电力系统运行与控制论文Word格式.docx
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1.3警戒状态。
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1.4紧急状态。
1.5崩溃状态。
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1.6恢复状态。
2电力系统安全控制 6
3安全控制按其功能分类 7
3.1提高系统稳定的措施 7
3.2维持系统频率的措施 7
3.3预防线路过负荷的措施 7
4提高系统稳定的基本措施 7
4.1加强电网网架,提高系统稳定。
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4.2电力系统稳定控制和保护装置。
5电力系统控制的发展趋势 7
5.1现今电力系统控制 8
5.1.1 鲁棒控制 8
5.1.2 线性最优控制 9
5.1.3 变结构控制 10
5.2电力系统控制未来要求与挑战 11
5.3电力系统控制发展趋势 12
5.3.1 电力系统控制中心的发展趋势 12
5.3.2 综合智能控制 12
1电力系统运行状态
从宏观上讲,电力系统的运行状态可分为正常状态和非正常状态。
为了调度控制电力系统,需要将电力系统的运行状态进行分类,以便说明在不同运行状态时应如何对电力系统实行控制。
目前,电力系统运行状态尚没有严格定义,一般将其分为正常状态、警戒状态、紧急状态、崩溃状态和恢复状态。
1.1电力系统中性点接地方式的分类规则
电力系统中性点接地方式的选择是一个涉及到系统绝缘水平、供电可靠性、继电保护、通信危险影响和干扰影响、断路器容量、避雷器配置等影响面较大的技术经济问题。
目前电力系统中性点接地方式主要分为以下两类：
中性点接地系统。
中性点通过弧线圈接地。
这种接地方式一般应用于接地电容超过了规定的允许值时的电力系统。
此接地系统的原理为在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈。
中性点直接接地系统。
中性点直接接地系统有着一个非常明显的优势，即该电力系统发生一相接地故障时，非故障相地对电压不会发生增高的现象。
电网的电压越高，所产生的经济效益就越大，在稍后要介绍的中性点不接地的系统当中，单相接地电流通常来说会比正常的负荷电流小很多，因而对接地保护方面就显得比较困难。
在中性点直接接地的系统当中，这方面就得到了很好的解决，因为中性点直接接地系统电流比较大，继电保护能够快速且准确的切除故障线路，起到保护的作用。
同时保护装置也简单，安全性能可靠。
中性点不接地系统。
这种电力系统的中性点和地之间没有电流，因此，结构比较简单，造价也比较便宜，运行起来也比较方便，没有任何附加设备，比较适合农村树状型的供电网。
中性点不接地系统因为和地之间的电流很小，所以在发生瞬时故障时，能够自动消弧，故非故障相电压升高的幅度不会太大，不会对电力系统的对称性造成大的破坏，可以在一定程度上提高供电的可靠性。
1.2正常状态。
电力系统是由发电机、变压器、输配电线路和用电设备按一定方式连接组成的整体。
其运行特点是发电、输电、配电和用电同时完成。
因此,为了向用户连续提供质量合格的电能,电力系统各发电机发出的有功和无功功率应随时随刻与随机变化的电力系统负荷消耗的有功功率和无功功率（包括系统损耗）相等,同时,发电机发出的有功功率和无功功率、线路上的功率潮流（视在功率）和系统各级电压应在安全运行的允许范围之内。
要保证电力系统这种正常运行状态,必须满足两点基本要求:
电力系统中所有电气设备处于正常状态,能满足各种工况的需要。
电力系统中所有发电机以同一频率保持同步运行。
