电力系统基本知识及电网调控

电力系统根本知识及电网调控楚雄供电局电力调度中心09.08一、电力系统〔powersystem〕由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能消费与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源经过发电动力安装〔主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助消费系统等〕转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，经过各种设备再转换成动力、热、光等不同方式的能量，为地域经济和人民生活效力。由于电源点与负荷中心多数处于不同地域，也无法大量储存，故其消费、保送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能消费必需时辰坚持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散运用，以及电能的延续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的构造和运转。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的消费和输运过程进展丈量、调理、控制、维护、通讯和调度，确保用户获得平安、经济、优质的电能。二、电力系统根本概念电力网络——是由变压器、电力线路等变换、保送、分配电能设备所组成的部分。动力系统——在电力系统的根底上，把发电厂的动力部分〔例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反响堆等〕包含在内的系统。总装机容量——指该系统中实践安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦〔KW〕、兆瓦〔MW〕、吉瓦〔GW〕为单位计。年发电量——指该系统中一切发电机组全年实践发出电能的总和，以千瓦时〔KWh〕、兆瓦时〔MWh〕、吉瓦时〔GWh〕为单位计。最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦〔KW〕、兆瓦〔MW〕、吉瓦〔GW〕为单位计。额定频率——按国家规范规定，我国一切交流电力系统的额定功率为50Hz。最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。三、电能质量1、电能质量(PowerQuality)，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。影响电能质量的要素包括：导致用电设备缺点或不能正常任务的电压、电流或频率的偏向，其内容包括频率偏向、电压偏向、电压动摇与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变〔谐波〕、电压暂降、中断、暂升以及供电延续性等。在现代电力系统中，电压暂降和中断已成为最重要的电能质量问题。2、电能质量的详细目的〔1〕．电网频率我国电力系统的标称频率为50Hz，电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。〔2〕．电压偏向：各电压等级供电电压偏向不超越额定电压的-3％～+7％。〔3〕．三相电压不平衡：电力系统公共衔接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超越4％。规范还规定对每个用户电压不平衡度的普通限值为1.3％。〔4〕．公用电网谐波：6～220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0％，6～10kV为4.0％，35～66kV为3.0％，110kV为2.0％；用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内。〔5〕．动摇和闪变：在公共供电点的电压动摇允许值：10kV及以下为2.5%，35～110kV为2％，220kV及以上为1.6％。四、负荷特性负荷特性指负荷功率随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律。负荷特性分为电压特性和频率特性，又可进一步分为静态特性和动态特性。静态特性是指电压或者频率变化后进入稳态时候负荷功率与电压或者频率的关系。动态特性是指电压或者频率急剧变化过程中负荷功率与电压或者频率的关系。1、负荷特性的分类(1)负荷功率随负荷点端电压变动而变化的规律，称为负荷的电压特性；(2)负荷功率随电力系统频率改动而变化的规律，称为负荷的频率特性；(3)负荷功率随时间变化的规律，称负荷的时间特性。2、负荷特性模拟方法(1)用恒定阻抗〔或恒定功率、恒定电流〕模拟负荷。这是最粗略的模拟方法，因此只适宜某些近似计算。但由于这种方法比较简单，所以运用较为广泛。(2)用负荷的静态特性模拟负荷。这种方法比用恒定阻抗(或恒定功率、恒定电流)模拟负荷要准确一些。它本质上是恒定阻抗、恒定电流、恒定功率3种简单形状按一定比例的组合。普通在动态稳定和潮流计算中可以采用这种模拟方法。(3)思索感应电动机机械暂态过程的典型综合负荷动态特性的负荷模型。由于感应电动机〔见异步电动机〕是电力系统负荷的主要成分,因此在暂态稳定计算中,往往采用这种负荷模型思索感应电动机在暂态过程中其滑差变化对稳态等值电路阻抗值的影响。(4)思索感应电动机机电暂态过程的典型综合负荷动态特性的负荷模型。这是比较准确的负荷模型。它既思索感应电动机的机械暂态过程，又思索电动机的电磁暂态过程。3、负荷调整常用的调整电力负荷的方法主要采用降低最大用电负荷，移峰填谷，包括年负荷调整、月负荷调整和日负荷调整，运用节能电器，推行绿色节能光源，顶峰时段适当调高空调温度，实行峰谷差别电价等方法，可以有效降低社会用电对电网最大负荷的需求。年负荷调整：对一些季节性用电的负荷，将其用电安排在电网年负荷曲线的低谷时段，错开冬夏两季的用电顶峰时间，减小电网的最大负荷，从而提高电网负荷率。月负荷的调整：合理安排一个月消费方案，使消费用电负荷均匀。日负荷的调整：将一班制消费企业的消费用电，放到后夜低谷时段消费，两班制消费企业错开早晚顶峰消费，三班制延续消费企业中非延续性设备放在后夜低谷时段用电，推行运用蓄热蓄冷空调等。调整负荷的意义：降低社会用电对电网最大负荷的需求，减少发电设备投资；减少企业团体的电力消费支出，降低消费本钱，提高效益。提高发电企业及电网设备的利用率，降低消费本钱电能损耗。在电力供应出现缺口时，有利于构成有序的用电次序，使有限的电力资源最大限制地满足社会的需求。4、负荷曲线分析：电网日负荷曲线由基荷、腰荷、峰荷三部组成。电网负荷最小负荷以下〔A点〕部分为基荷，最小负荷与平均负荷之间部分之间部分叫腰荷〔A与B之间〕，平均负荷与最大负荷之间部分叫峰荷。顶峰负荷：又称为尖峰负荷，指在一定时间内发生的最大负荷值，顶峰负荷普通根据季节的不同出现每天上午9—11时〔早峰，C点〕和17—22时〔晚峰，D点〕，由于这段时间是消费用电和生活用电最集中的时间，因此出现电网顶峰负荷，此时在日负荷曲线上出现顶峰。低谷负荷：指在一定时间内发生的最小负荷值。低谷负荷普通出如今晚上23时—次日5时〔A点〕，这段时间消费负荷和生活负荷都较低，在日负荷曲线上出现低谷。平均负荷指在某一段确定的时间段内〔如日、月、季、年〕负荷的平均值。五、频率相关知识1、电力系统低频运转的危害电力系统低频运转是非常危险的,由于电源与负荷在低频率下重新平衡很不结实,也就是说稳定性很差,甚至产生频率解体,会严重要挟电网的平安运转,并对发电设备和用户呵斥严重损坏,主要表现为以下几方面:

