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。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：200MW 300 MW 400 MW 600 MW 1000 MW 蒸汽压力： 亚临界 超临界 超超临界 15-20MPa 20-25MPa 25-30MPa 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：300 MW 400 MW 700 MW（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。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。 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：电压等级变电（分级降压）功率大小分配（系统负荷平衡）关停切换（负荷分配、变化调整、再分配） c、安全要求：输电的控制、监测、保护用电设备的控制、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：800kV 3 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。n1 智能电网n 电网主要组成：变电开关站（所） 电力线路n 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。n 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。n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。n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。n体现出“高效、经济、安全、可靠”核心原则贯穿于上述过 程。n1）智能化电网研究课题na、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。n信号检测网：n识别区分不同信息（信号）状态、信号量及其变化、变化量。n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n 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。n 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。n 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 。n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。n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。n 传输网络：n 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。n 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）。n 要 求：n 信号传输新技术 （抗干扰、抗衰减、保真、分级 分类）n 新设备仪器（智能化）n 科学布局（处理量、汇集点（方向）等）n信号判别分析与处理（决策）n 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。n 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。） 电网智能化与电力生产的关系n 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。n 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200MW1000MW的停机开机费用巨大。n 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）。n 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。n电力系统负荷：n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。n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。n供电负荷是发电厂对电网供电时所承担的全部负荷。n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。n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。n用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷即为供电负荷。n供电负荷加上同一时刻的厂用电负荷即为发电负荷。n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。n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。n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。n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。n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。n电力生产智能化（不含生产系统）na、电网与电厂间的信息（信号）数据传输。同电网统一nb、经济合理的大系统电网电力生产计划协调n 电力系统规划合理，特高压远距离输送电相关问题n 区域内不同电力生产厂的布局问题n 区域电网负荷量及变化影响n 区域电网负荷中长期预测n 大容量电能转换储存技术（抽水蓄能、光热蓄能、飞轮 电池等）n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）n不同发电方式条件下电能的使用经济性、稳定性、安全性 等n3 用电设备n 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。n用电设备的分级分类n 分级：功率大小、停开机影响评价（双向）与 应对（常规、