案例1：電力系統(tǒng)控制及其自動(dòng)化概論

案例L電力系統(tǒng)控制及其自動(dòng)化概論

一、案例正文

現(xiàn)代電力系統(tǒng)已被公認(rèn)為是一種最典型的具有多輸入、多輸出的

超級大系統(tǒng)。要想駕馭這樣一種超級大系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、

經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多目標(biāo)的綜合優(yōu)化運(yùn)行控制，其運(yùn)行控制的復(fù)雜性及其

實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化的困難程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們想象。

1.1現(xiàn)代電力系統(tǒng)及其運(yùn)行控制的復(fù)雜性

1.1.1現(xiàn)代電力系統(tǒng)的構(gòu)成

20世紀(jì)中葉以來出現(xiàn)的巨型電力系統(tǒng)，是有史以來規(guī)模最大、層

次最復(fù)雜、資金和技術(shù)最密集的復(fù)合工業(yè)系統(tǒng)。這種現(xiàn)代巨型電力系

統(tǒng)，可以看成是由三個(gè)基本系統(tǒng)組成的。

物流系統(tǒng)，即指動(dòng)態(tài)的電力系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)能量變換、傳輸、分配

和使用的一次系統(tǒng)（電能的發(fā)、輸、變、配、用）。對于物流系統(tǒng)，我

們側(cè)重研究能量轉(zhuǎn)化和變換、電能傳輸和分配，以及電力系統(tǒng)可靠、

穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)律。

信息流系統(tǒng)即指電力信息系統(tǒng)，由監(jiān)視、測量、保護(hù)、控制、電

網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化等組成的能量管理系統(tǒng)，其作用是保障電力系統(tǒng)可靠、

穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對信息流系統(tǒng)，主要研究如何獲得物流系統(tǒng)

各種狀態(tài)的特征信息，研究這些信息的傳輸、處理和應(yīng)用。這個(gè)系統(tǒng)

主要由傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和各種復(fù)雜的程序構(gòu)成，是電力系

統(tǒng)自動(dòng)化的核心。

貨幣流系統(tǒng)，即電力交易系統(tǒng)。對貨幣流系統(tǒng)，主要研究電能這

種特殊商品如何通過市場進(jìn)行交易，電能如何定價(jià)，在市場運(yùn)營下如

何保障電力系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1現(xiàn)代電力系統(tǒng)不意圖

1.1.2現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)的特點(diǎn)是由電能的特點(diǎn)決定的。電能的生產(chǎn)、傳輸和使

用具有鮮明的系統(tǒng)性電能以光速傳播，迄今為止人類還未能實(shí)現(xiàn)大容

量的電能存儲(chǔ)，因此電能的生產(chǎn)與消費(fèi)幾乎是在同一瞬間完成的、發(fā)

電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)環(huán)相扣，組成了密不可分的整體，

始終處于連續(xù)工作和動(dòng)態(tài)平衡之中。電能供應(yīng)系統(tǒng)和用戶又相互影響、

相互制約。電能供應(yīng)系統(tǒng)要適應(yīng)用戶對電能需求的隨機(jī)變化，向用戶

連續(xù)不斷地提供質(zhì)量合格、價(jià)格便宜的電能。用戶（負(fù)荷）的特性和

隨機(jī)變化又反過來影響和沖擊著電能供應(yīng)系統(tǒng)。在各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層

次都要有先進(jìn)的信息與控制系統(tǒng)，對電能的生產(chǎn)、傳輸、使用的全過

程進(jìn)行檢測、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和協(xié)調(diào)調(diào)度，以保證電力系統(tǒng)的正常

運(yùn)行，使用戶獲得安全、優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)的電能。

1.1.3現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展方向

現(xiàn)代電力系統(tǒng)正向兩個(gè)不同的方向發(fā)展，一個(gè)方向是電網(wǎng)互聯(lián),

這將導(dǎo)致電網(wǎng)規(guī)模越來越大；另一個(gè)方向則是向電網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電及

微型電網(wǎng)發(fā)展。

（1）、互聯(lián)大電網(wǎng)的優(yōu)越性及其引出的新問題

現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向是鄰近電網(wǎng)的互聯(lián)。從運(yùn)行安全和

經(jīng)濟(jì)性看，電網(wǎng)互聯(lián)帶來了巨大的效益。以大電廠、大機(jī)組、高參數(shù)、

大電網(wǎng)、高電壓、遠(yuǎn)距離及高度自動(dòng)化為特征的大電力系統(tǒng)，具有許

多突出的優(yōu)點(diǎn)。

互聯(lián)大電網(wǎng)的優(yōu)越性：

1）有利于在更大范圍內(nèi)優(yōu)化資源配置和一次能源利用。例如在

一次能源集中地區(qū)建電廠，通過超高壓、大電網(wǎng)、長距離輸電到負(fù)荷

中心；變輸煤為輸電，有利于低質(zhì)煤的利用和我國西南地區(qū)優(yōu)質(zhì)水能

資源的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)水、火電資源優(yōu)勢互補(bǔ)，也更有利于環(huán)保。

