电力系统智能化若干问题概述

电力系统智能化若干问题概述一、电力系统构成与功能1、电力系统构成电力系统由发电厂、电力输变网及配电网和用电设备构成（发电、供电、用电）。2、电力系统功能1)电力生产（发电）：实现一次能源向电能的转换。①形式：a、火电发电以煤、油、气等作为燃料，利用燃料在锅炉中燃烧产生热能，通过热交换将热能转换成高温高压蒸汽，由高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组发电，实现电能生产。主要组成：汽轮发电机组燃料供给及燃烧系统给水及水处理系统热工及控制系统厂房等装机容量：200MW300MW400MW600MW1000MW蒸汽压力：亚临界超临界超超临界15-20MPa20-25MPa25-30MPa特征：(1)组成系统复杂庞大，每个组成部分均对电力正常生产发挥重要影响；(2)装机容量大，集中性强，电能生产具跳跃性；(3)组成部分涉及专业面广，运行管理要求高，大机组发电安全生产地位突出（蒸汽压力）；(4)火力发电占有率高（70%以上），总容量大（年6亿千瓦时以上），对电力系统影响巨大。b、水力发电利用大坝上下游水位差所产生的势能，以水头压力冲击水轮发电机组发电而实现电能的生产。主要组成：水轮发电机组大坝及水工建筑物控制系统等。单机容量：300MW400MW700MW（三峡）另小水电特征：装机容量大，集中性强，电能生产具有跳跃性，占有率20%左右。c、核能发电利用重金属元素（铀、钚等）裂变或氢元素（如氘、氚等）聚变所产生的核热能，经蒸汽发生器产生高温高压蒸汽（二次转换）驱动汽轮机发电机组发电。主要组成：可控核反应堆给水及控制系统汽轮发电机组等。核能发电国情：区域性强装机容量大核能发电有关问题：安全性环保要求高d、新能源发电太阳能、风能、生物发电、海洋能、垃圾发电等（相关说明）说明：以上各类发电厂每一发电厂均有专门的变电开关站，以实现按不同电压等级、不同区域方向、不同电能负荷的输出。②电力生产功能要求对发电：转换效率高、生产电能平稳、易控制、安全环保对电网：调度控制有序，满足区域负荷变化要求，电能平衡，电能分配张弛有度，安全可靠。2）电能的输送与配送实现电能以不同电压等级，向不同区域方向与用电设备的输送连接，负荷分配、切换等功能。①功能要求输电技术要求：损耗小变电（电压升高）适应各种气候、气象条件的变化b、用电设备的要求：①电压等级———变电（分级降压）②功率大小———分配（系统负荷平衡）③关停———切换（负荷分配、变化调整、再分配）c、安全要求：①输电的控制、监测、保护②用电设备的控制、监测、保护3）电能使用实现电能向机械能、光能、热能等能量的转换。要求：节能、电信号变化的敏感性、安全可靠性、控制保护3、电力系统构成框架图1）交流输电附图2）直流输电附图发电厂升压变压器开关站Ⅰ级降压变压器、开关站Ⅱ级降压变压器、开关站末级降压变压器、开关站用电设备出线线路线路线路线路线路线路线路若干条线路同电压等级发电厂工程输变电工程（送电、变电、配电）若干条可不同电压等级用电设备若干条若干条若干条可不同电压等级..............图一、电力系统（交流输电）框图发电厂升压变压器Ⅰ级降压变压器、开关站Ⅱ级降压变压器、开关站末级降压变压器、开关站用电设备出线线路直流线路交流线路线路线路发电厂工程输变电工程（送电、变电、配电）若干条可不同电压等级用电设备若干条若干条若干条可不同电压等级图二、电力系统（直流输电）框图换流站换流站换流站工程（交流变直流、直流变交流）以上框图仅为单一树状结构，电力系统是由很多单一树状结构并行排列，单一树状结构间通过线路与变电开关站连接实现相互电能调度，区域内发电厂亦通过线路与各级变电开关站连接，向电网供电，形成大电网、大系统。二、电力系统智能化问题的提出与实践自电力工业诞生，就伴随着电力生产，电能传输，电能使用方面的问题。电力工业与国民经济、社会生产力发展水平息息相关，直接服务于社会经济活动的各个领域。