電力系統(tǒng)智能化若干問(wèn)題概述

關(guān)于電力系統(tǒng)智能化若干問(wèn)題概述第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日一、電力系統(tǒng)構(gòu)成與功能1、電力系統(tǒng)構(gòu)成電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、電力輸變網(wǎng)及配電網(wǎng)和用電設(shè)備構(gòu)成（發(fā)電、供電、用電）。

2、電力系統(tǒng)功能1)

電力生產(chǎn)（發(fā)電）：實(shí)現(xiàn)一次能源向電能的轉(zhuǎn)換。①形式：a、火電發(fā)電以煤、油、氣等作為燃料，利用燃料在鍋爐中燃燒產(chǎn)生熱能，通過(guò)熱交換將熱能轉(zhuǎn)換成高溫高壓蒸汽，由高溫高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電能生產(chǎn)。主要組成：汽輪發(fā)電機(jī)組燃料供給及燃燒系統(tǒng)給水及水處理系統(tǒng)熱工及控制系統(tǒng)廠房等裝機(jī)容量：200MW300MW400MW600MW1000MW

蒸汽壓力：亞臨界超臨界超超臨界

15-20MPa20-25MPa25-30MPa

第二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日特征：

(1)組成系統(tǒng)復(fù)雜龐大，每個(gè)組成部分均對(duì)電力正常生產(chǎn)發(fā)揮重要影響；

(2)裝機(jī)容量大，集中性強(qiáng)，電能生產(chǎn)具跳躍性；

(3)組成部分涉及專(zhuān)業(yè)面廣，運(yùn)行管理要求高，大機(jī)組發(fā)電安全生產(chǎn)地位突出（蒸汽壓力）；

(4)火力發(fā)電占有率高（70%以上），總?cè)萘看螅?億千瓦時(shí)以上），對(duì)電力系統(tǒng)影響巨大。b、水力發(fā)電利用大壩上下游水位差所產(chǎn)生的勢(shì)能，以水頭壓力沖擊水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電而實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)。主要組成：水輪發(fā)電機(jī)組大壩及水工建筑物控制系統(tǒng)等。單機(jī)容量：300MW400MW700MW（三峽）另小水電特征：裝機(jī)容量大，集中性強(qiáng)，電能生產(chǎn)具有跳躍性，占有率20%左右。

第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日c、核能發(fā)電利用重金屬元素（鈾、钚等）裂變或氫元素（如氘、氚等）聚變所產(chǎn)生的核熱能，經(jīng)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高溫高壓蒸汽（二次轉(zhuǎn)換）驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。主要組成：可控核反應(yīng)堆給水及控制系統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)組等。核能發(fā)電國(guó)情：區(qū)域性強(qiáng)裝機(jī)容量大核能發(fā)電有關(guān)問(wèn)題：安全性環(huán)保要求高d、新能源發(fā)電太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物發(fā)電、海洋能、垃圾發(fā)電等（相關(guān)說(shuō)明）第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日說(shuō)明：以上各類(lèi)發(fā)電廠每一發(fā)電廠均有專(zhuān)門(mén)的變電開(kāi)關(guān)站，以實(shí)現(xiàn)按不同電壓等級(jí)、不同區(qū)域方向、不同電能負(fù)荷的輸出。②電力生產(chǎn)功能要求對(duì)發(fā)電：轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)電能平穩(wěn)、易控制、安全環(huán)保對(duì)電網(wǎng)：調(diào)度控制有序，滿(mǎn)足區(qū)域負(fù)荷變化要求，電能平衡，電能分配張弛有度，安全可靠。2）電能的輸送與配送實(shí)現(xiàn)電能以不同電壓等級(jí)，向不同區(qū)域方向與用電設(shè)備的輸送連接，負(fù)荷分配、切換等功能。第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日①功能要求輸電技術(shù)要求：損耗小變電（電壓升高）適應(yīng)各種氣候、氣象條件的變化b、用電設(shè)備的要求：①電壓等級(jí)———變電（分級(jí)降壓）②功率大小———分配（系統(tǒng)負(fù)荷平衡）③關(guān)停———切換（負(fù)荷分配、變化調(diào)整、再分配）c、安全要求：①輸電的控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)②用電設(shè)備的控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)3）電能使用實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能、光能、熱能等能量的轉(zhuǎn)換。要求：節(jié)能、電信號(hào)變化的敏感性、安全可靠性、控制保護(hù)第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3、電力系統(tǒng)構(gòu)成框架圖

