电力系统运行与安全控制课件

电力系统运行与安全控制本课件旨在全面介绍电力系统运行与安全控制的关键概念和技术内容涵盖电力系统的基本组成、运行要求、控制任务，以及稳定分析、故障分析和继电保护等方面通过本课程的学习，学员将掌握电力系统安全稳定运行的核心知识，为实际工作和研究奠定坚实的基础课程简介与目标课程概述学习目标适用对象简要介绍课程内容、结明确学习目标，包括知明确适用对象，包括电构安排，以及学习方法识掌握、技能提升和实力工程专业的学生、电建议，帮助学员快速了践应用，引导学员有针力行业的从业人员等，解课程全貌对性地学习方便学员评估自身是否适合学习本课程电力系统概述电力系统的定义电力系统的特点电力系统的作用电力系统是由发电、输电、变电、配电具有实时性、整体性和复杂性等特点，为社会经济发展和人民生活提供可靠、和用电等环节组成的整体，是能量生任何一个环节出现问题都可能影响整个优质的电力供应，是现代社会不可或缺产、传输、分配和使用的综合网络系统的安全稳定运行的重要基础设施电力系统的组成电源包括各种类型的发电机组，如水力发电机、火力发电机、核能发电机、风力发电机和太阳能发电机等输电网络由高压输电线路和变电站组成，负责将电能从发电厂输送到负荷中心配电网络由中低压配电线路和配电变压器组成，负责将电能分配给各类用户负荷包括各种类型的用电设备，如工业用电、商业用电、居民用电等发电、输电、配电环节发电环节输电环节将各种形式的能量（如水能、煤将电能从发电厂输送到负荷中心炭、核能、风能、太阳能）转化的过程，需要采用高压输电技术为电能的过程，是电力系统的源以减少线路损耗头配电环节将电能从输电网络分配给各类用户的过程，需要根据用户的需求进行电压等级的转换和电能的分配电力系统运行的基本要求安全稳定12保证电力系统运行过程中人员保证电力系统运行过程中电压和设备的安全，防止发生人身和频率的稳定，防止发生电压伤亡和设备损坏事故崩溃和频率失稳事故经济性3在满足安全和稳定的前提下，尽可能降低电力系统的运行成本，提高电力资源的利用效率安全、稳定、经济性安全稳定经济性电力系统安全运行是根本，必须采取各电力系统稳定运行是保障，必须采取各电力系统经济运行是目标，必须采取各种措施保证人身和设备安全例如，完种措施保证电压和频率稳定例如，合种措施降低运行成本例如，优化机组善的继电保护系统、可靠的设备维护检理的无功功率补偿、有效的调频调压措组合、减少线路损耗等修等施等电力系统运行控制的任务电网频率控制1维持电网频率在允许的范围内波动，保证电力系统的安全稳定运行电压控制2维持电网电压在允许的范围内波动，保证电力系统的安全稳定运行潮流控制3合理分配电网中的潮流，避免线路过载和设备损坏事故处理4及时发现并处理电力系统中的各种故障，防止事故扩大和蔓延电网频率控制二次调频2调度员根据频率偏差手动调节发电机组的有功功率，是更精确的频率控制手段一次调频1发电机组根据频率偏差自动调节有功功率，是最快速的频率控制手段自动发电控制（AGC）利用计算机系统自动调节发电机组的有3功功率，是更高级的频率控制手段电压控制无功功率补偿1变压器调压2发电机调压3电容器投切4电压控制是电力系统运行的重要任务之一，通过调节无功功率、变压器分接头、发电机电压等手段，维持电网电压在安全范围内常用的电压控制手段包括发电机调压、变压器调压、电容器投切和无功功率补偿等合理的电压控制可以提高电力系统的安全性和经济性潮流控制潮流控制的意义潮流控制的方法潮流控制是指通过调节电力系统中各元件的参数，改变电网的潮常用的潮流控制方法包括调节发电机有功出力、调节变压器分流分布，以满足电力系统安全稳定运行的要求合理的潮流控制接头、投切串联电容器、使用FACTS装置等FACTS装置是一种可以避免线路过载、降低网损、提高电压质量柔性交流输电系统，可以灵活地调节线路的阻抗，实现潮流的优化控制电力系统稳定分析静态稳定动态稳定暂态稳定指电力系统在受到小扰动后，能够自指电力系统在受到大扰动后，经过一指电力系统在受到突然的大扰动（如动恢复到原运行状态的能力静态稳段时间的过渡过程，能够达到新的稳短路故障）后，能够保持同步运行的定分析主要关注电力系统在稳态下的定运行状态的能力动态稳定分析主能力暂态稳定分析主要关注电力系运行特性要关注电力系统在暂态过程中的运行统在事故发生后的极短时间内的运行特性特性静态稳定功率特性电压稳定临界点分析电力系统的功率-电研究电力系统的电压稳确定电力系统的静态稳压特性，判断系统是否定性，防止发生电压崩定临界点，为电力系统具有静态稳定性溃事故的安全运行提供指导动态稳定发电机模型建立发电机组的详细模型，包括