2）大電網(wǎng)可以安裝高效能的大機(jī)組，有利于降低造價(jià)、節(jié)約能

源、降低系統(tǒng)發(fā)電成本。

3）大電網(wǎng)能承受如軋鋼機(jī)等較大的汨擊負(fù)荷，從而可以改善電

能質(zhì)量，提高供電可靠性。各地區(qū)各類電源互為備用，事故情況下可

相互支援，增強(qiáng)了耳網(wǎng)抵抗事故的能力，也減少了事故備用容量，提

高了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

4）利用不同地區(qū)的時(shí)差，錯(cuò)開高峰負(fù)荷，減少了系統(tǒng)備用機(jī)組

容量。

5）利用水、火、核電之間的互補(bǔ)調(diào)節(jié)，有效利用天然資源，并在

供電，只有保住了主要地區(qū)，才能使整個(gè)電網(wǎng)恢復(fù)更加容易。同樣，

短路電流問題，也不僅是某處要采用大容量斷路器，或采用某種限流

措施的個(gè)別問題，而是要考慮各層電網(wǎng)之間短路電流水平的配合，從

電網(wǎng)整體上來安排。至于無功補(bǔ)償、電壓調(diào)節(jié)和運(yùn)行過電壓問題，則

更需從電網(wǎng)的整體來觀察和研究。

現(xiàn)代大電網(wǎng)涉及的系統(tǒng)性技術(shù)問題，還包括采用標(biāo)準(zhǔn)電廠、標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)組、標(biāo)準(zhǔn)線號、標(biāo)準(zhǔn)變電容量、標(biāo)準(zhǔn)變目站接線方式，以及各種動(dòng)

力資源特別是各種新能源的開發(fā)與整合、各級電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配合等。這

些都要將電網(wǎng)看作一個(gè)整體來觀察、研究和安排，需要?jiǎng)?chuàng)立現(xiàn)代電網(wǎng)

發(fā)展的新理論。電力系統(tǒng)越來越大是電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，我國

正在實(shí)行全國聯(lián)網(wǎng)和西電東送的戰(zhàn)略，這是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需要。

隨著現(xiàn)代電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，一些關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定的問題

必須更加引起關(guān)注：

1）受經(jīng)濟(jì)和環(huán)境條件的制約，建成了一大批遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的坑

口電站及水電站，出現(xiàn)了長距離重負(fù)荷的輸電網(wǎng)絡(luò)，大大增加了維持

系統(tǒng)正常運(yùn)行電壓的難度；系統(tǒng)元件的故障或檢修，在弱聯(lián)系的電網(wǎng)

中往往會(huì)發(fā)生系統(tǒng)輸送功率的大面積轉(zhuǎn)移，造成潮流的極不合理分布,

并導(dǎo)致受端系統(tǒng)功率的更大缺額，結(jié)果使網(wǎng)架很弱而輸送功率又很大

的超高壓系統(tǒng)，不僅容易發(fā)生靜態(tài)角度不穩(wěn)定，而且更容易發(fā)生電壓

不穩(wěn)定事故。

2）發(fā)電機(jī)單機(jī)容量越來越大，功率因數(shù)越來越高，發(fā)電機(jī)標(biāo)電

抗增大，慣性時(shí)間常數(shù)減小，無功出力的相對降低，這些都對系統(tǒng)穩(wěn)

定造成不利的影響。

3)超高壓直流輸電并網(wǎng)運(yùn)行的容量，在整個(gè)系統(tǒng)中所占的比例

越來越大，而交流系統(tǒng)則變得相對較弱，這對直流系統(tǒng)的控制器構(gòu)成

了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。與超高壓直流輸電相連的弱交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題,

是一個(gè)必須引起格外關(guān)注的重要問題。

(2)、分布式發(fā)電和微型電網(wǎng)的新發(fā)展

分布式發(fā)電(DestributedPowerGeneration)是指率為數(shù)千瓦至

50MW小型的與環(huán)境友好的獨(dú)立電源。微型電網(wǎng)(Micro-Grids)是一

些電氣上孤立的發(fā)電機(jī)組形成的獨(dú)立電網(wǎng)

它們有些與主電網(wǎng)相連，而許多是不與主電網(wǎng)相連的。分布式發(fā)

電一般采用光伏電池、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、微型水電、燃料電池、

小型燃?xì)廨啓C(jī)等發(fā)電裝置，它們靠近電力用戶，對環(huán)境無污染或少污

染。分布式發(fā)電的發(fā)展可以推遲大電力系統(tǒng)發(fā)電容量投資，減少備用

容量，加快投資回收，節(jié)省輸電線路投資，減小網(wǎng)損；與大電網(wǎng)配合

可以大大提高供電可靠性，在大電網(wǎng)崩潰或由地震、暴風(fēng)雪、人文破

壞等引起大面積停電情況下，保持重要用戶的供電；在山區(qū)、海島、

牧場等超高壓、遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)鞭長莫及的地方，分布式發(fā)電技術(shù)可