1）交流輸電附圖

2）直流輸電附圖第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日以上框圖僅為單一樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，電力系統(tǒng)是由很多單一樹(shù)狀結(jié)構(gòu)并行排列，單一樹(shù)狀結(jié)構(gòu)間通過(guò)線(xiàn)路與變電開(kāi)關(guān)站連接實(shí)現(xiàn)相互電能調(diào)度，區(qū)域內(nèi)發(fā)電廠亦通過(guò)線(xiàn)路與各級(jí)變電開(kāi)關(guān)站連接，向電網(wǎng)供電，形成大電網(wǎng)、大系統(tǒng)。第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日二、電力系統(tǒng)智能化問(wèn)題的提出與實(shí)踐自電力工業(yè)誕生，就伴隨著電力生產(chǎn)，電能傳輸，電能使用方面的問(wèn)題。電力工業(yè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平息息相關(guān)，直接服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)電力工業(yè)在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代是集電力生產(chǎn)、電能傳輸和用電營(yíng)銷(xiāo)為一體的高度集中封閉的整體。重生產(chǎn)、輕供銷(xiāo)，電力生產(chǎn)能力有限，電力負(fù)荷不足。電能的使用按純粹的計(jì)劃分配模式，電力調(diào)度集中掌握，且調(diào)整困難。改革開(kāi)放后國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)的各方面提出了諸多新的挑戰(zhàn)。在解決電力生產(chǎn)能力不足，縮小供需差距問(wèn)題上，花大力氣和投入大量資金新建了一大批發(fā)電廠，實(shí)現(xiàn)了廠網(wǎng)分開(kāi)的電力體制改革。電力工業(yè)的生產(chǎn)，電能輸送和用電體制發(fā)生了根本性變化。近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)提出了更高的要求。對(duì)解決電力生產(chǎn)，電能輸送和用電各個(gè)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的多方面技術(shù)問(wèn)題、管理模式和處理多方利益關(guān)系等提出了智能化要求：第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日前幾年————數(shù)字化變電站（開(kāi)關(guān)站）設(shè)想以變電開(kāi)關(guān)站為紐帶（切入點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)電能輸送過(guò)程中電能分配調(diào)度由狀態(tài)量向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，期望解決電能輸送的量化和科學(xué)調(diào)度。狀態(tài)量：有無(wú)形態(tài)抽象的量數(shù)字化：多少具體化近年————智能化電網(wǎng)設(shè)想以電網(wǎng)系統(tǒng)各參量的數(shù)字化（包含狀態(tài)參量）檢測(cè)和信息處理、數(shù)據(jù)判別為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)電能調(diào)度、參量調(diào)整等科學(xué)決策的自動(dòng)化、智能化。目前————尚無(wú)權(quán)威的定義發(fā)展————電力系統(tǒng)智能化將電力系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)成環(huán)節(jié)全部納入智能化。發(fā)電輸電用電第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日三、我國(guó)電力系統(tǒng)的構(gòu)建格局1發(fā)電廠-----按地域規(guī)劃、星羅棋布?；痣姀S：以北方尤其西北為主。水電廠：以南方尤其西南為主。核電廠：沿海和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)相對(duì)薄弱地區(qū)。風(fēng)能發(fā)電：北方尤其西北為主，沿海為輔。第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2電網(wǎng)兩大電網(wǎng)公司：國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)。國(guó)網(wǎng)：以行政地域劃分為五大區(qū)，東北、西北、華北、華東、華中。五大區(qū)內(nèi)以省公司劃分（二級(jí)法人）省網(wǎng)公司以省屬地市劃分（非法人）地市公司以下不再劃分（縣公司）國(guó)網(wǎng)規(guī)劃：東北電網(wǎng)獨(dú)立規(guī)劃建設(shè)（輸電線(xiàn)路最高電壓等級(jí)500kV為主）其余四大區(qū)間電能輸送以特高壓為骨干建立環(huán)網(wǎng)（1000kV）西北→華中→華東西北→華北→華東西北→華東五大區(qū)域內(nèi)以省公司劃分，省網(wǎng)公司之間電能輸送以500kV為主。省網(wǎng)公司區(qū)域內(nèi)以地市公司劃分，地市公司之間電能輸送以220kV為主。地市公司區(qū)域內(nèi)電能輸送以220kV及以下為主。南網(wǎng)：以行政地域劃分五個(gè)省網(wǎng)公司:廣東、廣西、云南、貴州、海南。省公司間500kV，省內(nèi)220kV，視區(qū)域內(nèi)電負(fù)荷專(zhuān)供（電力直供試點(diǎn)）國(guó)網(wǎng)與南網(wǎng)間電能調(diào)配輸送以特高壓直流為主：±800kV3用電

