电力系统经济学原理第五章
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刘天琪电力系统分析理论第5章答案完整版
5-5、电力系统调压的基本原理是什么？电力系统有哪几种主要调压措施？当电 力系统无功不负时，是否可以只通过改变变压器的变比？为什么？ 答：基本原理： 由于电力系统的结构复杂，用电设备数据极大，电力系统 运行部门对网络中各母线电压及用电设备的端电压进行监视和调整是不可能， 而
且没有必要。然而，选择一些有集中负荷的母线作为电压中枢点，运行人员监视 中枢点电压，将中枢点电压控制在允许的电压偏移范围以内。只要这些中枢点的 电压质量满足要求，系统中其它各处的电压质量也基本上满足要求。 简单一句话概况为：通过对中枢点电压控制实现电网电压调整。 电力系统的电压调整可以采用以下措施： （1）调节发电机的励磁电流以改变发电机的端电压 VG ； （2）通过适当选择变压器的变比 k 进行调压； （3）通过改变电力网络的无功功率 Q 分布进行调压； （4）通过改变输电线路参数 X 进行调压。 在系统无功功率不足的条件下， 不宜采用调整变压器分接头的办法来提高电 压。因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需的无 功功率也增大了，这就可能进一步扩大系统的无功缺额，从而导致整个系统的电 压水平更加下降。所以从全局来看，当系统无功不足时不宜采用改变变压器变比 进行调压。
ΔVT min =
Pmin R + Qmin X 13 3 × 3 + 10 × 48 4 = 4.72kV V = V1min 110
最大负 负荷时发电 电机电压为 1 11kV，则分 分接头电压为
V1t max =
(120 + 7) ) × 10.5 = 12 21.23kV 11
(110 + 4.7 72) × 10.5 = 120.456kV k 10
最小负 负荷时发电 电机电压为 1 10kV，则分 分接头电压为
电力系统分析第五章11
导体受到很大的电动力冲击， 致使导体变形，甚至损坏。
图 短路引发变压器着火
② 系统电压大幅度下降。
电网电压的降低使由各母线供电的用电设备不能正常工 作。
异步电动机，Tem∝U2→n↓，甚至停转。
靠近短路点处的电压下降最多， 可能使部分用户供电受到破坏。 1：正常运行。 2：f1点短路。 3：f2点短路。
③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修 后未拆除地线就加上电压引起短路。
④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
2005年华北联网系统进行的人工三相完全金 属性接地短路试验
电杆拉线被盗 倒杆线路短路
2.短路故障种类
三相短路——对称短路；其他类型的短路——不对称短路
在各种类型的短路中，单相短路占大多数（65%），两相短 路较少，三相短路的机会最少
第5章 电力系统三相短路的暂 态过程
• 5.1 短路的一般概念 • 5.2 恒定电势源电路的三相短路 • 5.3 同步电机突然三相短路的物理过程 • 5.4 无阻尼同步电机三相短路电流计算 • 5.5 有阻尼同步电机的突然三相短路 • 5.6 强行励磁对短路暂态过程的影响
2020/11/20
1
内容提要
流不突变
I m sin( ) I Pm sin( ) C
C iaP0 I m sin( ) I Pm sin( )
im0
ip0
i I Pm sin(t ) [Im sin( ) I Pm sin( )]et /Ta
电力系统的短路故障也称为横向故障，一相或两相断线 的情况为断路故障，也称为纵向故障。
短路——一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性 点接地的系统)发生通路的情况。
二、短路的主要原因
图 短路引发变压器着火
② 系统电压大幅度下降。
电网电压的降低使由各母线供电的用电设备不能正常工 作。
异步电动机，Tem∝U2→n↓，甚至停转。
靠近短路点处的电压下降最多， 可能使部分用户供电受到破坏。 1：正常运行。 2：f1点短路。 3：f2点短路。
③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修 后未拆除地线就加上电压引起短路。
④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
2005年华北联网系统进行的人工三相完全金 属性接地短路试验
电杆拉线被盗 倒杆线路短路
2.短路故障种类
三相短路——对称短路；其他类型的短路——不对称短路
在各种类型的短路中，单相短路占大多数（65%），两相短 路较少，三相短路的机会最少
第5章 电力系统三相短路的暂 态过程
