华电-电力系统-博士面试-暂态

什么是电力系统？有哪些特点和基本要求？电力系统是由发电机、变压器、输电线路、用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统的特点是：电能不能大量储存，发电、供电、用电必须同时完成，过渡过程非常迅速。对电能质量要求很高，电能质量的优劣，直接影响各行各业。电力生产的事故，也是其它行业的灾难。电力系统的基本要求：①保证可靠地持续供电；②保证良好的电能质量；③保证系统运行的经济性。简述保障电力系统安全的“三道防线”是什么？1)第一道防线：继电保护速断第一道防线是指正常运行方式下的电力系统受到单一故障扰动后，由继电保护装置正确动作迅速切除故障，保持电力系统稳定运行和电网的正常供电。2)第二道防线：切机、快关、电气制动、快速励磁调节等第二道防线是指正常运行方式下的电力系统受到较严重的故障扰动后，继电保护装置正确动作后，由切除发电机和切除负荷等稳定运行。3)第三道防线：低频减载甩负荷、解列第三道防线是指电力系统的稳定破坏后,由防止事故扩大的稳定控制施构成第三道防线。采取解列电网等措施防止系统全部崩溃，保证部分重要用户供电，避免长时间、大面积停电。现代电力系统的一般特点：（发展方向：市场化、信息化、数字化）1)大机组、大电网、高电压2)打破垄断，引入竞争，施行商业化运营3)电力电子技术应用，FACTS4)交流和直流互联系统5)大量新型负荷（信息电力）出现6)新技术应用（计算机、网络、通信；数字化测控技术；GPS相角测量；定质电力技术；数字电力系统；电子商务；新能源；电力电子设备；等等）什么是电力系统的稳定问题？什么是功角稳定和电压稳定？答：电力系统的稳定问题是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。电压稳定：电压稳定性，是指正常运行情况下或遭受干扰后电力系统维持所有母线电压在可以接受的稳态值的能力。运行着的电力系统在遭受干扰后的几秒或几分钟内，系统中一些母线电压可能经历大幅度、持续性的降低，从而使得系统的完整性遭到破坏，功率不能正常地传给用户。这种情况称为系统电压不稳定。电压稳定的准则：对系统中的每一母线，在给定的运行条件下，当注入母线的无功功率增加时其母线电压幅值也同时增加。如果系统中至少有一个母线的电压幅值（V）随注入该母线的无功（Q）的增加而减小，则该系统是电压不稳定的。（对每个节点）00dVdVdQdQ电压稳定；电压不稳定。功角稳定：指系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。正常情况下，系统中各发电机以相同速度旋转，机间相对转子角度维持恒定，即处于同步运行状态，从而保证系统中任何节点的电压幅值和频率以及任何线路的传输功率为恒定值。如果系统在运行过程中受到某种干扰，干扰的影响将通过互联的电力网络传到各发电机节点，并使发电机的输出电功率相应发生改变，结果是使得在扰动瞬间各发电机的机械输入转矩和输出的电磁转矩失去平衡，出现发电机转子不同程度的加速或减速，并导致各发电机之间转子相对角的变化。如这种转子角度的变化过程是随时间衰减的，并能最终恢复到扰动出现前的正常值或达到一个新的稳态值，则认为在这种运行方式和扰动形式下系统是功角稳定的。如果这种转子角度的变化随时间而加剧，并最终导致发电机间失去同步，则认为系统在该运行方式下对这种扰动形式是功角不稳定的。电力系统中长期稳定：中期和长期稳定：系统受扰动后在较长时间内，出现的持续功率不平衡问题。其中包括：热力机组的锅炉动态、水利机组的引水管动态、自动发电控制、电厂和输电线保护/控制、变压器饱和、负荷和网络的非正常频率效应等。大停电事故的经验教训：1)电网结构要合理2)具备合适的可靠的继电保护和安全自动装置3)无功电源和电压控制4)防止负荷大量转移引起的恶性连锁反应5)建立好最后一道防线，防止长时间大面积停电和对最重要用户的破坏性停电“8.14”美加大停电：惨痛的教训可以化为珍贵无比的经验。