統(tǒng)一的定義作為倡導(dǎo)智能電網(wǎng)建設(shè)的美國電力科學(xué)研究院（EPRI）對智能電網(wǎng)的定義是用自愈、安全、集成、協(xié)同、預(yù)測、優(yōu)化、交互來描述。自愈電網(wǎng)是美國電網(wǎng)建設(shè)的重點。歐盟委員會對智能電網(wǎng)的定義內(nèi)容是,支持分布式和可再生能源的接入、更可靠安全電力供應(yīng)、面向服務(wù)的架構(gòu)、靈活的電網(wǎng)應(yīng)用、高級自動化和分布式智能、負荷和電源的本地交互、以客戶為中心。分布式電網(wǎng)則是歐盟電網(wǎng)建設(shè)的重點

中國提出了建設(shè)具有中國特色的智能電網(wǎng)，其內(nèi)涵為：堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、靈活互動、友好開放。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征盡管各國根據(jù)自身的國情對智能電網(wǎng)建設(shè)有著不同的重點和目標，但是智能電網(wǎng)建設(shè)的驅(qū)動都是基于市場、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，而且它的特征可歸結(jié)為：自愈、優(yōu)化、互動、兼容、集成、環(huán)保。智能電網(wǎng)的優(yōu)美表現(xiàn)是靠一次電網(wǎng)的堅強和二次系統(tǒng)的聰慧共同實現(xiàn)的。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征1、大電網(wǎng)低頻振蕩抑制及在線智能控制技術(shù)

研究大型互聯(lián)電網(wǎng)低頻振蕩的典型特征及其發(fā)生機理；分析電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器對互聯(lián)電網(wǎng)低頻振蕩的影響，研究在線智能控制技術(shù)。2、基于軌跡研究電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定相量測量單元（PMU）技術(shù)的應(yīng)用為基于軌跡研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了技術(shù)支持。PMU為電力系統(tǒng)提供了同時在時間和空間的2維坐標下實時研究和觀察動態(tài)行為的條件，如何充分利用PMU數(shù)據(jù)的動態(tài)特性,快速、有效地對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性進行實時預(yù)測和控制，提高大電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定水平，是電力系統(tǒng)面臨的重要課題。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征3、研究大規(guī)模和分布式可再生能源接入控制技術(shù)

風電場輸出功率具有間歇性和不確定性，大量風電接入電網(wǎng)對電網(wǎng)的運行調(diào)度帶來較大的影響。尤其是很多地區(qū)風電具有反調(diào)峰特性；光伏發(fā)電輸出功率隨日照情況也會有一定的變化。需要抓緊研究可再生能源數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控技術(shù)、適應(yīng)新能源特性的聯(lián)絡(luò)線功率控制技術(shù)、無功電壓控制技術(shù)、發(fā)電預(yù)測模型和方法。4、極端外部災(zāi)害下的調(diào)度防御技術(shù)研究

研究外部災(zāi)害信息的接入、建模、可視化展現(xiàn)、分析、仿真、預(yù)警和協(xié)調(diào)防御方法。通過預(yù)測信息，可以提前感知外部災(zāi)害信息，針對有可能發(fā)生的電網(wǎng)故障提前做出預(yù)案，增強智能電網(wǎng)抗擊外部災(zāi)害風險的能力。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征5、大電網(wǎng)預(yù)警與安全防御研究包括在線智能輔助決策及預(yù)防控制技術(shù)，處理輸電網(wǎng)的多重故障及不同廠站同時故障、相繼故障的電網(wǎng)緊急控制技術(shù)。6、大電網(wǎng)連鎖故障預(yù)測及自愈技術(shù)包括電網(wǎng)運行可靠性在線風險評估理論，連鎖故障風險量化評價指標和基于風險的連鎖故障預(yù)防和校正控制策略。

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征7、開展非線性控制技術(shù)研究

可控串補、可控電抗、靜止無功補償器（SVC）、統(tǒng)一潮流控制器、故障電流限制器；在互聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵點加裝必要的動態(tài)無功補償設(shè)備，提高這些關(guān)鍵點的電壓支撐，改善電網(wǎng)的動態(tài)特性；在重要聯(lián)絡(luò)線加裝統(tǒng)一潮流控制器，可調(diào)節(jié)輸電網(wǎng)的潮流分配；為有效控制短路電流，加裝故障電流限制器可實現(xiàn)即限制短路電流又不增加線損的目的。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征以上公式為單機對無窮大系統(tǒng)公式，對現(xiàn)代電力系統(tǒng)，必須對多關(guān)鍵點電壓進行控制（AVC)。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

在重要聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)柔性控制（FACTS）也是改善聯(lián)絡(luò)線的動態(tài)特性，抑制低頻振蕩，提高穩(wěn)定運行水平的重要手段。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征8、研究和應(yīng)用調(diào)度自動化技術(shù)，提高電網(wǎng)調(diào)度自動化水平“十二五”期間，國家電網(wǎng)將建成特高壓電網(wǎng)和15條直流輸電聯(lián)網(wǎng)工程，屆時，我國電網(wǎng)將成為世界上電壓等級最高、輸送容量最大、技術(shù)水平最先進、運行特性最復(fù)雜的電網(wǎng)。電網(wǎng)規(guī)模擴大，電網(wǎng)運行工況和潮流多變，安全穩(wěn)定特性更加復(fù)雜；電網(wǎng)交直流混聯(lián)，大電源影響增強，新能源大規(guī)模接入的隨機性和波動性，使電網(wǎng)調(diào)度運行控制難度加大，必須提高電網(wǎng)的在線控制能力。因此，需要研究電網(wǎng)調(diào)度自動化的暫態(tài)、動態(tài)控制技術(shù)，提高電網(wǎng)調(diào)度自動化水平。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征四、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)盡管電網(wǎng)的大小和結(jié)構(gòu)組成各不相同，但它們具有相同的基本特性

1、由運行電壓基本恒定的三相交流系統(tǒng)組成。發(fā)電機和輸電設(shè)施采用三相裝置；工業(yè)負荷總是三相；單相家用和商用負荷在各相之間等量分配，以便有效地形成平衡的三相系統(tǒng)。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征2、采用同步發(fā)電機發(fā)電。

原動機將一次能源（煤、水、核等）轉(zhuǎn)換為機械能，然后由同步發(fā)電機發(fā)電。原動機將它轉(zhuǎn)換為電能。3、將電力遠距離輸送到廣大區(qū)域的電力用戶。

需經(jīng)由運行于不同電壓水平的子系統(tǒng)組成的輸配電系統(tǒng)。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征實際上，通常將電網(wǎng)分成以下子系統(tǒng)：

1）輸電系統(tǒng)

2）次輸電系統(tǒng)

3）配電系統(tǒng)下圖為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本構(gòu)成：

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征