• 5.1 短路的一般概念 • 5.2 恒定电势源电路的三相短路 • 5.3 同步电机突然三相短路的物理过程 • 5.4 无阻尼同步电机三相短路电流计算 • 5.5 有阻尼同步电机的突然三相短路 • 5.6 强行励磁对短路暂态过程的影响
2020/11/20
1
内容提要
流不突变
I m sin( ) I Pm sin( ) C
C iaP0 I m sin( ) I Pm sin( )
im0
ip0
i I Pm sin(t ) [Im sin( ) I Pm sin( )]et /Ta
电力系统的短路故障也称为横向故障，一相或两相断线 的情况为断路故障，也称为纵向故障。
短路——一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性 点接地的系统)发生通路的情况。
二、短路的主要原因
电力系统经济学原理第五章
在一些国家，政府会对电价进行监管，制 定最高或最低电价限制，以保证电力市场 的公平竞争和用户的利益。
04
电力系统经济学原理在实 践中的应用
电力系统规划
规划原则
电力系统规划应遵循经济性、安全性 和可持续性的原则，确保电力系统的 长期稳定发展。
需求预测
通过分析历史数据和经济发展趋势， 对未来电力需求进行准确预测，为电 力系统规划提供依据。
Байду номын сангаас 发电成本
01
02
03
固定成本
包括发电设备的折旧、贷 款利息、管理费用等。
变动成本
随发电量变化而变化的成 本，如燃料成本、维护成 本等。
环境成本
考虑发电过程中产生的环 境污染和生态破坏成本。
输电成本
建设成本
包括输电线路和变电站的建设费 用。
运营成本
包括维护、检修、电费回收等费用。
损耗成本
输电过程中产生的电能损耗成本。
建立科学合理的市场规则和监管机制；加强市场的透明度和公平性；促进可再生能源的发展和应用等 。
THANKS
感谢观看
量。
电力市场的价格形成机制
市场供需关系
边际成本
电力市场的价格是由市场供需关系决定的 ，当需求大于供应时，电价上升；当供应 大于需求时，电价下降。
电价的制定通常以边际成本为基础，即电 力企业在增加单位电量时所增加的成本。
长期合同
政府监管
长期合同对电价有稳定作用，买卖双方在 签订长期合同时会约定电价和电量等条款 。
详细描述
电力系统经济学的发展历程可以追溯到20世纪初的发电成本分析和电力市场分析。随着电力工业的不断发展， 电力系统经济学的理论和方法也不断完善，涉及的领域也越来越广泛。近年来，随着能源转型和可再生能源
电力系统经济学原理课后习题及答案
电力系统经济学原理课后习题及答案第二章 经济学基础 2-1 解：1) 边际生产成本表达式：()502000dc q q dq=+ 2）按边际成本出售产品时，收入： 2()502000dc q q q q dq⨯=+ 利润＝收入－成本222502000(252000)25q q q q q =+-+= 2-2 解：1）根据反需求函数：102000q π=-+，画出反需求函数曲线：当价格为零时，最大消费需求：max 200q =。
2）根据1）所示的反需求函数曲线，最高购买价格：max 2000π= 美元/件3）由1）的反需求函数曲线可知最大消费者剩余即为反需求函数曲线、价格坐标轴、数量坐标所围三角形的面积。
最大消费者剩余：120002002000002⨯⨯=美元但是生产者生产了产品，不可能什么都不卖，因此该最大消费者剩余不可能实现。
4）当价格π=1000美元/单位产量反需求函数曲线如下： 消费量：200010010q π-==总消费者剩余：1(10002000)1001500002⨯+⨯=美元 生产者收入：1000100100000q π=⨯=美元净消费者剩余：净消费者剩余＝总消费者剩余－生产者收入 ＝15000010000050000-=美元 5）如果价格增加20%，则1000(120%)1200π=⨯+=美元/单位产量， 消费量：20008010q π-== 生产者收入：12008096000q π=⨯=美元 6）当1000π=美元/单位产量时，100q =需求价格弹性：110()110dqdq q d q d πεπππ===⨯-=- 7）如下图所示以需求为变量的反需求函数曲线：知总消费者剩余为一梯形，所以 总消费者剩余为：211111111(2000)(104000)5200022q q q q q π+⋅=-+⋅=-+ 总消费者剩余函数为：252000q q -+ 净消费者剩余为一三角形，所以净消费者剩余为：21111111(2000)(2000102000)522q q q q π-⋅=+-⋅= 净消费者剩余函数为：25q 以4）中当需求为100q =时检验，总消费者剩余：225200051002000100150000q q -+=-⨯+⨯=美元 净消费者剩余：225510050000q =⨯=美元 结果一样。
电力系统经济学原理复习提纲
3. 什么是商业剩余？ 所有母线上用户的支出与发电商收入的差值即为商业剩余。 4. 三节点系统中集中式交易的经济调度方案及经济调度调整 5. 输电网络的损耗有哪几种类型？分别是什么？ • • • 变动损耗 固定损耗 非技术损耗
