近代电力系统技术的发展

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1、近代电力系统技术的发展一、摘要现代社会对电能供应的“安全、可靠、经济、优质”等各 项指标的要求越来越高,相应地,电力系统也不断地向自动化提 出更高的要求电力系统自动化技术不断地由低到高、由局部到 整体发展,本文对此进行了详细的阐述。二、电力系统自动化总的发展趋势1、 当今电力系统的自动控制技术正趋向于：(1) 在控制策略上日益向最优化、适应化、智能化、协调化、区 域化发展。(2) 在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题。(3) 在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论 。(4) 在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件和远程通信的 应用。(5) 在研究人员的构成上亦需要多“兵种”的联合

2、作战。2、 整个电力系统自动化的发展则趋向于：(1) 由开环监测向闭环控制发展，例如从系统功率总加到AGC(自 动发电控制)。由高电压等级向低电压扩展，例如从MS(能量管理系统) 到DMS(配电管理系统)。(3) 由单个元件向部分区域及全系统发展，例如SCADA(监测控制 与数据采集)的发展和区域稳定控制的发展。(4) 由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的 发展。(5) 装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术 的演变。(6) 追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、潮流控制。(7) 由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展，例

3、如MIS(管理信息系统)在电力系统中的应用。三、具有变革性重要影响的三项技术1、电力系统的智能控制电力系统的控制研究与应用在过去的 40 多年中大体上可分为三个阶段:基于传递函数的单输入、单输出控制阶段;线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段;智能控制阶段电 力系统控制面临的主要技术困难有:(1) 电力系统一个具有强非线性的、变参数(包含多种随机和不确定因素的、多种运行方式和故障方式并存)的动态大系统。(2) 具有多目标寻优和在多种运行方式及故障方式下的鲁棒性 要求。(3) 不仅需要本地不同控制器间协调,也需要异地不同控制器间 协调控制。2. FACTS 和 DFACTS(1) FAC

4、TS概念的提出在电力系统的发展迫切需要先进的输配电技术来提高电压 质量和系统稳定性的时候,一种改变传统输电能力的新技术 柔性交流输电系统（FACTS肢术悄然兴起。所谓“柔性交流输 电系统”技术又称“灵活交流输电系统”技术简称FACTS,就在 输电系统的重要部位,采用具有单独或综合功能的电力电子装 置,对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行调整 控制,使输电更加可靠,具有更大的可控性和更高的效率这一种 将电力电子技术、微机处理技术、控制技术等高新技术应用于 高压输电系统,以提高系统可靠性、可控性、运行性能和电能质 量,并可获取大量节电效益的新型综合技术。FACTS的核心装置之一ASV

5、C的研究现状各种FACTS装置的共同特点:基于大功率电力电子器件的快 速开关作用和所组成逆变器的逆变作用ASVC包含了 FACTS装置 的各种核心技术且结构比较简单的一种新型静止无功发生器。 ASVC 由二相逆变器和并联电容器构成,其输出的三相交流电压 与所接电网的三相电压同步它不仅可校正稳态运行电压,而且 可以在故障后的恢复期间稳定电压,因此对电网电压的控制能 力很强与旋转同步调相机相比,ASVC的调节范围大，反应速度快, 不会发生响应迟缓,没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转 噪声，并且因为ASVC 一种固态装置，所以能响应网络中的暂态也 能响应稳态变化,因此其控制能力大大优于同步调相机

6、。DFACTS的研究态势DFACTS指应用于配电系统中的灵活交流技术，它Hingorani 于 1988 年针对配电网中供电质量提出的新概念其主要内容:对 供电质量的各种问题采用综合的解决办法,在配电网和大量商 业用户的供电端使用新型电力电子控制器。3.基于GPS统一时钟的新一代MS和动态安全监控系统基于GPS统一时钟的新一代MS目前应用的电力系统监测手段主要有侧重于记录电磁暂态 过程的各种故障录波仪和侧重于系统稳态运行情况的监视控制 与数据采集(SCADA)系统前者记录数据冗余,记录时间较短，不同 记录仪之间缺乏通信,使得对于系统整体动态特性分析困难;后 者数据刷新间隔较长,只能用于分析系统

