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

此外，我國(guó)積極推進(jìn)綠色環(huán)保發(fā)電工程的建設(shè)我國(guó)第一個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將建在東海大橋附近海域，預(yù)計(jì)裝機(jī)容量10萬(wàn)千瓦，建成投產(chǎn)后可滿(mǎn)足約20萬(wàn)戶(hù)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(jī)容量達(dá)120萬(wàn)千瓦的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，相當(dāng)于一個(gè)大型熱電廠(chǎng)。這些風(fēng)電替代煤電后，每天可少燒2000噸優(yōu)質(zhì)煤。西北地區(qū)計(jì)劃在2020年建成1000萬(wàn)千瓦風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，現(xiàn)正在逐漸投入實(shí)施。

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征2007年，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到605萬(wàn)千瓦，躍居世界第５位，進(jìn)入“追風(fēng)時(shí)代”。2009年風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到1200萬(wàn)千瓦；2010年，風(fēng)電新增容量1893萬(wàn)千瓦，已超過(guò)美國(guó)成為全球風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模第一大國(guó)，風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量3107萬(wàn)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(wàn)千瓦風(fēng)電基地的建設(shè)和750千伏送出工程投運(yùn)為標(biāo)志我國(guó)風(fēng)電發(fā)展已步入大基地、集中高壓接入、遠(yuǎn)距離輸送的新階段；根據(jù)我國(guó)可再生能源發(fā)展規(guī)劃，計(jì)劃在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、河北、江蘇和山東等風(fēng)能資源豐富地區(qū)建成8個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地?！敖ㄔO(shè)大基地，融入大電網(wǎng)”已經(jīng)成為我國(guó)風(fēng)電開(kāi)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(wàn)千瓦，垃圾發(fā)電12.5萬(wàn)千瓦，余溫余壓等循環(huán)利用發(fā)電10.9萬(wàn)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(yáng)能光伏電站投入運(yùn)行，該電站最終容量可滿(mǎn)足25個(gè)村落供電。

2008年12月世界上最大的太陽(yáng)能光伏電站葡萄牙南部地區(qū)投入運(yùn)行，其總裝機(jī)容量達(dá)46兆瓦，其發(fā)電能力能滿(mǎn)足3萬(wàn)多戶(hù)葡萄牙家庭的日常用電需求，相當(dāng)于每年可以減少8.94萬(wàn)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(guó)最大光伏電站寧夏紅寺堡太陽(yáng)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(yáng)能光伏電站第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征對(duì)于我國(guó)大規(guī)模電網(wǎng)，各層級(jí)電壓與國(guó)際規(guī)定相一致。

國(guó)際IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：高電壓等級(jí)（HV）110kV138kV220kV超高壓電壓等級(jí)（EHV）330kV345kV500kV750kV特高壓電壓等級(jí)（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(shì)和問(wèn)題

（一）現(xiàn)代電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

1、現(xiàn)代電網(wǎng)的各個(gè)區(qū)域電網(wǎng)間具有較強(qiáng)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(jī)組（火、水、核電機(jī)組）。

三峽水電廠(chǎng)單機(jī)容量700MW，共26臺(tái)，總裝機(jī)容量最后可達(dá)18.2GW。上海浦東外高橋電廠(chǎng)總裝機(jī)容量5400MW，占上海火電裝機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(wú)、互為備用（一般要有20％的備用容量），增強(qiáng)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(fù)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(jìn)行水火電廠(chǎng)聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

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

2009年全國(guó)新增風(fēng)機(jī)并網(wǎng)容量為897萬(wàn)千瓦，累計(jì)并網(wǎng)容量則達(dá)到1613萬(wàn)千瓦。2010年風(fēng)電并網(wǎng)總?cè)萘?107萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)92.6%。

9、現(xiàn)代電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)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(xiàn)性的控制技術(shù)

靜止無(wú)功補(bǔ)償器。可控串補(bǔ)——非線(xiàn)性——暫穩(wěn)固定串補(bǔ)――線(xiàn)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(wèn)題

1、動(dòng)穩(wěn)定問(wèn)題是制約電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的最主要問(wèn)題。

全國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)的形成，使系統(tǒng)運(yùn)行增加了負(fù)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(jì)，國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)500千伏線(xiàn)路中四分之一的線(xiàn)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(qiáng)”。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(jī)組強(qiáng)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(fù)阻尼振蕩模式（0～3Hz定義為低頻振蕩，0.17HZ也有專(zhuān)家稱(chēng)之為超低頻振蕩），進(jìn)一步惡化了電網(wǎng)的動(dòng)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(yùn)行，并充分發(fā)揮大區(qū)域聯(lián)絡(luò)線(xiàn)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(tái)機(jī)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(tái)機(jī)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(jì)算分析表明，在增設(shè)PSS裝置后，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性得到明顯改善。電網(wǎng)中多臺(tái)機(jī)組加裝PSS后，最主要的問(wèn)題是多臺(tái)機(jī)組PSS的參數(shù)協(xié)調(diào)問(wèn)題。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征當(dāng)加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的同時(shí)增加該送電斷面的輸送潮流時(shí)，系統(tǒng)的阻尼將隨聯(lián)絡(luò)線(xiàn)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(wèn)題之一。國(guó)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(méi)有實(shí)際的工程應(yīng)用。低頻振蕩發(fā)生時(shí)的在線(xiàn)分析和控制決策系統(tǒng)也是研究的重要方向，也還未達(dá)到實(shí)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(duì)電網(wǎng)整體穩(wěn)定水平有很大影響。