6． ，何为反经济潮流现象？ 7. 何为金融输电权？何为关口权？ 输电权的定义还可以依附于网络中的某条支路或关口， 因此通常称它们为关口 权。
第七章 发电投资 1. 如何进行新建发电厂投资决策？ • • • • 为了做出发电投资决策， 资本所有者必须计算电厂的长期边际成本（包含 期望回报率） ，并预测电厂发电出力可能面临的销售价格。 只有当预测价格超过电厂的长期边际成本时， 电厂的新建决策才有可能是 合理的。 在电力巿场上建立“商业性发电扩容”机制。 非常多的不确定因素可能会影响长期边际成本与价格预测值， 例如建造工 期延长、燃料价格波动等问题均有可能会影响长期边际成本。 2. 发电厂在什么情况下会退役？ • • • 一旦发电厂投产运行，它的设计寿命期就只具有理论参考意义， 实际的使 用寿命可能会与设计值之间有很大的偏离。 真实的市场状况也可能会出现很大的变化， 发电厂收入有可能很难回收它 的运行成本。 在上述条件下，除非有充足的证据表明未来市场状况可能会有所好转， 否 则该电厂就不得不退役。
2. 何为无功支持服务？ 电压控制服务的定义不仅需要考虑系统在正常状态下的运行情况， 还应当考 虑那些难以预测的停运可能产生的影响。 电压控制服务反映的不仅仅是正常运行 状态下的电压调整能力，同时它还需要能在紧急状态下提供足够的无功。电压控 制服务常常被称为无功支持服务 3. 系统运行人员获取服务的方式有哪些？ • • 强制要求其他行业成员提供一部分辅助服务； 将辅助服务的供应市场化。
3. 什么是价格需求弹性？ 需求相对变化与价格相对变化两者之间的比率。
卜洪运微观经济学课后习题答案三峡大学电力系统经济学原理
卜洪运微观经济学课后习题答案三峡大学电力系统经济学原理选择第二章1.均衡价格是指(D)D.供给曲线与需求曲线交点上的价格。
2.下列哪种情况下不可能引起玉米的需求曲线移动(B)B.玉米价格上升。
3.如果需求曲线是向右下方倾向的直线(线性函数)，那么这一商品需求的价格弹性(B)B.是一常数4.当两种商品中一种商品的价格下降时，两种商品的需求量同时增加，则这两种商品的需求的交叉弹性系数为(B)B.负 5.假定玉米市场的需求是缺乏弹性的，玉米产量等于销售量且等于需求量，良好的气候条件使玉米产量提高了20%，则(C)C.玉米生产者的收入减少，因为玉米的价格下降超过20%6.当消费者的收入增加80%时，某商品的需求量增加40%。
则该商品极可能是(A)A.必需品 7.假定需求函数为Q=10-2P(Q:需求，P:价格)，则在P=1处的需求弹性系数是(A)A.025 8.政府把价格限制在均衡水平以下可能导致(A)。
A.黑市交易9.已知某商品的需求弹性等于 1.5，供给弹性等于 1.5，则某蛛网的形状是(C)C.封闭型 10.如果商品的需求弹性等于 1.2，供给弹性等于 1.5，则其销售税(A)A.主要由消费者承担第三章1.如消费者的偏好序如下:A组合比B组合好;C组合比A组合好;B组合和C组合一样好，这个消费者的偏好序(C)C.违反了传递性定理2.当某消费者对商品X的消费达到饱合点时，则边际效用MUx为(C)C.零3.消费者的预算线反映了(A)A.消费者的收入约束4.给消费者带来相同满足程度的商品组合集中在(B)B.无差异曲线上5.无差异曲线为直角线时，表示两种商品是(B)B.互补品6.若消费者的收入不变，但其中一种商品的价格发生变化，则消费可能线(A)A.不动7.假定两种商品价格一定，当MRSxy小于Px/Py，消费者为了得到最大满足，他将(B)B.增购Y，减少X 8.当吉芬商品的价格上升时，应该有(C)C.替代效应为负值，收入效应为正值且前者小于后者 9.收入消费曲线与恩格尔曲线(B)B.所表达的经济意义相同10.需求曲线可以从(C)导出。
电力系统经济学原理第五章
• 作出上述简化假设后，仅需要考虑发电、负荷、 频率与电能交换数量这几个系统变量。 • 只要满足生产等于消费这一条件，系统频率及跨 区电能交换量就恒定不变。
系统安全与辅助服务 6
系统不平衡的影响
• 发电与负荷的平衡经常会受到多种因素的干扰， 如负荷发生变化、发电机出力控制不准确、偶发 性的发电机组或互联系统故障停运等。 – 在孤立系统中，发电过剩将促使系统频率上升 ，相反发电短缺将导致频率下降。系统不平衡 会引发频率变化，变化程度取决于系统内所有 发电机与旋转负荷所具有的转动惯量。
第五章 系统安全与பைடு நூலகம்助服务
系统安全与辅助服务
0
基本内容
5.1 简介
5.2 辅助服务需求
5.3 辅助服务的获取
5.4 辅助服务的购买
5.5 辅助服务销售
5.6 推荐阅读材料
系统安全与辅助服务 1
5.1 简介
• 电能市场的良好运营的重要前提条件是必须有一个 坚实的物理电力系统。与其他商品相比，电力市场 成员只能通过已有电力系统进行电能买卖。 • 系统使用者必然希望电力系统具有一定的可靠性， 也就是系统的所有组成元件都应当运行在安全范围 内。 • 对于一个由成千上万个元件组成的系统来说，单个 元件发生故障是很常见的事。
