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夜上海论坛 当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
夜上海论坛 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
夜上海论坛 2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
夜上海论坛 计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
夜上海论坛 通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
夜上海论坛 DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
夜上海论坛 通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
夜上海论坛 不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
夜上海论坛 变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
夜上海论坛 国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
夜上海论坛 由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
夜上海论坛 国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
夜上海论坛 2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
夜上海论坛 自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
夜上海论坛 国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
夜上海论坛 2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
夜上海论坛 电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
夜上海论坛 分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展,各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文夜上海论坛数量逐年增加,应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
夜上海论坛 在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
1.1常见的窃电方式
夜上海论坛 用户用电的信息全都记录在了电能表上,一些不法分子的窃电方法也全都是针对电能表的。比如:对电能表内部结构做一些技术上的调整,就能实现电表转速的减慢、停转或者反转,从而达到非法窃电的目的。笔者认为,现今的窃电措施主要体现在以下几个方面:第一,无表窃电。这种方式表现为用户没有经过批准私自接线或者恶意破坏已装的电能表,从而达到窃电的目的。第二,欠压窃电。这种方式是通过采用某种手段改变电表内部的电压线路或者造成线路故障使之计量异常来实施窃电的。第三,欠流窃电。这种方式是基于诸如二次开路等方法通过改变电表内部的电流回路使之电流异常,最终使电表会计量错误。第四,移相窃电。这种方式是通过改变电表内部的电压和电流相位或者采用其他方法扰乱正常的电流电压相位关系来实施窃电的。此外还出现了科技含量比较高的编程器窃电方式,具体是通过改变电能表的峰、平、谷的比例来避开高价时段,从而减低电费。
1.2非法窃电的特点探讨
夜上海论坛 现如今,非法窃电呈现出各种各样的特点。主要体现在:第一,主体多元化。以前的窃电主要是单个的用户,分布范围较小,社会危害程度低。但是随着社会的发展,各方各业迅速发展起来,尤其是一些大企业考虑到采取一些窃电措施可以节约大量的经济成本,这种情况下,其危害范围不断扩大,危害程度逐渐加深。第二,窃电的技术含量不断提升。第三,现在的窃电案件涉及的资金数额越来越大,动辄就上几万乃至百万。大规模的窃电不但对电力基础设施有极大损害,而且容易引发一系列的安全事故,形成窃电基础上的二次危害。
2非法窃电的原因和危害分析
夜上海论坛 2.1非法窃电的原因导致窃电的原因
夜上海论坛 是多样化的,但是主要集中在以下几个方面:第一,电力检查跟不上。近年来,电力需求不断增加,电力基础设施正在大规模建设。尽管电力系统在高速发展,但是与之配套的电力检查发展却有些滞后,一方面电力检查的人员队伍建设进展较小,另一方面,电力检查的技术标准没有及时的更新,导致用电检查的质量不断下降,一些窃电行为难以察觉。第二,反窃电的技术相对比较落后。由于窃电的科技含量不断增加,反窃电的技术措施必须及时跟进才能降低损失,但是现实情况是反窃电的技术仍然比较落后,甚至一些电力企业对有无窃电都无法正确的推算出来,也就难以做到及时跟踪、监控并采取措施加以治理了。此外,由于法律法规、电力企业职能改变、电力检查程序相对不完善等因素也造成了窃电问题频频发生。