在正常运行状态下,电力系统有足够的旋转备用和紧急备用以及必要的调节手段,使系统能承受正常的干扰（如电力系统负荷的随机变化、正常的设备操作等）,而不会产生系统中各设备的过载,或电压和频率偏差超出允许范围。
电力系统对不大的负荷变化能通过调节手段,可从一个正常运行状态连续变化到另一个正常运行状态。
正常运行状态下的电力系统是安全的,可以实施经济运行调度。
现代电力系统的特点是大机组、高电压、大电网、交直流远距离输电、电网互联,因而其结构复杂,覆盖不同环境的辽阔地域。
这样,在实际运行中,自然灾害的作用、设备缺陷和人为因素都会造成设备故障和运行条件发生变化,因而电力系统还会出现其他非正常运行的状态。
当负荷增加过多,或发电机组因出现故障不能继续运行而计划外停运,或者因发电机、变压器、输电线路等电力设备的运行环境变化,使电力系统中的某些电力设备的备用容量减少到使电力系统的安全水平不能承受正常干扰的程度时,电力系统就进入了警戒状态。
警戒状态下,电力系统仍能向用户供应合格的电能。
从用户的角度来看,电力系统仍处于正常状态。
但从电力系统调度控制来看,警戒状态是一种不安全状态,与正常状态是有区别的。
两者的区别在于:
警戒状态下的电能质量指标虽仍合格,但与正常状态相比与不合格更接近了;
电力设备的运行参数虽然在允许的上、下限值之内,但与正常状态相比更接近上限值或下限值了。
在这种情况下,电力系统受正常干扰,特别是在电力系统发生故障时,可能使系统进入到不正常状态。
例如,使某些变压器或线路过载,使某些母线电压低于下限值等。
警戒状态下的电力系统是不安全的,调度控制需采取预防性控制措施,使系统恢复到正常状态。
例如,调整发电机出力和负荷配置、切换线路等。
这时经济调度就放到次要地位了。
一个处于正常状态或警戒状态的电力系统,如果受到严重干扰,比如短路或大
容量发电机组的非正常退出工作等,系统则有可能进入紧急状态。
电力系统的严重故障主要有:
a.线路、母线、变压器和发电机短路。
短路有单相接地、两相和三相短路。
短路又分瞬间短路和永久性短路。
在实际运行中,单相短路出现的可能性比三相短路多,而三相短路对电力系统影响最严重。
当然尤其严重的是三相永久性短路,这是极其稀少的。
在雷击等情况下,有可能在电力系统中若干点同时发生短路,形成多重故障。
b.突然跳开大容量发电机或大的负荷引起电力系统的有功功率和无功功率严重不平衡。
c.发电机失步,即不能保持同步运行。
电力系统出现紧急状态将危及其安全运行,主要事故有以下几个方面:
a.频率下降。
在紧急状态下,发电机和负荷间的功率严重不平衡,会引起电力系统频率突然大幅度下降,如不采取措施,使频率迅速恢复,将使整个电厂解列,其恶性循环将会产生频率崩溃,导致全电力系统瓦解。
b.电压下降。
在紧急状态下,无功电源可能被突然切除,引起电压大幅度下降,甚至发生电压崩溃现象。
这时,电力系统中大量电动机停止转动,大量发电机甩掉负荷,导致电力系统解列,甚至使电力系统的一部分或全部瓦解。
c.线路和变压器过负荷。
在紧急状态下,线路过负荷,如不采取相应技术措施,会连锁反应,出现新的故障,导致电力系统运行进一步恶化。
d.出现不稳定问题。
在紧急状态下,如不及时采取相应的控制措施或措施不够有效,则电力系统将失去稳定。
所谓电力系统稳定,就是要求保持电力系统中所有同步发电机并列同步运行。
电力系统失去稳定就是各发电机不再以同一频率,保持固定功角运行,电压和功率大幅度来回摇动。
电力系统稳定的破坏会对电力系统安全运行产生最严重后果,将可能导致全系统崩溃,造成大面积停电事故。
紧急状态下的电力系统是危险的。
电力系统进入紧急状态后,应及时依靠继电保护和安全自动装置有选择地快速切除故障,采取提高安全稳定性措施,争取使系统恢复到警戒状态或正常状态。
避免发生连锁性的故障,导致事故扩大和系统的瓦解。
