电力系统经济性运行的必要性研究
班级：07茅电 学号：20071639 姓名：田维民
电力行业关系国计民生，社会对电力自然是加倍关注。面对煤价上调和排污费增加所导致的成本增加，电力行业没有利润是不利于其稳定和发展的。随着国家对协调发展的重视，从供应端看，如果 2010 年大江大河的来水正常，则水电出力将比上年大增，同时大批新建电源开始并网发电，电力供应将比上年增加。 从需求端看，由于侧管理逐渐推广，电价上涨使高耗能产业发展受限以及居民用电对价格的敏感，需求的增长也会理性些。因此对于电力系统的经济性运行的要求也越来越高。
先了解一下目前电力系统运行的发展趋势：
我国是一个幅员辽阔、人口众多的 国家，电网建设格局离不开能源分布、能源结构经济布局的现实。一些地区电力供需上出现了紧张情况。 华中和四川等地一度出现了拉闸限电情况。 我国水力资源丰富，但分布很不均匀，主要集中在西南地区，占全国总量的67．8％。但是，2008年河北在灌溉负荷高峰时也出现了限电，虽然限电时间很短，未造成重大影响。其次为中南地区和西北地区。分别占l5．5％和99％ 水电站建设中大型水电站比重大，而且位置集中，单站规模大于200万kW 的水电站资源量占50％，主要集中在西南地区。我国原煤的总资源量为 50592.2亿吨，占世界总量的 4.2％。能源状况存在“双为主”。既能源结构中，以燃煤为主。发电能源结构中，以火力发电为主，占电力结构的 80％以上，煤炭资源 78％分布在西北、华北和东北地区，一些大型的煤电基地也在“三北”地区 。据历史数据统计 ，1999-2001 年，全国新增发电容量4200万千瓦左右 ，投入电网建设的投资约3OOO 亿元 ，新建电力项目投资还本付息压力较大。当前情况下，大幅度提高电价，将对用电企业效益产生直接的影响，特别是电费占成本比重高的企业，将直接影响到其市场竞争力。 目前农村电价水平仍较高，城乡用电同价的矛盾较大。我国面对严峻的能源形势和环境挑战，适时提出了资源节约型和低碳友好型社会的建设目标 把节约用电作为节约能源的一个主要 手段。据推算．每节约 lkw 容量投资只相当新增 1kW 容量造价的 20％。按照国家规划到 2020 年全国节电可减少电力装机 l 亿kW 左右，以10年累计节电28000亿kwh ，共可节煤1.43 亿t ，有效化解了资源环境压力。按照国家计划。今后5年内将投资500亿元，争取年节电达到l000 亿kWh 。作为国民经济行业主力设备电动机系统的调速节能，存在巨大的需求。
电力系统经济运行的基本要求是:在电力系统保证正常可靠运行, 保证电能质量的前提下, 尽量提高电能生产和输送的效率, 降低供电成本.
