电力系统与电力网的组成.docx

1、电力系统与电力网的组成电力系统与电力网的组成（基础）世界上大部分国家的动力资源和电力负荷中心分布是不一致的。如水力资源都是集中在江河流域水位落差较大的地方，燃料资源集中在煤、石油、天燃气的矿区。而大电力负荷中心则多集中在工业区和大城市，因而发电厂和负荷中心往往相隔很远的距离，从而发生了电能输送的问题水电只能通过高压输电线路把电能送到用户地区才能得到充分利用。火电厂虽然能通过燃料运输在用电地区建设电厂，但随着机组容量的扩大，运输燃料常常不如输电经济。于是就出现了所谓坑口电厂，即把火电厂建在矿区，通过升压变电站、高压输电线、降压变电所(站)把电能送到离电厂较远的用户地区。随着高压输电技术的发展在地

2、理上相隔一定距离的发电厂为了安全、经济、可靠供电需将孤立运行的发电厂用电力线路连接起来。首先在一个地区内互相连接，再发展到地区和地区之间互相连接，这就组成统一的电力系统。通常将发电厂、变电所、用电设备之间用电力网和热力网连接起来的整体，叫做动力系统。动力系统中的电气部分，即发电机、配电装置、变压器、电力线路及各种用电设备连接在一起组成的统一整体。称为电力系统。电力系统中由各级电压等级的输配电线路及升降压变电所组成的部分，称为电力网。在我国习惯将电力系统称作电网，例如华中电力系统称为华中电网。电子式互感器是数字化变电站中的关键数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，其主

3、要特征是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。 数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比，数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步

4、改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。 电子式互感器的应用，克服了传统互感器绝缘复杂、体积大且笨重；CT 动态范围小、易饱和且二次输出不能开路；电磁式PT 易产生铁磁谐振等诸多缺点。电子式互感器具有绝缘简单、体积小、重量轻等优有点，特别是CT动态范围宽、无磁饱和、二次输出可以开路；PT 无谐振现象等。 . .数字化变电站的优点高性能1）通信网络采用统一的通信规约IEC61850，不需要进行规约转换，加快了通信速度，降低了系统的复杂度和设计、调试和维护的难度，提高了通信系统的性能。2）数字信号通过光缆传输避免了电缆带来的电磁干扰，传输过程中无信号衰减、失真。无L、C滤波网

5、络，不产生谐振过电压。传输和处理过程中不再产生附加误差，提升了保护、计量和测量系统的精度。3）电子式互感器无磁饱和，精度高，暂态特性好。高安全性1）电子式互感器的应用，避免了油和SF6互感器的渗漏问题，很大程度上减少了运行维护的工作量，不再受渗漏油的困扰，同时提高了安全性。2）电子式互感器高低压部分光电隔离，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能危及人身或设备等问题不复存在，大大提高了安全性。3）光缆代替电缆，避免了电缆端子接线松动、发热、开路和短路的危险，提高了变电站整体安全运行水平。高可靠性1）设备自检功能强，合并器收不到数据会判断通讯故障或互感器故障而发出告警，既提高了运行的可靠

6、性又减轻了运行人员的工作量。2）采集器的电源由能量线圈或激光电源提供，两者自动切换，互为备用。高经济性1）采用光缆代替大量电缆，降低成本。用光缆取代二次电缆，简化了电缆沟、电缆层和电缆防火，保护、自动化调试的工作量减少，减少了运行维护成本。同时，缩短周期，减少通道重复建设和投资。2）实现信息共享，兼容性高，便于新增功能和扩展规模，减少变电站投资成本。3）电子式互感器采用固体绝缘，无渗漏问题，减少了停运检修成本。4）数字化变电站技术含量高，电缆等耗材节约，具有节能、环保、节约社会资源的多重功效。看当今各国如何环保用电看当今各国如何环保用电各种“绿”字头活动总共节电101亿度。企业和商家也在为节能

