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NorthChinaElectricPowerUniversity电气与电子工程学院电网调度自动化第一章现代电力系统的基本特征根据目前的电网规划，2020年前后国家电网将基本建成特高压骨干网架，国家电网跨区输送容量将占全国装机总容量的25％以上。第一章现代电力系统的基本特征“十二五”规划中的电网第一章现代电力系统的基本特征此外，我国积极推进绿色环保发电工程的建设我国第一个海上风力发电场建在东海大桥附近海域，装机容量10万千瓦，建成投产后可满足约20万户普通家庭一年的用电量。根据我国可再生能源发展规划，计划在内蒙古、甘肃、新疆、河北和江苏等风能资源丰富地区建成8个千万千瓦级风电基地。“建设大基地，融入大电网”已经成为我国风电开发的主要模式。第一章现代电力系统的基本特征2007年，全国风电装机达到605万千瓦，跃居世界第５位，进入“追风时代”。2009年风电装机容量达到1200万千瓦；2012年，并网风电容量6083万千瓦，已超过美国成为全球风电装机规模第一大国。第一章现代电力系统的基本特征以甘肃酒泉千万千瓦风电基地的建设和750千伏送出工程投运为标志我国风电发展已步入大基地、集中高压接入、远距离输送的新阶段；除此之外，2010年新投产秸秆发电22.6万千瓦，垃圾发电12.5万千瓦，余温余压等循环利用发电10.9万千瓦。第一章现代电力系统的基本特征敦煌750哈密750干东风场干北风场干西风场桥东风场桥西风场酒泉750玉门330瓜州330嘉峪关330昌西风场酒钢330大唐风场阳关昌马风场黑崖子风场玉新风场三十里井风场张掖330河西750山丹330酒泉热电张掖电厂黑河330凉州330双湾330金昌电厂古浪330武胜750大梁风场向阳风场安西风场桥湾风803厂金昌变330酒热电厂酒钢电厂龙首电厂三总110一总110四总110酒新电厂洁源风场红柳东大滩阿克塞党金山风天润柳园国投北大桥新北郊玉门市玉门东玉门镜山水电冰沟北区玉门镇北工业园敦煌安西变黄土湾水月亮湾水第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征2007年中德合作在海拔3500米的甘肃甘南建成首座太阳能光伏电站投入运行，该电站最终容量可满足25个村落供电。2008年12月世界上最大的太阳能光伏电站葡萄牙南部地区投入运行，其总装机容量达46兆瓦，其发电能力能满足3万多户葡萄牙家庭的日常用电需求，相当于每年可以减少8.94万吨二氧化碳排放。第一章现代电力系统的基本特征2011年12月28日我国最大光伏电站宁夏红寺堡太阳能电站50MW全面投产并网发电第一章现代电力系统的基本特征太阳能光伏电站第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征对于大规模电网，各层级电压与国际规定相一致。国际IEEE标准规定：高电压等级（HV）110kV138kV220kV超高压电压等级（EHV）330kV345kV500kV750kV特高压电压等级（UHV)±800KV直流和1000kV交流第一章现代电力系统的基本特征三、现代电网的优势和问题（一）现代电网的优势1、现代电网的各个区域电网间具有较强的联系。第一章现代电力系统的基本特征2、现代电网可以安装大容量、高效能的机组（火、水、核电机组）。三峡水电厂单机容量700MW，共26台，总装机容量最后可达18.2GW。上海浦东外高桥电厂总装机容量5400MW，占上海火电装机容量的45%以上。第一章现代电力系统的基本特征3、现代电网可以节省全网的装机容量。第一章现代电力系统的基本特征如南方电网：由云南、广东、广西和贵州等省组成。系统直距1000公里以上，时差约42.5分钟，联网运行后，,实行错峰运行，节省了装机容量，使更多的云南水电得以送出。如西北电网：新疆与陕西相距尽2000公里，时差1小时左右，联网后，,实行错峰运行，提高了调峰容量的冗余度。