1.2 电力系统的运行与调度

学习目标

① 掌握电力系统的构成。

② 理解电力系统的运行及各种运行状态之间的转移。

③ 了解电力调度系统。

1.2.1 电力系统的构成

电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂，它将一次能源转换成电能。电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。电力网络的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相连。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功电流、无功电流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。电力网络既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。电力网络成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。

1.2.2 电力系统的运行

系统运行指系统的所有组成环节都处于执行其功能的状态。电力系统的基本要求是保证安全可靠地向用户供应质量合格、价格便宜的电能。所谓质量合格，就是指电压、频率、正弦波形这三个主要参量都必须处于规定的范围内。电力系统的规划、设计和工程实施虽为实现上述要求提供了必要的物质条件，但最终的实现则决定于电力系统的运行。实践表明，具有良好物质条件的电力系统也会因运行失误造成严重的后果。例如，1977年7月13日，美国纽约市的电力系统遭受雷击，由于保护装置未能正确动作，调度中心掌握实时信息不足等原因，致使事故扩大，造成系统瓦解，全市停电。事故发生及处理前后延续25小时，影响到900万居民供电。据美国能源部最保守的估计，这一事故造成的直接和间接损失达3.5亿美元。20世纪六七十年代，世界范围内多次发生大规模停电事故，促使人们更加关注提高电力系统的运行质量，完善调度自动化水平。

电力系统的运行常用运行状态来描述，主要分为正常状态和异常状态。正常状态又分为安全状态和警戒状态，异常状态又分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移，如图1-2所示。

图1-2 电力系统运行状态之间的转移

各种运行状态之间的转移，要通过控制手段来实现，如预防性控制、校正控制、稳定控制、紧急控制、恢复控制等，这些统称为安全控制。

电力系统在保证电能质量、安全可靠供电的前提下，还应实现经济运行，即努力调整负荷曲线，提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低煤耗、工厂用电和网络损耗，以取得最佳经济效益。

安全状态是指电力系统的频率、各点的电压、各元件的负荷均处于规定的允许值范围，并且当系统由于负荷变动或出现故障而引起扰动时，仍不致脱离正常运行状态。由于电能的发、输、用在任何瞬间都必须保证平衡，而用电负荷又是随时变化的，因此，安全状态实际上是一种动态平衡，必须通过正常的调整控制（包括频率和电压）才能得以保持。

警戒状态是指系统整体仍处于安全规定的范围，但个别元件或局部网络的运行参数已临近安全范围的阈值。一旦发生扰动，就会使系统脱离正常状态而进入紧急状态。处于警戒状态时，应采取预防控制措施使之返回安全状态。

紧急状态是指正常状态的电力系统受到扰动后，一些快速的保护和控制已经起作用，但系统中某些枢纽点的电压仍偏移，超过了允许范围；或某些元件的负荷超过了安全限制，使系统处于危机状况。紧急状态下的电力系统，应尽快采用各种校正控制和稳定控制措施，使系统恢复到正常状态。如果无效，就应按照对用户影响最小的原则，采取紧急控制措施，使系统进入恢复状态。这类措施包括使系统解列（即整个系统分解为若干局部系统，其中某些局部系统不能正常供电）和切除部分负荷（此时系统尚未解列，但不能满足全部负荷要求，只得去掉部分负荷）。在这种情况下，再采取恢复控制措施，使系统返回正常运行状态。

1.2.3 电力系统调度

电能生产、供应、使用是在瞬间完成的，并要保持平衡。因此，它要有一个统一的调度指挥系统。这一系统调度的基本原则：统一调度，分级管理，分层控制。我国的电力系统调度为五级分层调度管理，即国家调度控制中心（国调）、大区电网调度控制中心（网调）、省电网调度控制中心（省调）、地市电网调度控制中心（地调）、县级电网调度控制中心（县调）。

调度系统的主要工作有：预测用电负荷；分派发电任务，确定运行方式，安排运行计划；对全系统进行安全监测和安全分析；指挥操作，处理事故。完成上述工作的主要工具是电子计算机。

近年来，随着科技的不断发展，电力调度系统成为一种重要的现代化监测、控制、管理手段。