1)引起汽轮机叶片断裂。在运转中,汽轮机叶片由于受不均匀汽流冲击而发生振动。在正常频率运转情况下,汽轮机叶片不发生共振。当低频率运转时,末级叶片能够发生共振或接近于共振,从而使叶片振动应力大大添加,如时间过长,叶片能够损伤甚至断裂。

2)使发电机出力降低,频率降低,转速下降,发电机两端的风扇鼓进的风量减小,冷却条件变坏,假设仍维持出力不变,那么发电机的温度升高,能够超越绝缘资料的温度允许值,为了使温升不超越允许值,势必要降低发电机出力。

3)使发电机机端电压下降。由于频率下降时,会引起机内电势下降而导致电压降低,同时,由于频率降低,使发电机转速降低,同轴励磁电流减小,使发电机的机端电压进一步下降。

4)对厂用电平安运转的影响。当低频运转时,一切厂用交流电动机的转速都相应的下降,因此火电厂的给水泵、风机、磨煤机等辅助设备的出力也将下降,从而影响电厂的出力。其中影响最大的是高压给水泵和磨煤机,由于出力的下降,使电网有功电源更加缺乏,致使频率进一步下降,呵斥恶性循环。

5)对用户的危害:频率下降,将运用户的电动机转速下降,出力降低,从而影响用户产品的质量和产量。另外,频率下降,将引起电钟不准,电气丈量仪器误差增大,平安自动安装及继电维护误动作等。2、电网频率同有功功率的关系当电网发出的有功功率等于用户有功负荷时，频率坚持不变；小于有功负荷时，频率下降；大于有功负荷时，频率上升。因此，改动发电机输出的有功功率可以调整电网频率。3、调整频率的方法一次调频：是指由发电机组调速系统的频率特性所固有的才干,随频率变化而自动进展频率调整。其特点是频率调整速度快,但调整量随发电机组不同而不同,且调整量有限,值班调度员难以控制。二次调频：是指当电力系统负荷或发电出力发生较大变化时,一次调频不能恢复频率至规定范围时采用的调频方式。二次调频分为手动调频及自动调频:手动调频：在调频厂,由运转人员根据系统频率的变动来调理发电机的出力,使频率坚持在规定范围内,手动调频的特点是反映速度慢,在调整幅度较大时,往往不能满足频率质量的要求,同时值班人员操作频繁,劳动强度大。自动调频：这是现代电力系统采用的调频方式,自动调频是经过装在发电厂和调度中心的自动安装随系统频率的变化自动增减发电机的发电出力,坚持系统频率在较小的范围内动摇,自动调频是电力系统调度自动化的组成部分,它具有完成调频、系统间联络线交换功率控制、和经济调度等综合功能。4、电网频率异常及事故处置云南电网独立网运转时，系统频率异常及事故处置的普通原那么：(1).当电网频率降至49.8Hz以下时，主调频电厂和第二调频电厂无须等待调度指令，应立刻自行添加出力直至频率恢复到合格范围内或至设备允许过负荷出力。(2).当电网频率降至49.8Hz以下，经电厂添加出力，且备用水电机组均已并网而频率仍不能上升到合格范围时：①49.8～49.0Hz：如须限电拉闸，省调值班调度员须在10分钟内将限电负荷数分配给各地调，地调应在接令后10分钟内完成。如遇执行不力，省调越级执行。②49.0Hz以下：各地调和发电厂、变电站的运转值班人员应立刻汇报省调值班调度员，各地调立刻执行省调值班调度员指令，按“事故拉闸限电序位表〞进展拉闸，使频率恢复至合格范围内。(3).当电网频率下降到危及发电厂厂用电平安运转时，发电厂可按调度机构认可的保厂用电规定，执行保厂用电措施。(4).当电网频率超越50.2Hz以上时，各发电厂必需按省调指令相应将出力降低使系统频率恢复到合格范围以内，必要时省调值班调度员应发布停机、停炉指令或采取水电厂短时弃水运转，在20分钟内使频率恢复正常。(5).为保证电网频率质量，水电厂应做到：①低频自启动机组正常投入。②在接到调度机构值班调度员开机指令后备用机组10分钟以内并网运转。③当调频厂运转机组出力将到达最大或最小技术出力时，及时向调度机构值班调度员汇报。(6).低频减载动作切除的线路，未得调度机构值班调度员赞同不得送电〔事先规定的保安电力线和安装误动切除的线路除外〕。六、无功及电压相关知识1、无功功率无功功率比较笼统，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他方式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要耗费无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需耗费一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功〞。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