第一章现代电力系统的基本特征4、现代电网可以实现自动发电控制（AGC）AutomaticGenerationControl。5、现代电网可以在各地区之间互供电力、互通有无、互为备用（一般要有20％的备用容量），增强抵御事故能力，提高电网安全水平，提高供电可靠性。第一章现代电力系统的基本特征6、现代电网能承受较大的冲击负荷，有利于改善电能的质量。第一章现代电力系统的基本特征7、现代电网可以更大范围内进行水火电厂联合经济调度。8、现代电网可以接纳大规模风、光电等新能源。2012年并网风电容量6083万千瓦，新增1285万千瓦，并网太阳能容量328万千瓦，新增119万千瓦。9、现代电网实现了在线监测和远方控制。第一章现代电力系统的基本特征10、现代电网可以采用非线性的控制技术静止无功补偿器。可控串补——非线性——暂稳固定串补――线性控制——静稳可控电抗统一潮流控制器故障电流限制器第一章现代电力系统的基本特征（二）问题1、动稳定问题是制约电网稳定运行的最主要问题。全国互联电网的形成，使系统运行增加了负阻尼或弱阻尼模式。第一章现代电力系统的基本特征据统计，国家电网公司系统500千伏线路中四分之一的线路受到各种稳定形态限制，成为输送“瓶颈”，一定程度上造成了“送不出、落不下、交换能力不强”。第一章现代电力系统的基本特征2004年，东北、华北、华中和川渝联网后，出现了东北和川渝机组强相关的频率在0.17HZ左右的主要振荡模式。在山东电网接入系统后，又增加了新的负阻尼振荡模式（0～3Hz定义为低频振荡，0.17HZ也有专家称之为超低频振荡），进一步恶化了电网的动态特性。第一章现代电力系统的基本特征为了维持互联系统的稳定运行，并充分发挥大区域联络线及区域内部重要输电断面的输送容量，在东北、华北、华中、川渝电网内部109台机组装设了PSS装置，山东电网接入主网后，在山东电网内部67台机组装设了PSS装置。主要用于抑制由于区域电网接入新产生的低频振荡。第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征仿真计算分析表明，在增设PSS装置后，系统动态特性得到明显改善。电网中多台机组加装PSS后，最主要的问题是多台机组PSS的参数协调问题。第一章现代电力系统的基本特征当加强联络线的同时增加该送电断面的输送潮流时，系统的阻尼将随联络线输送潮流的增加而逐渐降低。第一章现代电力系统的基本特征弱阻尼低频振荡目前已经成为限制大型互联电网输电能力的主要问题之一。国外目前在研究利用PMU/WAMS信息的电力系统广域阻尼控制器，但还没有实际的工程应用。低频振荡发生时的在线分析和控制决策系统也是研究的重要方向，也还未达到实用化的水平。第一章现代电力系统的基本特征2、不同的联网形式对电网整体稳定水平有很大影响。当区域间联络线检修停运时，互联电网形式就会发生变化，对其它联络线稳定水平影响很大，从而在很大程度上影响电网整体稳定水平。第一章现代电力系统的基本特征3、系统的动稳定水平和各枢纽变电站的电压水平密切相关。只有同时控制断面潮流和重要变电站母线的电压，才能够保障系统的安全运行。因此，对互联电网，不仅需要AGC（自动发电控制）还需要AVC（自动电压控制）的控制。第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征4、大型新能源接入电网，对电网的运行调度带来很大的影响。风电场输出功率具有波动性和不确定性，尤其是很多地区风电具有反调峰特性，光伏发电输出功率随日照情况也会有一定的变化。因此，需要适应新能源特性的电网联络线功率控制技术、无功电压控制技术。第一章现代电力系统的基本特征如图为酒泉风电基地风电场日平均出力曲线，由图可以看出风电出力波动范围很大，最小值接近0，最大值接近满出力。第一章现代电力系统的基本特征风电具有很强的不确定性，会出现连续数日风电大出力和连续数日风电小出力的情况第一章现代电力系统的基本特征风电具有反调峰特性第一章现代电力系统的基本特征光伏发电输出功率随日照情况发生变化第一章现代电力系统的基本特征5、大电网的安全已成为国内外关注的重要问题随着互联电网规模的不断扩大，我国电网已成为世界上最大人造复杂电网。