电力系统现状与发展资料.doc

电力系统定义：由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。发展状况：在电能应用的初期，由小容量发电机单独向灯塔、轮船、车间等的照明供电系统，可看作是简单的住户式供电系统。白炽灯发明后，出现了中心电站式供电系统，如1882年T.A.托马斯阿尔瓦爱迪生在纽约主持建造的珍珠街电站。它装有6台直流发电机（总容量约670千瓦），用110伏电压供1300盏电灯照明。19世纪90年代，三相交流输电系统研制成功，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑。 20世纪以后，人们普遍认识到扩大电力系统的规模可以在能源开发、工业布局、负荷调整、系统安全与经济运行等方面带来显著的社会经济效益。于是，电力系统的规模迅速增长。世界上覆盖面积最大的电力系统是前苏联的统一电力系统。它东西横越7000千米，南北纵贯3000千米，覆盖了约1000万平方千米的土地。 中华人民共和国的电力系统从50年代开始迅速发展。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统系统构成与运行：电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能；电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。系统的运行指组成系统的所有环节都处于执行其功能的状态。系统运行中，由于电力负荷的随机变化以及外界的各种干扰（如雷击等）会影响电力系统的稳定，导致系统电压与频率的波动，从而影响系统电能的质量，严重时会造成电压崩溃或频率崩溃。系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。其中，正常状态又分为安全状态和警戒状态；异常状态又分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移。各种运行状态之间的转移需通过不同控制手段来实现现代电力系统的特征主要体现在：1）大容量、高参数发、输、变电设备；2）发、输、变电设备制造工艺和材料的现代化和高科技化；3）超、特高电压；4）新能源发电的多元化；5）超远距离输电；6）高压直流输电和柔性交流输电；7）跨区域、跨国超大规模互联电网，高低压网络极为复杂；8）电力市场化运营，发电主体多元化及其管理现代化；9）电网调度自动化，协调的发、输、变、配电系统控制现代化；10）以光纤为代表的现代化的通信系统；11）电力信息化、数字化、光纤化研究与开发：电力系统的发展是研究开发与生产实践相互推动、密切结合的过程，是电工理论、电工技术以及有关科学技术和材料、工艺、制造等共同进步的集中反映。电力系统的研究与开发，还在不同程度上直接或间接地对于信息、控制和系统理论以及计算技术起了推动作用。反过来，这些科学技术的进步又推动着电力系统现代化水平的日益提高。 从19世纪末到20世纪20、30年代，交流电路的理论、三相交流输电理论、分析三相交流系统的不平衡运行状态的对称分量法、电力系统潮流计算、短路电流计算、同步电机振荡过程和电力系统稳定性分析、流动波理论和电力系统过电压分析等均已成熟，形成了电力系统分析的理论基础。随着系统规模的增大，人工计算已经远远不能适应要求，从而促进了专用模拟计算工具的研制。20世纪20年代，美国麻省理工学院电机系首次研制成功机械式模拟计算机微分仪，后来改进成为电子管、继电器式模拟计算机，以后又研制成直流计算台和网络分析仪,成为电力系统研究的有力工具。50年代以来,电子计算机技术的发展和应用，使大规模电力系统的精确、快速计算得以实现，从而使电力系统分析的理论和方法进入一个崭新的阶段。 在电力系统的主体结构方面，燃料、动力、发电、输变电、负荷等各个环节的研究开发，大大提高了电力系统的整体功能。高电压技术的进步，各种超高压输变电设备的研制成功，电晕放电与长间隙放电特性的研究等，为实现超高压输电奠定了基础。新型超高压、大容量断路器以及气体绝缘全封闭式组合电器，其额定切断电流已达100千安， 全开断时间由早期的数十个工频周波缩短到12个周波,大大提高了对电网的控制能力,并且降低了过电压水平。依靠电力电子技术的进步实现了超高压直流输电。由电力电子器件组成的各种动力负荷，为节约用电提供了新的技术装备。 超导电技术的成就展示了电力系统的新前景。30万千瓦超导发电机已经投入试运行，并且还继续研制容量为百万千瓦级的超导发电机。超导材料性能的改进会使超导输电成为可能。利用超导线圈可研制超导储能装置。动力蓄电池和燃料电池等新型电源设备均已有千瓦级的产品处于试运行阶段,并正逐步进入工业应用,这些研究课题有可能实现电能储存和建立分散、独立的电源，从而引起电力系统的重大变革。 在各工业部门中，电力系统是规模最大、层次很复杂、实时性要求严格的实体系统。无论是系统规划和基本建设，还是系统运行和经营管理，都为系统工程、信息与控制的理论和技术的应用开拓了广阔的园地，并促进了这些理论、技术的发展。针对电力系统的特点，60年代以来在电力系统运行的安全分析与管理中，在电力系统规划和设计中，都广泛引入了系统工程方法，包括可靠性分析及各种优化方法。电子技术、计算机技术和信息技术的进步，使电力系统监控与调度自动化发展到一个新的阶段，并在理论上和技术上继续提出新的研究课题。 美国电力系统简介;美国是世界上最大的能源生产、消费和进口国。2003年美国发电量为3848TWh,其中3691TWh来自电力行业，其余157TWh来自工业及商业部门的热电联产电厂。电力行业发电量中燃煤发电量占53、核电占21、天然气发电占15、水电占7、油电占3、地热及其它占1。 美国公用电业企业按所有制可分成 4类，即私营、地方公营、合作社经营和联邦政府经营。美国1992年通过能源政策法，规定所有的电力公司必须提供输电服务。1996年美国联邦能源管理委员会颁布888号和889号法令，规定了互惠的开放准入输电服务价格和辅助服务价格，并且规定发电和输电必须从功能上分离，所有的发电商得到同样的待遇。美国联邦能源管理委员会两项法令的颁布使得批发市场的交易量显著增加、提高了电价透明度，使电力交易的安排得到了很大的改善、增大了期货市场的交易量，在美国形成了一些比较成功的电力市场，如宾西法尼亚新泽西马里兰（PJM）和纽约独立电网调度，但由于交易量的扩大对电网潮流分布的改变，输电网的安全可靠性也面临挑战。