无功功率决不是无用功率，它的用途很大。电动机需求建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源获得无功功率建立的。变压器也同样需求无功功率，才干使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。在正常情况下，用电设备不但要从电源获得有功功率，同时还需求从电源获得无功功率。假设电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下任务，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运转。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表如今：

(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)降低输、变电设备的供电才干。

(3)呵斥线路电压损失增大和电能损耗的添加。

(4)呵斥低功率因数运转和电压下降，使电气设备容量得不到充分发扬。2、电压对系统的影响当电压过高时：会对负荷的运转带来不良影响；影响产品的质量和产量，损坏设备；各种电气设备绝缘会损坏，在超高压输电线路中还将添加电晕损耗；甚至会引起电力系统电压解体，呵斥大面积停电。电压降低时：会使电网中的有功功率损耗和能量损耗添加，过低还会危及电力系统运转的稳定性。无论是作为负荷用电设备还是电力系统本身，都要求能在一定的额定电压程度下任务。3、功率要素功率要素是实践耗费的功率与电力供应容量之比值.所以功率要素越高,电力在传输过程中即可减少无谓的损失并提高电力的利用率。相关公式：提高系统功率要素的益处：〔1〕、减少电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。〔2〕、使电力系统内的电气设备容量更能充分利用。〔3〕、使线路的电压损耗减小。4、电压中枢点电力系统是一个庞大的系统，其中的负荷难以计数，无法对其中每一个节点的电压进展监视和调整，通常的做法是选择一些关键性的母线作为电压监视点，假设将这些母线的电压偏向控制在允许范围内，系统中其他节点的电压及负荷电压就能根本满足要求，这些电压监视点称为电压中枢点；普通选择系统内装机容量较大的发电厂高压母线，容量较大的变电所低压母线，以及有大量地方负荷的发电机母线作为电压中枢点。5、“逆调压〞、、“逆调压〞即在最大负荷时使中枢点电压坚持比线路电压高5%，最小负荷时将中枢点电压下降至额定电压。“顺调压〞即在最大负荷时允许中枢点电压低一些〔但不得低于线路额定电压的102.5%〕,在最小负荷时允许中枢点电压高一些〔但不得高于线路额定电压的107.5%〕。“恒调压〞无论在最大负荷还是最小负荷，坚持中枢点电压为线路电压102%--105%。6、无功电源电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这4种安装又称为无功补偿安装。除电容器外，其他几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。

(1)同步电机：

同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。

①同步发电机：

同步发电机是独一的有功电源，同时又是最根本的无功电源，当其在额定形状下运转时，可以发出无功功率：

Q=S×sinφ=P×tgφ

其中:Q、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。

发电机正常运转时,以滞后功率因数运转为主,向系统提供无功，但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的"进相运转"，以吸收系统多余的无功。

②同步伐相机:

同步伐相机是空载运转的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励安装的同步电机能根据电压平滑地调理输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运转维护复杂、呼应速度慢，近来已逐渐退出电网