ΔA = ΔPt(kW·h)
（1）变动损耗:与电力网输送的功率成正比, 约占网损的80%，
（2）固定损耗:与电力网元件两端的电压成正比, 约占网损的20%。
下面是提高电力系统的经济性常用的三种方法理论依据：1、超高压输电，减少线路损耗；
2、调节无功补偿，提高有功传送；3、提高煤的利用率，降低成本。
而对于发电，为提高发电效率，采取以下技术措施，可大大提高电力系统，安全经济运行效果。
一、在重负荷区域安装低频低压减载保护装置
1. 电网低频低压减载
当线路检修或发生雷击等故障时，一些小地方的网就会与大网解列，形成地方孤立电网运行。由于县内电网全部由水力发电企业供电，在解列期内，发电负荷不均衡，季节性较强，并网点电能输送量大，即解列时小网频率波动大，有时甚至会造成电网直接瓦解。再加上网内主要用电负荷是化工企业的高能耗电炉，电击调节频繁，发电站自动调节功能总是在频率发生变化时才开始，故调节节奏滞后，频率、电压波动经常超出允许值，供用电关系很难平衡，电能质量差，直接影响甚至破坏各个部门的生产过程，电站和化工企业都会
遭受很大的损失。
在电力系统频率电压极端的情况下，如果有针对性装备对电网频率、电压实施紧急控制，迅速切除超量负载，就会避免电力系统崩溃，确保电网的稳定运行，只要电网不溃，停电损失就可避免。
2. 相关技术分析
低压减载和低频减载分别是解决电力系统中电压稳定问题和频率稳定问题的手段，单独采用一种方式只能解决一个方面的问题，只有采用可以实现低压减载和低频减载协调控制的方法，按照设定的跳闸轮次根据频率电压的变化，切除部分用电负荷，维持系统功率平衡。整个减载功能需要不同保护对象的间隔层装置共同完成，把变电站中参与减载的不同对象看作一个整体，由母线测控装置完成集成频率检测、电压检测、滑差检测和主逻辑判断，输出结果通过网络传输给分散的出线保护装置，驱动相应的断路器跳
闸，完成负荷切除，使系统立即恢复正常。
3. 基本功能及技术要求
当地低频低压减载；当地过频过压切机或解列；同时测量两段母线或两条联络母线的电压、频率，作为判别的依据；切除线路出口满足该变电站出线回路数；电压及频率出口独立，每一出口能自由整定任一轮级；当有功或无功缺额较大时，频率或电压快速变化时，可加速切除基本轮的线路负荷，能使频率或电压快速恢复，防止电压或频率崩溃；能设置频率滑差闭锁及电压变化率闭锁；能防止路故障、负荷反馈、频率或电压异常等情况下的误动作；能与光纤通讯相连，实现远方减载操作等基本功能。
4. 装设低频、低压减载装置应考虑的问题
一是应根据当地用电负荷的重要性和可能发生的不同的功率缺额，把自动减载装置断开的负荷分级，即分轮级减负荷；二是应将自动减载装置分散装设在负荷点（变电站和大用户处），同一负荷点可以装一级或几级减负荷装置，也可将同一级减负荷装置分别接在不同的负荷点；三是自动减载装置每级应断开的负荷功率应事先经过计算和调查，确
认每轮切除负荷不会造成更大的波动；四是最后一级的动作，频率、电压值应在一定范围内，不能偏离太远。
二、在变电站安装线路自动准同期装置
1. 运行现状分析
电网故障大都是由雷击过电压引起的绝缘子表面闪络、大风天气的短时碰线、树枝压线等引起的瞬时性故障。因此，在继电保护装置动作切除短路故障之后, 在很短的时间内，故障点的电弧就会自动熄灭，绝大多数情况下短路点的绝缘强度可自动恢复。因此，快速重合并网点断路器，可提高电网稳定性、可靠性。原理上小电网向大电网并网时，首先必需将所有的用电单位停电，然后跳开各电站机组出口开关，使小电网全部停电后，合上小电网与大网并网开关，再通知各电站将每台机组分别并网，待各电站机组并网后，通知用电单位恢复生产，否则大网反送电超负荷。但按此操作方式，电网必须停电，且操作任务巨大，涉及到所有与电网相连的用电单位和发电单位的每台机组，恢复电网时间长，会造成停电损失，打乱正常的生产生活秩序，是一种被淘汰的传统方法。
2. 装设线路同期装置的优点
在大网与小网并联点装设线路同期，是保证电网可靠性的重要安全设备，特别是兴山连接大网多为山区线路，且只有一回110kV 线路，雷电问题尤为突出，发生故障相对
较多，导致小网与大网解列时有发生，造成小网供电缺额，频率电压波动大，又不能 快速合闸并网。