目前北美电力系统包括了美国东部、西部和得克萨斯以及加拿大魁北克 4个互联系统。美国东部、西部和得克萨斯 3大系统之间只有非同步联系。东部电力系统和西部电力系统分别与加拿大的几个地区电力系统并网运行，西部的加利福利亚电网和南部得克萨斯电网与墨西哥电网连接。表7 美国历年净发电量及构成（MWh）火电核电抽水蓄能可再生能源其它总计20002692478478753,892,940-5,538,860356,478,5714,793,914380210504320012677004755768,826,308-8,823,445294,946,1004,689,931373664364920022730166178780,064,087-8,742,9283512509245,713,991385845225220032728673707763,724,544-8,667,841359,181,3045,078,0113847989725表6美国历年夏季装机容量及构成（kW）年份火电核电抽水蓄能可再生能源其它总计200059888288397,859,73019,522,38894,930,765523,4728117192382001634,895,39098,158,90019,095,98095,663,940439,680848,253,890200268952072098,657,0002037340096108530641,4409053010902003736,728,40098,793,90020,373,40096,668,640641,440953,205,780各个国家发电量对比：图1：亚洲主要国家的装机容量比较（01/01/1996)1997年一些国家的用电构成国家全国用电量(亿kW.h)其中()工业交通运输农业家庭生活商业及其他美国3259336.10.132.930.9中国1103973.01.96.211.37.6日本923946.12.30.426.424.8俄罗斯814445.77.89.636.9德国482947.13.51.627.120.7加拿大496545.60.92.027.224.3法国381640.42.80.731.224.8英国317535.62.41.232.927.9意大利253750.83.21.723.121.2韩国222960.20.81.914.622.6图2：亚洲主要国家发电量比较（1995）表2 1996年一些国家发电量和装机容量构成序号国 家发电量亿kW.h其中（）装机容(万kW)其中（）水电火电核电水电火电核电1美国34599.710.070.519.578350.212.574.612.92中国10793.617.381.41.323654.223.575.60.93日本10121.58.861.329.923373.719.062.718.34俄罗斯8472.019.568.811.721085.720.769.210.15加拿大5557.163.520.815.711361.258.027.614.46德国5444.44.965.529.611544.37.772.519.87法国4840.013.38.678.112074.020.823.555.78印度4323.417.081.11.99680.321.875.92.39英国3273.51.471.327.37046.05.876.617.610巴西2898.291.77.50.86075.687.311.61.111意大利2414.119.580.506814.629.270.8012韩国2275.52.365.232.53923.97.967.624.5 国家两大电网中国南方电网有限责任公司（简称：中国南方电网、南方电网，英文China Southern Power Grid Co., Ltd.，缩写CSG）于2002年12月29 日正式挂牌成立并开始运作。公司经营范围为广东、广西、云南、贵州和海南五省（区），负责投资、建设和经营管理南方区域电网，经营相关的输配电业务，参与投资、建设和经营相关的跨区域输变电和联网工程；从事电力购销业务，负责电力交易与调度；从事国内外投融资业务；自主开展外贸流通经营、国际合作、对外工程承包和对外劳务合作等业务。公司宗旨：对中央负责 为五省区服务。公司使命：主动承担社会责任，全力做好电力供应。公司核心价值观：万家灯火、南网情深。国家电网公司是中国最大的电力企业，前身为包括全国电网和所有发电厂的“国家电力公司”。在2000年开始的以“厂网分离”为标志的电力体制改革后，原国家电力公司中剥离出的电力传输、配电等电网业务由国家电网公司运行，而各发电厂被划归分属五大“发电集团”(大唐、中电投、国电、华电、华能)运行。国家电网公司作为关系国家能源安全和国民经济命脉的国有重要骨干企业，以投资建设运营电网为核心业务，为经济社会发展提供坚强的电力保障。经营区域覆盖26个省、自治区、直辖市，覆盖国土面积的88%以上。公司实行总经理负责制，总经理是公司的法定代表人。智能电网是电网的发展趋势智能电网是将先进的传感测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。智能电网的主要特征（1）坚强。在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积停电事故；在自然灾害、极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网的安全运行；具有确保电力信息安全的能力。（2）自愈。具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力，强大的预警和预防控制能力，以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。（3）兼容。支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源和微电网的接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的电力需求并提供对用户的增值服务。（4）经济。支持电力市场运营和电力交易的有效开展，实现资源的优化配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。（5）集成。实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标