發(fā)揮巨大作用。

1.1.4現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的復(fù)雜性

現(xiàn)代社會(huì)的各種工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，沒有哪一種系統(tǒng)能像現(xiàn)代電力系

統(tǒng)這樣龐大和復(fù)雜。一個(gè)規(guī)模巨大的電力系統(tǒng)往往覆蓋幾十萬甚至幾

百萬平方公里，連接著廣大城鄉(xiāng)的每一個(gè)廠礦、機(jī)關(guān)、學(xué)校和千家萬

戶。幾十萬公里的高低壓輸配電線路像物蛛網(wǎng)一樣縱橫交錯(cuò)，各種規(guī)

模的火電廠、水電廠和核電廠及變電站星羅棋布，系統(tǒng)的各種運(yùn)行參

數(shù)互相影響，瞬息萬變?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)已被公認(rèn)為是一種最典型的,

具有多輸入、多輸出的大系統(tǒng)。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制，與其他各種工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)相比，更為

集中統(tǒng)一，也更為復(fù)雜。各種發(fā)電、變電、輸電，配電和用電設(shè)備,

在同一瞬間，按著同一節(jié)奏，遵循著同一規(guī)律，有條不紊地運(yùn)行著。

各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相接，嚴(yán)密和諧，不能有半點(diǎn)差錯(cuò)。電能不能像他工業(yè)

產(chǎn)品那樣可以儲(chǔ)存以調(diào)劑余缺，而絕對是“以銷定產(chǎn)”，“零庫存銷售”,

即用即發(fā)需用多少就只能發(fā)多少。然而，大大小小的工廠和千家萬戶

的用電設(shè)備的啟停是自由而隨機(jī)的。因此，電力系統(tǒng)的用電負(fù)荷時(shí)時(shí)

刻刻都在變化著，發(fā)電、輸電、變電及配目等各環(huán)節(jié)，必須隨時(shí)跟蹤

用戶用電負(fù)荷的變化，不斷進(jìn)行控制和調(diào)整。

不僅如此，由于電力生產(chǎn)設(shè)備是年復(fù)一年、日復(fù)一日地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),

有些主要環(huán)節(jié)幾年才能檢修一次，因此隨時(shí)都有可能發(fā)生故障，風(fēng)、

雪、雷、雹等無法抗拒的自然災(zāi)害，更增加了發(fā)生故障的概率。電力

系統(tǒng)一旦發(fā)生事故，就會(huì)在一瞬間影響到廣大的地區(qū)，危害十分嚴(yán)重,

必須及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和排除?？梢韵胂?，現(xiàn)代電力系統(tǒng)這種運(yùn)行控制任務(wù)

有多么復(fù)雜和繁重。

因此，現(xiàn)代電力系統(tǒng)必須要有一個(gè)強(qiáng)有力的，擁有各種現(xiàn)代化手

段的，能夠保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的指揮控制中心，即電力系統(tǒng)

的調(diào)度中心。

1.1.5現(xiàn)代電力系統(tǒng)的可調(diào)可控點(diǎn)

在這個(gè)巨大電力系統(tǒng)當(dāng)中，不僅有各級調(diào)度中心的調(diào)度人員，還

有各地發(fā)電廠和變電站的值班運(yùn)行人員，他們憑借各種各樣的儀表和

自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，齊心協(xié)力，嚴(yán)密配合，共同完成對電力系統(tǒng)的指揮

控制。那么，電力系統(tǒng)有多少可調(diào)可控點(diǎn)呢？這里先簡要介紹以下幾

點(diǎn)：

1）發(fā)電機(jī)組調(diào)速器（調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的進(jìn)汽量或進(jìn)水量）一一調(diào)節(jié)

發(fā)電機(jī)有功功率P;

2）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流）一一調(diào)節(jié)

發(fā)電機(jī)無功功率Q；

3）變壓器檔位調(diào)節(jié)開關(guān)（改變變壓器繞組的數(shù)比和電壓比）一

一調(diào)節(jié)變壓器二次側(cè)線電壓；

4）斷路器（控制電路的通/斷）一一投入/切除發(fā)電機(jī)、變壓器、

線路、負(fù)荷、電容器、電抗器、制動(dòng)電阻，以及電網(wǎng)的解列/并網(wǎng)；

5）調(diào)相機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流）一一調(diào)節(jié)

調(diào)相機(jī)無功功率Q；

6）靜止補(bǔ)償器（調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角）調(diào)節(jié)其無功功率Q；

7）汽輪機(jī)組快關(guān)汽門——快速減少發(fā)電機(jī)有功功率P；

8）發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)一一，快速減少發(fā)電機(jī)定子電壓。

在一個(gè)大型電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)會(huì)有幾百臺(tái)，變壓器會(huì)有上萬臺(tái)，

