1、电力系统新技术专题考题姓名： 班级：学号：日期：电力系统新技术专题考题1. 简述未来电力系统中新能源发电种类、各自发电的特点及其发展趋势。新能源发电种类：太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能和核能。（1）太阳能特点：太阳能发电安全可靠，具有许多优点，如能源充足，太阳能无处不在，不受地域限制；建设周期短，运行成本低；不需要消耗燃料，无环境污染；结构简单，维护方便，适合无人值守。但是，太阳能发电受气候条件影响，具有间歇性，且价格昂贵。发展趋势：主要趋势是太阳能电池发出直流电，通过逆变装置转换成交流，进而并入电网使用。（2）风能特点：风能是清洁的可再生能源，风力发电与常规发电相比，具有能源充足、不
2、消耗燃料、无环境污染、占地面积小、工程建设周期短、发电技术成熟等优点。但是，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。发展趋势：在当今世界的新能源开发技术中，风力发电是最成熟、最有商业利用价值的发电方式，其装机容量正在不断扩大，全球风电发电量占总发电量的比例也在逐步增加。（3）地热能特点：为了获得一定经济效益,热水温度不宜低于某一下限值。温度愈低则设备尺寸愈庞大, 造价也愈高, 同时运行时泵水量大, 消耗厂用电大, 甚至达到得不偿失的地步。地热发电在开发过程中还必须考虑地热水的含
3、盐量而造成地面环境污染, 对设备的腐蚀作用而影响使用寿命的经济问题,勘探和钻井等工程投资费。受地理条件的限制，具有地域性。发展趋势：对于发电有开发价值的主要是高温地热。（4）海洋能特点： 海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。发展趋势：海洋能发电尚有许多重大工程技术问题尚待解决, 如材料海水腐蚀, 海洋工程建造, 海洋生物积垢 , 电能输送, 超大尺寸工件制造 , 高效热交换器等。由于工程浩大, 巨额投资费用, 技术尚不成熟, 只能作为远期发展目标。（5）生物质能特点：是一种资源丰富、无污染的能源。生物质能发电具有电能质量好、可靠性高等优点，具
4、有较高的经济价值。发展趋势：生物质资源一般是农林作物的副产品,用于发电有益于保护环境, 使废弃物得到合理的利用、变废为宝、减少污染, 但除可用于发电外还可广泛用做其它工业材料的原料, 亦可通过气化直接作为生活燃料, 因此对资源利用方式要作认真的综合经济分析。（6）核能特点：核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座 1000 百万瓦的核能电厂一年只需 30 公吨
5、的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理。 核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。发展趋势：中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行，当前发展压水
6、堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“永远”解决能源需求的矛盾。2. 简述多类新型能源发电接入电网后，对电力电量平衡和电力系统实时调度带来了什么需要研究的新问题，请提出自己的解决思路新问题：1）由于电源结构而导致的调峰调频能力问题；2）电网资源配置能力难以满足风电基地远距离电力外送问题； 3）新能源发电及接入技术标准与检测认证体系问题；4）新能源发电功率预测及调度决策支撑系统问题；5）配电网建设适应新能源发电分布式接入问题解决思路：1）提前预测各点负荷、各区负荷、全网负荷；2）提前安
7、排各发电厂开机方式，实时控制发电出力;3）校验安排和实时控制各输电线潮流；4）安排配电网供电方式；5）负荷的轻微变化通过二次调频装置自动调节；6）利用负荷的电压、频率特性自动平衡；7）数值天气预报的计算模型研究及建立相应的生产基地；8）掌握风电功率精细化预测技术和太阳能发电功率预测技术，为开发新能源调度管理支持系统提供基础数据支撑；9）建立适应不同时间框架，不同调度区域要求的新能源调度时序仿真平台，掌握新能源接入电网的优化调度技术；10）掌握新能源调度运行控制技术，解决大规模间歇性新能源接入带给电网的调峰调频等诸多问题 3. 画出利用电力网高速载波技术组成的通信网的框图，说明各框的特性和作用，
