电网安全优质稳定运行

1、电网安全优质稳定运行 存在的问题及科研方向 内蒙古电力调度通信中心 二八年五月,向荣获内蒙古电力技术院首任专家光荣称号的同志们表示热烈祝贺！,会议安排调通中心就目前影响电网安全优质稳定运行的一些问题作会议发言，为各位专家下一步开展学术研究和技术攻关提供一些基础资料。由于对电网前沿技术学习了解不够，水平有限，只能结合内蒙古电网实际运行存在的问题，向各位专家作一简单汇报，希望能够起到抛砖引玉的效果。,前言,一、我国电网状况 二、内蒙古电网现状 三、电网存在的问题 四、对今后科研、技术攻关方向的建议,汇报内容,一、我国电网状况,我国电网分布图,西北电网,华北电网,东北电网,西藏地区,华中电网,南方电

2、网,华东电网,台湾地区,我国电网分布图,西北电网,华北电网,东北电网,西藏地区,华中电网,南方电网,华东电网,台湾地区,东北电网与华北电网500kV交流互联,我国电网分布图,西北电网,华北电网,东北电网,西藏地区,华中电网,南方电网,华东电网,台湾地区,华北电网与华中电网、东北电网500kV交流互联,我国电网分布图,西北电网,华北电网,东北电网,西藏地区,华中电网,南方电网,华东电网,台湾地区,西北电网与华中电网背靠背直流互联,华中电网,我国电网分布图,西北电网,华北电网,东北电网,西藏地区,华中电网,南方电网,华东电网,台湾地区,华中电网与西北电网背靠背直流互联，与华北电网500kV交流互联

3、，与华东电网、南方电网直流互联。,华中电网示意图,我国电网分布图,西北电网,华北电网,东北电网,西藏地区,华中电网,南方电网,华东电网,台湾地区,华东电网与华中 电网直流互联,华东电网示意图,我国电网分布图,西北电网,华北电网,东北电网,西藏地区,华中电网,南方电网,华东电网,台湾地区,南方电网由云南电网、贵州电网、广东电网、广西电网和海南电网组成，2007年底装机总容量达到 1 亿千瓦。目前，南方电网正在建设 500kV交流海底电缆，年内将实现海南电网与南方电网联网运行。,截至2007年底，国家电网公司总装机容量超过了5亿千瓦，年发电量23450亿千瓦时，形成了交直流互联、以西电东送为主电力

4、互济的电网格局。,目前，南方电网通过三峡工程与国家电网实现了直流联网运行。国内最大单机容量已达到100万千瓦，年内，特高压示范工程将投运，我国电网已经进入了以交直流超高压互联为主、发展建设特高压电网、机组高参数、高自动化、大容量的数字化大电网时期。,二、内蒙古电网现状,内蒙古电网西起阿拉善电网的额济纳，东至呼伦贝尔电网的满洲里，电气距离长约3366km,蒙 西 电 网,由于稳定原因，蒙西电网和蒙东电网分区运行,蒙 西 电 网,直调发电厂40座，容量24587MW 500kV变电站13座，容量9000MVA 220kV变电站80座，容量19106MVA 500kV线路30回，总长3115km 2

5、20kV线路210回，总长8033km,蒙 西 电 网,发电厂15座，容量654MW 220kV变电站11座，容量1236MVA 220kV线路10回，总长1143km 最大供电负荷：484MW,两横三纵的500kV主网架结构,响沙湾,永圣域,国华,乌海,布日都,高新,宁格尔,达旗四期,达旗5、6机,丰泉,京隆电厂,华电包头,丰镇5、6机,万全,岱海,顺义,汗海,塔拉,吉兰太,德岭山,包头北,旗下营,沽源,巴彦淖尔北部电网,大乌海 电网,汗锡断面,三、电网存在的问题,1、狭长地形使电网呈“一”字链式结构，稳定水平低。 2、受稳定限制，东部和西部分区运行。 3、长距离输电线路较多，输电能力差，电