星羅棋布。第十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日四、電力系統(tǒng)智能化研究?jī)?nèi)容、方法、關(guān)鍵點(diǎn)核心：高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。模塊劃分：發(fā)電、供電、用電。原則：以系統(tǒng)工程理論，理解和處理電力系統(tǒng)智能化問(wèn)題，從全局出發(fā)（總要求）→局部（模塊要求）→技術(shù)方法研究→充分考慮電力系統(tǒng)的特征、綜合全面處理技術(shù)問(wèn)題。第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日1智能電網(wǎng)電網(wǎng)主要組成：變電開(kāi)關(guān)站（所）電力線(xiàn)路電力線(xiàn)路是電力系統(tǒng)的紐帶，在實(shí)現(xiàn)電能輸送的同時(shí)，承載著電力系統(tǒng)各類(lèi)信息（信號(hào)）數(shù)據(jù)，而各類(lèi)信息（信號(hào)）值、狀態(tài)變化、量的變化集中的體現(xiàn)了電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。變電站（所）是電力系統(tǒng)的各類(lèi)信息（信號(hào)）的交匯點(diǎn)，調(diào)整控制決策的執(zhí)行地，對(duì)電能的傳輸起承上啟下的作用。掌握電力系統(tǒng)各類(lèi)信息（信號(hào)）值、狀態(tài)變化、量的變化是電力系統(tǒng)智能化的基礎(chǔ)，適時(shí)科學(xué)決策調(diào)整控制（操作改變）信息是智能化電力系統(tǒng)的核心目的。簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)合理自動(dòng)化的信息調(diào)整控制（操作）是智能化電力系統(tǒng)的手段方法。體現(xiàn)出“高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠”核心原則貫穿于上述過(guò)程。第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日1）智能化電網(wǎng)研究課題a、電力線(xiàn)路各類(lèi)信息（信號(hào)）狀態(tài)，量的控制、傳輸、判斷、分析處理技術(shù)。①信號(hào)檢測(cè)網(wǎng)：識(shí)別區(qū)分不同信息（信號(hào)）狀態(tài)、信號(hào)量及其變化、變化量。包括：系統(tǒng)傳輸?shù)碾娏?、電壓、?fù)荷、故障等的（量及變化）工頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)（量及變化）通訊干擾信息、相鄰線(xiàn)路影響線(xiàn)路故障：線(xiàn)間、相間電氣安全距離，導(dǎo)線(xiàn)風(fēng)振、舞動(dòng)、風(fēng)偏，導(dǎo)線(xiàn)蠕動(dòng)，導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)、導(dǎo)線(xiàn)覆冰，導(dǎo)線(xiàn)張力、應(yīng)力、弧垂障礙（安全距離），雷擊、雷電保護(hù)、鳥(niǎo)害等。桿塔故障：倒塔、傾斜、地基沉降、地基毀損、鐵塔連結(jié)毀損、導(dǎo)線(xiàn)與鐵塔間電氣安全距離、防雷接地（電阻率、連接破壞）鳥(niǎo)害等。金具故障：連接金具、保護(hù)金具、接續(xù)金具故障、機(jī)械強(qiáng)度與疲勞損壞、腐蝕、絕緣子串可靠性（強(qiáng)度、污穢、腐蝕、污閃、閃絡(luò)）等。第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日難重點(diǎn)：電力線(xiàn)路點(diǎn)多線(xiàn)長(zhǎng)，氣象、環(huán)境、地形、地質(zhì)條件變化大，設(shè)計(jì)和施工規(guī)范復(fù)雜，涉及專(zhuān)業(yè)知識(shí)面廣，信息量大，尋求高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的檢測(cè)網(wǎng)難度大。要求：檢測(cè)新技術(shù)新設(shè)備（儀器）科學(xué)布置檢測(cè)點(diǎn)、數(shù)量（具體化、針對(duì)性），以體現(xiàn)智能化。②傳輸網(wǎng)絡(luò)：電力線(xiàn)路點(diǎn)多線(xiàn)長(zhǎng)，各線(xiàn)路電壓等級(jí)差異有別，信號(hào)狀態(tài)值、信號(hào)量及信號(hào)變化不統(tǒng)一，要求分級(jí)處理。信號(hào)傳輸：信號(hào)干擾、信號(hào)衰減、信號(hào)分級(jí)、信號(hào)集中點(diǎn)及傳輸方向（變電開(kāi)關(guān)站）。要求：信號(hào)傳輸新技術(shù)（抗干擾、抗衰減、保真、分級(jí)分類(lèi)）新設(shè)備儀器（智能化）科學(xué)布局（處理量、匯集點(diǎn)（方向）等）第十八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日③信號(hào)判別分析與處理（決策）信號(hào)匯集、分類(lèi)（按影響范圍和形式、確定性質(zhì)）、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)判別、試驗(yàn)（包括狀態(tài)和信號(hào)量及量的變化影響、確定閥值）、分類(lèi)處理（決策、調(diào)整、控制、操作自動(dòng)化）、事后評(píng)價(jià)分析總結(jié)。電網(wǎng)智能化一切圍繞“高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠”為核心。