励磁系统、调速系统等仿真分析利用计算机仿真分析电力系统的动态稳定性能稳定控制采取措施提高电力系统的动态稳定性，如PSS（电力系统稳定器）等暂态稳定故障分析临界切除时间12分析电力系统在发生短路故障确定电力系统的临界切除时后的暂态过程间，为继电保护的整定提供依据提高稳定3采取措施提高电力系统的暂态稳定性，如快速切除故障、采用FACTS装置等电力系统故障分析对称故障1三相短路故障，电力系统各相参数对称不对称故障2单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障，电力系统各相参数不对称故障计算3计算电力系统在发生故障后的电压、电流分布，为继电保护的整定提供依据对称故障分析正序网络阻抗矩阵标幺值对称故障分析只需要考虑正序网络，可利用阻抗矩阵法计算电力系统在发生对采用标幺值进行计算，可以简化计算过以简化计算称故障后的电压、电流分布程不对称故障分析序分量法1正序网络2负序网络3零序网络4不对称故障分析需要考虑正序、负序和零序网络，计算过程较为复杂序分量法是将不对称的三相电压和电流分解为对称的正序、负序和零序分量，从而简化计算不同的不对称故障类型，其序网络的连接方式不同，需要根据具体情况进行分析计算电力系统继电保护继电保护重要性电力系统中用于快速切除故障元继电保护是电力系统安全稳定运件，保护电力设备和人身安全的行的重要保障，能够有效防止事自动保护装置故扩大和蔓延基本要求灵敏性、选择性、速动性和可靠性是继电保护的基本要求继电保护的基本原理测量元件测量电力系统中的电压、电流等参数逻辑判断根据测量元件的输出，判断电力系统是否发生故障执行元件根据逻辑判断的结果，发出跳闸指令，切除故障元件继电保护的构成1电流互感器（CT）用于测量电力系统中的电流2电压互感器（PT）用于测量电力系统中的电压继电器3用于逻辑判断和发出跳闸指令断路器4用于切除故障元件继电保护的类型距离保护1根据故障点到保护安装位置的距离来判断故障，适用于输电线路保护差动保护2根据保护范围内两侧电流的差值来判断故障，适用于变压器、发电机等设备保护过电流保护3根据电流的大小来判断故障，适用于各种电力设备的保护距离保护阻抗继电器整定计算保护范围距离保护的核心元件是阻抗继电器，根距离保护需要进行精确的整定计算，以距离保护的保护范围可以分为I段、II段和据测量到的阻抗值来判断故障距离保证其灵敏性和选择性III段，各段的保护时间和灵敏度不同差动保护比率制动2采用比率制动可以提高差动保护的抗干扰能力电流差动1差动保护根据保护范围内两侧电流的差值来判断故障变压器保护差动保护是变压器保护的主要手段之3一过电流保护定时限过流反时限过流速断保护123根据电流的大小和时间来判断故电流越大，动作时间越短电流超过整定值立即动作障电力系统自动装置自动重合闸自动切负荷自动电压调节在电力系统发生瞬时性故障后，自动在电力系统发生严重事故时，自动切自动调节发电机的电压，维持电网电将断路器重合，恢复供电除部分负荷，保证电力系统的稳定运压的稳定行自动重合闸瞬时性故障电力系统中大部分故障是瞬时性故障，如雷击引起的闪络恢复供电自动重合闸可以在故障切除后快速恢复供电，提高供电可靠性重合闸方式有单相重合闸和三相重合闸两种方式自动切负荷低频减载低压减载12当电力系统频率降低到一定程当电力系统电压降低到一定程度时，自动切除部分负荷，防度时，自动切除部分负荷，防止频率崩溃止电压崩溃重要负荷3自动切负荷需要保证重要负荷的供电自动电压调节励磁系统1自动电压调节器通过调节发电机的励磁电流来控制发电机的电压稳定电压2自动电压调节器可以快速响应电网电压的变化，维持电网电压的稳定提高稳定3自动电压调节器可以提高电力系统的稳定性电力系统调度自动化调度自动化提高效率主要系统利用计算机技术、通信技术和控制技术调度自动化可以提高调度运行的效率和SCADA系统和EMS系统是电力系统调度实现电力系统调度运行的自动化可靠性自动化的主要组成部分系统SCADA数据传输2SCADA系统可以通过通信网络将数据传输到调度中心数据采集1SCADA系统可以实时采集电力系统运行的各种数据数据处理SCADA系统可以对数据进行处理和分3析，为调度员提供决策支持系统EMS高级应用优化运行12EMS系统是在SCADA系统的EMS系统可以实现电力系统的基础上发展起来的，具有更多优化运行和控制高级应用功能功能模块3EMS系统包括潮流计算、稳定分析、经济调度等功能模块电力系统安全评估在线评估1实时评估电力系统的安全状态离线评估2对电力系统未来的安全状态进行预测评估方法3静态安全评估和动态安全评估是常用的评