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1、1,同步电网的安全稳定性和交/直流混合电网运行特性,贵州大学电气工程学院袁旭峰2011年09月,2,主要内容,一.电力系统稳定性的定义二.现代大电网中存在的主要系统技术问题三.保证现代大电网安全稳定运行的基本条件四.电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律五.关于我国同步电网构建问题六.华北华中华东同步电网的安全稳定性能七.关于交直流混合输电的运行特性八.关于我国远距离大容量输电工程的输电方式,3,前言,鉴于我国能源供需分布的实际情况，需要通过开发西部水电基地和煤电基地，发展远距离大容量输电，向东部和中部负荷中心地区送电，以实现能源资源在全国范围内的优化配置，促进东、西部地区的协调发展。由于水、
2、火电能源基地与用电负荷中心地区之间的距离大多在1000公里以上，大容量、远距离输电是我国电网发展的主要特点。因此，研究和发展具有远距离、大容量输电功能的特高压电网是十分必要的。目前，特高压输电技术的研发已列入国家中长期科技发展规划。,4,前言,随着特高压交流输电试验示范工程的建设，以及西部水电基地和煤电基地外送电力规模的扩大，“十二五”期间我国将逐步形成连接华北、华中、华东的特高压交/直流混合电网。近年来，中国电科院和规划设计等单位就特高压电网的安全性进行了大量的论证工作，提出了对策，以确保电网的安全稳定运行。,华北,南方,东北,西藏,台湾,西北,陕北煤电,陕北,石家庄,北京东,华中,280,
3、460,340,100,豫北,徐州,淮南煤电,徐州煤电,南京,330,320,170,无锡,南阳,300,170,265,150,上海,华东,浙北,皖南,220,440,长沙,荆州,恩施,乐山,360,川西水电,蒙西煤电I,武汉,220,270,重庆,300,晋城电厂一二期,三峡地下电站,晋东南,360,蒙西,蒙西煤电III,450,西宁,拉西瓦,官亭,白银,银川东,兰州东,宜宾,哈密煤电,安西,张掖,永登,“十二五”初特高压电网初步方案,呼盟煤电,溪洛渡向家坝,330,“十二五”初交流特高压网架将初具规模，建成北京石家庄豫北南阳荆州长沙的南北双回路通道和乐山重庆恩施荆州武汉皖南浙北上海的东西
4、双回路通道。晋东南、陕北、蒙西煤电基地电力和四川水电注入上述通道中。华北、华中、华东通过交流特高压形成环网结构。,平凉,乾县,600,京、津冀、鲁3780,华东（含福建）7170,华中东部四省5905,金沙江3455,锦屏630,1555,呼伦贝尔,东北1560,1900,630,920,1020,2160,2690,2830,600,四川水电1200,三峡1820三峡地下420,南方（含海南）900,300,930,1260,陕北、晋东南、蒙西、锡盟、宁夏、哈密电源基地7980西北水火电300,600,阳城电厂330,330,远东水电,630,2020年电力流结果,神木360,360,南方主
5、网地理接线简图,南宁,百色,平果,玉林,茂名,梧州,沙塘,广州换流站,来宾,罗洞,江门,广东网,贵州网,罗平,天换,青岩,贺州,河池,江城直流,高坡,安顺,肇庆,兴仁,宝安,8,一电力系统稳定性的定义,1.1CIGRE和IEEE联合工作组的定义将电力系统稳定性分为以下三类：功角稳定性频率稳定性电压稳定性,9,一电力系统稳定性的定义,功角稳定性又分为小扰动稳定和大扰动暂态稳定，都属于短期稳定。频率稳定又分为短期（12秒）和长期（23分钟）稳定。电压稳定又分为大扰动和小扰动，包括短期和长期稳定（35分钟）。,10,一电力系统稳定性的定义,1.2俄罗斯（前苏联）的定义1）除了频率稳定性和电压稳定性以
6、外，把功角稳定性（又称为同步运行稳定性）定义为静态稳定性、暂态稳定性和最终稳定性。,11,一电力系统稳定性的定义,2）静态稳定性指小干扰或运行情况小变化引起的稳定问题，根据研究的方法和目的，又分为小干扰动态稳定性与非周期稳定性两种，前者主要与系统的控制系统特性和阻尼特性有关；后者主要与系统的静稳定极限有关。,12,一电力系统稳定性的定义,3）暂态稳定性指系统发生大的突然扰动后的稳定性。4）最终稳定性指突然大扰动后引起的短期非同步运行后，系统又实现再同步。,13,一电力系统稳定性的定义,1.3我国的定义1）参考国外的定义，也将电力系统稳定性分为功角稳定性（又称为同步运行稳定性）、频率稳定性和电压
