現(xiàn)代電網(wǎng)運行技術(shù)第一章基本特征

現(xiàn)代電網(wǎng)運行技術(shù)第一章基本特征第1頁/共65頁現(xiàn)代電網(wǎng)運行技術(shù)

參考文獻：

大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)（中國電力出版社）

電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制（中國電力出版社）

現(xiàn)代電網(wǎng)自動控制系統(tǒng)及其應(yīng)用（中國電力出版社）第2頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征一、什么是電力系統(tǒng)二、什么是現(xiàn)代電力系統(tǒng)三、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的優(yōu)勢和問題四、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)五、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)的設(shè)定六、現(xiàn)代電力系統(tǒng)穩(wěn)定性運行準(zhǔn)則第3頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征一、什么是電力系統(tǒng)

1、概念

電力系統(tǒng)：發(fā)電設(shè)備、輸變電設(shè)備和用電設(shè)備以及二次設(shè)備組成的整體。第4頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第5頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

2、電力系統(tǒng)的發(fā)展

1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律后，在此基礎(chǔ)上很快出現(xiàn)了原始的直流發(fā)電機、低壓直流電的輸電線路（電壓100－400V）.但由于是直流電，且電壓低，輸送功率小，輸電距離短。第6頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

50年后，即1882年，出現(xiàn)了世界第一個電力系統(tǒng)，即用蒸氣機發(fā)出的電能通過1500－2000V的輸電線，將1.5KW的功率輸送到57km外，驅(qū)動水泵。它包含了發(fā)電、輸電、用電設(shè)備。因此可以說形成了一個最簡單的電力系統(tǒng)。第7頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

由于直流電不能改變電壓，使功率遠距離輸送受到限制。到1885年實現(xiàn)了單相交流輸電，并制造了變壓器。1891年又實現(xiàn)了三相交流電，克服了單相交流電在正負脈動變化的不穩(wěn)定的缺點。第8頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

緊接著，汽輪機取代了以蒸汽機為原動機的發(fā)電機組，發(fā)電廠之間出現(xiàn)了并列運行，輸電電壓、輸送距離和輸送功率不斷增加，更大規(guī)模的電力系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。僅數(shù)十年，在一些國家甚至出現(xiàn)了全國或跨國的電力系統(tǒng)。使電力系統(tǒng)進入現(xiàn)代電力系統(tǒng)時代。第9頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

二、什么是現(xiàn)代電力系統(tǒng)

現(xiàn)代電力系統(tǒng)可簡要定義為：大機組、大電網(wǎng)、高電壓、遠距離和大容量輸電組成的電力系統(tǒng)。第10頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

大機組：20萬kW以上的高溫高壓機組。（國家發(fā)展和委員會能源局2006年發(fā)布的一份報告說，中國發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)已具備生產(chǎn)３０萬千瓦及６０萬千瓦發(fā)電機組的能力，并已達到國際先進水平，百萬千瓦級機組也已實現(xiàn)部分國產(chǎn)化）

2006年，我國火電最大單機容量為100萬kW，為浦東外高橋電廠，該廠2臺100萬kW機組2008年底已投產(chǎn)發(fā)電。大電網(wǎng)：形成多省網(wǎng)組成的區(qū)域電網(wǎng)、乃至全國電網(wǎng)。第11頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

高電壓：220KV以上（不包括220KV）電壓等級叫超高壓，以超高壓或特高壓電壓等級形成的網(wǎng)架為主網(wǎng)的電網(wǎng)。我國目前運行的主網(wǎng)電壓最高電壓等級為750KV(西北地區(qū)），1000KV特高壓交流線路示范工程已投入運行（晉東南-南陽-荊門）。遠距離：一般應(yīng)滿足跨省和跨區(qū)域或跨國的遠距離送電。中國最長線路：645kM(特高壓線路）國際上最長線路：1000kM