6、压波动大，依靠大量安全自动装置提高输送能力。,电网特点,(一)存在动态稳定问题,1: 发电机角度(度),* = 1I准厂G1 24.0,+ = 1I呼市G5 10.5,X = 1I河西G1 20.0,Y = 1I海渤G4 15.8,A = 1I丰镇G5 15.8,H = 1I达四G1 20.0,O = 1I包二G7 10.5,X,轴单位,:,周波,1502,1201.6,901.2,600.8,300.4,0,160,110,60,10,-40,-90,*,*,*,*,*,+,+,+,+,X,X,X,X,X,Y,Y,Y,Y,Y,A,A,A,A,A,H,H,H,H,H,O,O,O,O,1、正常方

7、式下，响永一回三永故障，动态失稳,2、包旗线停电，响永一回三永故障，动态失稳,1: 发电机角度(度),* = 1I准厂G1 24.0,+ = 1I锡林G1 20.0,X = 1I乌拉G4 20.0,Y = 1I河西G1 20.0,A = 1I海渤G4 15.8,H = 1I丰镇G1 15.8,O = 1I达旗G4 24.0,P = 1I包二G7 10.5,X,轴单位,:,周波,1502,1201.6,901.2,600.8,300.4,0,150,110,70,30,-10,-50,*,*,*,*,*,+,+,+,+,+,X,X,X,X,X,Y,Y,Y,Y,Y,A,A,A,A,A,H,H,H,

8、H,H,O,O,O,O,O,P,P,P,P,P,(二)暂态稳定水平较低，过度依靠安全自动装置,电网投运： 失步解列装置21套 高周切机装置10套 区域稳定控制装置14套,1、布日都主变跳闸，布日都地区解网，需高周切机,布 日 都 孤 岛,锡林110kV 电网,2、汗塔线或塔拉主变跳闸，锡林地区解网，出现高频或低频。,锡林110kV电网,锡 林 孤 岛,锡林110kV 电网,3、汗海主变跳闸，汗海地区解网，需大量低频减载,汗 海 孤 岛,4、响永双掉，联切达四、华电包头,响沙湾,永圣域,国华,乌海,布日都,高新,宁格尔,达旗四期,达旗5、6机,丰泉,京隆电厂,华电包头,丰镇5、6机,万全,岱海,

9、顺义,汗海,塔拉,吉兰太,德岭山,包头北,旗下营,沽源,5、永丰双掉，联切国华、达四、华电包头,响沙湾,永圣域,国华,乌海,布日都,高新,宁格尔,达旗四期,达旗5、6机,丰泉,京隆电厂,华电包头,丰镇5、6机,万全,岱海,顺义,汗海,塔拉,吉兰太,德岭山,包头北,旗下营,沽源,6、丰万双掉，联切京隆、国华、达四、华电包头,响沙湾,永圣域,国华,乌海,布日都,高新,宁格尔,达旗四期,达旗5、6机,丰泉,京隆电厂,华电包头,丰镇5、6机,万全,岱海,顺义,汗海,塔拉,吉兰太,德岭山,包头北,旗下营,沽源,7、汗沽双掉，联切京隆、国华、达四、华电包头,响沙湾,永圣域,国华,乌海,布日都,高新,宁格尔

10、,达旗四期,达旗5、6机,丰泉,京隆电厂,华电包头,丰镇5、6机,万全,岱海,顺义,汗海,塔拉,吉兰太,德岭山,包头北,旗下营,沽源,（三）电压及线损问题,1、全网容性无功补偿容量不足，500kV系统容性补偿容量为主变容量的10.9%，220kV系统无功补偿容量为主变容量的10.2%，均只达到无功技术导则要求的10%25%的下限。,2、包头、大乌海等负荷集中地区，容性无功补偿容量不足，造成从主网大量吸收无功，产生无功潮流，增加了电网线损。,3、边远地区或大用户负荷无功补偿不足，从电网吸收无功，造成电压质量下降和网损增大。,4、长距离输电线路较多，电网电压随负荷增减波动较大，500kV系统电压波

11、动范围537497kV；220kV系统电压波动范围248199kV。,（四）短路电流持续升高,超过30kA的厂站,1、短路电流继续攀高，高新变220kV母线短路电流将达到54kA。 2、被迫采取高新主变分裂运行方式，降低短路电流。 3、包头地区和500kV变电站有17个厂站220kV母线短路电流超过30kA。,（五）发电受阻及用电受限问题,乌吉断面受电极限250MW，限制阿盟用电,乌吉断面送端极430MW，乌海、阿盟供电依赖内部机组,受阻 容量700MW。,大乌海发电受阻700MW,国电东胜、煤制油、蒙南受阻500MW,包头地区供电能力3500MW，负荷发展受限,达旗出力受阻340MW,希望双