7、稳定性。2）根据我国的具体情况和习惯，在“电力系统安全稳定导则”中将功角稳定性分为三类，即静态稳定性、暂态稳定性和动态稳定性。,14,一电力系统稳定性的定义,3）静态稳定性指非周期稳定性，研究目的是求取静稳定极限。4）暂态稳定性指系统在大扰动后保持第一或第二个振荡周期不失步，各发电机组保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行的能力。5）动态稳定性指系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置作用下，保持长过程的稳定性。,15,一电力系统稳定性的定义,1.4总结1）我国对电力系统稳定性的定义吸收了CIGRE、IEEE和俄罗斯的部分定义，但在功角稳定性的分类方面有一定区别，主要是我国对动态稳
8、定性的定义包括小扰动和大扰动稳定性。,16,一电力系统稳定性的定义,2）CIGRE/IEEE工作组定义是把大扰动引起的多个周期功率振荡的稳定性归到大扰动暂态稳定性，而不再提大扰动动态稳定性的概念。而我们的暂态稳定性指第一或第二个振荡周期的稳定性，而将多个周期功率振荡的稳定性仍定义为动态稳定性（包括大扰动和小扰动）。,17,一电力系统稳定性的定义,3）我国静态稳定性的定义与俄罗斯不同，其定义是电力系统受到小扰动后，不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力，主要影响因素是同步力矩，还保留了以功角特性曲线表示静稳极限的形象化传统方法。,六华北华中华东同步电网的安全稳定性能,18,静态稳定性示
9、意图,系统的功角特性曲线,静稳定储备系数：,19,暂态稳定性示意图,功角曲线,角速度曲线,电磁功率曲线,发电机端电压曲线,20,动态稳定性示意图,电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。,21,二现代大电网中存在的主要系统技术问题,随着电力系统不断发展，电网日益扩大，电网最高运行电压增高，接入系统运行的发电机组容量增大，电力系统进入了大电网、高电压、大机组的现代大电网阶段。我国电力系统现在也已进入这一阶段。在这一阶段中，一方面取得了更大的发电和输电效益，为社会和经济发展当好了先行官；另一方面也面临着新的挑战，需要加强对各类技术问题的研究。,22
10、,二现代大电网中存在的主要系统技术问题,应重视的主要技术问题包括：大电网的安全稳定分析；大电网的事故评价及对策；大电网与大机组的协调运行；大电网的无功补偿与电压调节；大电网对继电保护和安全自动装置的要求；大电网中各级电压电网的短路电流水平问题；大电网中各电压等级电网的协调发展问题；大电网的调度管理、通信和自动化问题。在这些问题中，处于核心地位的是如何确保现代大电网的安全稳定运行问题，也涉及到大机组的安全运行、电网结构建设、无功补偿与电压调节、对继电保护和安全自动装置的要求等系统技术问题。,23,二现代大电网中存在的主要系统技术问题,在现代大电网中，由于远方大容量电厂接入超/特高压电网，又迫于投
11、资以及环境影响等原因，要求在正常运行条件下充分利用输电线路的送电能力，已经成为世界性的趋势。因而，保持电力系统的稳定运行，仍然是现代大电网中受到关注的关键技术问题。,24,三保证现代大电网安全稳定运行的基本条件,长期的运行实践证实，国外和国内的历次系统事故，几乎无一不与系统失去稳定相关联，具体表现为失去同步运行稳定性(系统失步振荡)、失去频率稳定性(频率崩溃)和失去电压稳定性(电压崩溃)这三类。因此，在电力系统运行中，必须同时满足以下三种稳定性要求：(1)同步运行稳定性；(2)频率稳定性；(3)电压稳定性。,25,三保证现代大电网安全稳定运行的基本条件,保证电力系统的安全稳定运行，是从系统规划