系统安全与辅助服务
9
备用服务
• 备用服务主要用来消除那些可能危害系统稳定的 和难以预测的大电能偏差
• 备用服务可以分为旋转备用与补充事故备用
– 提供旋转备用的机组需要能够立即对频率变化 作出响应，拟定提供的全部备用容量必须在很 短的时间内实现供应
– 提供补充事故备用的机组则无需马上作出响应 • 随着系统规模与可靠性标准的不同，上述参数可 能会出现相当大的变化
系统安全与辅助服务 6
系统不平衡的影响
• 发电与负荷的平衡经常会受到多种因素的干扰， 如负荷发生变化、发电机出力控制不准确、偶发 性的发电机组或互联系统故障停运等。 – 在孤立系统中，发电过剩将促使系统频率上升 ，相反发电短缺将导致频率下降。系统不平衡 会引发频率变化，变化程度取决于系统内所有 发电机与旋转负荷所具有的转动惯量。
第五章 系统安全与பைடு நூலகம்助服务
系统安全与辅助服务
0
基本内容
5.1 简介
5.2 辅助服务需求
5.3 辅助服务的获取
5.4 辅助服务的购买
5.5 辅助服务销售
5.6 推荐阅读材料
系统安全与辅助服务 1
5.1 简介
• 电能市场的良好运营的重要前提条件是必须有一个 坚实的物理电力系统。与其他商品相比，电力市场 成员只能通过已有电力系统进行电能买卖。 • 系统使用者必然希望电力系统具有一定的可靠性， 也就是系统的所有组成元件都应当运行在安全范围 内。 • 对于一个由成千上万个元件组成的系统来说，单个 元件发生故障是很常见的事。
系统安全与辅助服务
9
备用服务
• 备用服务主要用来消除那些可能危害系统稳定的 和难以预测的大电能偏差
• 备用服务可以分为旋转备用与补充事故备用
– 提供旋转备用的机组需要能够立即对频率变化 作出响应，拟定提供的全部备用容量必须在很 短的时间内实现供应
– 提供补充事故备用的机组则无需马上作出响应 • 随着系统规模与可靠性标准的不同，上述参数可 能会出现相当大的变化
《电力系统分析》第五章 第三节
若该回路为超导体，则： R = 0，便有：
ψ
e = −ψ
i
dψ =0 dt
即：
ψ = 常数
超导体磁链守恒原则
N
超导体回路能永久维持磁链不变，即：ψ = 恒定不变的常数 合理性分析 同步电机的各种绕组的电阻相对电抗来说很小，在分体感应电流的产生 设该超导体的原始磁链： ψ 0 给该超导体加外界磁场： ψ 1
（相对转子旋转） 磁阻以二倍同步频率周期变化
iap
恒定直流分量
i2ω
倍频分量
∆iap ∆i2ω 相对转子励磁绕组 都是同步速旋转
转子励磁绕组感应的电流： 小 励磁电流：i f [ 0 ] 结 定子电流：iω [ 0 ]
∆i fω
i f [ 0 ] + ∆i fa + ∆i fω iω [ 0 ] + ∆iω [ 0 ] + ∆i′ + iap + i = i∞+ ∆i′ + iap + i2ω 2ω
稳态短路电流（直流）
励磁电流（直流）
i f [0]
i∞ + ∆i′ + iap + i2ω
′ + idω id∞ + ∆id
i f [ 0 ] + ∆i fa + ∆i fω
在定子绕组中感应出空载电势增量
∆Eq
小 励磁电流：i f [ 0 ] 结 定子电流：iω [ 0 ]
i f [ 0 ] + ∆i fa iω [ 0 ] + ∆iω [ 0 ] + ∆i′ = i + ∆i′ ∞
三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析
dd绕组
再分析定子绕组
ψ
e = −ψ
i
dψ =0 dt
即：
ψ = 常数
超导体磁链守恒原则
N
超导体回路能永久维持磁链不变，即：ψ = 恒定不变的常数 合理性分析 同步电机的各种绕组的电阻相对电抗来说很小，在分体感应电流的产生 设该超导体的原始磁链： ψ 0 给该超导体加外界磁场： ψ 1
（相对转子旋转） 磁阻以二倍同步频率周期变化
iap
恒定直流分量
i2ω
倍频分量
∆iap ∆i2ω 相对转子励磁绕组 都是同步速旋转
转子励磁绕组感应的电流： 小 励磁电流：i f [ 0 ] 结 定子电流：iω [ 0 ]
∆i fω
i f [ 0 ] + ∆i fa + ∆i fω iω [ 0 ] + ∆iω [ 0 ] + ∆i′ + iap + i = i∞+ ∆i′ + iap + i2ω 2ω
稳态短路电流（直流）
励磁电流（直流）
i f [0]
i∞ + ∆i′ + iap + i2ω
′ + idω id∞ + ∆id
i f [ 0 ] + ∆i fa + ∆i fω
在定子绕组中感应出空载电势增量
∆Eq
小 励磁电流：i f [ 0 ] 结 定子电流：iω [ 0 ]
i f [ 0 ] + ∆i fa iω [ 0 ] + ∆iω [ 0 ] + ∆i′ = i + ∆i′ ∞
