電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)及目標探討

程新磊 吳麗珍 吳超杰

（濮陽縣電業(yè)局，河南 濮陽 457000）

1 電力系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)作為一個電能供應(yīng)系統(tǒng)一般不能儲藏，生產(chǎn)、輸送、分配和消費是在同一時間內(nèi)進行的。所以，在電力系統(tǒng)中，電能的生產(chǎn)量應(yīng)每時每刻與電能的消費量保持平衡，并需保證電能質(zhì)量。

最初，單個發(fā)電機組(或發(fā)電廠)對鄰近用戶供電，形成簡單的孤立電力系統(tǒng)。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民物質(zhì)和文化水平的不斷提高，電能需求迅速增長，發(fā)電設(shè)備及其出力和供電范圍也相應(yīng)增大，為了互通各孤立電力系統(tǒng)間的電力，提高運行的經(jīng)濟性和安全性，逐步發(fā)展成跨地區(qū)的聯(lián)合電力系統(tǒng)。聯(lián)合電力系統(tǒng)的優(yōu)越性是：能更經(jīng)濟合理地利用水力、火力和核能等一次能源，以解決能源資源與負荷分布地域間的不平衡；可以利用電力系統(tǒng)供電地區(qū)內(nèi)時差和季節(jié)差以及各地區(qū)電力消費習慣不同、負荷曲線不同等因素，錯開負荷高峰，減少總的系統(tǒng)裝機容量；有利于采用大容量的發(fā)電機組，可以節(jié)省建設(shè)投資和運行費用，以提高投資效益和運行經(jīng)濟性；便于在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，各地區(qū)間出力的相互支援，提高系統(tǒng)運行的安全性；便于集中管理，統(tǒng)一調(diào)度和分配電力等。目前，世界上已出現(xiàn)了總裝機容量達幾億千瓦，供電范圍縱橫幾千公里的巨大電力系統(tǒng)。

2 電力系統(tǒng)運行狀態(tài)

根據(jù)不同的運行條件，一般可將電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)分為正常狀態(tài)、警戒狀態(tài)、緊急狀態(tài)、系統(tǒng)崩潰和恢復(fù)狀態(tài)等。隨著運行條件的變化，電力系統(tǒng)將在各種狀態(tài)間進行轉(zhuǎn)變。

2.1 正常狀態(tài)

在這種運行狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)以合格的質(zhì)量，滿足負荷對電能的需求：電力系統(tǒng)中各發(fā)電設(shè)備和輸變電設(shè)備均在規(guī)定的限額內(nèi)運行；電力系統(tǒng)中各母線電壓和系統(tǒng)頻率均在允許的偏差范圍以內(nèi)。

2.2 警戒狀態(tài)

電力系統(tǒng)受到災(zāi)難性干擾的機會不多見，大量的情況是許多不大的干擾或變化。例如，負荷的增加，發(fā)電機的計劃外停役，以及發(fā)電機、變壓器，輸電線路運行環(huán)境的惡化，使電力系統(tǒng)中各元件的備用余量減少到不允許的程度。這些干擾或變化有可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)安全水平的降低，使系統(tǒng)進入警戒狀態(tài)。處于警戒狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，上述的等式和不等式約束條件還是滿足的，系統(tǒng)也能供應(yīng)質(zhì)量合格的電能，但系統(tǒng)的安全水平已下降到不能承受各種正常的干擾，特別是在電力系統(tǒng)中發(fā)生各種故障時，就有可能不滿足某些不等式約束條件。比如就會有某些線路出現(xiàn)過載或某些母線電壓小于限制的現(xiàn)象，出現(xiàn)以上的情況后，需要采取預(yù)防性控制措施，以確保系統(tǒng)始終處于正常的狀態(tài)。

2.3 緊急狀態(tài)

電力系統(tǒng)處于正常狀態(tài)和警戒狀態(tài)，一旦發(fā)生嚴重的干擾，比如路線短路或大容量發(fā)電機組的非正常退出工作等，系統(tǒng)進入緊急狀態(tài)。此時，上述的等式約束條件仍可能得到滿足，即負電荷還是得道供應(yīng)，但是其質(zhì)量無法達到標準的要求（頻率或電壓不滿足要求）。這時，電力系統(tǒng)的某些不等式約束條件遭到破壞。在快速查找故障原因，并采取有效的緊急控制措施后，系統(tǒng)有可能恢復(fù)至警戒一至正常的狀態(tài)。

