電力系統的運行狀態及目標探討

程新磊 吳麗珍 吳超杰

（濮陽縣電業局，河南 濮陽 457000）

1 電力系統概述

電力系統作為一個電能供應系統一般不能儲藏，生產、輸送、分配和消費是在同一時間內進行的。所以，在電力系統中，電能的生產量應每時每刻與電能的消費量保持平衡，并需保證電能質量。

最初，單個發電機組(或發電廠)對鄰近用戶供電，形成簡單的孤立電力系統。隨著工農業生產的發展和人民物質和文化水平的不斷提高，電能需求迅速增長，發電設備及其出力和供電范圍也相應增大，為了互通各孤立電力系統間的電力，提高運行的經濟性和安全性，逐步發展成跨地區的聯合電力系統。聯合電力系統的優越性是：能更經濟合理地利用水力、火力和核能等一次能源，以解決能源資源與負荷分布地域間的不平衡；可以利用電力系統供電地區內時差和季節差以及各地區電力消費習慣不同、負荷曲線不同等因素，錯開負荷高峰，減少總的系統裝機容量；有利于采用大容量的發電機組，可以節省建設投資和運行費用，以提高投資效益和運行經濟性；便于在電力系統發生故障時，各地區間出力的相互支援，提高系統運行的安全性；便于集中管理，統一調度和分配電力等。目前，世界上已出現了總裝機容量達幾億千瓦，供電范圍縱橫幾千公里的巨大電力系統。

2 電力系統運行狀態

根據不同的運行條件，一般可將電力系統的運行狀態分為正常狀態、警戒狀態、緊急狀態、系統崩潰和恢復狀態等。隨著運行條件的變化，電力系統將在各種狀態間進行轉變。

2.1 正常狀態

在這種運行狀態下的電力系統，電力系統以合格的質量，滿足負荷對電能的需求：電力系統中各發電設備和輸變電設備均在規定的限額內運行；電力系統中各母線電壓和系統頻率均在允許的偏差范圍以內。

2.2 警戒狀態

電力系統受到災難性干擾的機會不多見，大量的情況是許多不大的干擾或變化。例如，負荷的增加，發電機的計劃外停役，以及發電機、變壓器，輸電線路運行環境的惡化，使電力系統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致電力系統安全水平的降低，使系統進入警戒狀態。處于警戒狀態下的電力系統，上述的等式和不等式約束條件還是滿足的，系統也能供應質量合格的電能，但系統的安全水平已下降到不能承受各種正常的干擾，特別是在電力系統中發生各種故障時，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過載或某些母線電壓小于限制的現象，出現以上的情況后，需要采取預防性控制措施，以確保系統始終處于正常的狀態。

2.3 緊急狀態

電力系統處于正常狀態和警戒狀態，一旦發生嚴重的干擾，比如路線短路或大容量發電機組的非正常退出工作等，系統進入緊急狀態。此時，上述的等式約束條件仍可能得到滿足，即負電荷還是得道供應，但是其質量無法達到標準的要求（頻率或電壓不滿足要求）。這時，電力系統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，系統有可能恢復至警戒一至正常的狀態。

2.4 系統崩潰

在緊急狀態下，如不及時清除故障和采取適當的控制措施，或者這些措施無法起到作用，那么電力系統就有可能失去穩定性。由于自動解列裝置或調度人員的操作，可能使電力系統解列成幾個子系統。這時上述等式和不等式約束條件均遭到破壞，發電出力與負荷間出現不平衡。在一些子系統中，由于出力大大超過負荷，而不得不讓發電組退出，一至出現全系統的大面積的停電。此時應盡可能避免連鎖性的故事發展，挽救系統各解列部分，使能維持部分供電，避免全系統的崩潰。

2.5 恢復狀態

在系統崩潰以后，由于自動裝置的作用或調度人員的操作使事故停止擴大，待電力系統大體上穩定下來后，則系統可進入恢復狀態。這時，有部分用戶停電，部分線路、變壓器或發電機組處于斷開狀態，應采取各種恢復出力和送電能力的措施，迅速而平穩地對用戶恢復供電，使解列的系統重新并列。根據系統的實際情況，從這種狀態可以恢復到正常狀態或警戒狀態。

3 電力系統運行目標

根據電力系統的特點，為了充分發揮電力系統的功能和作用，將電力系統實際運行的主要目標概括如下：

(1)滿足用戶供電的需要，包括供電的數量和質量。在正常運行情況下，應該滿足用戶的用電需求，只有在出力不足的情況下才有計劃地限制供電。在事故發生后的緊急情況下，當不能滿足供電需求時，要有選擇地切除一部分不重要的負荷，以保證重要負荷(如交通、醫院、連續生產的工廠等)的供電和全系統的安全。

(2)電力系統的安全性。保證電力系統能以質量合格的電能充分地對用戶連續供電。一個能夠保證安全供電的電力系統必須具有經受一定程度的干擾和事故的能力。一個安全的電力系統，在嚴重的事故情況下也應盡量避免使事故擴大，以至波及電力系統其它正常運行的部分，造成大面積停電；同時，應迅速消除事故的后果，恢復正常的供電。保證電力系統安全運行的自動控制系統的具體功能包括：安全監視、安全分析和安全控制。

(3)經濟性。經濟性即以最小發電成本為目的的經濟運行，使系統中并列運行的發電機組合理地分配，當發電機組經過輸電線路對負荷供電時，還要考慮線損的影響。在電力系統正常運行中，還應根據負荷的變化，相應地開停發電機組，以達到減少燃料消耗的目的。在有水電和火電的混合電力系統中，要求在充分發揮水力發電能力，有效地利用水力資源的條件下，滿足發電成本最小的要求。

(4)滿足環境保護和生態條件的要求。在一些發達國家中，十分重視電力工業對環境和生態的影響。電力系統所包含的發電廠，在運行過程中會產生相當數量的固體和氣體廢料，造成對大氣和水的嚴重污染，所以要控制發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。在輸變電設備方面則要考慮輸電線(如電暈放電)對周圍環境的影響以及變壓器噪聲對周圍環境的影響。