7、添一把火。 自19952003年底。 最近。节电产品琳琅满目。节能产品的普及和推广在韩国节能运动中功不可没。 韩国各地商铺里。颇受消费者青睐。新的节能型电脑、空调、洗衣机、电视机等家电近来销量大增。; 日本：开发新生物能源发电 又保护了环境。 生物发电在日本是一种新生事物。日本岩手县葛卷町第一座牛粪便发电厂已开始运转。葛卷町还计划利用牛粪制造燃料电池。用牛粪便发电既节省了能源。美国: 各种激励措施鼓励节电 各级政府通过各种激励措施。给予20%电费回扣。实施这一项目之后。即300多万户家庭达到减少用电量20%以上的目标，帮助百姓更加高效地用电。如：加州政府出钱对于夏季少用电20%以上的用户。有3

8、3%居民。另外还有几百万家庭节电达到10%20%取得了很好的节电效果 巴西：节电自觉自愿 2001年7月。以致居民刚搬入新居。但同时也让市民深刻体会到电的重要性。所以，巴西全国都遭遇到电力极度不足的困扰。就被告知节约用电。经常停电影响了市民的日常生活。人们日常生活中，早睡早起就成了基本原则。即使到后来电力供应稳定了人们也爽快地配合政府，自觉参与到各种节能活动中去。 古巴：家用电器更新换代 古巴节省能源最快捷的办法就是家用电器的更新换代。古巴政府要进口上百万台节能型电冰箱。经济有困难的可以分期付款。 以成本价卖给老百姓。; 古巴几乎都是燃油发电。人们对用电不太注意。油价持续攀升，过去石油像水一样

9、非常便宜。设备耗电大。现在石油资源越来越少。古巴必须进行“能源革命”开源节流，开发风能等可再生能源，同时大力降低能耗。但是建设新电厂投资大、工期长，还需要增加燃油，最快捷的办法就是家用电器的更新换代。 英国：立法保障政策引导 英国政府每年拿出5000万英镑的能源效率基金”鼓励企业节约能源。英国正在实行中的绿色房屋”计划鼓励居民采用环保技术建造或装修房屋。这种新型住宅将采用太阳能电池板、洗澡水循环处理装置和无污染涂料等。 英国在提高能效方面有一系列的立法保障和政策引导。 将来。花园里最好再架一座风车。每家的电就可以自给自足了 每家每户可安装蒸汽发电机。如果有可能。利用风能发电。如此一来。; 同时

10、。彻夜灯光照明的现象很少见。大型公司和政府部门都没有华丽的照明工程”夜晚漫步在伦敦街头。有些店铺还采用了定时关灯装置。住宅和公寓楼内，英国的城市里。看不到大面积流光溢彩和楼体通明的景观。大多数店铺橱窗的灯在打烊后就全部关闭。楼道里的公用灯也大多采用自动断电装置。为了节能，就连首相府所在唐宁街也换上了节能灯。法国:建筑实现“个性化”节电 据统计。其中34%用于取暖、8%用于烹调、15%用于热水、43%属于其他用途。为了科学合理地用电。减少能源消耗，民居建筑的能源消费占法国能源总消费的45%排放的温室气体占法国温室气体总排放量的25%法国家庭的电力消耗20年翻了一倍。法国政府在引导居民节约电力。以

11、及提高建筑物的能源利用效率等方面采取了诸多措施。 居室“个性化”节电 炎夏来临。向居民介绍建筑物夏季防暑降温的小窍门。 法国环境与能源管理局的网页增添了凉爽家居全套招数”链接。; 除了适时开窗关窗、合理摆放植物、视屋顶高度及居室面积选择吊扇或台扇等大量常识。热浪袭来时突击安装空调不是明智之举。还产生噪音、妨碍空气流通，网站特别还提请居民注意。因为空调不仅破坏城市景观。影响人体健康。让人与环境和谐共处。 合理的节能措施能让建筑物天然地冬暖夏凉。 大力发展建筑节能 新房子要消除能源漏洞。这是法国近几年来全力推行的节能方针。预防气候变化全国行动计划”和“全国改善能源消耗效率行动”都包含一个重要内容。