而斷路器則有幾萬臺(tái)。因此，大型電力系統(tǒng)的可調(diào)可控點(diǎn)一定是數(shù)以

萬計(jì)，甚至有幾十萬個(gè)。電力系統(tǒng)是一個(gè)緊密聯(lián)系在一起的大系統(tǒng),

所以對其中每一點(diǎn)的調(diào)控都必須預(yù)先經(jīng)過精密計(jì)算，相互協(xié)調(diào)配合,

才能達(dá)到最優(yōu)的控制效果。只有通過現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，綜合

運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行控制理論,

才能完成這么復(fù)雜的優(yōu)化控制任務(wù)。

1.2電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)

電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)，就是始終保持整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)

行，安全經(jīng)濟(jì)的向所有用戶提供合乎質(zhì)量的電能，在電力系統(tǒng)發(fā)生偶

然事故的時(shí)候，迅速切除故障，防止事故擴(kuò)大，盡早恢復(fù)電力系統(tǒng)的

正常運(yùn)行，另外，還要使電力生產(chǎn)符合環(huán)境保護(hù)的要求。簡單地說,

電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)可以概括為八個(gè)字，安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)

保。

121保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全

安全是電力企業(yè)的頭等大事。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)一旦發(fā)生事故，其危

害是非常嚴(yán)重的，輕者導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞，使少數(shù)用戶停電，給生

產(chǎn)造成一定的損失；重者則波及系統(tǒng)的廣大區(qū)域，甚至引起整個(gè)電力

系統(tǒng)的瓦解，使成千上萬的用戶失去供電，使生產(chǎn)設(shè)備受到大規(guī)模嚴(yán)

重破壞，甚至造成人員的傷亡，使國民經(jīng)濟(jì)遭受極其巨大的損失c因

此，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這是電力系統(tǒng)調(diào)度中心的首要任務(wù)。

電力系統(tǒng)發(fā)生事故既有外因也有內(nèi)因。外因如狂風(fēng)、暴雨、雷電、

冰雪和地震等自然災(zāi)害；內(nèi)因則是電力系統(tǒng)本身存在著薄弱環(huán)節(jié)，如

設(shè)備有隱患，或者運(yùn)行人員技術(shù)水平差、操作失誤等多方面因素,一

般地說，多數(shù)電力系統(tǒng)的事故是由外因引起，又由于內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)

或人員調(diào)控不當(dāng)而擴(kuò)大。

要想完全避免發(fā)生任何事故是不可能的，但在發(fā)生事故后迅速而

正確地予以處理，使造成的損失降低到最低限度，這至關(guān)重要。要做

到這點(diǎn)，一方面需要電力系統(tǒng)本身更加“強(qiáng)大”，發(fā)電能力和相應(yīng)的

輸電、變電設(shè)備都留有足夠的裕度，各種安全和自動(dòng)裝置非常靈敏可

靠，使電力系統(tǒng)自身具有抵抗各種事故的能力；另一方面，與肩負(fù)電

力系統(tǒng)運(yùn)行控制重大職責(zé)的各級調(diào)度中心的調(diào)度技術(shù)水平密切相關(guān)。

影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的因素很多，除了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)單薄，后備不

足等屬于投資和規(guī)劃建設(shè)方面原因，以及設(shè)備質(zhì)量缺陷、維修不力等

原因外，運(yùn)行管理與調(diào)度指揮方面的問題也是不可忽視的。

在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，事故的發(fā)生和發(fā)展往往與系統(tǒng)的運(yùn)行

方式有很大關(guān)系。根據(jù)我國近年來對電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故的統(tǒng)計(jì)，見表

表1與運(yùn)行管理有關(guān)的電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故統(tǒng)計(jì)表

占事故總數(shù)的百

分類運(yùn)行管理方面的問題

分?jǐn)?shù)(%)

對正?；驒z修運(yùn)行方式未進(jìn)行應(yīng)有的穩(wěn)定計(jì)算分析，在負(fù)荷增長或

16.6

受電側(cè)發(fā)電廠減少輸出功率時(shí)未能控制潮流

靜態(tài)穩(wěn)由于無功不足、線路長、負(fù)荷重，或?qū)l(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置退出

定破壞運(yùn)行，或誤減勵(lì)碳造成運(yùn)行電壓大大下降，導(dǎo)致電壓崩潰,5

對發(fā)電機(jī)失磁是否會(huì)引起穩(wěn)定破壞未做出分析計(jì)算，未采取預(yù)防措

15.7

施

高低壓環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式考慮不當(dāng)，或環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)未采取相應(yīng)的解列措

14.8

動(dòng)態(tài)穩(wěn)施

定破壞未考慮嚴(yán)重的故障(主要是三相短路)，乂未能采取有效措施5.7

未考慮低壓電網(wǎng)故障對穩(wěn)定的影響8.6

合計(jì)71.9

可見，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，必須對運(yùn)行中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行

方式進(jìn)行定期的運(yùn)行預(yù)想分析，并結(jié)合安全穩(wěn)定導(dǎo)則的規(guī)定和運(yùn)行經(jīng)