當(dāng)區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線(xiàn)檢修停運(yùn)時(shí)，互聯(lián)電網(wǎng)形式就會(huì)發(fā)生變化，對(duì)其它聯(lián)絡(luò)線(xiàn)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(dòng)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(shí)控制斷面潮流和重要變電站母線(xiàn)的電壓，才能夠保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，對(duì)互聯(lián)電網(wǎng)，不僅需要AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）還需要AVC（自動(dòng)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(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度帶來(lái)很大的影響。風(fēng)電場(chǎng)輸出功率具有波動(dòng)性和不確定性，尤其是很多地區(qū)風(fēng)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(huì)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(xiàn)功率控制技術(shù)、無(wú)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(guó)內(nèi)外關(guān)注的重要問(wèn)題隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)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(jī)組大容量、網(wǎng)絡(luò)超（特）高壓、輸電長(zhǎng)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(fù)荷等方面。增加了發(fā)生連鎖故障的危險(xiǎn)性。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征（三）應(yīng)進(jìn)行的主要工作進(jìn)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(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、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(biāo)，就可以稱(chēng)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(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）對(duì)智能電網(wǎng)的定義是用自愈、安全、集成、協(xié)同、預(yù)測(cè)、優(yōu)化、交互來(lái)描述。自愈電網(wǎng)是美國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)。歐盟委員會(huì)對(duì)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(jí)自動(dòng)化和分布式智能、負(fù)荷和電源的本地交互、以客戶(hù)為中心。分布式電網(wǎng)則是歐盟電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)

中國(guó)提出了建設(shè)具有中國(guó)特色的智能電網(wǎng)，其內(nèi)涵為：堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、靈活互動(dòng)、友好開(kāi)放。第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征盡管各國(guó)根據(jù)自身的國(guó)情對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)有著不同的重點(diǎn)和目標(biāo)，但是智能電網(wǎng)建設(shè)的驅(qū)動(dòng)都是基于市場(chǎng)、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(dòng)、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(jiān)強(qiáng)和二次系統(tǒng)的聰慧共同實(shí)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(xiàn)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(jī)理；分析電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器對(duì)互聯(lián)電網(wǎng)低頻振蕩的影響，研究在線(xiàn)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(cè)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(shí)在時(shí)間和空間的2維坐標(biāo)下實(shí)時(shí)研究和觀察動(dòng)態(tài)行為的條件，如何充分利用PMU數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特性,快速、有效地對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和控制，提高大電網(wǎng)動(dòng)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(fēng)電場(chǎng)輸出功率具有間歇性和不確定性，大量風(fēng)電接入電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度帶來(lái)較大的影響。尤其是很多地區(qū)風(fēng)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(huì)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(xiàn)功率控制技術(shù)、無(wú)功電壓控制技術(shù)、發(fā)電預(yù)測(cè)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(guò)預(yù)測(cè)信息，可以提前感知外部災(zāi)害信息，針對(duì)有可能發(fā)生的電網(wǎng)故障提前做出預(yù)案，增強(qiáng)智能電網(wǎng)抗擊外部災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)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(xiàn)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(chǎng)站同時(shí)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(cè)及自愈技術(shù)包括電網(wǎng)運(yùn)行可靠性在線(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)價(jià)指標(biāo)和基于風(fēng)險(xiǎn)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(kāi)展非線(xiàn)性控制技術(shù)研究

可控串補(bǔ)、可控電抗、靜止無(wú)功補(bǔ)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(diǎn)加裝必要的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高這些關(guān)鍵點(diǎn)的電壓支撐，改善電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性；在重要聯(lián)絡(luò)線(xiàn)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(shí)現(xiàn)即限制短路電流又不增加線(xiàn)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(jī)對(duì)無(wú)窮大系統(tǒng)公式，對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)，必須對(duì)多關(guān)鍵點(diǎn)電壓進(jìn)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(xiàn)實(shí)現(xiàn)柔性控制（FACTS）也是改善聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的動(dòng)態(tài)特性，抑制低頻振蕩，提高穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)化技術(shù)，提高電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化水平“十二五”期間，國(guó)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(shí)，我國(guó)電網(wǎng)將成為世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、技術(shù)水平最先進(jìn)、運(yùn)行特性最復(fù)雜的電網(wǎng)。電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，電網(wǎng)運(yùn)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(qiáng)，新能源大規(guī)模接入的隨機(jī)性和波動(dòng)性，使電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制難度加大，必須提高電網(wǎng)的在線(xiàn)控制能力。因此，需要研究電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的暫態(tài)、動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，提高電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)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(yùn)行電壓基本恒定的三相交流系統(tǒng)組成。發(fā)電機(jī)和輸電設(shè)施采用三相裝置；工業(yè)負(fù)荷總是三相；單相家用和商用負(fù)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(jī)發(fā)電。

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

需經(jīng)由運(yùn)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(shí)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