现代电网运行技术第一章基本特征

现代电网运行技术第一章基本特征第1页/共65页现代电网运行技术

参考文献：

大电网系统技术（中国电力出版社）

电力系统稳定与控制（中国电力出版社）

现代电网自动控制系统及其应用（中国电力出版社）第2页/共65页第一章现代电力系统的基本特征一、什么是电力系统二、什么是现代电力系统三、现代电力系统的优势和问题四、现代电力系统的结构五、现代电力系统的运行状态的设定六、现代电力系统稳定性运行准则第3页/共65页第一章现代电力系统的基本特征一、什么是电力系统

1、概念

电力系统：发电设备、输变电设备和用电设备以及二次设备组成的整体。第4页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第5页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

2、电力系统的发展

1831年法拉第发现了电磁感应定律后，在此基础上很快出现了原始的直流发电机、低压直流电的输电线路（电压100－400V）.但由于是直流电，且电压低，输送功率小，输电距离短。第6页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

50年后，即1882年，出现了世界第一个电力系统，即用蒸气机发出的电能通过1500－2000V的输电线，将1.5KW的功率输送到57km外，驱动水泵。它包含了发电、输电、用电设备。因此可以说形成了一个最简单的电力系统。第7页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

由于直流电不能改变电压，使功率远距离输送受到限制。到1885年实现了单相交流输电，并制造了变压器。1891年又实现了三相交流电，克服了单相交流电在正负脉动变化的不稳定的缺点。第8页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

紧接着，汽轮机取代了以蒸汽机为原动机的发电机组，发电厂之间出现了并列运行，输电电压、输送距离和输送功率不断增加，更大规模的电力系统不断涌现。仅数十年，在一些国家甚至出现了全国或跨国的电力系统。使电力系统进入现代电力系统时代。第9页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

二、什么是现代电力系统

现代电力系统可简要定义为：大机组、大电网、高电压、远距离和大容量输电组成的电力系统。第10页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

大机组：20万kW以上的高温高压机组。（国家发展和委员会能源局2006年发布的一份报告说，中国发电设备制造企业已具备生产３０万千瓦及６０万千瓦发电机组的能力，并已达到国际先进水平，百万千瓦级机组也已实现部分国产化）

2006年，我国火电最大单机容量为100万kW，为浦东外高桥电厂，该厂2台100万kW机组2008年底已投产发电。大电网：形成多省网组成的区域电网、乃至全国电网。第11页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

高电压：220KV以上（不包括220KV）电压等级叫超高压，以超高压或特高压电压等级形成的网架为主网的电网。我国目前运行的主网电压最高电压等级为750KV(西北地区），1000KV特高压交流线路示范工程已投入运行（晋东南-南阳-荆门）。远距离：一般应满足跨省和跨区域或跨国的远距离送电。中国最长线路：645kM(特高压线路）国际上最长线路：1000kM

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大容量：在超高压电压等级下，大容量的输送功率。

随着电压等级的升高，输送容量显著提高，从自然功率指标可以看出：

220kV线路采用单导线自然功率约为130MW；

330KV线路采用双分裂导线自然功率约为353MW；

500kV线路采用四分裂导线自然功率约为1000MW；

750KV线路采用四分裂导线自然功率约为2160MW。

1000KV线路采用八分裂导线自然功率约为4000MW，输电范围能够达到1000～1500公里。大容量远距离输送功率已成为现实。第13页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

运行管理的高度自动化：利用计算机对电力系统进行在线监测和控制。高压直流输电：随着晶闸管的发展，高压直流（HVDC）输电对大容量远距离输电更具有吸引力。当电力系统由于系统稳定的考虑而不适合联网或系统的额定频率不相同时，HVDC可以提供非同步联网。当交流网络中发生短路故障时，能有效地限制相关交流系统的短路电流。

500kV直流输电测量用光学互感器第14页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

现代电网是以特高压、超高压电压等级形成主网架，以国家、区域、省网分层的电压等级为结构特点。大容量机组直接接入超高压主网，使之有利于远距离输电，这样可以最大限度的合理利用能源。我国形成全国联网的进程是随着三峡水电厂的投产加快的。第15页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

2006年我国发电总装机达到6.22亿千瓦；2007年底，我国发电装机规模已达7.18亿千瓦，提高15.4%，位居世界第二。全国风电装机达到606万千瓦，跃居世界第５位；水电装机1.48亿千瓦，居世界首位。中国电力供应结束了持续数年的紧张，供需基本平衡。根据规划，到2010年中国发电装机将达到8.4亿千瓦。第16页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第17页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第18页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

背靠背直流系统如图所示，是无直流线路的两端直流系统，它主要用于两个非同步运行（不同频率或频率相同但非同步）的交流系统之间的联网或送电。背靠背直流系统的整流和逆变设备通常装设在一个换流站内，也称为背靠背换流站。

第19页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第20页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第21页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第22页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第23页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第24页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第25页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第26页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第27页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第28页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第29页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第30页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第31页/共65页第一章现代电力系统的基本特征第32页/共65页第一章现代电力系统的基本特征2005年我国实现了全国联网。第33页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