2.2非法窃电的危害
毫无疑问窃电行为无论是对供电企业还是给社会都会造成一定的危害。首先,窃电会给供电企业带来巨大的经济损失,随着现在窃电行为涉及的资金数额不断加大,其经济损失也在逐渐的扩大,电能是电力企业获取经济收益的基础,正确的用电计量是电力企业正常收费的基本依据,窃电行为打破了这种关系,使电力企业蒙受了巨大的经济损失。其次,窃电行为对电力基础设施造成了一定的损害,对供电安全和用电安全都产生了消极的影响,埋下了许多安全隐患。现在,伴随着窃电行为数量的不断上升,电力事故和触电人员伤亡数量也在逐渐上升,这必须引起我们的极大关注。
夜上海论坛 3电力行业针对反窃电采取的有效措施
夜上海论坛 3.1窃电线索的获取窃电线索是发现窃电行为的基本前提
其获取的主要方法有:第一,抄表员凭借经验可以直接获取,一些比较明显的窃电行为比如:计量柜的封印被损坏、表计封印被开启等直接就可以通过抄表员的工作经验判断出来。第二,供电所的工作人员根据配电线路的损耗报表仔细核对电表的抄表记录,以发现存在问题的用电清单。比如:用户的用电量在相邻两个月内出现徒增或者徒减的情况。对问题比较大的,要对用户的用电情况仔细核对。第三,供电企业可以尝试与税务部门合作,通过计算企业产品单耗的平均值确定用户的用电范围,再与实际数据相比较,从而发现可疑的窃电对象。第四,采用某种奖励的形式鼓励广大的人民群众对窃电行为进行监督、举报。第五,供电企业可以采用定期检查或者不定期检查的方式对用电用户进行检查,或者各个供电所采用交互检查的形式,以便从中发现一些问题。
夜上海论坛 3.2反窃电的技术措施从技术原理上讲
窃电行为主要分为两大类:第一种是对用电计量设备动手脚,使之计量错误或计量实效;第二种是绕过计量装置进行窃电,比如:在计量装置前边的一次回路上偷接电路,绕过计量装置的计量,达到窃电的目的。据此我们可以针对性的采取一些技术措施:第一,对计量设备和计量柜都实行加封形式,计量设备加封以后安放在计量柜中。这样一来,从根本上杜绝了不法分子对计量装备做手脚的可能性。一旦封印被破坏或者采用偷接线路直接窃电的形式,都容易被电力工作人员直接察觉,获取窃电线索。第二,对一些装接容量比较大的企业用电用户,在此基础上还要采取附加的针对措施,比如:在计量柜门前再贴一个具有法律效力的专用封条等,封印条是否完好无损是判断是否存在窃电行为的重要依据。第三,禁止无表接电。对于低压的供电线路来说,采用绝缘化、电缆化的形式能有效的杜绝直接挂在电路上进行窃电的行为。第四,在变压器低压一侧到计量柜接入端采用电缆出线形式再加上一些技术措施,可以防范绕越计量装置进行窃电的行为。
夜上海论坛 3.3反窃电的组织措施
夜上海论坛 反窃电的组织措施主要是建立与电力基础设施相配套的检察队伍,主要包含了两个方面的考虑:第一,加强专业人员的引进。根据当地电力基础设施建设和发展的情况,不断引进电力检查的专业工作人员,使之在层次结构和年龄结构上有积极的调整和转变,以适应电力发展的人员需求。第二,加强企业内部技术人员的培训,不断提升业务水平。
4结语
夜上海论坛 摘要:将概率方法应用于电源规划,结合**省“十一五”规划进行发电可靠性评估和分析,对可靠性指标对应的经济性等问题进行综合技术经济比较分析,探讨2010年**电力系统发电可靠性指标的合理取值范围。
夜上海论坛 电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量的能力的量度。研究发电可靠性的主要目标是确定电力系统为保证有充足的电力供应所需的发电设备容量。其分析方法有确定性的和概率性的2种,国内目前通常采用的是确定性方法,而概率性方法能较好地综合各种因素的影响,其评估技术在国际上已经成熟。现阶段,我国发电系统可靠性指标标准还没有统一的规定,处于一种研究探索阶段。本文结合**电网“十一五”规划,对其发电可靠性进行评估和分析。
一、可靠性指标计算
夜上海论坛 预计2010年**省统调最大负荷为18200MW,用电量为93TW•h;统调主要电源装机容量为20222.7MW(不含三峡电站和恩施州)。可靠性指标计算结果如下:2010年**电力系统电力不足期望值HLOLE为33.61h/a,电量不足期望值EENS为26332.8MW•h/a。
夜上海论坛 二、敏感性分析
为分析各相关因素对发电可靠性指标的影响程度,特从以下几方面进行敏感性分析计算。
2.1负荷变化在其它各条件不变的情况下,最大负荷上下浮动,2010年**电力系统HLOLE值与负荷大小关系见图1所示。负荷敏感性分析图由图1可见,负荷变化对发电可靠性指标有着明显的作用,当最大负荷从推荐水平的120%减少时,HLOLE迅速降低,若负荷达到推荐负荷的105%,则HLOLE增加至基准负荷水平时的1.83倍;若负荷未达到推荐负荷水平(95%),则HLOLE仅为基准值的56.9%,HLOLE随负荷变化趋势减缓。由上可知,当负荷越处于高水平时,其变化对HLOLE的影响越大。由于负荷发展水平受多方面因素的影响,负荷预测不可能与实际一致。随着社会的发展,负荷越来越高,其较小的变化相对值,也会导致较大的绝对值变化,而且电源建设存在一定的周期。因此,更应重视负荷的中长期预测,使之更接近实际水平,另一方面也说明在电源规划中应确定合理的HLOLE的取值范围,使之具有一定的适应能力。
