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關(guān)于電力系統(tǒng)智能化若干問題概述一、電力系統(tǒng)構(gòu)成與功能1、電力系統(tǒng)構(gòu)成電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、電力輸變網(wǎng)及配電網(wǎng)和用電設(shè)備構(gòu)成(發(fā)電、供電、用電)。
2、電力系統(tǒng)功能1)
電力生產(chǎn)(發(fā)電):實(shí)現(xiàn)一次能源向電能的轉(zhuǎn)換。①形式:a、火電發(fā)電以煤、油、氣等作為燃料,利用燃料在鍋爐中燃燒產(chǎn)生熱能,通過熱交換將熱能轉(zhuǎn)換成高溫高壓蒸汽,由高溫高壓蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電,實(shí)現(xiàn)電能生產(chǎn)。主要組成:汽輪發(fā)電機(jī)組燃料供給及燃燒系統(tǒng)給水及水處理系統(tǒng)熱工及控制系統(tǒng)廠房等裝機(jī)容量:200MW300MW400MW600MW1000MW
蒸汽壓力:亞臨界超臨界超超臨界
15-20MPa20-25MPa25-30MPa
第2頁,共27頁,2024年2月25日,星期天特征:
(1)組成系統(tǒng)復(fù)雜龐大,每個組成部分均對電力正常生產(chǎn)發(fā)揮重要影響;
(2)裝機(jī)容量大,集中性強(qiáng),電能生產(chǎn)具跳躍性;
(3)組成部分涉及專業(yè)面廣,運(yùn)行管理要求高,大機(jī)組發(fā)電安全生產(chǎn)地位突出(蒸汽壓力);
(4)火力發(fā)電占有率高(70%以上),總?cè)萘看螅?億千瓦時以上),對電力系統(tǒng)影響巨大。b、水力發(fā)電
利用大壩上下游水位差所產(chǎn)生的勢能,以水頭壓力沖擊水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電而實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)。主要組成:水輪發(fā)電機(jī)組大壩及水工建筑物控制系統(tǒng)等。單機(jī)容量:300MW400MW700MW(三峽)另小水電特征:裝機(jī)容量大,集中性強(qiáng),電能生產(chǎn)具有跳躍性,占有率20%左右。
第3頁,共27頁,2024年2月25日,星期天c、核能發(fā)電利用重金屬元素(鈾、钚等)裂變或氫元素(如氘、氚等)聚變所產(chǎn)生的核熱能,經(jīng)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高溫高壓蒸汽(二次轉(zhuǎn)換)驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。主要組成:可控核反應(yīng)堆給水及控制系統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)組等。核能發(fā)電國情:區(qū)域性強(qiáng)裝機(jī)容量大核能發(fā)電有關(guān)問題:安全性環(huán)保要求高d、新能源發(fā)電太陽能、風(fēng)能、生物發(fā)電、海洋能、垃圾發(fā)電等(相關(guān)說明)第4頁,共27頁,2024年2月25日,星期天說明:以上各類發(fā)電廠每一發(fā)電廠均有專門的變電開關(guān)站,以實(shí)現(xiàn)按不同電壓等級、不同區(qū)域方向、不同電能負(fù)荷的輸出。②電力生產(chǎn)功能要求對發(fā)電:轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)電能平穩(wěn)、易控制、安全環(huán)保對電網(wǎng):調(diào)度控制有序,滿足區(qū)域負(fù)荷變化要求,電能平衡,電能分配張弛有度,安全可靠。2)電能的輸送與配送實(shí)現(xiàn)電能以不同電壓等級,向不同區(qū)域方向與用電設(shè)備的輸送連接,負(fù)荷分配、切換等功能。第5頁,共27頁,2024年2月25日,星期天①功能要求輸電技術(shù)要求:損耗小變電(電壓升高)適應(yīng)各種氣候、氣象條件的變化b、用電設(shè)備的要求:①電壓等級———變電(分級降壓)②功率大小———分配(系統(tǒng)負(fù)荷平衡)③關(guān)?!袚Q(負(fù)荷分配、變化調(diào)整、再分配)c、安全要求:①輸電的控制、監(jiān)測、保護(hù)②用電設(shè)備的控制、監(jiān)測、保護(hù)3)電能使用實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能、光能、熱能等能量的轉(zhuǎn)換。要求:節(jié)能、電信號變化的敏感性、安全可靠性、控制保護(hù)第6頁,共27頁,2024年2月25日,星期天3、電力系統(tǒng)構(gòu)成框架圖