为避免该现象发生，只需在小网与大网连接的开关控制方式中装设同期合闸装置，在需要小网上大网时，只需选择单机容量较大的某一台机组参与适当配合即可，该开关按同期条件合上，完成小网连接大网的操作任务，且不需停电，恢复时间很短。
3. 装置的基本要求
能用于双端电源线路的同频并网，并网时能捕捉到第一次出现的并网时机，并精确地在相角差为零度时完成无冲击并网。一是要防止合闸角比较大，在合闸瞬间，造成对电源的很大冲击，引起所有的发电机组非准同期并网，或者由于交换功率过大，引起保护再次跳闸，造成延长并网时间；二是线路正常运行时，如果正向或者反向输送功率很大，防止线路因故障跳闸后，线路两端电源的频差迅速增加，导致同期闭锁继电器接点的闭合时间极短，无法保证断路器可靠完成合闸操作，甚至造成断路器因频 繁跳动而损坏。
三、不断完善防雷设施减少雷灾损失
1. 雷灾泛滥的主要原因
山区是遭受雷电灾害较为频繁的地区。随着电力企业的快速发展，供用电设施不断增加，电力设施遭受雷电灾害也逐年增加，严重威胁电网的安全运行。水电站遍布大山之中，输电线路必须翻山越岭，部分路段经常发生雷击事故，有一定的规律可循。综合分析雷灾损失主要有以下几点原因：一是由于地势地貌的特殊性，易产生雷电；二是防雷设施陈旧且严重不足，针对性不强，技术水平落后，没有采用先进的防雷技术，是高压电力设备遭受雷灾的主要原因。当雷电通过变电站及临近的高压线路侵入高压母线时，再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，侵入低压出线形成涌流，途中经过避雷器削峰，再经过站用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的电压、能量极高，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以削弱，但雷电波仍可能形成幅值相对很高，作用时间很短的低能量尖峰电涌，通过变压器的低压出线，进入到200V 交流回路中，使绝缘强度低，耐过电压、过电流能力差的微电子设备受到损坏。
2. 传统防雷方式优缺点
电力系统当前的防雷器多采用两种方式，即开路方式与短路方式。开路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时开路隔离设备，如隔离变压器、电感器、光隔离器类防雷器便是采用此种原理。短路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时对地短路使雷电流导入地
面，从而保护电子设备。由于短路方式防雷器本身承受反压低，设备简单经济，所以应用比较广泛。其中抑制二极管及限流电阻模块可精密控压，但泄流较小；压敏电阻模块启动电压低、启动快，但同样泄流小，过载能力低；气体放电管模块泄流大，但启动电压较高，故都不能有效防护雷电对微电子设备的损坏。
3. 现代防雷新思路
随着电力和微电子行业高新技术的不断进步，社会经济的迅猛发展，雷电灾害不仅在量上发生跃变，主要对象也发生了突变，利用传统的防雷手段，不能满足现行防护要求，需要探索新的、更稳妥的防雷方法。“防雷”并非是预防雷电的发生，而是给雷电流找到一条方便快捷流入大地的通道。因此现代防雷技术必须以引导、分流、接地、屏蔽、躲等电位联结为基本，加上针对性的先进技术，新型器材和不断开发创新的理念，才能找到更为完善稳妥的防雷方法。
从以上分析，我们可以深刻地认识到，随着社会和国民经济的发展，电力系统的经济运行显得越来越重要。因此我们很有必要花更多的精力投入到电力系统的经济运行研究中去。
参考文献：
[1] 陈珩．电力系统稳态分析[M]．北京：中国电力出版社，2007．1．28．
[2] 李 光 琦 ．
1997．1．28．
[3] 张保会，尹项根．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，
2005．1．5．
[4] 李 晓 明．现 代 高 压 电 网 继 电 保 护 原 理[M]．北 京：中 国 电 力 出 版
社， 2007．1．5．
[5] 程浩忠，张焰 电力网络规划的方法与应用 上海科学技术出版社，2002
[6] 倪以信，陈寿孙，张宝霖，动态电力系统的理论和分析，清华大学出版社，2002年5月
[7]. 程浩忠，吴浩. 电力系统无功与电压稳定性. 北京：中国电力出版社. 2004年2月.