估方法安全评估的指标电压指标潮流指标稳定指标节点电压是否在允许范围内线路潮流是否超过允许容量系统是否具有足够的稳定裕度安全评估的方法动态评估2基于时域仿真进行评估静态评估1基于潮流计算进行评估混合评估3结合静态评估和动态评估的优点电力系统运行方式正常运行事故运行12电力系统各元件都在正常范围电力系统发生故障，部分元件内运行退出运行检修运行3电力系统部分元件进行检修，需要调整运行方式正常运行方式经济运行1在满足安全约束的前提下，尽可能降低运行成本优化运行2优化电力系统的运行方式，提高运行效率稳定运行3保证电力系统的稳定运行事故运行方式紧急控制恢复供电防止崩溃采取紧急控制措施，防止事故扩大尽快恢复对重要负荷的供电防止电力系统发生大面积停电事故检修运行方式优化检修2优化检修计划，缩短检修时间安全检修1保证检修过程中的安全减少影响尽可能减少检修对电力系统运行的影3响电力市场与运行市场化改革市场机制运行控制123电力市场化改革是电力行业发展的电力市场通过市场机制实现电力资电力市场下的运行控制面临新的挑趋势源的优化配置战电力市场机制竞价上网1发电机组通过竞价上网，确定上网电价集中调度2电力调度机构根据市场竞价结果进行集中调度输电定价3输电价格需要合理制定，保证输电网络的运营成本电力市场下的运行控制市场约束安全稳定优化调度电力市场下的运行控制需要考虑市场约电力市场下的运行控制仍然需要保证电电力市场下的运行控制需要进行优化调束，如电价、合同等力系统的安全稳定运行度，提高经济效益智能电网与运行控制新挑战2智能电网给运行控制带来了新的挑战智能化1智能电网是电力系统发展的趋势，具有智能化、自动化等特点新技术需要采用新的运行控制技术来适应智能3电网的发展智能电网的特点自愈性互动性12能够自动检测和隔离故障，并能够实现用户与电网之间的互快速恢复供电动兼容性3能够兼容各种类型的电源和负荷智能电网下的运行控制技术广域测量1利用广域测量系统（WAMS）实现对电力系统运行状态的全面监测智能控制2采用智能控制技术实现对电力系统的优化控制需求响应3通过需求响应技术实现对负荷的灵活控制电力系统新能源接入新能源接入电网运行控制风力发电和太阳能发电是主要的新能源新能源发电需要接入电力系统新能源接入对电力系统的运行控制提出发电方式了新的挑战风力发电接入并网技术2需要采用先进的并网技术，保证风力发电的安全稳定运行不稳定性1风力发电具有间歇性和波动性调度策略需要制定合理的调度策略，应对风力发3电的波动性太阳能发电接入光伏发电不稳定性12太阳能发电主要采用光伏发电太阳能发电具有间歇性和随机技术性能量管理3需要采用能量管理技术，提高太阳能发电的利用率新能源接入对运行控制的影响频率稳定1新能源接入会影响电力系统的频率稳定电压稳定2新能源接入会影响电力系统的电压稳定潮流分布3新能源接入会改变电力系统的潮流分布电力系统储能技术储能新能源运行控制储能技术可以提高电力系统的可靠性和储能技术可以促进新能源的消纳储能技术对电力系统的运行控制具有重稳定性要意义储能的类型化学储能2锂离子电池、铅酸电池等物理储能1抽水蓄能、压缩空气储能等电磁储能3超导储能、超级电容器储能等储能在电力系统中的应用调峰调频12削峰填谷，平滑负荷曲线快速响应频率变化，维持频率稳定备用3提供备用电源，提高供电可靠性电力系统运行控制的发展趋势智能化1更加智能化和自动化的运行控制网络化2更加网络化和协同的运行控制市场化3更加市场化和灵活的运行控制电力系统网络安全网络安全威胁安全防护电力系统网络安全日益重要电力系统面临着各种网络安全威胁需要加强电力系统的网络安全防护网络安全的重要性信息安全2网络安全是电力系统信息安全的保障稳定运行1网络安全是电力系统稳定运行的保障人身安全3网络安全是电力系统人身安全的保障网络安全防范措施安全防护监控12加强电力系统网络的安全防加强电力系统网络的运行监护控培训3加强电力系统网络安全人员的培训电力系统案例分析实际案例1分析电力系统运行控制的实际案例经验教训2总结电力系统运行控制的经验教训提高水平3提高电力系统运行控制的水平实际案例分析故障案例控制案例运行案例分析电力系统故障案例，总结故障原因分析电力系统运行控制案例，总结优化分析电力系统运行案例，总结经济运行和处理方法控制策略和安全运行的经验故障处理与经验总结有效措施2采取有效的措施，防止事故扩大快速响应1发生故障后，需要快速响应，及时处理经验总结3总结故障处理的经验，提高应对能力课程总结与展望知识回顾未来发展12总结课程的主要内容和知识展望电力系统运行控制的未来点发展趋势实践应用3鼓励学员将所学知识应用于实际工作。