我国电力工业在计划经济时代是集电力生产、电能传输和用电营销为一体的高度集中封闭的整体。重生产、轻供销，电力生产能力有限，电力负荷不足。电能的使用按纯粹的计划分配模式，电力调度集中掌握，且调整困难。改革开放后国民经济的持续发展，对电力系统的各方面提出了诸多新的挑战。在解决电力生产能力不足，缩小供需差距问题上，花大力气和投入大量资金新建了一大批发电厂，实现了厂网分开的电力体制改革。电力工业的生产，电能输送和用电体制发生了根本性变化。近年来，国民经济的快速发展对电力系统提出了更高的要求。对解决电力生产，电能输送和用电各个环节中出现的多方面技术问题、管理模式和处理多方利益关系等提出了智能化要求：前几年————数字化变电站（开关站）设想以变电开关站为纽带（切入点），实现电能输送过程中电能分配调度由状态量向数字化的转变，期望解决电能输送的量化和科学调度。状态量：有无形态抽象的量数字化：多少具体化近年————智能化电网设想以电网系统各参量的数字化（包含状态参量）检测和信息处理、数据判别为基础，实现电能调度、参量调整等科学决策的自动化、智能化。目前————尚无权威的定义发展————电力系统智能化将电力系统的各个构成环节全部纳入智能化。发电输电用电三、我国电力系统的构建格局1发电厂-----按地域规划、星罗棋布。火电厂：以北方尤其西北为主。水电厂：以南方尤其西南为主。核电厂：沿海和经济发达地区的经济相对薄弱地区。风能发电：北方尤其西北为主，沿海为辅。2电网两大电网公司：国网、南网。国网：以行政地域划分为五大区，东北、西北、华北、华东、华中。五大区内以省公司划分（二级法人）省网公司以省属地市划分（非法人）地市公司以下不再划分（县公司）国网规划：东北电网独立规划建设（输电线路最高电压等级500kV为主）其余四大区间电能输送以特高压为骨干建立环网（1000kV）西北→华中→华东西北→华北→华东西北→华东五大区域内以省公司划分，省网公司之间电能输送以500kV为主。省网公司区域内以地市公司划分，地市公司之间电能输送以220kV为主。地市公司区域内电能输送以220kV及以下为主。南网：以行政地域划分五个省网公司:广东、广西、云南、贵州、海南。省公司间500kV，省内220kV，视区域内电负荷专供（电力直供试点）国网与南网间电能调配输送以特高压直流为主：±800kV3用电星罗棋布。四、电力系统智能化研究内容、方法、关键点核心：高效、经济、安全、可靠。模块划分：发电、供电、用电。原则：以系统工程理论，理解和处理电力系统智能化问题，从全局出发（总要求）→局部（模块要求）→技术方法研究→充分考虑电力系统的特征、综合全面处理技术问题。1智能电网电网主要组成：变电开关站（所）电力线路电力线路是电力系统的纽带，在实现电能输送的同时，承载着电力系统各类信息（信号）数据，而各类信息（信号）值、状态变化、量的变化集中的体现了电力系统的运行状态。变电站（所）是电力系统的各类信息（信号）的交汇点，调整控制决策的执行地，对电能的传输起承上启下的作用。掌握电力系统各类信息（信号）值、状态变化、量的变化是电力系统智能化的基础，适时科学决策调整控制（操作改变）信息是智能化电力系统的核心目的。简单、方便、经济合理自动化的信息调整控制（操作）是智能化电力系统的手段方法。体现出“高效、经济、安全、可靠”核心原则贯穿于上述过程。1）智能化电网研究课题a、电力线路各类信息（信号）状态，量的控制、传输、判断、分析处理技术。①信号检测网：识别区分不同信息（信号）状态、信号量及其变化、变化量。包括：系统传输的电流、电压、负荷、故障等的（量及变化）工频电场、磁场（量及变化）通讯干扰信息、相邻线路影响线路故障：线间、相间电气安全距离，导线风振、舞动、风偏，导线蠕动，导线断线、导线覆冰，导线张力、应力、弧垂障碍（安全距离），雷击、雷电保护、鸟害等。杆塔故障：倒塔、倾斜、地基沉降、地基毁损、铁塔连结毁损、导线与铁塔间电气安全距离、防雷接地（电阻率、连接破坏）鸟害等。