[8] 袁季修. 电力系统安全稳定控制. 中国电力出版社，1996
[9] 王梅义，吴竟昌，蒙定中. 大电网系统技术. 北京：中国电力出版社，1995
电 力 系 统 暂 态 分 析 [M]． 北 京 ： 中 国 电 力 出 版 社 ，
电力系统经济性运行的必要性研究
班级：07茅电 学号：20071639 姓名：田维民
电力行业关系国计民生，社会对电力自然是加倍关注。面对煤价上调和排污费增加所导致的成本增加，电力行业没有利润是不利于其稳定和发展的。随着国家对协调发展的重视，从供应端看，如果 2010 年大江大河的来水正常，则水电出力将比上年大增，同时大批新建电源开始并网发电，电力供应将比上年增加。 从需求端看，由于侧管理逐渐推广，电价上涨使高耗能产业发展受限以及居民用电对价格的敏感，需求的增长也会理性些。因此对于电力系统的经济性运行的要求也越来越高。
先了解一下目前电力系统运行的发展趋势：
我国是一个幅员辽阔、人口众多的 国家，电网建设格局离不开能源分布、能源结构经济布局的现实。一些地区电力供需上出现了紧张情况。 华中和四川等地一度出现了拉闸限电情况。 我国水力资源丰富，但分布很不均匀，主要集中在西南地区，占全国总量的67．8％。但是，2008年河北在灌溉负荷高峰时也出现了限电，虽然限电时间很短，未造成重大影响。其次为中南地区和西北地区。分别占l5．5％和99％ 水电站建设中大型水电站比重大，而且位置集中，单站规模大于200万kW 的水电站资源量占50％，主要集中在西南地区。我国原煤的总资源量为 50592.2亿吨，占世界总量的 4.2％。能源状况存在“双为主”。既能源结构中，以燃煤为主。发电能源结构中，以火力发电为主，占电力结构的 80％以上，煤炭资源 78％分布在西北、华北和东北地区，一些大型的煤电基地也在“三北”地区 。据历史数据统计 ，1999-2001 年，全国新增发电容量4200万千瓦左右 ，投入电网建设的投资约3OOO 亿元 ，新建电力项目投资还本付息压力较大。当前情况下，大幅度提高电价，将对用电企业效益产生直接的影响，特别是电费占成本比重高的企业，将直接影响到其市场竞争力。 目前农村电价水平仍较高，城乡用电同价的矛盾较大。我国面对严峻的能源形势和环境挑战，适时提出了资源节约型和低碳友好型社会的建设目标 把节约用电作为节约能源的一个主要 手段。据推算．每节约 lkw 容量投资只相当新增 1kW 容量造价的 20％。按照国家规划到 2020 年全国节电可减少电力装机 l 亿kW 左右，以10年累计节电28000亿kwh ，共可节煤1.43 亿t ，有效化解了资源环境压力。按照国家计划。今后5年内将投资500亿元，争取年节电达到l000 亿kWh 。作为国民经济行业主力设备电动机系统的调速节能，存在巨大的需求。
电力系统经济运行的基本要求是:在电力系统保证正常可靠运行, 保证电能质量的前提下, 尽量提高电能生产和输送的效率, 降低供电成本.