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大容量：在超高壓電壓等級下，大容量的輸送功率。

隨著電壓等級的升高，輸送容量顯著提高，從自然功率指標(biāo)可以看出：

220kV線路采用單導(dǎo)線自然功率約為130MW；

330KV線路采用雙分裂導(dǎo)線自然功率約為353MW；

500kV線路采用四分裂導(dǎo)線自然功率約為1000MW；

750KV線路采用四分裂導(dǎo)線自然功率約為2160MW。

1000KV線路采用八分裂導(dǎo)線自然功率約為4000MW，輸電范圍能夠達到1000～1500公里。大容量遠距離輸送功率已成為現(xiàn)實。第13頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

運行管理的高度自動化：利用計算機對電力系統(tǒng)進行在線監(jiān)測和控制。高壓直流輸電：隨著晶閘管的發(fā)展，高壓直流（HVDC）輸電對大容量遠距離輸電更具有吸引力。當(dāng)電力系統(tǒng)由于系統(tǒng)穩(wěn)定的考慮而不適合聯(lián)網(wǎng)或系統(tǒng)的額定頻率不相同時，HVDC可以提供非同步聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)交流網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路故障時，能有效地限制相關(guān)交流系統(tǒng)的短路電流。

500kV直流輸電測量用光學(xué)互感器第14頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

現(xiàn)代電網(wǎng)是以特高壓、超高壓電壓等級形成主網(wǎng)架，以國家、區(qū)域、省網(wǎng)分層的電壓等級為結(jié)構(gòu)特點。大容量機組直接接入超高壓主網(wǎng)，使之有利于遠距離輸電，這樣可以最大限度的合理利用能源。我國形成全國聯(lián)網(wǎng)的進程是隨著三峽水電廠的投產(chǎn)加快的。第15頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

2006年我國發(fā)電總裝機達到6.22億千瓦；2007年底，我國發(fā)電裝機規(guī)模已達7.18億千瓦，提高15.4%，位居世界第二。全國風(fēng)電裝機達到606萬千瓦，躍居世界第５位；水電裝機1.48億千瓦，居世界首位。中國電力供應(yīng)結(jié)束了持續(xù)數(shù)年的緊張，供需基本平衡。根據(jù)規(guī)劃，到2010年中國發(fā)電裝機將達到8.4億千瓦。第16頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第17頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第18頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

背靠背直流系統(tǒng)如圖所示，是無直流線路的兩端直流系統(tǒng)，它主要用于兩個非同步運行（不同頻率或頻率相同但非同步）的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)或送電。背靠背直流系統(tǒng)的整流和逆變設(shè)備通常裝設(shè)在一個換流站內(nèi)，也稱為背靠背換流站。

第19頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第20頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第21頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第22頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第23頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第24頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第25頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第26頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第27頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第28頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第29頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第30頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第31頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第32頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征2005年我國實現(xiàn)了全國聯(lián)網(wǎng)。第33頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

我國形成全國聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖：北通道：西北－華北－山東中通道：川渝－華中－華東南通道：云貴電力－華中－華東“南北互送”：東北－華北－華中－南方

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第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第35頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

2006年8月19日，國家電網(wǎng)公司1000千伏的交流特高壓實驗工程正式奠基。這一工程起于山西長治，經(jīng)河南南陽至湖北荊門（晉東南-南陽-荊門），工程總投資約58億元。

2009年1月1000kV晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程竣工投入運行，采用8分裂導(dǎo)線，全長645公里。

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第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

南荊線短路實驗第37頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

長南線短路實驗第38頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

2007年2月10日，國家發(fā)改委正式批復(fù)四川—上?！?00千伏特高壓直流工程換流站設(shè)備采購方案。

2007年5月21日±800千伏特高壓直流工程上海奉賢換流站奠基開工，工程起點四川復(fù)龍換流站，落點上海奉賢換流站，全線途經(jīng)四川、重慶、湖南、湖北、安徽、浙江、江蘇、上海八省市，全長約1900公里，額定輸送功率640萬千瓦，最大輸送功率700萬千瓦。整個示范工程計劃2010年底投入運行。四川—上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程是我國特高壓直流輸電設(shè)備自主化的重要依托工程，也是金沙江流域水電開發(fā)外送的眾多超大容量特高壓直流輸電的領(lǐng)航工程。第39頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