我国形成全国联网的网架结构图：北通道：西北－华北－山东中通道：川渝－华中－华东南通道：云贵电力－华中－华东“南北互送”：东北－华北－华中－南方

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第一章现代电力系统的基本特征第35页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

2006年8月19日，国家电网公司1000千伏的交流特高压实验工程正式奠基。这一工程起于山西长治，经河南南阳至湖北荆门（晋东南-南阳-荆门），工程总投资约58亿元。

2009年1月1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程竣工投入运行，采用8分裂导线，全长645公里。

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第一章现代电力系统的基本特征

南荆线短路实验第37页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

长南线短路实验第38页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

2007年2月10日，国家发改委正式批复四川—上海±800千伏特高压直流工程换流站设备采购方案。

2007年5月21日±800千伏特高压直流工程上海奉贤换流站奠基开工，工程起点四川复龙换流站，落点上海奉贤换流站，全线途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海八省市，全长约1900公里，额定输送功率640万千瓦，最大输送功率700万千瓦。整个示范工程计划2010年底投入运行。四川—上海±800千伏特高压直流输电示范工程是我国特高压直流输电设备自主化的重要依托工程，也是金沙江流域水电开发外送的众多超大容量特高压直流输电的领航工程。第39页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

根据目前的电网规划，2020年前后国家电网将基本建成“四横六纵”的特高压骨干网架，国家电网跨区输送容量将占全国装机总容量的25％以上。第40页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

此外，我国积极推进绿色环保发电工程的建设我国第一个海上风力发电场将建在东海大桥附近海域，预计总装机容量10万千瓦，建成投产后可满足约20万户普通家庭一年的用电量。上海、江苏、山东、辽宁、内蒙古、吉林也将建设总装机容量达120万千瓦的风力发电场，相当于一个大型热电厂。这些风电替代煤电后，每天可少烧2000吨优质煤。西北地区计划在2020年建成100万千瓦风力发电场，现正在逐渐投入实施。

2007年，全国风电装机达到605万千瓦，跃居世界第５位，进入“追风时代”。第41页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征第42页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

2007年中德合作在海拔3500米的甘肃甘南建成首座太阳能光伏电站投入运行，该电站最终容量可满足25个村落供电。

2008年12月世界上最大的太阳能光伏电站葡萄牙南部地区投入运行，其总装机容量达46兆瓦，其发电能力能满足3万多户葡萄牙家庭的日常用电需求，相当于每年可以减少8.94万吨二氧化碳排放。第43页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

太阳能光伏电站第44页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

形成全国联网后，可以使我国的能源更加合理的利用。

在现代电力系统中对电压水平IEEE标准规定：高电压等级（HV）110kV138kV220kV

超高压电压等级（EHV）330kV345kV500kV750kV

特高压电压等级（UHV)±800KV直流和1000kV交流第45页/共65页第一章现代电力系统的基本特征三、现代电网的优势和问题（一）现代电网的优势

1、现代电网的各个区域电网间具有较强的联系。

第46页/共65页第一章现代电力系统的基本特征

2、现代电网可以安装大容量、高效能的机组（火、水、核电机组）。

三峡水电厂单机容量700MW，共26台，总装机容量最后可达18.2GW。上海浦东外高桥电厂总装机容量5400MW，占上海火电装机容量的45%以上。第47页/共65页第一章现代电力系统的基本特征3、现代电网可以节省全网的装机容量。第48页/共65页第一章现代电力系统的基本特征4、现代电网可以实现自动发电控制（AGC）AutomaticGenerationControl。5、现代电网可以在各地区之间互供电力、互通有无、互为备用（一般要有20％的备用容量），增强抵御事故能力，提高电网安全水平，提高供电可靠性。第49页/共65页第一章现代电力系统的基本特征6、现代电网能承受较大的冲击负荷，有利于改善电能的质量。第50页/共65页第一章现代电力系统的基本特征7、现代电网可以更大范围内进行水火电厂联合经济调度。

8、现代电网实现了在线监测和远方控制。

第51页/共65页第一章现代电力系统的基本特征9、现代电网可以采用非线性的控制技术，

静止无功补偿器。可控串补——非线性——暂稳固定串补――线性控制——静稳可控电抗第52页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

（二）问题

1、动稳定问题是制约电网稳定运行的最主要问题。

全国互联电网的形成，使系统运行增加了负阻尼或弱阻尼模式。第53页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

据统计，国家电网公司系统500千伏线路中四分之一的线路受到各种稳定形态限制，成为输送“瓶颈”，一定程度上造成了“送不出、落不下、交换能力不强”。第54页/共65页第一章现代电力系统的基本特征2004年，东北、华中和川渝联网后，出现了东北和川渝机组强相关的频率在0.17HZ左右的主要振荡模式。在山东电网接入系统后，又增加了新的负阻尼振荡模式（0～3Hz定义为低频振荡，0.17HZ也有专家称之为超低频振荡），进一步恶化了电网的动态特性。第55页/共65页

第一章现代电力系统的基本特征

为了维持互联系统的稳定运行，并充分发挥大区域联络线及区域内部重要输电断面的输送容量，在东北、华北、华中、川渝电网内部109台机组装设了PSS装置，山东电网接入主