三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析
dd绕组
再分析定子绕组
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• 如：输电线路出现负荷过载，造成线路松弛下垂发生 短路事故；输电线路还会受到恶劣天气的影响事故，系统运行人员需 要考虑同时采用预防和校正措施。
– 制定预防措施是为了对可能事故做出预先处臵 ，即使真的发生事故，也能确保系统稳定运行 – 在发生扰动之后需要采取校正措施，其目的是 将扰动的影响限制在一定的范围内 • 随着竞争性电力市场的建立，其中完成校正措施 的有些资源已经分流到另外一些行业成员手中。 对于系统运营商来说，这类资源已经变成一种需 要进行付费购买的商业服务，称其为辅助服务。
系统安全与辅助服务
23
辅助服务的强制供应的不足
尽管强制供应方法非常简单， 但它并不是一个很 经济的做法，并且会带来一些操作上的困难：
• 上述强制规定可能会引发不必要的投资，造成辅 助服务资源供应量超过实际需要。例如，并不需 要所有的机组都参与频率控制，维护系统安全。 • 该方法很难鼓励技术或商业革新。因为它规定需 要采用已有的技术提供辅助服务，所以行业成员 没有兴趣去研究，而系统运行人员也没有动力去 寻找更新、更为有效的辅助服务供应方法。
系统安全与辅助服务 24
辅助服务的强制供应的不足
• 对于辅助服务供应者来说，强制供应方法要求他 们提供辅助服务，但由此引发的成本不能回收。 例如，有发电商抱怨生产无功出力会增加同步发 电机的损耗，有时甚至会减少他们所能生产与销 售的有功电能数量。 • 有些成员可能难以提供部分辅助服务，或者不能 以经济的方式提供服务。例如，核电机组就无法 迅速调整有功出力适应负荷的快速变化。另外， 也不能为了获得备用服务，强制要求高效率的机 组只带部分负荷。
系统安全与辅助服务 19
5.2.3 系统恢复
• 即使系统运行人员已经竭尽所能，但还是有极个 别扰动最终会脱离他们的控制，最终导致整个电 力系统崩溃。此时系统运行人员需要尽可能迅速 地将系统运行恢复到正常情况。然而重新启动大 型火力发电机组需要相当数量的电能，而在整个 系统发生崩溃时很难实现这一要求。然而有些类 型的发电机（如水力发电机组，以及一些小型柴 油发电机）可以手工启动，或者通过贮存在电池 中的电能实现启动。 • 为保证系统在任何情况下都可以快速恢复运行， 系统运行人员需要保证有足够的系统恢复资源可 供调用。这种辅助服务通常被称为黑启动能力。
系统安全与辅助服务
9
备用服务
• 备用服务主要用来消除那些可能危害系统稳定的 和难以预测的大电能偏差
• 备用服务可以分为旋转备用与补充事故备用
– 提供旋转备用的机组需要能够立即对频率变化 作出响应，拟定提供的全部备用容量必须在很 短的时间内实现供应
– 提供补充事故备用的机组则无需马上作出响应 • 随着系统规模与可靠性标准的不同，上述参数可 能会出现相当大的变化
电压控制与无功支持服务
• 在正常情况下维持较高的电压水平，它将有利于 避免系统在出现突发性停运时发生电压崩溃。但 是良好的电压水平并不能保证系统的电压安全， 如果某一重载输电线路停运，它就会增加系统其 他线路上的无功损耗，如果不能及时补充无功， 系统就会发生电压崩溃。 • 与正常运行相比，系统在停运事故后所需要的无 功数量要大得多，因此电压控制服务反映的不仅 仅是正常运行状态下的电压调整能力，同时它还 需要能在紧急状态下提供足够的无功。 • 因此，电压控制服务常常被称为无功支持服务。 例[5-5]：系统进行无功支持后的变化情况。
第五章 系统安全与辅助服务
系统安全与辅助服务
0
基本内容
5.1 简介
5.2 辅助服务需求
5.3 辅助服务的获取
5.4 辅助服务的购买
5.5 辅助服务销售
5.6 推荐阅读材料
系统安全与辅助服务 1
5.1 简介
• 电能市场的良好运营的重要前提条件是必须有一个 坚实的物理电力系统。与其他商品相比，电力市场 成员只能通过已有电力系统进行电能买卖。 • 系统使用者必然希望电力系统具有一定的可靠性， 也就是系统的所有组成元件都应当运行在安全范围 内。 • 对于一个由成千上万个元件组成的系统来说，单个 元件发生故障是很常见的事。
系统安全与辅助服务 14
潮流传输限制
• 有些预防性措施的实施成本可能会非常低，或者 可以忽略不计。 例如，系统运行人员可以通过调整变压器抽头的 位臵、发电机电压设定值，投切电容器或电抗器 等手段，使电压稳定边界得以提高。通过使用移 相变压器，他们还可以改变系统中的有功潮流分 布，避免系统在故障后出现过载。 • 随着系统负荷水平的增加，一旦到达某一临界点 ，唯一能保证系统安全运行的手段只能是限制某 些支路上的有功潮流。实际上，有功潮流约束的 成本是真实存在的，有时还会非常高。例[5-4]
系统安全与辅助服务 4
基本内容
5.1 简介
5.2 辅助服务需求
5.3 辅助服务的获取
5.4 辅助服务的购买
5.5 辅助服务销售