12、设计到电网调度运行的一项重要任务，就总的方面来说，保证系统安全稳定运行的基本条件有三个：(1)有一个合理的电网结构；(2)全面分析电力系统可能发生的各种事故，采取一切可行、合理的措施，保证在事故发生后，电力系统仍能够安全稳定地运行；(3)当系统失去稳定时，能有预定措施防止出现恶性连续反应，尽可能缩小事故损失，并尽快使系统恢复正常运行。,26,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,电网的雏型是发电厂向用户供电的中间环节。在满足用户电力电量需求增长的过程中，用户对电能质量和供电安全可靠性、经济性的要求也必然要提高。为了充分利用电源运行特性的差异取得互补效益以及提高电力系统的安全可靠性，电网间开
13、始逐步实现互联。,27,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,电网互联和规模扩大是由增加电力系统安全和经济综合效益所驱使的，反映了电力工业发展的客观规律。回顾世界电网发展的历史，电网互联大致经历了以下的发展阶段：,28,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,（1）在5060年代，由于大容量发电机组经济性能较高，开始广泛采用。而大容量发电机组只有在与之相适应的大电网中才能安全可靠地运行，因此各地区电网之间开始实现联网，电网规模逐步扩大。,29,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,（2）在70年代，由于发生石油危机，燃料涨价，要求降低油电比例，多开发煤电和水电基地，使电源与负荷中心之
14、间的距离加大，同时水、火、核等电源之间也需要互相补偿，从而加快了电网互联的进程。,30,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,（3）80年代以来，各地区和国家之间发展不平衡加大，能源供需矛盾突出，负荷密集地区环保形势严峻，电源建设投资风险增大，为了规避风险和取得更高的经济效益，电网互联规模进一步扩大，使得电源能够靠近能源资源地点建设，变直接输送一次能源为输电，这也逐渐成为电力发展的一种趋势。,31,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,因此，大电网互联一直是世界各国和地区电网的发展趋势，是电力工业发展的必由之路，在北美、欧洲、独联体、南部非洲、中东等一些国家和地区还出现了跨国互联的同步
15、电网。,32,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,综观国外大规模同步电网发展的历程，有如下经验值得我们借鉴：（1）联网除了获得输电效益以外，还取得了共享事故备用和调峰容量、水电互补、跨流域补偿、提高供电可靠性、资源优化利用等综合效益。,33,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,（2）跨国界输电将使得供电紧张的国家和地区有机会从相邻电网获得支援，从而促进电力市场发展。（3）互联同步电网都经历了由初期弱联系到结构逐步加强的阶段，在这一过程中电网的输送能力和安全稳定性能都相应得到提高。（4）交流联网对电源、负荷分布及电力市场变化的适应性强。,34,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,我国幅员辽阔，但是能源供需极不均衡。我国西部的水力资源占全国84%（其中67%在云川藏），煤炭资源占全国82%（其中2/3集中在晋、陕、蒙西交界的“三西”地区），而能源需求的3/4分布在东部和中部。,35,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律,因而，需要通过开发西南水电基地和“三西”等煤电基地，发展远距离大容量输电，向东部和中部负荷中心地区送电，同时加强西部地区送端电网和中部、东部受端电网的建设，使之协调发展，保证大量电力送得出、用得上。为实现这一目标，迫切需要促进全国联网网架的形成。,36,四电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律
