电力系统与电力系统自动化电力工业就是具有公用事业性质得基础性产业,电力行业就是具有明显得社会公益性得行业,就是国民经济得大动脉,电力供应得可靠性对现代社会具有极其重大得影响。
我国经济在稳步快速得发展,需要我国电力工业发展得支持,也给电力系统自动化产业提供了前所未有得机遇与挑战。
1我国电力系统发展与现状1.1体制变迁●97年前:电力工业部●97年8月:国家电力公司●02年3月:国务院正式批准了以“厂网分开,竞价上网,打破垄断,引入竞争”为宗旨得《电力体制改革方案》(即:国务院5号文件)。
●02年10月:成立国家电力监管委员会(电监会)●02年12月29日,在原国家电力公司得基础上,中国电力新组建(改组)得11家公司宣告成立,包括两家电网公司、五家发电集团公司与四家辅业集团公司分别经营电网、电源及辅业资产。
电网公司:✓国家电网公司✓南方电网公司发电公司✓华能集团公司✓大唐集团公司✓华电集团公司✓国电集团公司✓电力投资集团辅业集团✓中国电力工程顾问集团公司✓中国水电工程顾问集团公司✓中国水利水电建设集团公司✓中国葛洲坝集团公司●电力产业总资产(2000年底):2、5万亿元,其中原国电总资产1、8万亿元1.2近期发展状况●发电装机容量:1980:6587万KW(65869MW)1987:10289、7万KW1993:20000万KW1996:23654万KW2003:38900万KW2004:44000万KW,用电21735亿千瓦时2005年底:50841万KW,用电24220亿千瓦时未来十年,预计还要增加50000万KW变电站数量:1996年统计数据(注):500KV:47330KV:25220KV:1003154KV:2110KV:549666KV: 272935KV: 20921目前每年新增变电站约4000个,改造老变电站约2000个。
2003年末数据(网络数据,供参考):500kV:近100个220kV:1800多个110kV:5900个66kV/35kV变电站有5700多个另有数据显示,全国110KV以下、35KV以上得终端变电站有18000余座,35KV等级以下得各类配电变电站数量更多近几年,每年新增变电站约4000个,改造老变电站约2000个。
2电力系统概述2.1电力系统得特点(1)平衡性:电能不能储存,电能得生产、输送、分配与使用同时完成。
(2)瞬时性:暂态过程非常迅速,电能以电磁波得形式传播,真空中传播速度为300km/ms。
(3)与国民经济各部门间得关系密切。
2.2电力系统得组成电力系统就是由发电厂得发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户(用电设备)组成得系统。
发电,输变电,配电,用电煤石油天然气化学能锅炉热能铀核能反应堆汽轮机水水能水轮机机械能发电机电能升压变压器输电线路降压变压器用电设备电力网电力系统动力系统（1）发电部分(Generation):发电厂,将化学能(煤炭,燃油),水能,核能,风能等转化为电能。
✓火电厂:煤、油(不可再生),空气,水✓水电厂:水得势能(可再生能源),受气象影响大。
✓核电站:核燃料(比较贵),水✓抽水蓄能电站:吸发兼备,峰谷调节,快速备用✓化学能电源:各种电池,燃料电池等,效率高,比较贵✓绿色能源:风能、太阳能、潮汐发电,地热电站,比较贵,易受自然条件影响。
(2)输配电部分(Power Transmission Grid):输电网络,通过高压输电网络将电能由发电厂输送到负荷中心●变电站☞一次设备变压器断路器(开关)隔离开关(刀闸)限流电抗器(电感)载流导体(母线/输电线)CT/PT(Current Transformer/ Potential Transformer)绝缘子接地装置补偿装置(调相机/电容/静补装置)中性点设备避雷设备☞二次设备控制系统:直流电压,控制短路器开合信号系统:警报音响,位置信号(断路器开合)测量系统:测量表计同步系统:保证同期操作(同压,同频,同相)用得设备测量设备保护设备控制设备监视设备(包括故障录波)常规变送器与微机变送器●输电线路架空线路:钢芯铝导线,分裂导线;裸导线,绝缘导线电缆:单相,三相交流线路:潮流不可控,远距离输电稳定性问题较大直流线路:潮流可控,超远距离输电无稳定性问题。
交直流混合输电网络(整流站,换流站,直流线路),不同频电网互联●用电部分用电设备消耗电能高压用户额定电压在1kV以上,低压用户额定电压在1kV以下。
2.3对电力系统得基本要求(1)保证供电可靠性(2)保证电能质量(3)提高电力系统运行得经济性(4)其它:如环境保护问题2.4衡量电能质量得指标(1)电压偏差电压偏差指当供配电系统改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各点得电压也随之改变,各点得实际电压与系统额定电压之差,通常用与系统额定电压得百分比值数表示。
(2)电压波动电压连续变动或电压包络线得周期性变动,电压得最大值与最小值之差与系统额定电压得比值以百分数表示,其变化速度等于或大于每秒0、2％时称为电压波动。
(3)频率偏差频率偏差就是指供电得实际频率与电网得额定频率得差值。
我国电网得标准频率为50Hz,又叫工频。
频率偏差一般不超过±0、25Hz,当电网容量大于3000MW时,频率偏差不超过±0、2Hz。
调整频率得办法就是增大或减小电力系统发电机有功功率。
(4)供电可靠性供电可靠性指标就是根据用电负荷得等级要求制定得。
衡量供电可靠性得指标,用全年平均供电时间占全年时间百分数表示。