驗(yàn)及具體環(huán)境條件，進(jìn)行各種事故預(yù)想，并定出一系列的事故處理方

法。在運(yùn)行方式的安排上，應(yīng)考慮足夠的旋轉(zhuǎn)備用和冷備用，并且要

合理分布于系統(tǒng)之中。除了繼電保護(hù)的配置和整定外，對用于事故后

防止大面積停電的各種安全自動(dòng)裝置，也應(yīng)詳細(xì)考慮它們之間的配置

和協(xié)調(diào)。

122保證電能符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

和其他任何產(chǎn)品一樣，電能也有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即波形、頻率

和電壓三項(xiàng)指標(biāo)。

(1)波形

發(fā)電機(jī)發(fā)出電壓的波形是正弦波。由于電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備

在設(shè)計(jì)時(shí)都已充分考慮了波形問題，在一般情況下，用戶得到的電壓

波形也是正弦波。如果波形不是正弦波，其中就會(huì)包含許多種高次諧

波成分，這對許多電子設(shè)備會(huì)有很大的不良影響，對通信線路也會(huì)造

成干擾，還會(huì)降低可動(dòng)機(jī)的效率，導(dǎo)致異常發(fā)熱并影響正常運(yùn)行，甚

至還可能使電力系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的高次諧波諧振，使電氣設(shè)備遭到嚴(yán)重

破壞?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中加入了許多大功率電力電子設(shè)備(如整流、逆

變等環(huán)節(jié))，都會(huì)使波形發(fā)生畸變，是產(chǎn)生諧波的“污染源”。為此要

加強(qiáng)對波形的自動(dòng)監(jiān)測，并采取有效的自動(dòng)化措施，來消除諧波污染。

(2)頻率

頻率是電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中要求最嚴(yán)格的一項(xiàng)，其允許的波動(dòng)范圍在

我國是5()Hz±().2Hz。負(fù)荷是隨時(shí)變動(dòng)的，這就要求發(fā)電廠發(fā)出的有

功功率時(shí)刻跟蹤負(fù)荷的有功功率，隨其變動(dòng)而變動(dòng)。當(dāng)調(diào)頻電廠值班

員看到頻率表指示下降后,手按增負(fù)荷按鈕來增加發(fā)電機(jī)有功功率的

時(shí)代早已過去了，現(xiàn)在電力系統(tǒng)調(diào)頻過程是自動(dòng)進(jìn)行的。但是負(fù)荷如

果突然發(fā)生了大幅度的變化，超出了自動(dòng)調(diào)頻的可調(diào)范圍，頻率還會(huì)

有較大變化。例如，負(fù)荷突然增加許多，系統(tǒng)全部旋轉(zhuǎn)備用的容量都

已用上還不夠時(shí)，頻率仍會(huì)下降，這時(shí)就只好切除部分負(fù)荷。為此,

調(diào)度中心總是預(yù)先進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，安排好第二天的開機(jī)計(jì)劃和系統(tǒng)運(yùn)

行方式，以避免上述情況的發(fā)生。負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)不準(zhǔn)，日發(fā)電計(jì)劃安排

的合不合適，對系統(tǒng)頻率能否穩(wěn)定有決定性的影響?？傊冀K保

持系統(tǒng)頻率合格，必須依賴整套嚴(yán)密的運(yùn)行機(jī)制和自動(dòng)化的閉環(huán)頻率

調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

(3)電壓

電壓允許變動(dòng)的范圍一般是額定電壓的士5%左右。使電壓穩(wěn)定

的關(guān)鍵在于系統(tǒng)中無功功率的供需平衡，并且最好是在系統(tǒng)的各個(gè)局

部就地平衡，以減少大量無功功率在線路上傳輸。具體的調(diào)壓措施有

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)、有載調(diào)壓變壓器的

分接頭調(diào)節(jié)和并聯(lián)補(bǔ)償電容器組的投切等?，F(xiàn)在這些調(diào)壓措施有些已

經(jīng)是自動(dòng)進(jìn)行的，有些則是按調(diào)度人員的令令由各現(xiàn)場值班運(yùn)行人員

操作調(diào)節(jié)的?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)也必須有一整套自動(dòng)化的無功/電壓調(diào)控

系統(tǒng)，才能滿足各行各業(yè)對電壓穩(wěn)定越來越高的要求

1.13保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)，除了首要關(guān)注的安全問題和電能質(zhì)量

問題外，還要盡可能地降低發(fā)電成本，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸損失，全面地提

高整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。對于已經(jīng)投入運(yùn)行的電力系統(tǒng)，其運(yùn)

行經(jīng)濟(jì)性完全取決于系統(tǒng)的調(diào)度方案。要在保證系統(tǒng)必要安全水平的

前提下，合理地安排備用容量的組合和分布；綜合考慮各發(fā)電機(jī)組的

性能和效率，火電廠的燃料種類或水電廠的蓄水水位情況，以及各發(fā)