高效實(shí)用技術(shù)，經(jīng)濟(jì)合理方案，安全可靠的調(diào)控手段，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)電和用電的需求和利益。第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2電力生產(chǎn)智能化（發(fā)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)智能化也有較多內(nèi)容，在此不作講課內(nèi)容。）①電網(wǎng)智能化與電力生產(chǎn)的關(guān)系發(fā)電廠生產(chǎn)的電能量適時(shí)滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷量和負(fù)荷變化的需要是電力生產(chǎn)與電網(wǎng)協(xié)調(diào)平衡的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。電網(wǎng)與電廠間的信息傳輸交流是廠網(wǎng)間聯(lián)系紐帶。電廠電能的生產(chǎn)調(diào)度、調(diào)配是廠網(wǎng)間協(xié)調(diào)平衡的目的。經(jīng)濟(jì)合理的調(diào)配方案和規(guī)劃是廠網(wǎng)間利益平衡的手段。發(fā)電廠單臺(tái)機(jī)組200MW……1000MW的停機(jī)開(kāi)機(jī)費(fèi)用巨大。能源結(jié)構(gòu)：火電、水電、核電等關(guān)停機(jī)開(kāi)機(jī)技術(shù)條件和政策性調(diào)控不統(tǒng)一，而電網(wǎng)的負(fù)荷需求變化較大（用電設(shè)備）。電網(wǎng)對(duì)電廠電能的生產(chǎn)（量）起決定性指導(dǎo)作用，而用電設(shè)備的電能（負(fù)荷）需求量和變化對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃和電能調(diào)度發(fā)揮關(guān)鍵性影響。矛盾——關(guān)鍵在協(xié)調(diào)平衡。電力系統(tǒng)負(fù)荷量及變化是關(guān)鍵。第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日電力系統(tǒng)負(fù)荷：用電負(fù)荷是指接入電力系統(tǒng)的所有用電設(shè)備在某一時(shí)刻向電力系統(tǒng)取用的電功率總和。線(xiàn)路損失負(fù)荷是指電能在從發(fā)電廠到用戶(hù)的輸送過(guò)程中所發(fā)生的電功率損失。供電負(fù)荷是發(fā)電廠對(duì)電網(wǎng)供電時(shí)所承擔(dān)的全部負(fù)荷。廠用電負(fù)荷是指發(fā)電廠在發(fā)電過(guò)程中自身用電設(shè)備所消耗的電功率。發(fā)電負(fù)荷是發(fā)電廠對(duì)電網(wǎng)供電負(fù)荷和自身用電負(fù)荷的總負(fù)荷。用電負(fù)荷加上同一時(shí)刻的線(xiàn)路損失負(fù)荷即為供電負(fù)荷。供電負(fù)荷加上同一時(shí)刻的廠用電負(fù)荷即為發(fā)電負(fù)荷。第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日由于用電設(shè)備取用電具有隨機(jī)性，使得電力系統(tǒng)負(fù)荷是隨時(shí)間變化的，負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律即為電力負(fù)荷曲線(xiàn)。電力負(fù)荷曲線(xiàn)是以變電開(kāi)關(guān)站（所）所供電區(qū)域?yàn)榛締卧鸺?jí)傳遞的。各級(jí)變電開(kāi)關(guān)站（所）必須保持所供電區(qū)域電力負(fù)荷基本平衡。電力負(fù)荷平衡是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和安全性的保證。電力負(fù)荷曲線(xiàn)是區(qū)域電力規(guī)劃、電力生產(chǎn)（取供電）、電能分配的依據(jù)。區(qū)域用電負(fù)荷中用電大戶(hù)、重要用戶(hù)、特殊用戶(hù)等是供電公司用電管理的核心。第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日②電力生產(chǎn)智能化（不含生產(chǎn)系統(tǒng)）a、電網(wǎng)與電廠間的信息（信號(hào)）數(shù)據(jù)傳輸。同電網(wǎng)統(tǒng)一b、經(jīng)濟(jì)合理的大系統(tǒng)電網(wǎng)電力生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)規(guī)劃合理，特高壓遠(yuǎn)距離輸送電相關(guān)問(wèn)題區(qū)域內(nèi)不同電力生產(chǎn)廠的布局問(wèn)題區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷量及變化影響區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)大容量電能轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存技術(shù)（抽水蓄能、光熱蓄能、飛輪電池等）用電負(fù)荷峰谷合理調(diào)配和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)調(diào)控（用電市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、工廠錯(cuò)時(shí)生產(chǎn)、大容量電能儲(chǔ)存技術(shù)等）不同發(fā)電