1)交流輸電附圖
2)直流輸電附圖第7頁,共27頁,2024年2月25日,星期天第8頁,共27頁,2024年2月25日,星期天第9頁,共27頁,2024年2月25日,星期天以上框圖僅為單一樹狀結(jié)構(gòu),電力系統(tǒng)是由很多單一樹狀結(jié)構(gòu)并行排列,單一樹狀結(jié)構(gòu)間通過線路與變電開關(guān)站連接實(shí)現(xiàn)相互電能調(diào)度,區(qū)域內(nèi)發(fā)電廠亦通過線路與各級變電開關(guān)站連接,向電網(wǎng)供電,形成大電網(wǎng)、大系統(tǒng)。第10頁,共27頁,2024年2月25日,星期天二、電力系統(tǒng)智能化問題的提出與實(shí)踐自電力工業(yè)誕生,就伴隨著電力生產(chǎn),電能傳輸,電能使用方面的問題。電力工業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)、社會生產(chǎn)力發(fā)展水平息息相關(guān),直接服務(wù)于社會經(jīng)濟(jì)活動的各個領(lǐng)域。我國電力工業(yè)在計劃經(jīng)濟(jì)時代是集電力生產(chǎn)、電能傳輸和用電營銷為一體的高度集中封閉的整體。重生產(chǎn)、輕供銷,電力生產(chǎn)能力有限,電力負(fù)荷不足。電能的使用按純粹的計劃分配模式,電力調(diào)度集中掌握,且調(diào)整困難。改革開放后國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,對電力系統(tǒng)的各方面提出了諸多新的挑戰(zhàn)。在解決電力生產(chǎn)能力不足,縮小供需差距問題上,花大力氣和投入大量資金新建了一大批發(fā)電廠,實(shí)現(xiàn)了廠網(wǎng)分開的電力體制改革。電力工業(yè)的生產(chǎn),電能輸送和用電體制發(fā)生了根本性變化。近年來,國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對電力系統(tǒng)提出了更高的要求。對解決電力生產(chǎn),電能輸送和用電各個環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的多方面技術(shù)問題、管理模式和處理多方利益關(guān)系等提出了智能化要求:第11頁,共27頁,2024年2月25日,星期天前幾年————數(shù)字化變電站(開關(guān)站)設(shè)想以變電開關(guān)站為紐帶(切入點(diǎn)),實(shí)現(xiàn)電能輸送過程中電能分配調(diào)度由狀態(tài)量向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變,期望解決電能輸送的量化和科學(xué)調(diào)度。狀態(tài)量:有無形態(tài)抽象的量數(shù)字化:多少具體化近年————智能化電網(wǎng)設(shè)想以電網(wǎng)系統(tǒng)各參量的數(shù)字化(包含狀態(tài)參量)檢測和信息處理、數(shù)據(jù)判別為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)電能調(diào)度、參量調(diào)整等科學(xué)決策的自動化、智能化。目前————尚無權(quán)威的定義發(fā)展————電力系統(tǒng)智能化將電力系統(tǒng)的各個構(gòu)成環(huán)節(jié)全部納入智能化。發(fā)電輸電用電第12頁,共27頁,2024年2月25日,星期天三、我國電力系統(tǒng)的構(gòu)建格局1發(fā)電廠-----按地域規(guī)劃、星羅棋布。火電廠:以北方尤其西北為主。水電廠:以南方尤其西南為主。核電廠:沿海和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)相對薄弱地區(qū)。風(fēng)能發(fā)電:北方尤其西北為主,沿海為輔。第13頁,共27頁,2024年2月25日,星期天2電網(wǎng)兩大電網(wǎng)公司:國網(wǎng)、南網(wǎng)。國網(wǎng):以行政地域劃分為五大區(qū),東北、西北、華北、華東、華中。五大區(qū)內(nèi)以省公司劃分(二級法人)省網(wǎng)公司以省屬地市劃分(非法人)地市公司以下不再劃分(縣公司)國網(wǎng)規(guī)劃:東北電網(wǎng)獨(dú)立規(guī)劃建設(shè)(輸電線路最高電壓等級500kV為主)其余四大區(qū)間電能輸送以特高壓為骨干建立環(huán)網(wǎng)(1000kV)西北→華中→華東西北→華北→華東西北→華東五大區(qū)域內(nèi)以省公司劃分,省網(wǎng)公司之間電能輸送以500kV為主。省網(wǎng)公司區(qū)域內(nèi)以地市公司劃分,地市公司之間電能輸送以220kV為主。地市公司區(qū)域內(nèi)電能輸送以220kV及以下為主。南網(wǎng):以行政地域劃分五個省網(wǎng)公司:廣東、廣西、云南、貴州、海南。省公司間500kV,省內(nèi)220kV,視區(qū)域內(nèi)電負(fù)荷專供(電力直供試點(diǎn))國網(wǎng)與南網(wǎng)間電能調(diào)配輸送以特高壓直流為主:±800kV3用電