12、回热稳极限440MW，限制希铝负荷发展,金桥电厂出力受阻200MW,国能电厂出力受阻170MW,万家寨出力受 阻一台机,华宁受阻60MW,锡林电厂出力受阻150MW,500kV系统单线单 变，新投风电700MW 送出受阻,（六）机网协调、热电联产协调及其他问题,1、发电机组调速系统、调压系统参数实测以及数据建模工作已经开展，但目前此项工作过分依赖国家电科院等上级科研部门，工作周期长，机组投运或大修后数据更新大大滞后；机组一次调频、AGC技术管理仍存在问题。须进一步吸收消化这方面的技术，使机网协调工作有效地提高电网安全稳定水平。,2、电网供热机组较多，热电矛盾突出。机组供热能力、电出力对供热温度

13、的影响等重要供热参数目前仅由发电方提供，科学性、准确性难以保证，热电联产基本形成了以热定电局面，影响科学调度和电网安全、经济运行。,3、其他问题 呼兴电网大机组并网及外送问题；大规模风力发电并网对电网影响问题；继电保护等二次系统技术发展，数字化电网、数字化变电站新技术消化掌握问题；结合特高压电网技术规划内蒙古电网外送第三通道问题；地区电网发展规划等内容也是急需研究解决的现实问题。,四、对今后科研、技术攻关方向的建议,鉴于上述全国电网发展形势和内蒙古电网运行存在的问题，建议技术院专家开展以下课题攻关科研。,1、内蒙古电网发电机组PSS参数协调优化及综合控制研究,随着内蒙古电网逐步发展和外送规模不

14、断扩大，电网动态稳定问题逐步显现，成为影响安全稳定运行的重要因素。为了提高电网动态稳定水平，大容量发电机组装设、投运了PSS装置，PSS对所设计的低频振荡频率分量抑制效果很好，但对其它振荡频率分量抑制效果却变差，甚至有激励作用。此外电力系统运行状态或网络结构发生变化，或由于设计或参数整定原因，使系统的实际振荡频率落在PSS控制器有效抑制振荡频率带以外，控制效果就会显著减弱。,如何动态的优化各台机组PSS参数设置，将具有PSS功能的发电机组组织起来，统一协调，最大程度地对地区间振荡模式和大的区域间振荡模式提供正的阻尼，以提高内蒙古电网500kV主网架之间以及内蒙古电网与华北主网间各断面的安全稳定

15、极限和输送能力是值得深入研究的课题。,2、动态在线安全分析与预警控制系统研究,大区电网和互联网的建设以及全国联网对系统的安全稳定控制水平提出了更高的要求，已有的稳定控制装置一方面不能及时有效地解决互联电网中突出的稳定问题，另一方面也不能解决系统运行的安全性和经济性之间日益突出的矛盾。因此，电力市场的运行机制迫切要求稳定分析和控制的在线化。在线安全预警和控制基于“在线预想计算，实时匹配”的安全分析和预警控制框架，取代传统的“离线预想计算，实时匹配”控制框架。,当运行方式变化时，电网中同样的故障或扰动功对系统稳定性的影响可能相差很大，如果使用传统的离线计算方法，则必须针对各种可能的运行方式进行大量

16、的离线稳定计算，即使如此，所考虑的运行方式也必然是有限的、不全面的。实际运行与离线计算方式间发电出力及负荷情况总存在或多或少的差异，这些差异往往有可能造成运行的保守性或不安全性，甚至造成控制的不合理性。,在线安全预警和控制是利用系统实时或准实时信息，最大可能地缩小计算数据与实际运行方式的差异，对实际运行情况进行“实地”分析，校验控制策略的准确性，并根据需要提出新的控制对策，其控制更具合理性。在某些特殊网络结构情况下，如系统结构从环网变为辐射网运行、紧急检修等情况下，由于系统的稳定情况变化很大，这种在线预警和控制手段所带来的灵活性和自适应能力显得更为重要。进行在线安全稳定分析和预警控制系统的研究

