电力系统的运行状态及目标探讨

程新磊 吴丽珍 吴超杰

（濮阳县电业局，河南 濮阳 457000）

1 电力系统概述

电力系统作为一个电能供应系统一般不能储藏，生产、输送、分配和消费是在同一时间内进行的。所以，在电力系统中，电能的生产量应每时每刻与电能的消费量保持平衡，并需保证电能质量。

最初，单个发电机组(或发电厂)对邻近用户供电，形成简单的孤立电力系统。随着工农业生产的发展和人民物质和文化水平的不断提高，电能需求迅速增长，发电设备及其出力和供电范围也相应增大，为了互通各孤立电力系统间的电力，提高运行的经济性和安全性，逐步发展成跨地区的联合电力系统。联合电力系统的优越性是：能更经济合理地利用水力、火力和核能等一次能源，以解决能源资源与负荷分布地域间的不平衡；可以利用电力系统供电地区内时差和季节差以及各地区电力消费习惯不同、负荷曲线不同等因素，错开负荷高峰，减少总的系统装机容量；有利于采用大容量的发电机组，可以节省建设投资和运行费用，以提高投资效益和运行经济性；便于在电力系统发生故障时，各地区间出力的相互支援，提高系统运行的安全性；便于集中管理，统一调度和分配电力等。目前，世界上已出现了总装机容量达几亿千瓦，供电范围纵横几千公里的巨大电力系统。

2 电力系统运行状态

根据不同的运行条件，一般可将电力系统的运行状态分为正常状态、警戒状态、紧急状态、系统崩溃和恢复状态等。随着运行条件的变化，电力系统将在各种状态间进行转变。

2.1 正常状态

在这种运行状态下的电力系统，电力系统以合格的质量，满足负荷对电能的需求：电力系统中各发电设备和输变电设备均在规定的限额内运行；电力系统中各母线电压和系统频率均在允许的偏差范围以内。

2.2 警戒状态

电力系统受到灾难性干扰的机会不多见，大量的情况是许多不大的干扰或变化。例如，负荷的增加，发电机的计划外停役，以及发电机、变压器，输电线路运行环境的恶化，使电力系统中各元件的备用余量减少到不允许的程度。这些干扰或变化有可能导致电力系统安全水平的降低，使系统进入警戒状态。处于警戒状态下的电力系统，上述的等式和不等式约束条件还是满足的，系统也能供应质量合格的电能，但系统的安全水平已下降到不能承受各种正常的干扰，特别是在电力系统中发生各种故障时，就有可能不满足某些不等式约束条件。比如就会有某些线路出现过载或某些母线电压小于限制的现象，出现以上的情况后，需要采取预防性控制措施，以确保系统始终处于正常的状态。

2.3 紧急状态

电力系统处于正常状态和警戒状态，一旦发生严重的干扰，比如路线短路或大容量发电机组的非正常退出工作等，系统进入紧急状态。此时，上述的等式约束条件仍可能得到满足，即负电荷还是得道供应，但是其质量无法达到标准的要求（频率或电压不满足要求）。这时，电力系统的某些不等式约束条件遭到破坏。在快速查找故障原因，并采取有效的紧急控制措施后，系统有可能恢复至警戒一至正常的状态。

2.4 系统崩溃

在紧急状态下，如不及时清除故障和采取适当的控制措施，或者这些措施无法起到作用，那么电力系统就有可能失去稳定性。由于自动解列装置或调度人员的操作，可能使电力系统解列成几个子系统。这时上述等式和不等式约束条件均遭到破坏，发电出力与负荷间出现不平衡。在一些子系统中，由于出力大大超过负荷，而不得不让发电组退出，一至出现全系统的大面积的停电。此时应尽可能避免连锁性的故事发展，挽救系统各解列部分，使能维持部分供电，避免全系统的崩溃。

2.5 恢复状态

在系统崩溃以后，由于自动装置的作用或调度人员的操作使事故停止扩大，待电力系统大体上稳定下来后，则系统可进入恢复状态。这时，有部分用户停电，部分线路、变压器或发电机组处于断开状态，应采取各种恢复出力和送电能力的措施，迅速而平稳地对用户恢复供电，使解列的系统重新并列。根据系统的实际情况，从这种状态可以恢复到正常状态或警戒状态。

3 电力系统运行目标

根据电力系统的特点，为了充分发挥电力系统的功能和作用，将电力系统实际运行的主要目标概括如下：

(1)满足用户供电的需要，包括供电的数量和质量。在正常运行情况下，应该满足用户的用电需求，只有在出力不足的情况下才有计划地限制供电。在事故发生后的紧急情况下，当不能满足供电需求时，要有选择地切除一部分不重要的负荷，以保证重要负荷(如交通、医院、连续生产的工厂等)的供电和全系统的安全。

(2)电力系统的安全性。保证电力系统能以质量合格的电能充分地对用户连续供电。一个能够保证安全供电的电力系统必须具有经受一定程度的干扰和事故的能力。一个安全的电力系统，在严重的事故情况下也应尽量避免使事故扩大，以至波及电力系统其它正常运行的部分，造成大面积停电；同时，应迅速消除事故的后果，恢复正常的供电。保证电力系统安全运行的自动控制系统的具体功能包括：安全监视、安全分析和安全控制。

(3)经济性。经济性即以最小发电成本为目的的经济运行，使系统中并列运行的发电机组合理地分配，当发电机组经过输电线路对负荷供电时，还要考虑线损的影响。在电力系统正常运行中，还应根据负荷的变化，相应地开停发电机组，以达到减少燃料消耗的目的。在有水电和火电的混合电力系统中，要求在充分发挥水力发电能力，有效地利用水力资源的条件下，满足发电成本最小的要求。

(4)满足环境保护和生态条件的要求。在一些发达国家中，十分重视电力工业对环境和生态的影响。电力系统所包含的发电厂，在运行过程中会产生相当数量的固体和气体废料，造成对大气和水的严重污染，所以要控制发电厂排放的烟气成分(如硫的氧化物，氮的氧化物，及烟尘等)、温度、扩散速度，冷却水的排放温度和流速。对于核电厂则要控制其放射性的污染。在输变电设备方面则要考虑输电线(如电晕放电)对周围环境的影响以及变压器噪声对周围环境的影响。