12、实现建筑的可持续发展。 老房子要提高能源效率。即提高建筑物的能源利用效率。; 两项全国行动计划的框架内。根据不同地理位置的光照、温度和湿度等自然条件。并在网站上公布。法国政府通过了建筑节能规范。评估出不同建筑材料的能源利用效率。这套规范细致入微。 为了方便咨询。获得免费服务。投资及施工方都必须依照节能规范行事，环境与能源管理局还在各地设立“能源信息点”地方政府、个体经营者、小型企业和居民都可与之联络。解建筑材料及设计方案的能源效率。如果要盖新楼。否则得不到施工许可。 能源与环境管理局统计发现。有的还是不可轻易改动的特色建筑。逐区、逐片甚至逐个确定了旧房的能源改造方案。老建筑在保温、通风、照明等

13、方面有许多可填补的能源漏洞。因为这些建筑千差万别。所以管理局与地方政府密切协作。韩国：绿色产品刮起节电风暴 韩国政府在节能方面下了很多功夫。通过签订节能约定等形式让企业、团体和公众自动参与节能。先后在全国推广“绿色能源家庭”绿色照明”绿色发动机”绿色创意”等活动理解智能电网什么是智能电网 1、 智能电网核心价值及其度量 美国智能电网给出的愿景中，认为智能电网核心价值是：（1）更可靠。一个可靠的电网，无论何时何地，都可为其用户提供合格电能。 （2）更坚强。一个安全电网不用付出太大代价即可承受物理或网络攻击。对自然灾害，安全电网将受到更小损害，且快可以恢复。（3）更经济。一个经济电网可以用公平合理

14、的价格与充足的供应来保证供需平衡。（4）更高效。一个高效电网将运用多种策略，来控制成本、最小化网损、高效发电，并可通过给客户提供能源管理手段来优化资产利用率。（5）环境友好。一个环境友好的电网可通过效率提升和可再生能源利用来减小对环境的负面影响。（6）使用更安全。一个安全电网对公众和电网工作人员都不会带来任何伤害。欧盟智能电网给出的愿景中，认为智能电网核心价值是：（1）高灵活性：满足用户的需求，同时能应对未来的变化和挑战。（2）高可接入性：确保所有的电网用户都能接入，特别是零或低碳排放的可再生电源和高效的当地电源。（3）高可靠性：确保核提高供电安全性和供电质量，以符合数字时代的需求。对危险和不

15、确定因素有很强的适应力。（4）高经济性：通过创新、能效管理、平等竞争及监管，达到最高的经济性。从上可以看出，高可靠性和高经济性是两者的交集。在欧盟智能电网的愿景中，强调了高灵活性和高可接入性，而对“更高环境友好”、“更高效”、“更坚强”、“使用更安全”没有涉及。或许，他们认为“高可接入性”已反映了“更为环境友好”这一期望，且更为具体；“高经济性”已经隐含了“更高效”要求；“高可靠性”中“对危险和不确定因素有很强的适应力”已经反映“更坚强”这一期望；而“使用更安全”则不用作为智能电网最为重要期望之一来提出。总体来看，欧洲智能电网更加强调可再生能源电源接入，美国智能电网更加强调电网坚强可靠，两者略

16、有差异，这样会造成他们在建设智能电网时发展重点可能略有不同。作者认为，出现这样的情况是自然的，智能电网建设必然要符合生态圈成员对智能电网期望，美国智能电网生态成员与欧盟智能电网生态圈成员对智能电网核心价值认识不同、建设重点不同，是非常正常的事情。事实上，建设智能电网没有也不应有统一的模式，关键是智能电网建设应符合国情、符合当地社会经济及电网发展具体情况，能给生态圈成员带来他们最为期望的价值。以上对智能电网核心价值做了分析，但从科学研究角度，光用文字说明智能电网核心价值是远远不够的，还需要对其进行量化，猜便于操作。在20052007年间，美国能源技术实验室现代电网战略项目组召开了一系列地区性会员