在紧急状态下,如果不能及时消除故障和采用适当的控制措施,或者措施不能
奏效,电力系统可能失去稳定。
在这种情况下为了不使事故进一步扩大并保证对部分重要负荷供电,自动解列装置可能动作,调度人员也可以进行调度控制,将一个并联运行的电力系统解列成几部分。
这时电力系统就进入了崩溃状态。
系统崩溃时,在一般情况下,解列成的各个子系统中等式和不等式的约束条件均不能成立。
一些子系统由于电源功率不足,不得不大量切除负荷;
而另一些子系统可能由于电源功率大大超过负荷而不得不让部分发电机组解列。
系统崩溃时,电力系统调度控制应尽量挽救解列后的各个子系统,使其能部分供电,避免系统瓦解。
电力系统瓦解是由于不可控制的解列而造成的大面积停电状态。
通过继电保护、自动装置和调度人员的调度控制,使故障隔离,事故不扩大。
在崩溃系统大体上稳定下来以后,可使系统进入恢复状态。
这时调度控制应重新并列已解列的机组,增加并联运行机组的出力,恢复对用户供电,将已解列的系统重新并列。
根据实际情况将系统恢复
到警戒状态或正常状态。
2电力系统安全控制
电力系统安全控制的目的是采取各种措施使系统尽可能运行在正常运行状态。
在正常运行状态下,调度人员通过制定运行计划和运用计算机监控系统（SCADA或EMS）实时进行电力系统运行信息的收集和处理,在线安全监视和安全分析等,使系统处于最优的正常运行状态。
同时,在正常运行时,确定各项预防性控制,以对可能出现的紧急状态提高处理能力。
这些控制内容包括:
系统以额定工况运行调整发电机出力、切换网络和负荷、调整潮流、改变保护整定值、切换变压器分接头等,使系统运行在最佳状态,在系统发生事故时有较高的安全水平当电力系统一旦出现故障进入紧急状态后,则靠紧急控制来处理。
这些控制措施包括继电保护装置正确快速动作和各种稳定控制装置等切除故障,防止事故扩大,平衡有功和无功,将系统恢复到正常运行状态或重新进入正常运行状态。
3安全控制按其功能分类:
3.1提高系统稳定的措施有：
快速励磁、电力系统稳定器（PSS）、电气制动、快关汽机和切机、串联补偿、静止无功补偿（SVC）、超导电磁蓄能和直流调制等。
3.2维持系统频率的措施有：
低频减负荷、低频降电压、低频自起动、抽水蓄能机组抵频抽水改发电、低频发电机解列、高频切机、高频减出力等。
3.3预防线路过负荷的措施有：
过负荷切电源、过负荷切负荷等。
4提高系统稳定的基本措施
线路输送功率能力与线路两端电压之积成正比,而与线路阻抗成反比。
减少线路电抗和维持电压,可提高系统稳定性。
在线路上装设串联电容是一种有效的减少线路阻抗的方法。
在长线路中间装设静止无功补偿装置（SVC）,能有效地保持线路中间电压水平（相当于长线路变成两段短线路）,并快速调整系统无功,是提高系统稳定性的重要手段。
4.2电力系统稳定控制和保护装置。
提高电力系统稳定性的控制可包括两个方面:
一是失去稳定前,采取措施提高系统的稳定性;
二是失去稳定后,采取措施重新恢复新的稳定运行。
所谓稳定,是指电力系统可以连续不断地向负荷供电的状态。
电力系统继电保护的充足性、安全性、经济性和质量是电力工业生产稳定必须满足的几项基本要求。
5电力系统控制的发展趋势
现今电网互连，其带来显著经济效益和社会效益的同时，庞大的规模与复杂的运行特性给电力运行部门提出了巨大的挑战——如何发展、利用新的技术、方法，有效地对大系统进行控制，保证全国电网的稳定运行、提高系统的稳定水平与供电质量。
电力部门对提高电力系统的安全稳定性做了大量工作，如：
加强电力系统规划和运行管理，制定和健全有关规范、标准（如制定《电力系统安全稳定导则》）；
加强电网建设，改善电网结构；
改进继电保护装置的性能和设置
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