电力系统基本知识及电网调控

电力系统基本知识及电网调控•楚雄供电局电力调度中心•09.08•一、电力系统（powersystem）•由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。•二、电力系统基本概念•电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。•动力系统——在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。•总装机容量——指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。•年发电量——指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。•最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。•额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。•最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。•三、电能质量•1、电能质量(PowerQuality)，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。影响电能质量的因素包括：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。在现代电力系统中，电压暂降和中断已成为最重要的电能质量问题。•2、电能质量的具体指标•（1）．电网频率我国电力系统的标称频率为50Hz，电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。•（2）．电压偏差：各电压等级供电电压偏差不超过额定电压的-3％～+7％。•（3）．三相电压不平衡：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％。•（4）．公用电网谐波：6～220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0％，6～10kV为4.0％，35～66kV为3.0％，110kV为2.0％；用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内。•（5）．波动和闪变：在公共供电点的电压波动允许值：10kV及以下为2.5%，35～110kV为2％，220kV及以上为1.6％。四、负荷特性负荷特性指负荷功率随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律。负荷特性分为电压特性和频率特性，又可进一步分为静态特性和动态特性。静态特性是指电压或者频率变化后进入稳态时候负荷功率与电压或者频率的关系。动态特性是指电压或者频率急剧变化过程中负荷功率与电压或者频率的关系。1、负荷特性的分类(1)负荷功率随负荷点端电压变动而变化的规律，称为负荷的电压特性；(2)负荷功率随电力系统频率改变而变化的规律，称为负荷的频率特性；(3)负荷功率随时间变化的规律，称负荷的时间特性。2、负荷特性模拟方法(1)用恒定阻抗（或恒定功率、恒定电流）模拟负荷。这是最粗略的模拟方法，因而只适合某些近似计算。但因为这种方法比较简单，所以应用较为广泛。(2)用负荷的静态特性模拟负荷。这种方法比用恒定阻抗(或恒定功率、恒定电流)模拟负荷要精确一些。它实质上是恒定阻抗、恒定电流、恒定功率3种简单形态按一定比例的组合。一般在动态稳定和潮流计算中可以采用这种模拟方法。(3)考虑感应电动机机械暂态过程的典型综合负荷动态特性的负荷模型。因为感应电动机（见异步电动机）是电力系统负荷的主要成分,因此在暂态稳定计算中,往往采用这种负荷模型考虑感应电动机在暂态过程中其滑差变化对稳态等值电路阻抗值的影响。(4)考虑感应电动机机电暂态过程的典型综合负荷动态特性的负荷模型。这是比较精确的负荷模型。它既考虑感应电动机的机械暂态过程，又考虑电动机的电磁暂态过程。3、负荷调整•常用的调整电力负荷的方法主要采用降低最大用电负荷，移峰填谷，包括年负荷调整、月负荷调整和日负荷调整，使用节能电器，推广绿色节能光源，高峰时段适当调高空调温度，实行峰谷差别电价等方法，可以有效降低社会用电对电网最大负荷的需求。•年负荷调整：对一些季节性用电的负荷，将其用电安排在电网年负荷曲线的低谷时段，错开冬夏两季的用电高峰时间，减小电网的最大负荷，从而提高电网负荷率。•月负荷的调整：合理安排一个月生产计划，使生产用电负荷均匀。•日负荷的调整：将一班制生产企业的生产用电，放到后夜低谷时段生产，两班制生产企业错开早晚高峰生产，三班制连续生产企业中非连续性设备放在后夜低谷时段用电，推广使用蓄热蓄冷空调等。•调整负荷的意义：降低社会用电对电网最大负荷的需求，减少发电设备投资；减少企业团体的电力消费支出，降低生产成本，提高效益。提高发电企业及电网设备的利用率，降低生产成本电能损耗。在电力供应出现缺口时，有利于形成有序的用电秩序，使有限的电力资源最大限度地满足社会的需要。