5.6 推荐阅读材料
系统安全与辅助服务 5
5.2.1 系统平衡
• 为了简化整个系统范围内的发电与负荷平衡问题 ，假设所有的发电机与负荷都连接在同一条母线 上。如果研究对象是一个互联系统，那么该母线 应当还连接所有其他地区与国家联铬线的共同端 点。
系统安全与辅助服务 13
电力系统中的扰动形式
• 在发电机组或无功补偿设备突然停运时，系统可 能会缺少足够的无功支持。同样，某条重要线路 停运可能会导致网络无功损耗增加，达到超过系 统所能提供的水平。此时，一部分地区甚至是整 个网络，可能会发生电压崩溃。 • 过载十分严重的线路发生故障可能会导致一部分 发电机的转角增加，这可能会引发局部网络与系 统其他部分动态分离，进而出现发电与负荷不平 衡，最终使部分或整个区域发生系统崩溃。 运行人员必须采取一定的预防性措施，避免此类事 情的发生。
系统安全与辅助服务 18
稳定服务
• 有些系统运营商还可以通过发电机获得其他网络 安全服务。
– 例如，联锁跳闸方案可以解决暂态稳定问题。 这些方案不会影响电力系统的当前状态，但是 在系统发生故障时，它们可以自动实现一些发 电机与负荷的解列，从而确保系统的安全稳定 • 同样地，电力系统稳定器能够对发电机出力进行 微小调整，抑制电力网络中可能出现的振荡。此 类稳定器可以增加系统中传输的潮流数量。
系统安全与辅助服务 25
5.3.2 辅助服务市场
强迫行业成员参与辅助服务的供应是一种缺乏经济 效率的方法，并且也存在实际操作困难，因此需要 建立一套市场供应机制。 市场机制的实现形式与辅助服务的特性有关：
• 作出上述简化假设后，仅需要考虑发电、负荷、 频率与电能交换数量这几个系统变量。 • 只要满足生产等于消费这一条件，系统频率及跨 区电能交换量就恒定不变。
系统安全与辅助服务 6
系统不平衡的影响
• 发电与负荷的平衡经常会受到多种因素的干扰， 如负荷发生变化、发电机出力控制不准确、偶发 性的发电机组或互联系统故障停运等。 – 在孤立系统中，发电过剩将促使系统频率上升 ，相反发电短缺将导致频率下降。系统不平衡 会引发频率变化，变化程度取决于系统内所有 发电机与旋转负荷所具有的转动惯量。
系统安全与辅助服务 11
备用响应
• 在考察机组的平衡服务供应能力时，出力调整速 度是最重要的影响因素。 • 在许多时候，机组在电网中的位臵也有可能会影 响它的平衡辅助服务供应能力。 • 如果机组通过某一输电走廊与系统主网架相连， 但该输电通道常常发生阻塞，机组的出力调整程 度受到输电线路约束的限制，那么它就不是一个 合适的平衡辅助服务备选机组。 • 例[5-3]：系统在大规模发电停运事故后的频率与 备用响应情况
• 一般而言，自动发电控制服务主要由那些可以 快速增减出力的机组提供。此类机组必须与电 网相连，需要装设一个调速器，并且它们常常 需要在自动发电控制模式下运行。
系统安全与辅助服务 8
负荷跟踪服务
• 负荷缓慢波动，尤其是那些电能市场没有考虑 到的各交易时段内的负荷波动，则可以通过发 电机组的负荷跟踪服务进行处理。 • 自动发电控制的动作相对小一些，负荷跟踪动 作比较容易预测。 • 这两种服务可将系统不平衡限制在接近于0的 很小范围内，使系统的频率接近正常值，通常 被用作预防性安全措施。
系统安全与辅助服务 15
电压控制与无功支持服务
• 为了增加电力网络的潮流传输容量，系统运行人 员会调用各种无功资源。 • 其中有一些资源与无功控制设备、如机械投切式 电容器与电抗器、静止无功补偿器、调压变压器 等，通常由系统运行人员直接控制，可以被任意 使用。 • 发电机组是实现电压控制的最佳选择，系统运行 人员有时需要调用这些属于发电公司的资源，为 此需要定义一种电压控制服务以反映此类情况。 还可以引入一项专门的业务，即出售无功支持或 电压控制服务。
系统安全与辅助服务 10
平衡电能与平衡辅助服务的获取
• 平衡电能与平衡辅助服务都会通过现货电能市场 交易，理想情况是能在两者之间划定一个清晰的 界限。 • 然而各电力市场的规则设计存在相当大的差异， 这使得不可能清楚地对平衡电能与平衡辅助服务 进行界定。
• 总的来说，若是开放市场关闭时点距离实时运行 时间很短，系统运营商将能够通过现货电能市场 购得大部分的平衡需求。然而如果开放市场是日 前的，需要建立一套复杂的平衡服务获取机制。
– 在互联系统中，局部性不平衡将影响与相邻地 区连接的联络线以及系统其余线路上的潮流。 如果频率偏差很大的话，系统可能会崩溃。
系统安全与辅助服务 7
自动发电控制服务
• 自动发电控制的作用在于解决快速负荷波动与 难以预测的较小程度发电变化问题。它可以使 系统频率稳定在正常值或接近正常值的水平， 减少与其他电力系统之间的不当交换。
系统安全与辅助服务 3
简介
• 辅助服务的作用是保证电能的顺利交易。专门建 立有针对性的机制，确保辅助服务的有效供应与 成本回收。 • 首先分析电力系统中的扰动类型及不同类型的扰 动对系统安全的影响，选择所需的辅助服务。