美加州电力危机，从某种程度上使人们对电力改革的长期性和复杂性有了新的认识，改革举措的出台也因此变得比较谨慎了。可以预计最近美、英的大停电事故的发生对整个电力系统今后的发展产生深刻的影响。1)适当控制电网的规模：电网规模越大，效益就越好，可靠性、互补性就越明显，这几乎已经成为人们的共识。但同时以往只是在小范围发生的事故现在随着电网规模的扩大往往影响整个大的电网。现在的电网规模为今天的大停电提供了“物质基础”。而且电网的规模越大，调度、运行就存在具体的困难。因此应该在系统发展的过程中，控制适当的电网规模。2)对陈旧的电网的改善：现在电网大规模事故频繁发生的内在原因是电网的相对陈旧。1.加强日常维护2.保证足够的备用容量3.发展分散配置电网4.开发分散式电源。3)研发新的自动控制技术：在电力市场的条件下，系统的运行条件越来越接近于稳定极限。要想在这样的运行条件下尽可能的安全运行，必须有足够的运行信息，和能够快速反应的自动控制装置，以便能够尽可能快的处理系统事故。4)提高运行人员的素质：电力系统不管如何先进自动化程度如何高，归根结底还需要人的操作才能运转。相对于设备来说，人既有较高的灵活性同时也有较高的不可靠性。在电力市场的苛刻运行条件下，要保证安全运行就需要运行人员有更高的素质和实际操作经验。今后对运行人员进行培训，提高运行人员的素质已经是迫在眉睫的任务了。5)加强管制，采用统一分层管理，促进信息协调：电力系统还需要有大量的规划和协调，同时它还需要采取鼓励措施来促使人们对传输线路进行维修和更新。根据所有这些理由，取消管制规定的理论是失败的。分散型电网管理也为大面积停电制造了空间。由于没有统一调度，各家公司间各自为政，出现问题无法在短时间内协调举措，容易导致部分地区长时间断电。实行统一分层管理，改善整个系统中的通信条件，使得各控制中心之间可以实时交换信息。实现整个系统的信息共享，使操作人员可以及时得到更多关于本系统和邻近系统的信息也应该更加引起重视，以便能控制瞬间即可导致系统失步的扰动，预防事故发生。6)加强经济、政策的引导作用：电力系统的安全问题包括短期安全问题和长期安全问题。短期安全问题，是人们关心的重点。人们考虑的也比较周全。但是长期安全问题在市场的条件下就要靠加强经济、政策引导来保证。7)建立紧急事故防御体系：要建立电力应急机制，首先要花大力气保护电力设施，对任何破坏电力设施的行为都应该严办，不应该姑息手软。第二，要及时检查系统及主要城市电力供应的薄弱环节，采取必要的补救措施，第三，要彻底解决电力安全问题，必须从需求侧入手。随后，还要积极研究，电力系统的安全稳定问题，作好预防恐怖袭击的准备。大停电分析的结论：改革和发展与安全应当是并行不悖、相辅相成的，电力系统体制改革的推进不是以牺牲电力系统安全、可靠性为代价，相反，改革和发展的目的之一就是要实现更高的安全、可靠性这一目标。同时电力系统的安全也是电力改革能否顺利进行的重要条件和成功与否的重要标志。在电力市场化的今天，在电力改革的过渡时期会给电力可靠性带来一定的风险。面对众多的重大事故，在今后的发展过程中必须认识到电力系统的改革和发展必须高度重视安全问题。防止系统失稳的措施：1)规划（几十年，几年）电源，线路，配电，（负荷?）2)运行规划（年度，季度，周，天）检修安排，紧急检修，（负荷）3)在线/实时运行，安全监视，预防控制，校正控制提高电力系统静态稳定的主要措施：1)采用自动励磁调节装置；2)采用分裂导线；3)提高线路的额定电压等级；4)改善系统结构、减小电气距离；5)采用串联补偿设备；6)采用并联补偿设备。提高电力系统暂态稳定的主要措施：1)故障的快速切除和自动重合闸装置的应用；2)发电机采用快速强行励磁装置；3)采用电气制动；4)变压器中性点经小电阻接地；5)通过快关和切机减小原动机出力；6)高压直流（HVDC）输电联络线的控制。