17、，会议参加包括广泛的各个层次的利益相关者。会议确定了所期望的美国智能电网核心价值（即前述的更可靠、更坚强、更经济、更高效、更为环境友好使用更安全），并对这些核心价值用一些指标做了量化，如下表所示：核心价值及其度量核心价值衡量指标可靠性停运持续时间、停运频率、瞬时停运、电能质量坚强性分布式发电占发电半分比、参与电力市场用户数经济性区域高峰电价与平均电价、传输阻塞成本、供电中断损失、电能质量扰动带来损失、传送总成本高效性系统网损、高峰负荷与平均负荷比、负荷高于90%时持续阻塞传输线数目环境友好性可再生能源发电占总发电比率、1度电排放量使用安全性因使用电网而受伤的电网工人与用户数2、 智能电网愿景：

18、为什么、是什么与怎么样智能电网所带来的价值是智能电网愿景的核心。但只用核心价值来描述愿景还有所不足，我们还需要对可带来这些核心价值的主要特性及实现这些主要特征的关键技术领域做一描述，如此才能较好地对智能电网愿景加以界定。（1）核心价值国家和社会对智能电网期望，除保证基础设施安全性外，其他期望可以概括两点：减少对化石能源依赖和减少对环境污染。而提出这两点期望的大背景，在能源危机与气候全球变暖问题。能源危机与气候全球变暖高速我们，人类社会要想可持续发展，必须减少对化石能源依赖，减少对环境污染。也就是说，节能减排是可持续发展的不然要求，是历史发展的必然要求；而智能电网所为未来社会能源基础设施，必须顺

19、应历史发展要求。从这个意义上讲，以上要求是智能电网发展的最重要驱动力。据此，作者认为，智能电网的核心价值是：坚强可靠。坚强可靠指电网在经受各种扰动（故障、拓扑变更、发电和负荷的波动）后仍能可靠运行。电网的坚强程度可以通过加强物理电网的建设和提高电网控制水平这两方面是措施来加以提高。高效。高效是指提高化石能源使用效率，减少化石能源使用量以及对化石能源依赖。主要有两个途径，一是开源，即通过支持可再生能源电源大规模接入，减少化石能源使用；二是节流，指在能源转化、传输和使用等环节（即发输配用）中，通过提高效率、减少损耗、减少化石能源使用量，主要措施包括采用新技术新设备降低损耗、通过调整运行方式降低网络

20、损耗、通过合理调整发电计划提高系统整体的能量转化效率等。环境友好。环境友好指在能量转化和传输过程中减少含碳气体排放量，尽量减低对环境的不良影响。其主要手段是扩大风力、太阳能等可再生能源利用的比重；加强对传统燃煤、燃油电厂的排放治理，进行相应的技术革新和改造。以上特性中，前一点可认为电网作为能源基础设施所必须达到的目标，后两点可以视为人类社会可持续发展对智能电网的不然要求。事实上，这三点价值，这是国家和社会对智能电网的期望。由以上分析也可看出，智能电网的发展驱动力并不是首先来自电网各方面技术本身，而是源于外部需求的重大变化；我们很难仅仅从技术进步的角度推到智能电网，但从人类能源利用和环境保护的角

21、度，就比较容易理解智能电网出现的必然性。（2）主要特征智能电网主要特性是用于回答“带来这样的核心价值的智能电网是什么样的”这一问题。作者认为，带来“高效、清洁、坚强”特性的智能电网的组要特性可用“新能源+新客户+新电网”来概括。新能源。既包括可再生能源大型集中式发电，也包括可再生能源小型分布式发电。根据各国规划，可再生能源在能源结构比例将日益增大，如美国计划到2021年可再生能源发电比例大幅增加，将给电网接入、输电、配电、调度和运行带来翻天覆地的变化。新客户。既指用户可通过需求侧响应主动参与到电网运行中来，也包括小型分布式发电、微网、电动汽车等新客户。在智能电网中，由于客户可以主动对电网运行方

