现代电力系统分析

我国电力系统的运行分析

刘聪

河北水利电力学院 河北沧州 061001

1 电力系统的运行

1.1 电能生产

我国的发电能源以煤为主，其次是水能，核电的比重很小，2003年全国总发电量中，火电占82.9%，水电占14.8%，核电只占2.3％。中国各地区的发电能源结构也不尽相同，主要受各地区一次能源的制约，过去水能作为发电能源多为就地利用，所以华北、华东、东北水能资源较少，水电比重较低；西南、中南、西北地区水能资源丰富，水电比重较高。中国近年来实施西部大开发，正在加快西部地区的水电开发，实行“西电东送”，中国在21世纪上半叶有可能使发电能源结构中的水电比重有所增加。

电源结构优化的主要策略：火电结构调整的重点应是积极采用高参数、大容量、高效率、高调节性、节水型，以60万千瓦为主的设备；大力开发清洁煤燃烧技术，以减轻对环境的压力；鼓励热电联产和热、电、冷技术的推广，以提高能源综合利用率；积极支持和花大力气建设矿口电厂，建设煤炭基地的电站群，发挥规模经济效益，而且可以变送煤为送电以减轻对运输的压力，同时也可减轻对经济发达地区的环境压力。在交通方便的沿海和负荷中心地区则要建设若干港口电厂和路口电厂。总之，火电的建设任务仍然很重，并且受环保方面的压力也很大，任务是十分艰巨的。

水电要从主要开发径流电站和调节性能差的电站，转为重点开发年调节以上，特别是龙头电站。过去由于政策导向方面的问题，已建的水电站中3／4都是调节性能差的。要引导电源开发公司优先开发年调节以上的水电站，一定要靠政策，要出台丰枯、峰电价和下游水电站向上游调节性能好的水电站返还部分经济效益等相关政策。

核电需要予以高度重视，扩大核电建设规模，增大在装机容量中的比重。到目前

- 2 - 为止，作为技术成熟、可大规模建设以替代部分燃煤火电站的、减少对大气环境污染的只能是核电站，所以加快开发很有必要。当前关键是要加快核电设备的国产化，否则其造价过高将严重影响我国核电的发展；要抢占核电技术发展的制高点，积极实施产、学、研相结合，将高温气冷堆技术转化为生产力。

现代电力系统分析总计

电力系统稳定性分析：包括功角稳定性分析、电压稳定性分析和频率稳定性分析。功角稳定性研究的是电力系统中互联的发电机间维持同步的能力问题。在交流系统中，所有连接在系统中的发电机必须要保持同步运行。角度稳定性分为以下三类。

静态稳定性：指电力系统受到小扰动后，不发生非同期失步，自动恢复到起始运行状态的能力。

暂态稳定性：指电力系统受到大的扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力

动态稳定性：指电力系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。

频率稳定性：系统中有功功率的缺乏导致的频率下降现象。电压稳定性：研究的是系统在受到小的或大的扰动后系统维持电压

电力系统静态稳定性分析的一般步骤：①计算给定稳态运行情况下各变量的稳态值；②对描述暂态过程的方程式在稳态值附近线性化；③形成线性化方程状态矩阵A，根据其特征值的性质判断稳定性。（四）提高静态稳定性的措施⑴采用自动调节励磁装置；⑵减小元件的电抗，具体做法有以下几种：①采用分裂导线；②提高线路额定电压等级；③采用串联电容补偿⑶改善系统的结构和采用中间补偿设备。

小扰动法是根据李雅普诺夫稳定性理论，以线性化分析为基础的分析方法。当受扰动系统的线性化微分方程组的特征方程式的根的实部皆为负值时，该系统是稳定的，当根的实部有正值时，该系统式不稳定的。 小扰动法分析简单电力系统静态稳定性的步骤：（1）列出描述系统中各元件运行状态的微分方程式组；（2）将以上非线性方程线性化处理，得到近似的线性化微分方程式组；（3）根据近似方程式的根的性质，判断系统的静态稳定性。

暂态稳定：系统受到大的扰动后，将使系统结构和参数发生变化，系统潮流和发电机的输出功率也发生变化，从而破坏了远动机与发电机之间的功率平衡，使发电机开始加速或减速，扰动后，各发电机输出功率的变化并不相同，使它们的转速变化也不相同。这样各发电机之间因转速不同产生相对运动，其结果是使转子之间的相对角度发生变化。所以由大扰动引起的电力系统暂态过程是一个由电磁暂态过程和发电机组转子机械运动暂态过程交织在一起的复杂过程。