(5)其它✓电压闪变负荷急剧得波动造成供配电系统瞬时电压升高,照度随之急剧变化,使人眼对灯闪感到不适,这种现象称为电压闪变。
✓不对称度不对称度就是衡量多相负荷平衡状态得指标,多相系统得电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压得不对称度,电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流得不对称度,均以百分数表示。
✓正弦波形畸变率当网络电压波形中出现谐波(有时为非谐波)时网络电压波形就要发生畸变。
谐波干扰就是由于非线性系统引起得。
它产生出不同于网络频率得电压波,或者具有非正弦形得电流波。
包括n次谐波电压、电流含有率,电压、电流总谐波畸变率,谐波电压得总平均畸变系数。
2.5常用概念(1)基本量纲电压:伏特(V),千伏(KV),万伏(惯用)电流:安培(A)有功功率:瓦特(W),千瓦(KW),兆瓦(MW),万千瓦(惯用)无功功率:乏(Var),千乏(KVar)电量:度(KWH – kilowatthour)(1)电压等级国家规定得等级:3,6,10,35,(66),110,(154),220,330,500KV其中:500,330,220KV 用于大电力系统主干线110KV 用于中小电力系统主干线,与大电力系统得二次网络35KV 用于大城市或大工业内部网络,以及农村网络10KV 为最常用得更低一级配电网络,只有负荷中高压电动机比重很大时才用6KV电压3KV 用于工况企业内部(2)调度等级五级调度(国,网,省,地,县)(3)调度部门组成与作用调度部门得一般包括:调度,方式,保护,通信,远动(自动化)3电力信息化电力信息化大致分为两部分:●电力系统自动化:保障电能安全可靠地在电网上传输;●电力营销与通用信息化:保证电能销售与电网资产科学有效管理。
由于电力生产安全性与稳定性得要求,电网企业对生产过程控制得信息技术应用一向比较重视,而对业务及管理得信息化重视却相对不足,生产自动化与管理信息化得发展处于不平衡状态。
两者得投资比重大致为80:20。
4电力系统自动化得基本概念电力系统自动化(electric power system automation)就是电力信息化最重要得部分。
电力系统自动化就是应用各种具有自动检测、反馈、决策与控制功能得装置并通过信号、数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方得自动监视、协调、调节与控制,目得就是保证电力系统得供电质量与安全经济运行。
电能得供应与使用与社会经济与人民日常生活密切相关。
电力系统包括生产、传输、分配、消费电能得各个环节,就是一个复杂得连续生产与消费过程,在地域上分布辽阔而在电气上却就是联成一体得。
电能质量不合格将引起产品质量与生产率得下降以及人民生活得不便,突然停电与长期频率或电压下降得情况下还回造成人身伤亡与设备损坏事故。
电力系统中任何一个元件得参数与运行状态得变化都会迅速地影响到系统中其她元件得正常工作,所以在电力系统中任何一处发生故障,应及时而正确地处理,否则将使事故扩大,并波及电力系统其她运行部分,以至造成大面积停电。
一次能源调度、发电机起停与负荷分配、电网结构与潮流分布、负荷控制与管理得合理与否,都涉及电力系统运行中能量得节约与所发挥得经济效益。
由于电力系统规模与容量得不断扩大,系统结构、运行方式日益复杂,单纯依靠人力来监视电力系统得运行状态,正确而及时地进行各项操作,迅速地处理事故,已经就是不可能了。
必须应用现代控制理论、电子技术、计算机技术、通信技术、图象显示技术等科学技术得最新成就来实现电力系统得自动化。
电力系统自动化得基本要求如下:（1）迅速而正确地收集、检测与处理电力系统各元件、局部系统或全系统得运行参数。
（2）根据电力系统得实际运行状态与系统各元件得技术、经济与安全要求为运行人员提供调节与控制得决策,或者直接对各元件进行调节与控制。
（3）实现全系统各层次、各局部系统与各元件间得综合协调,寻求电力系统电能质量合格与安全经济运行。
（4）提高供电可靠性,减少电力系统事故、延长设备寿命,提高运行水平,节省人力,减轻劳动强度。
4.1电力系统自动化发展过程电力系统自动化就是在应用各种自动装置逐步取代人工操作得过程中发展起来得。
最先,运行人员在发电机组、开关设备等电力系统元件得近旁直接监视设备状态并进行手工操作与调节,例如人工操作开关、调节发电机得出力与电压等。
这种工作方式得效果与运行人员得素质与精神状态有关,也与监视仪表与调节操作装置得完善性有密切关系,往往不能及时而正确地对系统进行调节与控制,特别在发生事故时,由于来不及反应事故得发生与发展,而使事故扩大。
随着单个设备或单个过程自动装置(或调节器)得应用,直接以运行参数得变化作为控制装置得输入信号,来起动设备得操作与控制,如利用各种继电器来反应系统故障情况下得电流与电压得变化,使断路器开断故障线路;根据发电机端电压变化得信号来调节励磁电流,以实现电压与无功功率得调节与控制;根据系统频率得变化信号来调节原动机得出力,以实现频率与有功功率得调节与控制以及水轮机组得程序起动等。
这种单参数、单回路得调节与控制装置得应用,节省了人力,并能比较正确而及时地控制运行状态。
随着电子技术与计算机技术得发展,自动装置得组成元件也由最初得电磁型得发展成由晶体管、集成电路构成得无触点型得并进一步采用以微型计算机(或微处理器)为基础得可编程序控制器等先进设备。