17、，可以实现电网稳定控制策略的在线调整决策，以适应不同的电网运行工况，将大大提高电网安全稳定运行水平，最大化发挥电网输送能力，提高公司经济效益。,3、大型风力发电场安全稳定运行研究,随着内蒙古电网风力发电机组逐步增加，风电机组运行对系统安全稳定运行的影响已经逐步显现出来，如影响系统调峰、影响系统电压，注入谐波等。然而，目前电网对风力发电机的认识较火电机组仍显得非常肤浅，甚至连最基本的风力发电机组模型也没有一个公认标准。,大型风力发电场安全稳定运行研究将从风力发电机的基本模型性参数、风电场对保护装置的影响、安全稳定控制手段对风力发电厂要求、大型风电厂并网运行对系统无功电压影响和谐波注入等诸多方面进

18、行研究。大型风力发电厂安全稳定运行研究首先应对风力发电机组进行研究，深入分析风力发电机组各一次元件的数学特性和模型，形成整套机组统一数学模型和关键参数，参考火电机组定义风机涉网关键设备，以便开展风电场与系统间机网协调工作；在具备风机模型的基础上，开展风机保护和风电厂对系统保护影响的研究，重点研究对系统保护元件动作特性的影响及以及风机保护和系统保护之间的配合问题；,研究风力发电机组对现有安全稳定控制手段的适应性问题，现有电网的预防性控制、紧急控制等均针对火电和水电等同步机组，这些控制策略用于风力发电机异步机组时控制效果的差异性是值得深入研究的；大量引入风力发电将引起系统的电压问题（电压闪变、电压

19、偏差与功率因数不达标等），研究应对影响风电机组输出功率特性的因素（如风机起停、无功补偿水平、风机功率控制方法、风速的变化等）进行分析，建立等效风速模型以及风力机的机械功率和转矩模型，并以风电场的实际运行风机类型为对象进行建模和仿真计算。,建立变动风速作用下的风电机组动态模型、研究风电场与电网公共连接点电压波动的估算方法，并给出理论分析结果；结合经济性考虑，研究风电场静态、动态或混合补偿方案，给出投资最小化、效益最大化（即技术指标最优）及投资效益综合优化等多种投资方案及其技术经济比较分析结果，针对确定的无功补偿配置方法，给出相应的运行方式建议方案。,4、研究和应用特高压交直流输电技术,近年来，我

20、国全面开展了特高压技术问题的研究，包括技术可行性、设备国产化、试验示范工程等一系列研究论证，取得了重大成果。内蒙古是国家重要的能源基地，在国家能源规划中占据重要的战略地位，通过特高压交直流输电技术，将内蒙古的电力输送到我国的负荷中心，是内蒙古电网未来发展面临的必然形势。,5、开发和应用提高电网输电能力的新技术，消除电网中的输电瓶颈，充分发挥各级电压电网的输送能力,内蒙古电网容量大，覆盖面广，输电距离长，网架结构不均衡，应综合采取各种先进的输电技术，如紧凑型输电技术、同杆并架技术、大截面耐热导线技术、输电线路串补和可控串补技术，动态无功补偿技术，如静补SVC、静止无功发生器STATCOM等，缩短

21、输电线路电气距离，增加输电线路热稳定传输容量，加强输电通道电压支撑，提高系统稳定水平和输送能力，节省输电走廊和电网投资。,6、开发和应用新型柔性交流输电(FACTS)技术，为建设高效和安全的电网提供灵活的控制调节手段,柔性交流输电技术装置，如静止同步串联补偿器、统一潮流控制器、可变静态补偿器、线间潮流控制器、移相器等，具有响应迅速快、输出可频繁变化和平滑可调的特点，可实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，提高系统稳定性。,7、发电机组励磁系统及调速系统模型参数的优化研究,励磁系统和调速系统是对电网安全影响最大两大辅机系统。励磁系统性能的好坏直接影响到发电机正常运行时机端电压的维持能力和故障情况下无功输出以维持发电机组稳定运行的能力，调速系统性能好坏的则直接影响到正常运行时发电机组一次调频的跟踪能力和维持系统频率和故障情况下保证机组不发生快速超速和维持发电机稳定运行的能力。,内蒙古电网已将开展了关于励磁系统和调速系统的参数实测工作，形成了一批机组的实测参数模型，并用于系统仿真中，提高了安全稳定分析的精度，但目前励磁和调速系统的参数均