8、及可采用的主要技术电力网高速载波技术组成的通信网的框图，如下：特性和作用：1） 输电线路：三相输电线路都可以用来传递高频信号，任意一相与大地间都可以组成“相-地”回路。2） 阻波器：使两端发送的高频载波信号只在本线路内传输而不穿越到相邻线路上去，当阻波器谐振频率等于高频载波信号的频率时，对载波电流呈现极高的阻抗，从而将高频电流限制在本线路以内；而对于工频电流，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗，不影响工频电能量传输。3） 耦合电容器：使工频对地泄露电流减到极小，它的电容量极小，对工频信号呈现非常大的阻抗，同时可以防止工频电压的侵入高频机、发信机；对高频载波电流则呈现很小的阻抗，与连接滤波器共同组成带通
9、滤波器，只允许此通带频率内的高频电流通过。4） 连接滤波器：连接滤波器与耦合电容器共同组成一个“四端网络”带通滤波器，使所选频带的高频电流能够顺利通过。5） 高频收、发信机：高频收发信机有继电保护部分控制发出预定频率的高频信号，通常是在电力系统发生故障、保护启动后发出信号，但也有采用长期发信发生故障保护启动后停信或改变信号频率的工作方式。6） 接地开关：当检修连接滤波器时，接通接地开关，使耦合电容器下端可靠接地。技术：编码技术、调制解调技术（扩频通信、码分多址、正交频分复用(OFDM)调制技术） 、抗干扰技术、提高频宽利用技术等。高效的信息源与电力线耦合器件（高频信号耦合、高频信号传输、最优频
10、谱特性） 。美国Media Fusion 的高级抑制载波技术。美国物理学家 William Luke Stewart提出了一种新的技术，利用电力线周围存在的磁场，以接近光速的速率传递声音、视频和互联网，其技术使电力线具有无限的带宽。4. 简述未来电力系统在设备制造、设备智联网以及智能化方面的主要问题及发展趋势主要问题：1）电力系统自动化处理的信息量越来越大,考虑的因素越来越多,直接可观可测的范围越来越广,能够闭环控制的对象越来越丰富。2）尽管新设备开始重视并使用新的传感器和智能组件 ，但是设备的安全可靠性仍没有得到明显的提高。3）一次设备的核心专家诊断系统，还需要积累大量的运行数据，挖掘设备运
11、行特性，研究诊断方法开发分析系统，从而实现设备诊断的智能化。4）在传感器的使用寿命，尤其内置传感器对于主设备本体运行的影响，监测量的选择以及传感器布点方面仍有待研究。5）一、二次设备融合性越来越高，界限越来越模糊，设备研发要多方参与，协调工作量大以及需要调整研发工作思路。6）智能设备（包括智能组件）的检测与试验标准尚未建立，国内缺少智能化装置的权威检测机构。7）智能设备的可靠性、稳定性、整体技术性能还需要时间验证。发展趋势：1）智能化电气设备的三个发展阶段：a.掌握电力系统的运行状态；b.监视电气设备的工作状态；c.决定电气设备的运行性能与检修；2）用大功率电力电子装备提高控制的柔性：a.柔性
12、输电与紧急控制；b.无功功率的动态补偿；c.电力系统的无功优化；3）发、变电设备的经济运行:a.自动发电控制 AGC；b.电力系统经济运行；c.电力系统的自动化；4）电气主设备的预知维修：A.预知维修数据库的建立:a.高频率、大容量的数据采集；b.高速率的数据传输网络；c.大容量的数据分析与处理；B.预知维修专家系统：a.实时数据分析；b.故障诊断、故障保护；c.预知维修；5）电力设备经由电力网天然互联，开发物联网技术以实现对电力设备与电功率流的智能化识别、定位、监控和调度管理，为智能电网提供基础。利用电力线载波技术实现电力设备自联网不需要另建信息网络。6）由开环监测向闭环控制发展例如从系统功
13、率总加到 AGC(自动发电控制)。7）由高电压等级向低电压扩展,例如从 EMS(能量管理系统)到 DMS(配电管理系统)。 8）由单个元件向部分区域及全系统发展,例如 SCADA(监测控制与数据采集)的发展和区域稳定控制的发展。9）由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的发展。 10）装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术的演变。 11）追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、潮流控制。12）由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展 MIS(管理信息系统)在电力系统中的应用。13）在研发方向上，应研究一次设备智能化的结构体系与分工