星羅棋布。第14頁,共27頁,2024年2月25日,星期天四、電力系統(tǒng)智能化研究內(nèi)容、方法、關(guān)鍵點(diǎn)核心:高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。模塊劃分:發(fā)電、供電、用電。原則:以系統(tǒng)工程理論,理解和處理電力系統(tǒng)智能化問題,從全局出發(fā)(總要求)→局部(模塊要求)→技術(shù)方法研究→充分考慮電力系統(tǒng)的特征、綜合全面處理技術(shù)問題。第15頁,共27頁,2024年2月25日,星期天1智能電網(wǎng)電網(wǎng)主要組成:變電開關(guān)站(所)電力線路電力線路是電力系統(tǒng)的紐帶,在實(shí)現(xiàn)電能輸送的同時,承載著電力系統(tǒng)各類信息(信號)數(shù)據(jù),而各類信息(信號)值、狀態(tài)變化、量的變化集中的體現(xiàn)了電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。變電站(所)是電力系統(tǒng)的各類信息(信號)的交匯點(diǎn),調(diào)整控制決策的執(zhí)行地,對電能的傳輸起承上啟下的作用。掌握電力系統(tǒng)各類信息(信號)值、狀態(tài)變化、量的變化是電力系統(tǒng)智能化的基礎(chǔ),適時科學(xué)決策調(diào)整控制(操作改變)信息是智能化電力系統(tǒng)的核心目的。簡單、方便、經(jīng)濟(jì)合理自動化的信息調(diào)整控制(操作)是智能化電力系統(tǒng)的手段方法。體現(xiàn)出“高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠”核心原則貫穿于上述過程。第16頁,共27頁,2024年2月25日,星期天1)智能化電網(wǎng)研究課題a、電力線路各類信息(信號)狀態(tài),量的控制、傳輸、判斷、分析處理技術(shù)。①信號檢測網(wǎng):識別區(qū)分不同信息(信號)狀態(tài)、信號量及其變化、變化量。包括:系統(tǒng)傳輸?shù)碾娏?、電壓、?fù)荷、故障等的(量及變化)工頻電場、磁場(量及變化)通訊干擾信息、相鄰線路影響線路故障:線間、相間電氣安全距離,導(dǎo)線風(fēng)振、舞動、風(fēng)偏,導(dǎo)線蠕動,導(dǎo)線斷線、導(dǎo)線覆冰,導(dǎo)線張力、應(yīng)力、弧垂障礙(安全距離),雷擊、雷電保護(hù)、鳥害等。桿塔故障:倒塔、傾斜、地基沉降、地基毀損、鐵塔連結(jié)毀損、導(dǎo)線與鐵塔間電氣安全距離、防雷接地(電阻率、連接破壞)鳥害等。金具故障:連接金具、保護(hù)金具、接續(xù)金具故障、機(jī)械強(qiáng)度與疲勞損壞、腐蝕、絕緣子串可靠性(強(qiáng)度、污穢、腐蝕、污閃、閃絡(luò))等。第17頁,共27頁,2024年2月25日,星期天難重點(diǎn):電力線路點(diǎn)多線長,氣象、環(huán)境、地形、地質(zhì)條件變化大,設(shè)計和施工規(guī)范復(fù)雜,涉及專業(yè)知識面廣,信息量大,尋求高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的檢測網(wǎng)難度大。要求:檢測新技術(shù)新設(shè)備(儀器)科學(xué)布置檢測點(diǎn)、數(shù)量(具體化、針對性),以體現(xiàn)智能化。②傳輸網(wǎng)絡(luò):電力線路點(diǎn)多線長,各線路電壓等級差異有別,信號狀態(tài)值、信號量及信號變化不統(tǒng)一,要求分級處理。信號傳輸:信號干擾、信號衰減、信號分級、信號集中點(diǎn)及傳輸方向(變電開關(guān)站)。要求:信號傳輸新技術(shù)(抗干擾、抗衰減、保真、分級分類)新設(shè)備儀器(智能化)科學(xué)布局(處理量、匯集點(diǎn)(方向)等)第18頁,共27頁,2024年2月25日,星期天③信號判別分析與處理(決策)信號匯集、分類(按影響范圍和形式、確定性質(zhì))、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)判別、試驗(yàn)(包括狀態(tài)和信號量及量的變化影響、確定閥值)、分類處理(決策、調(diào)整、控制、操作自動化)、事后評價分析總結(jié)。電網(wǎng)智能化一切圍繞“高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠”為核心。高效實(shí)用技術(shù),經(jīng)濟(jì)合理方案,安全可靠的調(diào)控手段,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)電和用電的需求和利益。