電廠距離負(fù)荷中心的遠(yuǎn)近等多方面因素，計(jì)算并選擇出一個(gè)經(jīng)濟(jì)性能

最優(yōu)的調(diào)度方案。按著此最優(yōu)方案運(yùn)行,將會(huì)使全系統(tǒng)的燃料消耗（或

者發(fā)電成本）最低。

1.1.4保證符合環(huán)境保護(hù)要求

能源和環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的最基本條件。電力是現(xiàn)代社

會(huì)不可或缺的最重要能源，同時(shí):電力的生產(chǎn)又對環(huán)境產(chǎn)生很大的影

響。目前全球性的四大公害一一大氣煙塵、酸雨、氣候變暖（溫室效

應(yīng)）、臭氧層破壞，都與能源生產(chǎn)利用方式直接相關(guān)，當(dāng)然也與電力

生產(chǎn)過程密切相關(guān)。因此，符合環(huán)境保護(hù)的要求，也應(yīng)是電力系統(tǒng)運(yùn)

行控制的目標(biāo)之一。

要想解決火電廠燃煤所帶來的環(huán)境問題，必須采用先進(jìn)的潔凈煤

技術(shù)、粉塵凈化控制技術(shù)、煙氣脫硫技術(shù)和生物能源技術(shù)等一系列高

新技術(shù)。從運(yùn)行調(diào)度的角度講，在發(fā)電任務(wù)的分配上，向水電廠、燃

燒低硫煤成有煙氣脫硫裝置的火電廠傾斜，向單位煤耗低、效率高的

大機(jī)組傾斜，都顯然有助于減少污染，改善環(huán)境。同時(shí)，“節(jié)能即環(huán)

?！?，一切旨在降低網(wǎng)損，節(jié)約電能的優(yōu)化運(yùn)行方式，也都能減少污

染，有利于改善環(huán)境。

在環(huán)保方面，電力系統(tǒng)調(diào)度也同樣肩負(fù)著重要的責(zé)任。采用先進(jìn)

的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，開發(fā)加入環(huán)境指標(biāo)的優(yōu)化運(yùn)行高級應(yīng)用程序，一

定可以為保護(hù)人類環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

1.3我國電網(wǎng)調(diào)度體系及各級電網(wǎng)調(diào)度的分級控制任務(wù)

電網(wǎng)是一個(gè)有機(jī)的整體，電能的生產(chǎn)、輸送、使用乂隨時(shí)都在變

化，但在任何瞬間又都必須保持平衡，才能確保電能質(zhì)量。根據(jù)電力

老產(chǎn)發(fā)、供、用同時(shí)完成和瞬時(shí)平衡的規(guī)律，及電力產(chǎn)品零庫存銷售

的特點(diǎn)，就需要對電網(wǎng)這個(gè)技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的科學(xué)管理。任

何一個(gè)環(huán)節(jié)、設(shè)備出現(xiàn)問題，都可能波及全網(wǎng)。尤其是電網(wǎng)的突然事

故，只有在統(tǒng)一指揮下，才能迅速正確地消除故障，盡快恢復(fù)供電,

保持電網(wǎng)正常運(yùn)行。因此，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提，就是電網(wǎng)的每

一環(huán)節(jié)都必須在調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，隨用電負(fù)荷的變化，不斷地調(diào)

節(jié)協(xié)調(diào)，使電網(wǎng)保持和諧運(yùn)行。

為了保障電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須由電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)時(shí)

電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度，分級管理「統(tǒng)一調(diào)度”可概括為一個(gè)原則、

八個(gè)統(tǒng)一。

“一個(gè)原則”是在本電網(wǎng)最高一級調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一組織指揮下，編

制和執(zhí)行全網(wǎng)的運(yùn)行方式?！鞍藗€(gè)統(tǒng)一”的具體內(nèi)容是：

(1)統(tǒng)一安排每日發(fā)電、用電計(jì)劃；

(2)由電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一組織全網(wǎng)運(yùn)行方式的編制和執(zhí)行，包括統(tǒng)

一平衡和實(shí)施全網(wǎng)發(fā)電、供電調(diào)度計(jì)劃，統(tǒng)一平衡和安排全網(wǎng)主要發(fā)

電、供電設(shè)備的檢修進(jìn)度;

（3）統(tǒng)一安排全網(wǎng)的主接線方式，統(tǒng)一布置和落實(shí)全網(wǎng)安全穩(wěn)定措

施；

（4）統(tǒng)一指揮全網(wǎng)的運(yùn)行操作和事故處理；

（5）統(tǒng)一布置和指揮全網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓；

（6）統(tǒng)一協(xié)調(diào)和規(guī)定全網(wǎng)繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、調(diào)度自動(dòng)化系

統(tǒng)和調(diào)度通信系統(tǒng)的運(yùn)行；

（7）統(tǒng)一協(xié)調(diào)水電廠水庫的合理運(yùn)用；

（8）按照規(guī)章制度統(tǒng)一協(xié)調(diào)有關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行的各種關(guān)系。