金具故障：连接金具、保护金具、接续金具故障、机械强度与疲劳损坏、腐蚀、绝缘子串可靠性（强度、污秽、腐蚀、污闪、闪络）等。难重点：电力线路点多线长，气象、环境、地形、地质条件变化大，设计和施工规范复杂，涉及专业知识面广，信息量大，寻求高效、经济、可靠的检测网难度大。要求：检测新技术新设备（仪器）科学布置检测点、数量（具体化、针对性），以体现智能化。②传输网络：电力线路点多线长，各线路电压等级差异有别，信号状态值、信号量及信号变化不统一，要求分级处理。信号传输：信号干扰、信号衰减、信号分级、信号集中点及传输方向（变电开关站）。要求：信号传输新技术（抗干扰、抗衰减、保真、分级分类）新设备仪器（智能化）科学布局（处理量、汇集点（方向）等）③信号判别分析与处理（决策）信号汇集、分类（按影响范围和形式、确定性质）、数据分析、数据判别、试验（包括状态和信号量及量的变化影响、确定阀值）、分类处理（决策、调整、控制、操作自动化）、事后评价分析总结。电网智能化一切围绕“高效、经济、安全、可靠”为核心。高效实用技术，经济合理方案，安全可靠的调控手段，统筹协调发电和用电的需求和利益。2电力生产智能化（发电厂生产系统智能化也有较多内容，在此不作讲课内容。）①电网智能化与电力生产的关系发电厂生产的电能量适时满足电网负荷量和负荷变化的需要是电力生产与电网协调平衡的实质内容。电网与电厂间的信息传输交流是厂网间联系纽带。电厂电能的生产调度、调配是厂网间协调平衡的目的。经济合理的调配方案和规划是厂网间利益平衡的手段。发电厂单台机组200MW……1000MW的停机开机费用巨大。能源结构：火电、水电、核电等关停机开机技术条件和政策性调控不统一，而电网的负荷需求变化较大（用电设备）。电网对电厂电能的生产（量）起决定性指导作用，而用电设备的电能（负荷）需求量和变化对电网规划和电能调度发挥关键性影响。矛盾——关键在协调平衡。电力系统负荷量及变化是关键。电力系统负荷：用电负荷是指接入电力系统的所有用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率总和。线路损失负荷是指电能在从发电厂到用户的输送过程中所发生的电功率损失。供电负荷是发电厂对电网供电时所承担的全部负荷。厂用电负荷是指发电厂在发电过程中自身用电设备所消耗的电功率。发电负荷是发电厂对电网供电负荷和自身用电负荷的总负荷。用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷即为供电负荷。供电负荷加上同一时刻的厂用电负荷即为发电负荷。由于用电设备取用电具有随机性，使得电力系统负荷是随时间变化的，负荷随时间变化的规律即为电力负荷曲线。电力负荷曲线是以变电开关站（所）所供电区域为基本单元逐级传递的。各级变电开关站（所）必须保持所供电区域电力负荷基本平衡。电力负荷平衡是电网经济性和安全性的保证。电力负荷曲线是区域电力规划、电力生产（取供电）、电能分配的依据。区域用电负荷中用电大户、重要用户、特殊用户等是供电公司用电管理的核心。②电力生产智能化（不含生产系统）a、电网与电厂间的信息（信号）数据传输。同电网统一b、经济合理的大系统电网电力生产计划协调电力系统规划合理，特高压远距离输送电相关问题区域内不同电力生产厂的布局问题区域电网负荷量及变化影响区域电网负荷中长期预测大容量电能转换储存技术（抽水蓄能、光热蓄能、飞轮电池等）用电负荷峰谷合理调配和市场经济技术调控（用电市场开发、工厂错时生产、大容量电能储存技术等）不同发电方式条件下电能的使用经济性、稳定性、安全性等3用电设备用电设备的负荷需求和变化对电网规划和电能的调配发挥着关键作用。区域电网内所有用电设备的总功率和发展变化是电网规划和调配的导向指南，电网智能化重在掌握变化。①用电设备的分级分类分级：功率大小、停开机影响评价（双向）与应对（常规、事故）分类：间歇使用、间歇时间长短、局域影响评价（常规、事故）②用电设备智能化改进节能、环保、高效、高性能五、电力系统智能化研究应关注的要点1电能传输或故障以光速迅速波及全系