– 制定预防措施是为了对可能事故做出预先处臵 ，即使真的发生事故，也能确保系统稳定运行 – 在发生扰动之后需要采取校正措施，其目的是 将扰动的影响限制在一定的范围内 • 随着竞争性电力市场的建立，其中完成校正措施 的有些资源已经分流到另外一些行业成员手中。 对于系统运营商来说，这类资源已经变成一种需 要进行付费购买的商业服务，称其为辅助服务。
系统安全与辅助服务
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辅助服务的强制供应的不足
尽管强制供应方法非常简单， 但它并不是一个很 经济的做法，并且会带来一些操作上的困难：
• 上述强制规定可能会引发不必要的投资，造成辅 助服务资源供应量超过实际需要。例如，并不需 要所有的机组都参与频率控制，维护系统安全。 • 该方法很难鼓励技术或商业革新。因为它规定需 要采用已有的技术提供辅助服务，所以行业成员 没有兴趣去研究，而系统运行人员也没有动力去 寻找更新、更为有效的辅助服务供应方法。
系统安全与辅助服务 24
辅助服务的强制供应的不足
• 对于辅助服务供应者来说，强制供应方法要求他 们提供辅助服务，但由此引发的成本不能回收。 例如，有发电商抱怨生产无功出力会增加同步发 电机的损耗，有时甚至会减少他们所能生产与销 售的有功电能数量。 • 有些成员可能难以提供部分辅助服务，或者不能 以经济的方式提供服务。例如，核电机组就无法 迅速调整有功出力适应负荷的快速变化。另外， 也不能为了获得备用服务，强制要求高效率的机 组只带部分负荷。
系统安全与辅助服务 19
5.2.3 系统恢复
• 即使系统运行人员已经竭尽所能，但还是有极个 别扰动最终会脱离他们的控制，最终导致整个电 力系统崩溃。此时系统运行人员需要尽可能迅速 地将系统运行恢复到正常情况。然而重新启动大 型火力发电机组需要相当数量的电能，而在整个 系统发生崩溃时很难实现这一要求。然而有些类 型的发电机（如水力发电机组，以及一些小型柴 油发电机）可以手工启动，或者通过贮存在电池 中的电能实现启动。 • 为保证系统在任何情况下都可以快速恢复运行， 系统运行人员需要保证有足够的系统恢复资源可 供调用。这种辅助服务通常被称为黑启动能力。
系统安全与辅助服务
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备用服务
• 备用服务主要用来消除那些可能危害系统稳定的 和难以预测的大电能偏差
• 备用服务可以分为旋转备用与补充事故备用
– 提供旋转备用的机组需要能够立即对频率变化 作出响应，拟定提供的全部备用容量必须在很 短的时间内实现供应
– 提供补充事故备用的机组则无需马上作出响应 • 随着系统规模与可靠性标准的不同，上述参数可 能会出现相当大的变化
电压控制与无功支持服务
• 在正常情况下维持较高的电压水平，它将有利于 避免系统在出现突发性停运时发生电压崩溃。但 是良好的电压水平并不能保证系统的电压安全， 如果某一重载输电线路停运，它就会增加系统其 他线路上的无功损耗，如果不能及时补充无功， 系统就会发生电压崩溃。 • 与正常运行相比，系统在停运事故后所需要的无 功数量要大得多，因此电压控制服务反映的不仅 仅是正常运行状态下的电压调整能力，同时它还 需要能在紧急状态下提供足够的无功。 • 因此，电压控制服务常常被称为无功支持服务。 例[5-5]：系统进行无功支持后的变化情况。
第五章 系统安全与辅助服务
系统安全与辅助服务
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基本内容
5.1 简介
5.2 辅助服务需求
5.3 辅助服务的获取
5.4 辅助服务的购买
5.5 辅助服务销售
5.6 推荐阅读材料
系统安全与辅助服务 1
5.1 简介
• 电能市场的良好运营的重要前提条件是必须有一个 坚实的物理电力系统。与其他商品相比，电力市场 成员只能通过已有电力系统进行电能买卖。 • 系统使用者必然希望电力系统具有一定的可靠性， 也就是系统的所有组成元件都应当运行在安全范围 内。 • 对于一个由成千上万个元件组成的系统来说，单个 元件发生故障是很常见的事。
系统安全与辅助服务 14
潮流传输限制
• 有些预防性措施的实施成本可能会非常低，或者 可以忽略不计。 例如，系统运行人员可以通过调整变压器抽头的 位臵、发电机电压设定值，投切电容器或电抗器 等手段，使电压稳定边界得以提高。通过使用移 相变压器，他们还可以改变系统中的有功潮流分 布，避免系统在故障后出现过载。 • 随着系统负荷水平的增加，一旦到达某一临界点 ，唯一能保证系统安全运行的手段只能是限制某 些支路上的有功潮流。实际上，有功潮流约束的 成本是真实存在的，有时还会非常高。例[5-4]
系统安全与辅助服务 4
基本内容
5.1 简介
5.2 辅助服务需求
5.3 辅助服务的获取
5.4 辅助服务的购买
5.5 辅助服务销售
5.6 推荐阅读材料
系统安全与辅助服务 5