“分級管理”，就是根據(jù)電網(wǎng)分層的特點(diǎn)，由各級電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)

在其調(diào)度管轄范圍內(nèi)具體實(shí)施電網(wǎng)調(diào)度管理工作。調(diào)度系統(tǒng)不僅包括

各級調(diào)度機(jī)構(gòu)，也包括發(fā)電廠、變電站的運(yùn)行值班單位。

根據(jù)我國電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，目前電網(wǎng)調(diào)度分為國家級電網(wǎng)調(diào)

度、大區(qū)級電網(wǎng)調(diào)度、省級電網(wǎng)調(diào)度、地（市）級電網(wǎng)調(diào)度和縣級電

網(wǎng)調(diào)度五級，各級調(diào)度中心有明確分工。

（1）國家電網(wǎng)調(diào)度（國調(diào)）

國家電網(wǎng)調(diào)度中心通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與各大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中

心相連，協(xié)調(diào)和確定大區(qū)電網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線潮流和運(yùn)行方式，監(jiān)視、統(tǒng)

計(jì)和分析全國電網(wǎng)運(yùn)行情況。

（2）大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度（網(wǎng)調(diào)）

大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度按統(tǒng)一調(diào)度分級管理的原則，負(fù)責(zé)超高壓電網(wǎng)的安

全運(yùn)行并按規(guī)定的發(fā)用電計(jì)劃及監(jiān)控原則進(jìn)行管理，提高電能質(zhì)量和

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

（3）省級電網(wǎng)調(diào)度（省調(diào)）

省級電網(wǎng)調(diào)度按統(tǒng)一調(diào)度，分級管理的原則，負(fù)責(zé)省網(wǎng)的安全運(yùn)

行并按照規(guī)定的發(fā)電計(jì)劃及監(jiān)控原則進(jìn)行管理，提高電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)

運(yùn)行水平。

（4）地（市）級電網(wǎng)調(diào)度（地調(diào)）

對容量大、地域廣、站點(diǎn)多的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度，除少量站點(diǎn)可直接

監(jiān)控外，宜采用由若干個(gè)集控站將周圍站點(diǎn)信息匯集、處理后再送地

區(qū)調(diào)度的方式，避免信息過于集中和處理困難，并有利于節(jié)省通道,

簡化遠(yuǎn)動(dòng)制式，促進(jìn)無人值守變電站的實(shí)施。

（5）縣級電網(wǎng)調(diào)度（縣調(diào)）

縣級電網(wǎng)調(diào)度主要監(jiān)llOkV及以下農(nóng)村電網(wǎng)的運(yùn)行，其工作任

務(wù)與上述的幾級調(diào)度似乎簡單些，但又增加了電壓控制和負(fù)荷控制等

新的內(nèi)容。

以上各級調(diào)度之間要逐步聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信，構(gòu)成對

電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)行實(shí)時(shí)分層控制的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。

1.4如何更好地促進(jìn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制

此部分主要結(jié)合云南電力供需形勢，簡要探討如何更好地促進(jìn)電

力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制。

1.4.1云南省電力供需形勢：

（1）歷史用電規(guī)模突破2000億千瓦時(shí)用025年達(dá)到3400億千瓦時(shí)。

2021年云南省用電量達(dá)2138億千瓦時(shí)。受有序用電影響，2021

年用電量同比增長僅5.6%,增速較2020年下降6.2個(gè)百分點(diǎn)，低于

全國平均增速（10.3%）。2020年云南省中部和東部6州市（昆明、

玉溪、曲靖、昭通、紅河、文山）用電量占全省用電量比例達(dá)到70%。

2S

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1

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圖22015——2021年云南省全社會(huì)用電量增長曲線

圖132020年云南省各州（市）全社會(huì)用電量情況圖

云南省用電結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主，占比超70%,其中二產(chǎn)用電量

又以工業(yè)用電量為主，受近年來高載能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的帶動(dòng)增長迅速，

2021年工業(yè)用電量1503億千瓦時(shí)，占比達(dá)95%以上。工業(yè)用電以鋼

鐵、有色、建材、化工四大載能行業(yè)用電為主。一產(chǎn)、三產(chǎn)、居民生

活用電占比分別為1%、13%、13%。

圖42016——2021年云南省各產(chǎn)業(yè)用電占比情況圖

結(jié)合云南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)及總體目標(biāo)，參考發(fā)達(dá)國家和地區(qū)電力

需求水平發(fā)展規(guī)律，預(yù)計(jì)至2025年，全社會(huì)用電量將達(dá)到3400億千

瓦時(shí)，最大負(fù)荷5400萬千瓦；至2030年云南全社會(huì)用電量將達(dá)到

4000億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷將達(dá)到6400萬千瓦。

圖5云南“十四五”及中長期電力需求預(yù)測

(2)歷史外送電量占省內(nèi)發(fā)電量40%以上，2025年維持1400億規(guī)