14、，研究功能集成型、长寿命的智能组件，制定智能设备交互规范和各功能模块接口规范，研制结构布局合理紧凑、可靠性高、模块化程度高、融合性好的智能变压器和智能开关等智能设备产品。5. 分析电力市场化的意义及带来的挑战，论述英国电力市场 POOL 模式和 NETA模式的主要特点、结构，你认为中国的电力改革应如何进行电力市场化的意义：通过建立电力市场，引入竞争、提高效率、降低电价、改善服务、持续发展。引入竞争机制，促使发电、输电、配电、销售等环节提高效率，降低成本，从而降低电价，提高供电可靠性，改善对用户的服务；利用市场的调节和激励机制，引导投资更趋合理化，促进资源优化和环境保护，形成持续发展的内在动力，
15、逐步形成良性循环。电力市场化的挑战：1）高效可靠的电能质量保证体系；2）多样化的交易主体；3）全面信息化的智能交易平台。英国电力市场 POOL 模式特点：1）对电力工业从根本上进行了结构改组，实现了发输配完全分开。2）属于一家输电公司与多家发电公司、零售公司的管理模式。 3）从发电到输配电，全部实现了私营化。4）广泛引入竞争：发电商以投标竞价的方式进行竞争；鼓励新的发电商进入市场；允许 引入购电侧的竞争。 5）改革使电力生产的成本和电价都大幅降低，电力市场充满活力。 同时，电力库模式也存在一些缺点：1）电力库的管理过于集中，成员资格是强制性的，不利于 公平、公开、公正的原则；2）少数发电商可以
16、操纵电价，造成价格走势不尽合理；3）投标和定价过于复杂；4）容量费用不能正确反映短期和长期容量需求等。结构：NETA 模式特点：1）细化市场，引入新的市场体系。NETA 模式主要以双边交易为基础，由发电商自行调度所属机组，而不再由 NGC 进行集中调度，拥有远期、期货和期权市场、短期双边市场和平衡市场三级交易系统，外加一个结算中心。2）削减 NGC 的功能。新的机制下，NGC 只负责平衡市场。3）开放各类市场，扩大用户参与。结构：由双边合同形式主导的市场, 合约双方包括发电商 , 配售电商, 电力用户以及输电系统运营商; 配售电商和发电商可就未来任何时候买卖电力签订合同, 允许电力合同的时间跨
17、度从当天 到几年以后; 输电系统运营商由国家电网公司负责, 接受电力投标竞价, 无论是远期期货市场还是短期双边市场, 其参与主体发电商、售电商、贸易商和用户之间均以双边协议贸易为基础, 可以任意签订电力买卖合同。中国电力市场改革：1）坚定不移地进行电力市场化改革，纠正电力市场中的扭曲; 2）定价机制要考虑中国国情，并为降低电价施加压力(政府估计批发电价大约可以下降 10 %) 3）必须保障即时或长期供电的可靠性; 4）提高电价的透明度, 使用户参与价格制定过程; 5）进一步促进电力市场竞争,尤其是要给燃用不同燃料的机组以公平竞争的机会; 6）鼓励有利于环境保护的发电项目, 如热电联产及可再生能
18、源发电等。7）电力市场化改革需要循序渐进8）市场机制应该有利于资源的优化配置, 有利于建设高效率、节约型的电力工业。6. 论述电力系统优化规划和优化运行所涉及的范围、方法，以某一种优化问题为例列出优化模型，包括目标函数、约束条件等电力系统规划就是确定在何时、何地增装何种类型的电力设备，以达到规划周期内所需要的电力供给能力，在满足各项技术指标的前提下使电力系统的费用最小。包括了电源规划、输电网规划和配电网规划等。电力系统优化运行就是在满足安全、可靠等技术指标（如 N-1、备用、稳定性、可靠性、电压、频率）的要求下，尽可能提高运行的经济型，即合理利用现有的资源和设备，以最小燃料费用或燃料耗量或运行成本或功率损耗等，对用户进行可靠且满意地供电。如机组负荷经济分配、机组最优启停、水火点调度、最优潮流、无功优化，配电网重构等。以网损最小的优化问题为例（单一目标函数优化模型）：Obj. min F= （2-1）2(,)1cos()lnkijijijijGVs.t. = 0 （2-2）0(,)fPQV（2-3）minaxminaxijjjgkgkTC（2-4）minmaxiiVQ其中， T 为选取分接头可调变压器变比，C 为补偿电容器容量，P,Q 分别为节点注入有功无功功率，V 为节点电压，Vg 为发电机端电压。（22）式为潮流方程约束， （23）式为控制变量约束， （24）式为状态变量约束。