其复杂性体现在自身的结构、机组大容量、网络超（特）高压、输电长距离及交直流混合、大区电网互联、灵活交流输电系统FACTS装置的应用及新型负荷等方面。增加了发生连锁故障的危险性。第一章现代电力系统的基本特征继2003年“8.14”大停电之后国际上又发生过多起大停电事故。2012年7月30日和31日，印度发生了世界范围内影响人口最多的大规模停电事故，两次事故均起源于北部和西部电网400kV联络线跳闸，随后发生连锁故障导致电网崩溃，大停电事故对北部、东部、东北部造成了严重的影响。第一章现代电力系统的基本特征6、新能源大规模接入后的复杂电网的建模成为当前电力系统分析需要亟待解决的重要问题1）各种类型风电机组的静、动态建模2）大规模风电集群静、动态聚合建模3）储能设备的建模第一章现代电力系统的基本特征7、大规模电网的数据采集、处理、分析和存储问题1）各种发电、变电、用电等设备的统一建模2）各地区、省、区域电网运行数据的集中采集、处理、分析和存储；3）数据的分层下送和上传交互4）电网事故状态下的分析和处理第一章现代电力系统的基本特征（三）应进行的主要工作1、大电网低频振荡抑制及在线智能控制技术研究大型互联电网低频振荡的典型特征及其发生机理；分析电网结构、运行方式、励磁系统、调速器对互联电网低频振荡的影响，研究在线智能控制技术。第一章现代电力系统的基本特征2、基于轨迹研究电力系统的功角稳定相量测量单元（PMU）技术的应用为基于轨迹研究电力系统稳定性提供了技术支持。PMU为电力系统提供了同时在时间和空间的2维坐标下实时研究和观察动态行为的条件，如何充分利用PMU数据的动态特性,快速、有效地对电力系统稳定性进行实时预测和控制，提高大电网动态稳定水平，是电力系统面临的重要课题。第一章现代电力系统的基本特征第一章现代电力系统的基本特征3、研究大规模接入和分布式新能源接入控制技术风电场输出功率具有波动性和不确定性，大量风电接入电网对电网的运行调度带来较大的影响。尤其是很多地区风电具有反调峰特性；光伏发电输出功率随日照情况也会有一定的变化。需要抓紧研究可再生能源数据采集和监控技术、适应新能源特性的联络线功率控制技术、无功电压控制技术、发电预测模型和方法。第一章现代电力系统的基本特征2012年国家科技部所列重大科技项目其中一个方向就是：大规模集中接入间歇式能源并网技术。在该方向中列了4个课题：课题一：风电场、光伏电站集群控制系统研究与开发课题二：间歇式能源发电多时空尺度调度系统研究与开发课题三：大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发课题三：间歇式电源并网规划与随机全过程分析技术研究与开发第一章现代电力系统的基本特征国家电网公司对“新能源发电及源网协调研究领域”也列了重大专项，包括：大规模风电并网调度运行支撑关键技术研究与应用新能源发电接纳能力评估分析平台研发与示范应用分布式新能源发电系统并网及调度运行关键技术研究与工程示范源-网-荷互动环境下电网稳定分析方法研究第一章现代电力系统的基本特征4、极端外部灾害下的调度防御技术研究研究外部灾害信息的接入、建模、可视化展现、分析、仿真、预警和协调防御方法。通过预测信息，可以提前感知外部灾害信息，针对有可能发生的电网故障提前做出预案，增强智能电网抗击外部灾害风险的能力。第一章现代电力系统的基本特征国家电网公司列重大专项：第一章现代电力系统的基本特征5、大电网预警与安全防御研究包括：大电网含新能源并网方式下的有功、无功电压智能预警控制技术基于WAMS的低频振荡预警和阻尼控制技术在线智能辅助决策及预防控制技术，输电网的多重故障及不同厂站同时故障、相继故障安全防御控制技术。第一章现代电力系统的基本特征6、大电网连锁故障预测及自愈技术包括：针对电网具有自组织临界性的特点，研究大规模新能源发电集中接入的复杂