模。

2016年至2021年，云南西電東送及對境外送電電量合計(jì)分別占

省內(nèi)發(fā)電量的42%、42%、43%、43%及41%,其中西電東送電量分

別占省內(nèi)發(fā)電量的41%、42%、43%、42%、40%及39%。云南現(xiàn)狀

西電東送通道為十回直流，送電能力達(dá)4220萬千瓦?！笆濉逼陂g

云電外送實(shí)際送電電量分別達(dá)到了協(xié)議送電電量118%、129%、124%、

125%、126%及127%,均超協(xié)議量增送。

對境外送電方面，截至2021年底，云南省通過45回線路向越

南、緬甸、老撾等三國送電，其中220kV線路3回，110kV(115kV)

線路3回，35kV線路11回，10kV送電線路28回。2020年云南省

共向境外送電55.39億千瓦時(shí)，均為對越南送電。

圖6云南現(xiàn)有西電東送通道分布情況

(3)現(xiàn)狀電源結(jié)構(gòu)水電占比超70%,在建電源規(guī)模有限。

云南電源總裝機(jī)容量從“十三五”初期的791萬千瓦長至2021

年底的10625萬千瓦，凈增裝機(jī)規(guī)模2710萬千瓦，增量主要為水電

和新能源。2021年水電、火電、風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量分別為782()、

1528、881、397萬千瓦，裝機(jī)占比分別為73.6：14.4：8.3：3.7。水

電裝機(jī)中，干流水電裝機(jī)容量5544萬千瓦，占總裝機(jī)規(guī)模的52.2%

（金沙江流域裝機(jī)3409萬千瓦，瀾滄江流域裝機(jī)2135萬千瓦），中

小水電裝機(jī)容量為2276萬千瓦，占總裝機(jī)規(guī)模的21.4%。

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2016年2017-1?201802019。2020T2021-F

?1000

圖72016——2021年云南省電源總裝機(jī)情況

風(fēng)電881萬|千瓦光伏397萬千瓦

火電1528萬千瓦

水中.7820萬千瓦

74%

圖82021年底云南省各類型電源占比情況

云南省電源發(fā)電量從“十三五”初期的2693億千瓦時(shí)增長至3761

億千瓦時(shí)，凈增發(fā)電量1068億千瓦時(shí)。2021年水電、火電、風(fēng)電、

光伏發(fā)電量分別為3050、429、230、51億千瓦時(shí)，發(fā)電量占比分別

為8L1：11.4：6.0：1.40

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3761

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2016年2017年2018年2019午2020年2021年

圖9201——2021年云南省電源發(fā)電量情況

（4）電力電量雙缺形勢日趨嚴(yán)峻，工業(yè)電力穩(wěn)定持續(xù)供應(yīng)壓力增

大。

“十三五”初期，云南面臨水電大量富余的嚴(yán)峻消納形勢。通過

大力發(fā)展水電鋁硅產(chǎn)業(yè)，以及推動(dòng)電力市場改革等措施，云南棄水電

量由2016年的314億千瓦時(shí)大幅下降至2020年的24億千瓦時(shí)，

2020年棄水電量比重僅0.7%,棄水時(shí)代基本結(jié)束。2021年主要河流

來水持續(xù)大幅偏枯，入汛持續(xù)偏晚，水電出力大幅低于預(yù)期，全省電

力供應(yīng)出現(xiàn)“電力電量雙缺”形-24-勢。自2021年5月10日起啟動(dòng)

有序用電，以工業(yè)為主的第二產(chǎn)業(yè)用電量降幅最大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電解鋁

已建成產(chǎn)能524.54萬噸，因有序用電政策實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)能僅267.65萬

噸，停運(yùn)產(chǎn)能已達(dá)到256.89萬噸，占己建成產(chǎn)能近一半左右。

預(yù)計(jì)“十四五”至“十五五”末期，云南電力需求增長與電源裝

機(jī)增長不匹配、不協(xié)調(diào)矛盾日漸凸顯，電力電量雙缺形勢日趨嚴(yán)峻。

2022年電力缺口約170萬千瓦，電量基本平衡；2025年電力缺口約

1000萬千瓦，電量不足約300萬千瓦；2030年電力缺口約1800萬千

瓦，電量不足約800億千瓦時(shí)。

1.4.2如何促進(jìn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制

面對如何復(fù)雜嚴(yán)峻的供需形勢，促進(jìn)發(fā)展勢在必行，未來可以在

以下方面開展進(jìn)一步研究：

（1）優(yōu)化電力調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；

電力調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是對系統(tǒng)進(jìn)行小規(guī)模的改進(jìn)，以提

高系統(tǒng)擴(kuò)充性與擴(kuò)展性。因此，設(shè)計(jì)人員要從網(wǎng)絡(luò)主站設(shè)計(jì)兩個(gè)方面

對系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化。在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面，設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)出最新軟件,

以保障電力調(diào)度系統(tǒng)的高速運(yùn)行，在主站設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，設(shè)計(jì)人員不