ΔA = ΔPt(kW·h)
（1）变动损耗:与电力网输送的功率成正比, 约占网损的80%，
（2）固定损耗:与电力网元件两端的电压成正比, 约占网损的20%。
下面是提高电力系统的经济性常用的三种方法理论依据：1、超高压输电，减少线路损耗；
2、调节无功补偿，提高有功传送；3、提高煤的利用率，降低成本。
而对于发电，为提高发电效率，采取以下技术措施，可大大提高电力系统，安全经济运行效果。
一、在重负荷区域安装低频低压减载保护装置
1. 电网低频低压减载
当线路检修或发生雷击等故障时，一些小地方的网就会与大网解列，形成地方孤立电网运行。由于县内电网全部由水力发电企业供电，在解列期内，发电负荷不均衡，季节性较强，并网点电能输送量大，即解列时小网频率波动大，有时甚至会造成电网直接瓦解。再加上网内主要用电负荷是化工企业的高能耗电炉，电击调节频繁，发电站自动调节功能总是在频率发生变化时才开始，故调节节奏滞后，频率、电压波动经常超出允许值，供用电关系很难平衡，电能质量差，直接影响甚至破坏各个部门的生产过程，电站和化工企业都会
遭受很大的损失。
在电力系统频率电压极端的情况下，如果有针对性装备对电网频率、电压实施紧急控制，迅速切除超量负载，就会避免电力系统崩溃，确保电网的稳定运行，只要电网不溃，停电损失就可避免。
2. 相关技术分析
低压减载和低频减载分别是解决电力系统中电压稳定问题和频率稳定问题的手段，单独采用一种方式只能解决一个方面的问题，只有采用可以实现低压减载和低频减载协调控制的方法，按照设定的跳闸轮次根据频率电压的变化，切除部分用电负荷，维持系统功率平衡。整个减载功能需要不同保护对象的间隔层装置共同完成，把变电站中参与减载的不同对象看作一个整体，由母线测控装置完成集成频率检测、电压检测、滑差检测和主逻辑判断，输出结果通过网络传输给分散的出线保护装置，驱动相应的断路器跳
闸，完成负荷切除，使系统立即恢复正常。
3. 基本功能及技术要求
当地低频低压减载；当地过频过压切机或解列；同时测量两段母线或两条联络母线的电压、频率，作为判别的依据；切除线路出口满足该变电站出线回路数；电压及频率出口独立，每一出口能自由整定任一轮级；当有功或无功缺额较大时，频率或电压快速变化时，可加速切除基本轮的线路负荷，能使频率或电压快速恢复，防止电压或频率崩溃；能设置频率滑差闭锁及电压变化率闭锁；能防止路故障、负荷反馈、频率或电压异常等情况下的误动作；能与光纤通讯相连，实现远方减载操作等基本功能。
4. 装设低频、低压减载装置应考虑的问题
一是应根据当地用电负荷的重要性和可能发生的不同的功率缺额，把自动减载装置断开的负荷分级，即分轮级减负荷；二是应将自动减载装置分散装设在负荷点（变电站和大用户处），同一负荷点可以装一级或几级减负荷装置，也可将同一级减负荷装置分别接在不同的负荷点；三是自动减载装置每级应断开的负荷功率应事先经过计算和调查，确
认每轮切除负荷不会造成更大的波动；四是最后一级的动作，频率、电压值应在一定范围内，不能偏离太远。
二、在变电站安装线路自动准同期装置
1. 运行现状分析
电网故障大都是由雷击过电压引起的绝缘子表面闪络、大风天气的短时碰线、树枝压线等引起的瞬时性故障。因此，在继电保护装置动作切除短路故障之后, 在很短的时间内，故障点的电弧就会自动熄灭，绝大多数情况下短路点的绝缘强度可自动恢复。因此，快速重合并网点断路器，可提高电网稳定性、可靠性。原理上小电网向大电网并网时，首先必需将所有的用电单位停电，然后跳开各电站机组出口开关，使小电网全部停电后，合上小电网与大网并网开关，再通知各电站将每台机组分别并网，待各电站机组并网后，通知用电单位恢复生产，否则大网反送电超负荷。但按此操作方式，电网必须停电，且操作任务巨大，涉及到所有与电网相连的用电单位和发电单位的每台机组，恢复电网时间长，会造成停电损失，打乱正常的生产生活秩序，是一种被淘汰的传统方法。
2. 装设线路同期装置的优点
在大网与小网并联点装设线路同期，是保证电网可靠性的重要安全设备，特别是兴山连接大网多为山区线路，且只有一回110kV 线路，雷电问题尤为突出，发生故障相对
较多，导致小网与大网解列时有发生，造成小网供电缺额，频率电压波动大，又不能 快速合闸并网。
为避免该现象发生，只需在小网与大网连接的开关控制方式中装设同期合闸装置，在需要小网上大网时，只需选择单机容量较大的某一台机组参与适当配合即可，该开关按同期条件合上，完成小网连接大网的操作任务，且不需停电，恢复时间很短。