5.2.1 系统平衡
• 为了简化整个系统范围内的发电与负荷平衡问题 ，假设所有的发电机与负荷都连接在同一条母线 上。如果研究对象是一个互联系统，那么该母线 应当还连接所有其他地区与国家联铬线的共同端 点。
系统安全与辅助服务 13
电力系统中的扰动形式
• 在发电机组或无功补偿设备突然停运时，系统可 能会缺少足够的无功支持。同样，某条重要线路 停运可能会导致网络无功损耗增加，达到超过系 统所能提供的水平。此时，一部分地区甚至是整 个网络，可能会发生电压崩溃。 • 过载十分严重的线路发生故障可能会导致一部分 发电机的转角增加，这可能会引发局部网络与系 统其他部分动态分离，进而出现发电与负荷不平 衡，最终使部分或整个区域发生系统崩溃。 运行人员必须采取一定的预防性措施，避免此类事 情的发生。
系统安全与辅助服务 18
稳定服务
• 有些系统运营商还可以通过发电机获得其他网络 安全服务。
– 例如，联锁跳闸方案可以解决暂态稳定问题。 这些方案不会影响电力系统的当前状态，但是 在系统发生故障时，它们可以自动实现一些发 电机与负荷的解列，从而确保系统的安全稳定 • 同样地，电力系统稳定器能够对发电机出力进行 微小调整，抑制电力网络中可能出现的振荡。此 类稳定器可以增加系统中传输的潮流数量。
系统安全与辅助服务 25
5.3.2 辅助服务市场
强迫行业成员参与辅助服务的供应是一种缺乏经济 效率的方法，并且也存在实际操作困难，因此需要 建立一套市场供应机制。 市场机制的实现形式与辅助服务的特性有关：
• 作出上述简化假设后，仅需要考虑发电、负荷、 频率与电能交换数量这几个系统变量。 • 只要满足生产等于消费这一条件，系统频率及跨 区电能交换量就恒定不变。
系统安全与辅助服务 6
系统不平衡的影响
• 发电与负荷的平衡经常会受到多种因素的干扰， 如负荷发生变化、发电机出力控制不准确、偶发 性的发电机组或互联系统故障停运等。 – 在孤立系统中，发电过剩将促使系统频率上升 ，相反发电短缺将导致频率下降。系统不平衡 会引发频率变化，变化程度取决于系统内所有 发电机与旋转负荷所具有的转动惯量。
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备用响应
• 在考察机组的平衡服务供应能力时，出力调整速 度是最重要的影响因素。 • 在许多时候，机组在电网中的位臵也有可能会影 响它的平衡辅助服务供应能力。 • 如果机组通过某一输电走廊与系统主网架相连， 但该输电通道常常发生阻塞，机组的出力调整程 度受到输电线路约束的限制，那么它就不是一个 合适的平衡辅助服务备选机组。 • 例[5-3]：系统在大规模发电停运事故后的频率与 备用响应情况
• 一般而言，自动发电控制服务主要由那些可以 快速增减出力的机组提供。此类机组必须与电 网相连，需要装设一个调速器，并且它们常常 需要在自动发电控制模式下运行。
系统安全与辅助服务 8
负荷跟踪服务
• 负荷缓慢波动，尤其是那些电能市场没有考虑 到的各交易时段内的负荷波动，则可以通过发 电机组的负荷跟踪服务进行处理。 • 自动发电控制的动作相对小一些，负荷跟踪动 作比较容易预测。 • 这两种服务可将系统不平衡限制在接近于0的 很小范围内，使系统的频率接近正常值，通常 被用作预防性安全措施。
系统安全与辅助服务 15
电压控制与无功支持服务
• 为了增加电力网络的潮流传输容量，系统运行人 员会调用各种无功资源。 • 其中有一些资源与无功控制设备、如机械投切式 电容器与电抗器、静止无功补偿器、调压变压器 等，通常由系统运行人员直接控制，可以被任意 使用。 • 发电机组是实现电压控制的最佳选择，系统运行 人员有时需要调用这些属于发电公司的资源，为 此需要定义一种电压控制服务以反映此类情况。 还可以引入一项专门的业务，即出售无功支持或 电压控制服务。
系统安全与辅助服务 10
平衡电能与平衡辅助服务的获取
• 平衡电能与平衡辅助服务都会通过现货电能市场 交易，理想情况是能在两者之间划定一个清晰的 界限。 • 然而各电力市场的规则设计存在相当大的差异， 这使得不可能清楚地对平衡电能与平衡辅助服务 进行界定。
• 总的来说，若是开放市场关闭时点距离实时运行 时间很短，系统运营商将能够通过现货电能市场 购得大部分的平衡需求。然而如果开放市场是日 前的，需要建立一套复杂的平衡服务获取机制。
– 在互联系统中，局部性不平衡将影响与相邻地 区连接的联络线以及系统其余线路上的潮流。 如果频率偏差很大的话，系统可能会崩溃。
系统安全与辅助服务 7
自动发电控制服务
• 自动发电控制的作用在于解决快速负荷波动与 难以预测的较小程度发电变化问题。它可以使 系统频率稳定在正常值或接近正常值的水平， 减少与其他电力系统之间的不当交换。
系统安全与辅助服务 3
简介
• 辅助服务的作用是保证电能的顺利交易。专门建 立有针对性的机制，确保辅助服务的有效供应与 成本回收。 • 首先分析电力系统中的扰动类型及不同类型的扰 动对系统安全的影响，选择所需的辅助服务。