2.2电源装机由于电源建设项目受各方面因素影响较多,特别是在电力市场改革正在进行的今天,电源项目的投产期存在更多的不确定性。减少电源装机对HLOLE有一定的影响,但略低于负荷变化的影响;而增加电源装机对降低HLOLE的影响幅度小于因减少电源装机导致电力不足期望值增加的幅度,即系统装机容量越少,其变化对HLOLE的影响越大。从这一点也说明确定电力不足期望值的合理范围的重要性。
夜上海论坛 2.3等效可用系数通过提高现有机组的等效可用系数,相当于增加系统的可用容量,经济性方面优于新增机组方案。2005年**省火电机组的等效可用系数为91.90%,还具备一定的提高潜力。通过机组等效可用系数的浮动计算可知,随着等效可用系数的提高,HLOLE不断下降,在基准值上,可用系数平均降低4个百分点,相当于减少600MW的装机容量,而增加1个百分点,其效果接近于增加300MW的装机容量。因此加强技术水平和提高管理水平,提高机组的等效可用系数,在同样装机容量下,能有效地提高发电可靠性指标。
夜上海论坛 2.4强迫停运率2005年**省属机组等效强迫停运率为2.18%。由于各机组的强迫停运率本身不高,因此其变化时对可靠性指标的影响相对要小些。机组强迫停运率在基准值基础上,上下浮动30%对HLOLE的影响并不大,仅相差10%左右。即使机组强迫停运率增加一倍,对HLOLE的影响界于减少一台300MW机组和减少一台600MW机组之间;机组强迫停运率为零时,效果相当于增加一台300MW机组和增加一台600MW机组之间。
2.5电源结构**电力系统一个重要特点就是水电比重大,截止2005年底,**电力系统统调水电装机比重高达65.8%,随着三峡电站的建设投产以及水布垭等水电的开发建设,**电力系统水电比重仍将维持较高的比重。下面通过拟定不同的电源结构方案,其可靠性指标计算结果。可见,不同的电源构成对电力不足期望值HLOLE有影响,一般来看,相同装机容量下,火电装机容量比重高的系统其HLOLE要低一些,主要是因为水电存在受阻容量。从逐月计算结果看,火电装机容量比重高的系统枯水期HLOLE明显低于火电装机容量比重少的系统,主要是因为水电枯水期空闲容量的增加,使其可用装机减少。水火电的替代容量在0.875左右。当然,水电出力受各方面因素影响较多,计算结果与各个水电站有关,也与水电站的设计保证率有关。
2.6火电机组检修**电力系统水电机组检修一般安排在枯水季节,不影响电站出力。通过缩短火电机组的检修时间,可提高发电可靠性指标。火电机组检修周期提高30%,其效果相当于减少系统一台300MW的装机;而降低30%,其效果界于增加系统一台300MW和600MW的装机之间。
夜上海论坛 2.7与电力电量平衡程序计算结果对照现阶段,电源规划软件常用的是华中科技大学编制的《联合电力系统运行模拟软件(WHPS2000)》,因此,特对该软件计算结果与发电可靠性计算指标进行对照。注:表中备用系数不包含机组检修备用。可见,随着备用系数的取值不断下降,发电可靠性指标不断增大,也就表明系统的发电可靠性变差,基本上是备用系数降低0.01,发电装机可减少200MW,发电可靠性指标增加10%左右。由上述各计算结果可见,负荷水平和装机容量的变化对可靠性指标影响最大。从电源构成看,相同装机容量下,水电比重大的系统其可靠性要差些,2010年**省的水电替代容量在0.875左右,从这方面看,水电比重大的区域备用系数应高一些;从机组本身看,提高其等效可用系数比降低机组的强迫停运率的效果明显;另外,在可靠性指标计算中,检修是根据等备用原则安排,实际生产中,合理安排检修计划,提高机组的计划检修水平,逐步开展状态检修方法,也是提高发电可靠性的措施之一。
三、技术经济综合比较
任何可靠性水平总是与经济性密切相关,当电力系统越来越复杂、电力用户对供电质量的要求不断提高时,就需要用科学的可靠性理论来进行定量的研究。我国作为一个发展中国家,受到多种因素包括经济以及政治、社会因素的影响,一般认为可靠性指标的取值宜在1~2d/a之间。
停电损失与装机成本计算与发电可靠性有关的指标是由电能价格来维持的,发电可靠性并非越高越好,需综合考虑投资、停电损失及用户的电价承受能力。发电可靠性成本就是电源建设的投资成本以及运行成本,而可靠性效益计算却比较难,在进行成本-效益分析时,一般将可靠性效益计算转化为对用户的缺电成本计算。缺电成本计算与国民经济发展状况、国情、电力系统发展水平等多种因素有关,目前采用的有以下几种简单的估算方法。(1)按GDP计算,即按每缺1kW•h电量而减少的国民生产总值计算平均缺电成本。(2)按电价倍数计算,根据对各类用户进行缺电损失的调查和分析,用平均电价的倍数来估算缺电成本。如英国、法国、瑞典等。(3)按缺电功率、缺电量、缺电持续时间及缺电频率计算,如美国等。以下分析仅考虑上述第一和第二种方法。2005年**省每kW•h电量对应的GDP为9.62元,预计2010年停电损失费可达到12.3~15.5元/(kW•h);另一方面,目前,**省综合电价水平在0.4元/(kW•h)左右,按50倍电价水平计算得到停电损失费用约为20元/(kW•h)。根据国产2×600MW机组的造价水平,折算到每年的发电成本约为900元/kW•a-1。据此,我们可以算出装机变化成本与停电损失费用,进行成本-效益分析。可见,当停电损失费用取15元/(kW•h),装机成本始终超过停电损失;当停电损失费用取20元/(kW•h),按成本-效益分析,可减少装机容量在1800~2400MW之间;当停电损失费用取25元/(kW•h),可减少装机容量在1200~1800MW之间;当停电损失费用取30元/(kW•h),可减少装机容量在600~900MW之间;当停电损失费用取40元/(kW•h),可减少装机容量在0~300MW之间。