4、负荷曲线分析：电网日负荷曲线由基荷、腰荷、峰荷三部组成。电网负荷最小负荷以下（A点）部分为基荷，最小负荷与平均负荷之间部分之间部分叫腰荷（A与B之间），平均负荷与最大负荷之间部分叫峰荷。•高峰负荷：又称为尖峰负荷，指在一定时间内发生的最大负荷值，高峰负荷一般依据季节的不同出现每天上午9—11时（早峰，C点）和17—22时（晚峰，D点），因为这段时间是生产用电和生活用电最集中的时间，因此出现电网高峰负荷，此时在日负荷曲线上出现高峰。•低谷负荷：指在一定时间内发生的最小负荷值。低谷负荷一般出现在晚上23时—次日5时（A点），这段时间生产负荷和生活负荷都较低，在日负荷曲线上出现低谷。•平均负荷指在某一段确定的时间段内（如日、月、季、年）负荷的平均值。五、频率相关知识1、电力系统低频运行的危害电力系统低频运行是非常危险的,因为电源与负荷在低频率下重新平衡很不牢固,也就是说稳定性很差,甚至产生频率崩溃,会严重威胁电网的安全运行,并对发电设备和用户造成严重损坏,主要表现为以下几方面:1)引起汽轮机叶片断裂。在运行中,汽轮机叶片由于受不均匀汽流冲击而发生振动。在正常频率运行情况下,汽轮机叶片不发生共振。当低频率运行时,末级叶片可能发生共振或接近于共振,从而使叶片振动应力大大增加,如时间过长,叶片可能损伤甚至断裂。2)使发电机出力降低,频率降低,转速下降,发电机两端的风扇鼓进的风量减小,冷却条件变坏,如果仍维持出力不变,则发电机的温度升高,可能超过绝缘材料的温度允许值,为了使温升不超过允许值,势必要降低发电机出力。3)使发电机机端电压下降。因为频率下降时,会引起机内电势下降而导致电压降低,同时,由于频率降低,使发电机转速降低,同轴励磁电流减小,使发电机的机端电压进一步下降。4)对厂用电安全运行的影响。当低频运行时,所有厂用交流电动机的转速都相应的下降,因而火电厂的给水泵、风机、磨煤机等辅助设备的出力也将下降,从而影响电厂的出力。其中影响最大的是高压给水泵和磨煤机,由于出力的下降,使电网有功电源更加缺乏,致使频率进一步下降,造成恶性循环。5)对用户的危害:频率下降,将使用户的电动机转速下降,出力降低,从而影响用户产品的质量和产量。另外,频率下降,将引起电钟不准,电气测量仪器误差增大,安全自动装置及继电保护误动作等。2、电网频率同有功功率的关系当电网发出的有功功率等于用户有功负荷时，频率保持不变；小于有功负荷时，频率下降；大于有功负荷时，频率上升。因此，改变发电机输出的有功功率可以调整电网频率。•3、调整频率的方法一次调频：是指由发电机组调速系统的频率特性所固有的能力,随频率变化而自动进行频率调整。其特点是频率调整速度快,但调整量随发电机组不同而不同,且调整量有限,值班调度员难以控制。二次调频：是指当电力系统负荷或发电出力发生较大变化时,一次调频不能恢复频率至规定范围时采用的调频方式。二次调频分为手动调频及自动调频:手动调频：在调频厂,由运行人员根据系统频率的变动来调节发电机的出力,使频率保持在规定范围内,手动调频的特点是反映速度慢,在调整幅度较大时,往往不能满足频率质量的要求,同时值班人员操作频繁,劳动强度大。自动调频：这是现代电力系统采用的调频方式,自动调频是通过装在发电厂和调度中心的自动装置随系统频率的变化自动增减发电机的发电出力,保持系统频率在较小的范围内波动,自动调频是电力系统调度自动化的组成部分,它具有完成调频、系统间联络线交换功率控制、和经济调度等综合功能。•4、电网频率异常及事故处理•云南电网独立网运行时，系统频率异常及事故处理的一般原则：•(1).当电网频率降至49.8Hz以下时，主调频电厂和第二调频电厂无须等待调度指令，应立即自行增加出力直至频率恢复到合格范围内或至设备允许过负荷出力。•(2).当电网频率降至49.8Hz以下，经电厂增加出力，且备用水电机组均已并网而频率仍不能回升到合格范围时：•①49.8～49.0Hz：如须限电拉闸，省调值班调度员须在10分钟内将限电负荷数分配给各地调，地调应在接令后10分钟内完成。如遇执行不力，省调越级执行。•②49.0Hz以下：各地调和发电厂、变电站的运行值班人员应立即汇报省调值班调度员，各地调立即执行省调值班调度员指令，按“事故拉闸限电序位表”进行拉闸，使频率恢复至合格范围内。•(3).当电网频率下降到危及发电厂厂用电安全运行时，发电厂可按调度机构认可的保厂用电规定，执行保厂用电措施。•(4).当电网频率超过50.2Hz以上时，各发电厂必须按省调指令相应将出力降低使系统频率恢复到合格范围以内，必要时省调值班调度员应发布停机、停炉指令或采取水电厂短时弃水运行，在20分钟内使频率恢复正常。•(5).为保证电网频率质量，水电厂应做到：•①低频自启动机组正常投入。•②在接到调度机构值班调度员开机指令后备用机组10分钟以内并网运行。•③当调频厂运行机组出力将达到最大或最小技术出力时，及时向调度机构值班调度员汇报。•(6).低频减载动作切除的线路，未得调度机构值班调度员同意不得送电（事先规定的保安电力线和装置误动切除的线路除外）。•六、无功及电压相关知识•1、无功功率•无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。•在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立