22、式作出响应，既可从电网中吸纳电能，也可向电网供应电能。相比当前电网，智能电网的电流、金融流、信息流都可双向或多相流动，电网调度运行方式与现在相比会发生根本性变化，由此也会带来一系列新的服务和更多的效益。新电网。新能源与新客户，决定了需要建设新电网与之匹配。在新电网中，超导输电或特高压输电、高效变压器、数字变电站、紧凑型线路等技术将会广泛应用，电网的运行方式也将更加复杂多变，其优化也将带来更大效益。总的来看，这么一个新电网的建设、运行与调度问题将带来一系列全新课题！（3）关键技术领域 从国家和社会层面上看，他们对智能电网的期望主要是：坚强可靠、高效、环保。我们将智能电网中能帮助实现这些目标的技术

23、，称之为狭义的智能电网相关技术。这部分技术又可以划分为三个层次：（1）第一个层次：一次侧的发输配用各个环节中应用的技术，包括可再生能源发电技术、超导输电技术、特高压输电技术、高效变压器、紧凑型线路、智能电器等。（2）第二个层次：二次新技术，包括先进的测量技术、通信技术、AMI等。（3）第三个层次：控制中心的电网运行控制与管理技术，包括先进的信息处理技术、先进控制理论、新型管理技术等。3、 智能电网所能具有的最高智能形式通过上述分析讨论，我们明白了，在电网是关于未来电网的美丽愿景。愿景三要素中，核心价值是关键一环。而为了使愿景更加明晰，智能电网核心价值需要用一系列指标来予以量化。从这个意义上来说

24、，智能电网带来价值如何，可用一系列指标构成的指标集合来衡量；而要使智能电网带来最大价值，就要使这一系列都达到最优。据此，我们认为，具有多指标自趋优运行能力是智能电网所具有的智能形式，而这也正是清华大学所提数字电网的核心理念。（1）多指标智能电网带来价值如何，可用一系列指标构成的多指标集合来衡量。这里做说多指标，就是指的该多指标集合，它由运行人员或研究人员最关心的系列指标组合，可因时因地而异。如对美国智能电网，可以用表征电网运行坚强、可靠、高效、经济、环境友好性及使用安全性的一系列指标相容构成；而对欧盟所提智能电网，则可用表征电网运行灵活性、可接入性、经济性的一系列相容指标构成。（2）自趋优自趋

25、优是指某个对象通过的自动调节，实现从不令人满意的状态到令人满意的状态的一个过程。对于智能电网而言，衡量其是否处于趋优状态（或令人满意状态）的标准就是前述的电网运营指标集合；智能电网的自趋优是指电网能够依托完善统一的基础设施（包括一次设施、采集、通信、IT平台等），在实现全面的自我监测和信息共享基础上，对自我状态（也即电网运营指标评价体系）有标准的认知，并通过智能分析形成决策，借助完善统一的基础设施，自动对自身进行综合调控，使得电网自身状态趋向最优。自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能，指无需或仅需少量人为干预，实现电力电网络存在问题元器件的隔离或使其恢复正常运行，最小化或避免用户的供电中断。通

26、过进行连续进行连续的评估自测，智能电网可以监测、分析、响应，甚至恢复电力元件或局部网络的异常运行。从所针对的对象来讲，自愈仅针对电网运行环节；而自趋优针对的是整个电网的运营，范围更为广阔。从要达到的目标来讲，自愈仅能保证系统在即将发生异常情况或出现异常情况时实现对有问题设备的自动监测和隔离，为单一目标；自趋优则是对所有不满意运行状态均采取必要的动作，为目标。也就是说，自趋优已涵盖了自愈的概念。（3）实现电网“多指标自趋优运行”的理论基础：电力混成控制论使电网具备多指标自趋优运行能力，如何电网可自动保持在安全、优质、经济的运行状态，是可能吗？回答是肯定的。首先，用于实现电网多指标自趋优的控制理论