一、解释下列名词和术语

1、能量管理系统：EMS主要包括SCADA系统和高级应用软件。高级应用软件从发电和输

配电的角度来分，发电部分包括AGC等，输配电部分包括潮流计算、状态估计、安全分析

及无功优化。其功能是根据电力系统的各种两侧信息，估计出电力系统当前的运行状态。

2、支路潮流状态估计：进行状态估计所需的原始信息只取支路潮流量测量，而不用节点量。

在计算推导过程中，将支路功率转变成支路两端电压差的量，最后得到与基本加权最小二乘

法类似的迭代修正公式。

3、不良数据：误差特别大的数据。由于种种原因（如系统维护不及时等），电力系统的遥测

结果可能远离其真值，其遥信结果也可能有错误，这些量测称为坏数据或不良数据； 4、状态估计：利用实时量测系统的冗余度提高系统的运行能力，自动排除随机干扰引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态。 5、冗余度：全系统独立量测量与状态量数目之比，一般为1.5-3.0 6、最小二乘法：以量测值z和测量估计值之差的平方和最小为目标准则的估计方法。 7、静态等值：在一定稳态条件下，内部系统保持不变，而把外部系统用简化网络来代替，

这种与潮流计算，静态安全分析有关的简化等值方法就是电力系统的静态等值；

8、静态安全分析：电力系统的静态安全分析只考虑事故后系统重新进入新稳定运行情况的

安全性，而不考虑从当前运行状态向事故后新稳定运行状态转变的暂态过程，其主要内容包

括预想事故评定、自动事故选择以及预防控制。 9、预想事故自动筛选：静态安全分析中，先用简化潮流计算方法对预想事故集中的每一个事故进行近似计算，剔除明显不会引起安全问题的预想事故，且按事故的严重性进行排序，组成预想事故一览表，然后用更精确的潮流算法对表中的事故依次进行分析 10、电力系统安全稳定控制的目的：实现正常运行情况和偶然事故情况下都能保证电网各运行参数均在允许范围内，安全、可靠的向用户供给质量合格的电能。也就是说，电力系统运行是必须满足两个约束条件：等式约束条件和不等式约束条件。 11、小扰动稳定性/静态稳定性：如果对于某个静态运行条件，系统是静态稳定的，那么当受到任何扰动后，系统达到一个与发生扰动前相同或接近的运行状态。这种稳定性即称为小扰动稳定性。也可以称为静态稳定性。 12、暂态稳定性/大扰动稳定性：如果对于某个静态运行条件及某种干扰，系统是暂态稳定的，那么当经历这个扰动后系统可以达到一个可以接受的正常的稳态运行状态。 13、动态稳定性：指电力系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。 14、极限切除角：保持暂态稳定前提下最大运行切除角，即最大可能的减速面积与加速面积大小相等的稳定极限情况下的切除角。 15 常规潮流计算的任务：根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，如各母线电压，网络中的功率分布以及功率损耗。 16 静态特性：在潮流计算时计及电压变化对各节点负荷的影响。

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第一章

现代电力系统的主要特点，

电网互联的优点及带来的问题，

电力系统的运行状态及运行状态带来的好处。电力系统分析概述。

第二章

电力网络的基本概念

结点电压方程，关联矩阵，

用关联矩阵与支路参数确定结点电压方程，

变压器和移向器的等值电路，

节点导纳矩阵，

第三章

常规潮流计算的任务、应用、，

对潮流计算的基本要求，

潮流计算的方法，

电力系统数学表述，

潮流计算问题的最基本方程式

潮流计算的借点类型，

节点功率方程及其表示形式，

潮流计算高斯赛德尔发。

牛顿拉弗逊法，

潮流计算的PQ分解法，

保留非线性潮流算法，

最小化潮流算法（潮流计算和非线性规划潮），

潮流计算的自动调整，

PV节点无功功率越界的处理，PQ节点电压越界的处理，带负荷调压变压器抽头的调整，负荷特性的考虑，互联系统区域间交换功率控制

最优潮流计算

最优潮流和基本潮流的比较，最优潮流计算的算法，最优潮流的数学模型，（目标函数，约束条件），最优潮流计算的简化梯度算法，（迭代求解算法的基本要点），最优潮流的牛顿算法，

交直流电力系统的潮流计算

直流输电的应用

交直流电力系统的潮流计算的特点

交流系统和直流系统的分解

交流系统部分的模型

直流系统部分的模型

直流电力系统模型

直流系统标幺值，直流电力系统方程式，（换流站，及其控制方式）

交直流电力系统潮流算法

联合求解法和交替求解法

直流潮流数学模型

第四章故障类型及分析

双轴变换-派克变换及正交派克变换

两相变换-克拉克变换

顺势对称分量变换（120 +-0） 对称分量变换

坐标变换的运用

网络方程 网络中的电源模型

不对称短路故障的边界条件

短路故障通用复合序网

断线故障通用负荷序网

两端口网络方程

阻抗行参数方程（有源 无源） 导纳型参数方程（有源 无源） 混合型参数方程

复杂故障分析

第五章

状态的确定（ 状态估计

量测误差随机干扰测量装置在数量上或种类上的限制