3. 装置的基本要求
能用于双端电源线路的同频并网，并网时能捕捉到第一次出现的并网时机，并精确地在相角差为零度时完成无冲击并网。一是要防止合闸角比较大，在合闸瞬间，造成对电源的很大冲击，引起所有的发电机组非准同期并网，或者由于交换功率过大，引起保护再次跳闸，造成延长并网时间；二是线路正常运行时，如果正向或者反向输送功率很大，防止线路因故障跳闸后，线路两端电源的频差迅速增加，导致同期闭锁继电器接点的闭合时间极短，无法保证断路器可靠完成合闸操作，甚至造成断路器因频 繁跳动而损坏。
三、不断完善防雷设施减少雷灾损失
1. 雷灾泛滥的主要原因
山区是遭受雷电灾害较为频繁的地区。随着电力企业的快速发展，供用电设施不断增加，电力设施遭受雷电灾害也逐年增加，严重威胁电网的安全运行。水电站遍布大山之中，输电线路必须翻山越岭，部分路段经常发生雷击事故，有一定的规律可循。综合分析雷灾损失主要有以下几点原因：一是由于地势地貌的特殊性，易产生雷电；二是防雷设施陈旧且严重不足，针对性不强，技术水平落后，没有采用先进的防雷技术，是高压电力设备遭受雷灾的主要原因。当雷电通过变电站及临近的高压线路侵入高压母线时，再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，侵入低压出线形成涌流，途中经过避雷器削峰，再经过站用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的电压、能量极高，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以削弱，但雷电波仍可能形成幅值相对很高，作用时间很短的低能量尖峰电涌，通过变压器的低压出线，进入到200V 交流回路中，使绝缘强度低，耐过电压、过电流能力差的微电子设备受到损坏。
2. 传统防雷方式优缺点
电力系统当前的防雷器多采用两种方式，即开路方式与短路方式。开路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时开路隔离设备，如隔离变压器、电感器、光隔离器类防雷器便是采用此种原理。短路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时对地短路使雷电流导入地
面，从而保护电子设备。由于短路方式防雷器本身承受反压低，设备简单经济，所以应用比较广泛。其中抑制二极管及限流电阻模块可精密控压，但泄流较小；压敏电阻模块启动电压低、启动快，但同样泄流小，过载能力低；气体放电管模块泄流大，但启动电压较高，故都不能有效防护雷电对微电子设备的损坏。
3. 现代防雷新思路
随着电力和微电子行业高新技术的不断进步，社会经济的迅猛发展，雷电灾害不仅在量上发生跃变，主要对象也发生了突变，利用传统的防雷手段，不能满足现行防护要求，需要探索新的、更稳妥的防雷方法。“防雷”并非是预防雷电的发生，而是给雷电流找到一条方便快捷流入大地的通道。因此现代防雷技术必须以引导、分流、接地、屏蔽、躲等电位联结为基本，加上针对性的先进技术，新型器材和不断开发创新的理念，才能找到更为完善稳妥的防雷方法。
从以上分析，我们可以深刻地认识到，随着社会和国民经济的发展，电力系统的经济运行显得越来越重要。因此我们很有必要花更多的精力投入到电力系统的经济运行研究中去。
参考文献：
[1] 陈珩．电力系统稳态分析[M]．北京：中国电力出版社，2007．1．28．
[2] 李 光 琦 ．
1997．1．28．
[3] 张保会，尹项根．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，
2005．1．5．
[4] 李 晓 明．现 代 高 压 电 网 继 电 保 护 原 理[M]．北 京：中 国 电 力 出 版
社， 2007．1．5．
[5] 程浩忠，张焰 电力网络规划的方法与应用 上海科学技术出版社，2002
[6] 倪以信，陈寿孙，张宝霖，动态电力系统的理论和分析，清华大学出版社，2002年5月
[7]. 程浩忠，吴浩. 电力系统无功与电压稳定性. 北京：中国电力出版社. 2004年2月.
[8] 袁季修. 电力系统安全稳定控制. 中国电力出版社，1996
[9] 王梅义，吴竟昌，蒙定中. 大电网系统技术. 北京：中国电力出版社，1995
电 力 系 统 暂 态 分 析 [M]． 北 京 ： 中 国 电 力 出 版 社 ，