根據(jù)目前的電網(wǎng)規(guī)劃，2020年前后國家電網(wǎng)將基本建成“四橫六縱”的特高壓骨干網(wǎng)架，國家電網(wǎng)跨區(qū)輸送容量將占全國裝機總?cè)萘康?5％以上。第40頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

此外，我國積極推進綠色環(huán)保發(fā)電工程的建設(shè)我國第一個海上風(fēng)力發(fā)電場將建在東海大橋附近海域，預(yù)計總裝機容量10萬千瓦，建成投產(chǎn)后可滿足約20萬戶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)總裝機容量達120萬千瓦的風(fēng)力發(fā)電場，相當(dāng)于一個大型熱電廠。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)計劃在2020年建成100萬千瓦風(fēng)力發(fā)電場，現(xiàn)正在逐漸投入實施。

2007年，全國風(fēng)電裝機達到605萬千瓦，躍居世界第５位，進入“追風(fēng)時代”。第41頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征第42頁/共65頁第一章現(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能光伏電站投入運行，該電站最終容量可滿足25個村落供電。

2008年12月世界上最大的太陽能光伏電站葡萄牙南部地區(qū)投入運行，其總裝機容量達46兆瓦，其發(fā)電能力能滿足3萬多戶葡萄牙家庭的日常用電需求，相當(dāng)于每年可以減少8.94萬噸二氧化碳排放。第43頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

太陽能光伏電站第44頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

形成全國聯(lián)網(wǎng)后，可以使我國的能源更加合理的利用。

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中對電壓水平IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：高電壓等級（HV）110kV138kV220kV

超高壓電壓等級（EHV）330kV345kV500kV750kV

特高壓電壓等級（UHV)±800KV直流和1000kV交流第45頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征三、現(xiàn)代電網(wǎng)的優(yōu)勢和問題（一）現(xiàn)代電網(wǎng)的優(yōu)勢

1、現(xiàn)代電網(wǎng)的各個區(qū)域電網(wǎng)間具有較強的聯(lián)系。

第46頁/共65頁第一章現(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、高效能的機組（火、水、核電機組）。

三峽水電廠單機容量700MW，共26臺，總裝機容量最后可達18.2GW。上海浦東外高橋電廠總裝機容量5400MW，占上?；痣娧b機容量的45%以上。第47頁/共65頁第一章現(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)的裝機容量。第48頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征4、現(xiàn)代電網(wǎng)可以實現(xiàn)自動發(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、互為備用（一般要有20％的備用容量），增強抵御事故能力，提高電網(wǎng)安全水平，提高供電可靠性。第49頁/共65頁第一章現(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荷，有利于改善電能的質(zhì)量。第50頁/共65頁第一章現(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)進行水火電廠聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度。

8、現(xiàn)代電網(wǎng)實現(xiàn)了在線監(jiān)測和遠方控制。

第51頁/共65頁第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征9、現(xiàn)代電網(wǎng)可以采用非線性的控制技術(shù)，

靜止無功補償器?？煽卮a——非線性——暫穩(wěn)固定串補――線性控制——靜穩(wěn)可控電抗第52頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

（二）問題

1、動穩(wěn)定問題是制約電網(wǎng)穩(wěn)定運行的最主要問題。

全國互聯(lián)電網(wǎng)的形成，使系統(tǒng)運行增加了負阻尼或弱阻尼模式。第53頁/共65頁

第一章現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征

據(jù)統(tǒng)計，國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)500千伏線路中四分之一的線路受到各種穩(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”。第54頁/共65頁第一章現(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)了東北和川渝機組強相關(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，又增加了新的負阻尼振蕩模式（0～3Hz定義為低頻振蕩，0.17HZ也有專家稱之為超低頻振蕩），進一步惡化了電網(wǎng)的動態(tài)特性。第55頁/共65頁

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)定運行，并充分發(fā)揮大區(qū)域聯(lián)絡(luò)線及區(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臺機組裝設(shè)了PSS裝置，山東電網(wǎng)接入主