第19頁,共27頁,2024年2月25日,星期天2電力生產(chǎn)智能化(發(fā)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)智能化也有較多內(nèi)容,在此不作講課內(nèi)容。)①電網(wǎng)智能化與電力生產(chǎn)的關(guān)系發(fā)電廠生產(chǎn)的電能量適時滿足電網(wǎng)負(fù)荷量和負(fù)荷變化的需要是電力生產(chǎn)與電網(wǎng)協(xié)調(diào)平衡的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。電網(wǎng)與電廠間的信息傳輸交流是廠網(wǎng)間聯(lián)系紐帶。電廠電能的生產(chǎn)調(diào)度、調(diào)配是廠網(wǎng)間協(xié)調(diào)平衡的目的。經(jīng)濟(jì)合理的調(diào)配方案和規(guī)劃是廠網(wǎng)間利益平衡的手段。發(fā)電廠單臺機(jī)組200MW……1000MW的停機(jī)開機(jī)費(fèi)用巨大。能源結(jié)構(gòu):火電、水電、核電等關(guān)停機(jī)開機(jī)技術(shù)條件和政策性調(diào)控不統(tǒng)一,而電網(wǎng)的負(fù)荷需求變化較大(用電設(shè)備)。電網(wǎng)對電廠電能的生產(chǎn)(量)起決定性指導(dǎo)作用,而用電設(shè)備的電能(負(fù)荷)需求量和變化對電網(wǎng)規(guī)劃和電能調(diào)度發(fā)揮關(guān)鍵性影響。矛盾——關(guān)鍵在協(xié)調(diào)平衡。電力系統(tǒng)負(fù)荷量及變化是關(guān)鍵。第20頁,共27頁,2024年2月25日,星期天電力系統(tǒng)負(fù)荷:用電負(fù)荷是指接入電力系統(tǒng)的所有用電設(shè)備在某一時刻向電力系統(tǒng)取用的電功率總和。線路損失負(fù)荷是指電能在從發(fā)電廠到用戶的輸送過程中所發(fā)生的電功率損失。供電負(fù)荷是發(fā)電廠對電網(wǎng)供電時所承擔(dān)的全部負(fù)荷。廠用電負(fù)荷是指發(fā)電廠在發(fā)電過程中自身用電設(shè)備所消耗的電功率。發(fā)電負(fù)荷是發(fā)電廠對電網(wǎng)供電負(fù)荷和自身用電負(fù)荷的總負(fù)荷。用電負(fù)荷加上同一時刻的線路損失負(fù)荷即為供電負(fù)荷。供電負(fù)荷加上同一時刻的廠用電負(fù)荷即為發(fā)電負(fù)荷。第21頁,共27頁,2024年2月25日,星期天由于用電設(shè)備取用電具有隨機(jī)性,使得電力系統(tǒng)負(fù)荷是隨時間變化的,負(fù)荷隨時間變化的規(guī)律即為電力負(fù)荷曲線。電力負(fù)荷曲線是以變電開關(guān)站(所)所供電區(qū)域?yàn)榛締卧鸺墏鬟f的。各級變電開關(guān)站(所)必須保持所供電區(qū)域電力負(fù)荷基本平衡。電力負(fù)荷平衡是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和安全性的保證。電力負(fù)荷曲線是區(qū)域電力規(guī)劃、電力生產(chǎn)(取供電)、電能分配的依據(jù)。區(qū)域用電負(fù)荷中用電大戶、重要用戶、特殊用戶等是供電公司用電管理的核心。第22頁,共27頁,2024年2月25日,星期天②電力生產(chǎn)智能化(不含生產(chǎn)系統(tǒng))a、電網(wǎng)與電廠間的信息(信號)數(shù)據(jù)傳輸。同電網(wǎng)統(tǒng)一b、經(jīng)濟(jì)合理的大系統(tǒng)電網(wǎng)電力生產(chǎn)計劃協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)規(guī)劃合理,特高壓遠(yuǎn)距離輸送電相關(guān)問題區(qū)域內(nèi)不同電力生產(chǎn)廠的布局問題區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷量及變化影響區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷中長期預(yù)測大容量電能轉(zhuǎn)換儲存技術(shù)(抽水蓄能、光熱蓄能、飛輪電池等)用電負(fù)荷峰谷合理調(diào)配和市場經(jīng)濟(jì)技術(shù)調(diào)控(用電市場開發(fā)、工廠錯時生產(chǎn)、大容量電能儲存技術(shù)等)不同發(fā)電方式條件下電能的使用經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、安全性等第23頁,
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