程新磊 吳麗珍 吳超杰
(濮陽縣電業(yè)局,河南 濮陽 457000)
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(fèi)是在同一時間內(nèi)進(jìn)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(fèi)量保持平衡,并需保證電能質(zhì)量。
最初,單個發(fā)電機(jī)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(fù)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(fèi)習(xí)慣不同、負(fù)荷曲線不同等因素,錯開負(fù)荷高峰,減少總的系統(tǒng)裝機(jī)容量;有利于采用大容量的發(fā)電機(jī)組,可以節(jié)省建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用,以提高投資效益和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jī)容量達(dá)幾億千瓦,供電范圍縱橫幾千公里的巨大電力系統(tǒng)。
根據(jù)不同的運(yùn)行條件,一般可將電力系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)行條件的變化,電力系統(tǒng)將在各種狀態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn)變。
在這種運(yùn)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(fù)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(yùn)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)。
電力系統(tǒng)受到災(zāi)難性干擾的機(jī)會不多見,大量的情況是許多不大的干擾或變化。例如,負(fù)荷的增加,發(fā)電機(jī)的計(jì)劃外停役,以及發(fā)電機(jī)、變壓器,輸電線路運(yùn)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(jìn)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)。
電力系統(tǒng)處于正常狀態(tài)和警戒狀態(tài),一旦發(fā)生嚴(yán)重的干擾,比如路線短路或大容量發(fā)電機(jī)組的非正常退出工作等,系統(tǒng)進(jìn)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(fù)電荷還是得道供應(yīng),但是其質(zhì)量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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)。
在緊急狀態(tài)下,如不及時清除故障和采取適當(dāng)?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(fù)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(fù)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。
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(kuò)大,待電力系統(tǒng)大體上穩(wěn)定下來后,則系統(tǒng)可進(jìn)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(jī)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(shí)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)。
根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn),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(shí)際運(yùn)行的主要目標(biāo)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(yùn)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(jì)劃地限制供電。在事故發(fā)生后的緊急情況下,當(dāng)不能滿足供電需求時,要有選擇地切除一部分不重要的負(fù)荷,以保證重要負(fù)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(yán)重的事故情況下也應(yīng)盡量避免使事故擴(kuò)大,以至波及電力系統(tǒng)其它正常運(yùn)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(yùn)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(jì)性。經(jīng)濟(jì)性即以最小發(fā)電成本為目的的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,使系統(tǒng)中并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組合理地分配,當(dāng)發(fā)電機(jī)組經(jīng)過輸電線路對負(fù)荷供電時,還要考慮線損的影響。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中,還應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的變化,相應(yīng)地開停發(fā)電機(jī)組,以達(dá)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(hù)和生態(tài)條件的要求。在一些發(fā)達(dá)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(yùn)行過程中會產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的固體和氣體廢料,造成對大氣和水的嚴(yán)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(kuò)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。