电网可用输电能力问题：可用传输能力（ATC）的定义：ATC（AvailableTransferCapability）是输电网传输能力的一种度量标准，它反映出在已成交的传输容量基础上，输电网对市场交易还可提供的最大传输容量。它随时间的推移、电网结构的变化和断面的不同而改变。ATC=TTC-TRM-ETC-CBM，ATC：可用传输容量；TTC：全部传输容量；TRM：传输可靠裕度；ETC：现有传输计划；CBM：容量效益裕度。输电网建立开放准入机制以后，为了更好地提高转运服务，电网必须要准确地知道自身的最大输电能力，以及扣除实际传输容量以后，所能进一步完成的传输能力，以便准备进行更多的传输，预防因传输能力的不足而引起的阻塞现象发生。一系列的经济、环境和社会约束阻碍了电网结构和输电线路的扩展。在这种情况下，尽管电网尽可能地发展以保证输电能力，实际上受能源分布和负荷需求双方的制约，电网本身仍然存在阻塞和网损等问题，必须要发展一定的可以灵活调节的控制措施和设备。FACTS技术的出现为电网解决这一问题提供了一个有效的手段。研究方向：评估与计算；市场定价；ATC的提高（FACTS）。ATC的研究方法：连续潮流法；最优潮流法；灵敏度分析法。ATC的特点：它与传统概念上的功率传输极限或最大传输容量有关，而且比它们涉及的范围更宽,不仅需要计算某一输电线路、重要断面或母线节点的ATC，甚至还需计算同一时刻多条输电线路、多个重要断面或多个母线节点的ATC。此外，ATC还融入了电力市场的特征，取决于市场交易量大小、交易地点及交易合同的持续时间。因此，虽然ATC的概念本身并不复杂，但它涉及的方面却很广，这增加了ATC计算的难度，同时也使ATC在电力市场中的作用更大，应用范围更广。常用仿真程序及其特点：名称研究现象主要功能主要优点主要缺点EMTP电磁暂态分析交流系统电磁过程应用广泛，尤其在过电压分析方面界面不够友好，建模格式较为严格，直流模型不完备PSCAD/EMTDC电磁暂态直流系统特性分析、交直流相互影响研究，直流工程系统研究，FSC和TCSC性能研究HVDC和FACTS模型完备，图形化界面大规模电网仿真计算速度较慢、模型搭建工作量较大、需要进行电网等值EMPTPE电磁暂态电磁暂态分析及电力电子数字仿真在电力电子仿真方面较EMTP有优势界面不够友好，建模格式较为严格，应用还不普及NETOMAC电磁/机电暂态时域仿真，频域分析，参数辨识和优化，网络等值，与RTDS对接功能强大掌握较困难，潮流计算收敛性较差，输入输出界面不友好，阅读困难，无法方便绘制地理接线图格式的潮流图，电磁暂态仿真功能在实际中应用较少BPA机电暂态潮流、稳定计算、短路电流计算，电网等值应用广泛，具有单线图及地理接线图格式潮流图程序，稳定曲线作图工具没有用户自定义功能，HVDC和FACTS及其控制模型不够完善，难以精确反映交流系统中的电磁暂态特性，与其他仿真程序之间的数据转换较为困难PSASP机电暂态潮流、稳定计算。短路电流计算，静态安全分析，小扰动分析，电压稳定分析，系统等值国内自主开发，能绘制潮流图，具有用户自定义功能HVDC、TCSC等FACTS设备模型不够详细，自定义功能实际使用具有一定的局限性PSS/E机电暂态潮流计算及优化，稳定计算，短路电流计算，电网规划和设计分析国际上影响较大，潮流计算及优化，电网规划和设计分析有优势与BPA数据格式的转换还不方便，用户自定义建模不够方便SIMPOW机电暂态潮流，稳定计算，短路电流计算，小干扰分析，谐波注入干扰分析，HVDC，FACTS模型详细，具有自定义建模功能，仿真步长可变，程序调试功能强大没有地理接线图工具，计算结构不够直观EUROSTAG机电暂态，中长期动态稳定机电暂态、中长期动态稳定分析，自动减载措施，反事故措施，恢复措施分析，电压碰亏和大停电分析适合研究电力系统中长期动态稳定，交互性强，可以自动连续地进行步长调整，已有汉化版本在国内应用还不普及MATLAB暂态稳定分析的数值积分法：亦称逐步积分法（Stepbystep）或时域仿真法(TimeDomainSimulation)。将电力系统中各元件模型，