27、基础也已建立，它就是卢强院士所提“电力混成控制论”。基于这一思想实现的先进能量管理系统（Advanced EMS），已在电网实时运行和控制方面得到应用。（4）具有多指标自趋优运行能力的电网是电网所能具有的最高智能形式如果使一个电网具备多指标自趋优运行能力，则意味着我们可将一个电网控制得如同一台智能广域机器人一般（Smart Wide Area Robot，Smart-WAR）。这意味着如果电网一旦处于不那么令人满意的状态（即不符合前述系统运行多指标集合），系统即可发现；然后可发现；然后即可集中所有可控资源，自动进行调控，使得电网回归到令人满意状态中来。这也意味着美国智能电网或欧洲智能电网要求的

28、核心价值可由多指标自趋优电网自动实现。试想，还有比具备多指标自趋优运行能力的电网更加智能电网吗？没有了。中国坚强智能电网的发展思路和目标一、 中国坚强智能电网的内涵：2009年5月在召开的“2009特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司公布了对智能电网内涵的定义坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”是高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。内涵包括：1、坚强可靠的实体电网架构是中国坚强智能电网发展的物理基础； 2、经济

29、高效是对中国坚强智能电网发展的基本要求； 3、清洁环保是经济社会对中国坚强智能电网的基本诉求； 4、透明开放是中国坚强智能电网的发展理念； 5、友好互动是中国坚强智能电网的主要运行特征。二、国家电网公司将分三个阶段推进坚强智能电网的建设：第一阶段：2009年2010年，规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。第二阶段：2011年2015年，全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网的运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。第三阶段：2015年2020年，引领提升阶段，全面建成统一的坚强智能电网，技

30、术和装备全面达到国际先进水平。届时，电网优化配置资源能力大幅提升，清洁能源装机比例达到35%，分布式电源实现“即插即用”，智能电表普及应用。三、 坚强智能电网各环节发展目标与重点任务发电环节。发展目标：1、以“一特四大”发展战略为导向，引导电源集约化发展，协调推进大煤电、大水电、大核电和大可再生能源基地的开发；2、强化网厂协调，提高电力系统安全运行水平；3、实施节能发电调度，提高常规电源的利用效率；4、优化电源结构和电网结构，促进大规模风电、光伏等新能源的科学合理利用。重点工作：1、国家风电研究检测中心建设；2、国家太阳能发电研究检测中心建设；3、大型储能技术在间歇能源发电系统中的示范应用；4

31、、节能发电调度体系和关键技术的应用；5、抽水蓄能重点工程建设。输电环节。发展目标：1、加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网；2、全面实施输电线路状态检修和安全寿命周期管理；3、建设输电线路状态检测中心，实现对特高压线路、重点输电走廊、大跨越、灾害多发区的环境和运行状态参数的集中检测和灾害预警；4、广泛采用柔性交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性，技术和装备全面达到国际领先水平。重点工作：1、特高压后续交直流工程建设；2、跨区联网工程建设，建成河西走廊750千伏通道，实现新疆与西北主网联网、西藏与青海联网运行；3、开展特高压可控电抗器等关键技术研发并示范应用，开展柔性输电关键技术研究；4、全面实施线路状态检修和全寿命周期管理；5、 建立输电线路状态检测中心及灾害预警系统。变电环节。发展目标：1、设备信息和运行维护测量与电力调度全面互动；2、枢纽及变电站全面建成或改造为智能变电站；3、实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用，保障各级电网安全稳定运行。重点工作：1、制定智能变电站及装备标准规范。2、开展变电站智能化改造和智能变电站建设工作。3、智能装备研发及装备智能化改造。配电环节。发展目标：1、建成高效、灵活、合理的配电网络，配