7、的稳态特性两者还具 有一个共同的不足,即不同地点之间缺乏准确的共同时间标记, 记录数据只局部有效,难以用于对全系统动态行为的分析。(2) 基于 GPS 的新一代动态安全监控系统基于 GPS 的新一代动态安全监控系统,新动态安全监测系 统与原有SCADA的结合电力系统新一代动态安全监测系统，主 要由同步定时系统,动态相量测量系统、通信系统和中央信号处 理机四部分组成采用GPS实现的同步相量测量技术和光纤通信 技术，为相量控制提供了实现的条件GPS技术与相量测量技术 结合的产物PMU(相量测量单元)设备，正逐步取代RTU设备 实现电压、电流相量测量(相角和幅值)。电力系统调度监测从稳态/准稳态监测

8、向动态监测发展必 然趋势 GPS 技术和相量测量技术的结合标志着电力系统动态安 全监测和实时控制时代的来临随着计算机技术,控制技术及信息技术的发展,电力系统自 动化面临着空前的变革多媒体技术、智能控制将迅速进入电力 系统自动化领域,而信息技术的发展,不仅会推动电力系统监测 的发展,也会推动电力系统控制向更高水平发展。四、电力系统运行存在的问题：谐波危害电力谐波主要来自于3 个方面：一是发电质量不高产生谐 波；二是输配电系统产生的谐波；三是用电设备产生的谐波。 其中用电设备产生的谐波最多。（1）发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁芯 也很难作到绝对均匀一致和其他一些原因，发电机多少也会

9、产 生一些谐波，但一般来说很少，这种谐波电动势的频率和幅值 只取决与发电机本身的结构和工作情况，基本与负荷无关。在 发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认 为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。（2）输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变电器 铁芯的饱和，磁化曲线的非线形，加上设计变压器时考虑经济 性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁 化电流呈尖顶波形，因而含有高次谐波。（3）用电设备产生的谐波是由于电力系统相连的各种非线形 负荷产生的。谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如： 气体

10、放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等，其中炼钢炉由于加 热原料时燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流。(2)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力 变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置， 大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、 电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)在电力系 统中应用越来越广泛，它们可以提高输电能力、改善电能质量、 提高电网运行稳定性，近几十年来随着电力电子技术迅速发展 大量的电力电子交变装置和各种非线形负载的比重不断增加， 引起电力系统中的电流和电压波形产生畸变。从频

11、域的角度来 看，在这些畸变的电流和电压波形中，不仅仅包含与供电电源 相同频率的正弦量，而且还出现一系列的频率为基波整数或分 数倍的正弦分量，因为非线性电气设备从电网取用非正弦电流 也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但 由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电 流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这些波形为非 正弦的畸变的分量就是电力谐波。谐波对电网的影响主要有:谐波对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发 热增加,此外谐波还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声,长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。谐波可引起系统的

12、电感、电容发生谐振,使谐波放大。当谐 波引起系统谐振时,谐波电压升高,谐波电流增大,引起继电保护 及安全自动装置误动,损坏系统设备（如电力电容器、电缆、电动 机等）,引发系统事故,威胁电力系统的安全运行。谐波可干扰通信设备,增加电力系统的功率损耗（如线损）, 使无功补偿设备不能正常运行等,给系统和用户带来危害。但是要消除非线性设备的谐波，需要很大的成本。签于国 家目前没有法律处罚，所以绝大多数设备生产厂家都听之任之， 就像排放废水废气一样，国家不罚就不去治理。五、总述随着电力系统的各方面发展，不同用户对电能质量的要求不同。就越来越对电力系统的自动化运行有更高的要求，伴随产生了相应的无功损耗，从而影响线路的功率因素，而影响有功功率的传输。一系列的传输过程也会带来更多的谐波危害，从而影响运行成本和效率，需要现在的我们进行更多的研究。