2.4 系統(tǒng)崩潰

在緊急狀態(tài)下，如不及時清除故障和采取適當?shù)目刂拼胧?，或者這些措施無法起到作用，那么電力系統(tǒng)就有可能失去穩(wěn)定性。由于自動解列裝置或調(diào)度人員的操作，可能使電力系統(tǒng)解列成幾個子系統(tǒng)。這時上述等式和不等式約束條件均遭到破壞，發(fā)電出力與負荷間出現(xiàn)不平衡。在一些子系統(tǒng)中，由于出力大大超過負荷，而不得不讓發(fā)電組退出，一至出現(xiàn)全系統(tǒng)的大面積的停電。此時應(yīng)盡可能避免連鎖性的故事發(fā)展，挽救系統(tǒng)各解列部分，使能維持部分供電，避免全系統(tǒng)的崩潰。

2.5 恢復(fù)狀態(tài)

在系統(tǒng)崩潰以后，由于自動裝置的作用或調(diào)度人員的操作使事故停止擴大，待電力系統(tǒng)大體上穩(wěn)定下來后，則系統(tǒng)可進入恢復(fù)狀態(tài)。這時，有部分用戶停電，部分線路、變壓器或發(fā)電機組處于斷開狀態(tài)，應(yīng)采取各種恢復(fù)出力和送電能力的措施，迅速而平穩(wěn)地對用戶恢復(fù)供電，使解列的系統(tǒng)重新并列。根據(jù)系統(tǒng)的實際情況，從這種狀態(tài)可以恢復(fù)到正常狀態(tài)或警戒狀態(tài)。

3 電力系統(tǒng)運行目標

根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，為了充分發(fā)揮電力系統(tǒng)的功能和作用，將電力系統(tǒng)實際運行的主要目標概括如下：

(1)滿足用戶供電的需要，包括供電的數(shù)量和質(zhì)量。在正常運行情況下，應(yīng)該滿足用戶的用電需求，只有在出力不足的情況下才有計劃地限制供電。在事故發(fā)生后的緊急情況下，當不能滿足供電需求時，要有選擇地切除一部分不重要的負荷，以保證重要負荷(如交通、醫(yī)院、連續(xù)生產(chǎn)的工廠等)的供電和全系統(tǒng)的安全。

(2)電力系統(tǒng)的安全性。保證電力系統(tǒng)能以質(zhì)量合格的電能充分地對用戶連續(xù)供電。一個能夠保證安全供電的電力系統(tǒng)必須具有經(jīng)受一定程度的干擾和事故的能力。一個安全的電力系統(tǒng)，在嚴重的事故情況下也應(yīng)盡量避免使事故擴大，以至波及電力系統(tǒng)其它正常運行的部分，造成大面積停電；同時，應(yīng)迅速消除事故的后果，恢復(fù)正常的供電。保證電力系統(tǒng)安全運行的自動控制系統(tǒng)的具體功能包括：安全監(jiān)視、安全分析和安全控制。

(3)經(jīng)濟性。經(jīng)濟性即以最小發(fā)電成本為目的的經(jīng)濟運行，使系統(tǒng)中并列運行的發(fā)電機組合理地分配，當發(fā)電機組經(jīng)過輸電線路對負荷供電時，還要考慮線損的影響。在電力系統(tǒng)正常運行中，還應(yīng)根據(jù)負荷的變化，相應(yīng)地開停發(fā)電機組，以達到減少燃料消耗的目的。在有水電和火電的混合電力系統(tǒng)中，要求在充分發(fā)揮水力發(fā)電能力，有效地利用水力資源的條件下，滿足發(fā)電成本最小的要求。

(4)滿足環(huán)境保護和生態(tài)條件的要求。在一些發(fā)達國家中，十分重視電力工業(yè)對環(huán)境和生態(tài)的影響。電力系統(tǒng)所包含的發(fā)電廠，在運行過程中會產(chǎn)生相當數(shù)量的固體和氣體廢料，造成對大氣和水的嚴重污染，所以要控制發(fā)電廠排放的煙氣成分(如硫的氧化物，氮的氧化物，及煙塵等)、溫度、擴散速度，冷卻水的排放溫度和流速。對于核電廠則要控制其放射性的污染。在輸變電設(shè)備方面則要考慮輸電線(如電暈放電)對周圍環(huán)境的影響以及變壓器噪聲對周圍環(huán)境的影響。