电网发展若干问题的 思 考

1. 电网发展若干问题的思 考 李天友 ltyxm@163.net 2013年5月

2. 推动电网发展方式改变的要素 • 环境保护 • 能源危机 • 技术进步 • 供电质量 • 电力监管

3. 目录 1、电源侧的新变化 2、用户侧的新要求 3、电网的资产管理问题 4、 电网的载荷效率问题

4. 我国分布式电源的发展 • 我国现有分布式电源多为容量较大的集中型电站，主要接入35kV及以上高压配电网，其并网和运行技术已比较成熟。 • 国家的《“十二五”能源发展规划》提出要大力发展靠近负荷布置的分布式风电、太阳能发电与天然气发电。 • 国家电网公司发布了《关于做好分布式发电并网服务工作的意见(暂行)》，提出2012年11月1日起，国内分布式光伏发电项目将可享受全程免费的并网服务，并可以自发自用、余量上网。 • 可以预见，未来将有越来越多的小型分布式电源接入中低压配电网。

5. 去年10月26日，国网公司在京召开加强分布式光伏发电并网服务电视电话会议暨新闻发布会，向社会发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，按照“支持、欢迎、服务”分布式光伏发电发展的工作方针。去年10月26日，国网公司在京召开加强分布式光伏发电并网服务电视电话会议暨新闻发布会，向社会发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，按照“支持、欢迎、服务”分布式光伏发电发展的工作方针。

6. 分布式电源的大量接入 • 发展可再生能源推动了分布式发电的发展，带来电力工业的一场新革命 • 分布式发电的大量接入给配电系统的规划设计、保护控制、运行管理带来了新课题 • 国家鼓励可再生能源发电，要求供电企业无条件保证其全额上网，配电网面临前所未有的挑战

7. 可再生能源---风能、太阳能 • 我国风能：陆地离地10m高度可开发的达2.53亿千瓦，海上可开发的风能储量月7.5亿千瓦，合计约10亿千瓦，相当50座三峡电站。截止2012年，并网装机增至63GW,超过美国成为风电第一大国。 2012年，我国光伏新增装机量达到4.8GW，同比增幅达到220%，总装机量达7GW。 • 欧盟国家达成一致目标：到2020年，可再生能源至少要占到能源生产和供给的20%。而要达到这一目标，可再生能源发电量需要达到总发电量的34%。 • 2011年6月法兰克福国际供电会议(CIRED)，德国介绍：该国至2050年电能80%以上来自可再生能源

8. 福建的新能源 • 风电资源丰富，陆上资源技术可开发量达607万kW。是全国最早开发风能资源的省份之一，1986年就建成平潭莲花山4*200kW。 • 目前，福建新能源并网装机容量139.54万千瓦，其中风电119.77万千瓦、生物质能19.31万千瓦、光伏发电0.46万千瓦 • 2012年，福建省风电场所发电量全部上网，累计发电28.03亿千瓦时，创下风电场平均利用2800小时的全国最高水平。

9. 4月10日中午，厦门市民杨先生自家楼顶 上的光伏发电工程正式并入厦门电网试运行。 福建第一个正式并入电网的个人光伏发电站。 • 杨先生“这次并网的是第一期工程， 容量为2.5千瓦，接下来再建7.5千瓦， 使发电能力达到10千瓦。 对投入和回报， 每千瓦的光伏发电投资约1万元，需要10年 左右才能收回成本，但光伏发电设备厂家 一般维保都在25年，那后面15年就是赚的了”

10. 分布式电源的大量接入给电网发展带来？ • 配电网从无源逐步演变为有源 • 带来电网的规划建设，运行管理，营销服务等变化 • 我们准备好了嘛？！

11. 80年代集中式的发电 现时较为分散的发电 • 分布式的CHP • 集中式的CHP • 风电 丹麦分布式电源的发展 • 丹麦发电行业在过去20多年的演变 • 丹麦在20世纪80年代中期还是一个集中式的系统

12. 德国光伏发电情况

13. 德国有源配电网的运行状况 • 到2012年8月底，德国的光伏装机容量超过了30GW，其中80%的容量从低压电网接入的； • 2012年5月25日中午，德国全国光伏发电功率达到21GW，约占当时全国负荷功率的40%，配电网已经成为一个名符其实的功率双向流动的有源网络 • 德国一些地区配电网的光伏装机容量已超过其平均负荷功率，有的甚至达到3倍以上。分布式电源高度渗透，给配电网的运行管理提出了新的挑战。 • 德国配电网在中午光伏发电的高峰时段，出现了阻塞现象；当电网频率与电压发生变化时，反孤岛保护动作，大量的光伏系统脱网，也给电力系统的稳定运行带来严重影响。

14. 目录 1、电源侧的新变化 2、用户侧的新要求 3、电网的资产管理问题 4、 电网的载荷效率问题

15. 用户侧对电网发展提出新要求 1）新用户---电动汽车 电动汽车的大量使用：一方面是充电问题；另一方面是可向电网反充电问题。 美国奥巴马能源新政关于电动汽车方面：大举投资于混合动力汽车、电动车等新能源技术，力争到2015年实现美国的混合动力汽车销量达到100万辆。 按照目前比亚迪E6电动汽车---20kW.h/辆 快充方式（20-60分钟）充电功率20-60kW 慢充方式（3-6小时） 充电功率4-6kW

16. 2）新要求---更高的供电质量 • 据美国能源部“今天的电力可靠性99.97%，仍然有停电和中断，每年至少要花费7500亿美元。” • 近20年来，通信和信息技术的发展。美国在20世纪80年代,内嵌芯片的计算机的系统、装置和设备,以及自动化生产线上的敏感设备负荷还很有限。而在今天，这部分电力负荷的比重已升至40%以上,预计2015年将超过60%，对电网的供电可靠性和电能质量提出了很高的要求。 • 美国电力科学院（EPRI）对未来20~30年用户对供电可靠性需求预测

17. 短时停电和电压扰动成为供电质量的主要问题 高科技数字设备得到广泛的应用，如可编程控制器、变频调速设备、接触器、计算机和数据库系统等敏感设备。这些设备那怕是瞬间的毫秒级的供电中断，都会造成生产线停顿、设备损坏、产品报废、数据丢失等严重事故，带来重大的经济损失。 短时停电 （3分钟内）问题：目前配网中大量存在。如瞬时性故障时的跳闸与重合闸成功操作、故障自动隔离与非故障区段恢复供电、变电所备自投装置动作等都会引起用户供电出现数秒到数分钟的停电。 据有关统计，目前在用户电能质量问题投诉中，由于电压骤降和短时中断原因造成的占80%以上。

18. 用户停电原因分布 • 我国供电质量远低于发达国家，绝大部分供电质量问题源于配电网。 中国城市用户平均停电时间与发达国家比较 停电原因大致分布

19. 电压骤降问题 • 电压骤降(voltage sag/dip)，IEEE 1159-1995定义为“额定系统频率下，电力系统某一处电压有效值突然下降至额定值的90%～10%(标称电压)，持续半个周期到1分钟，然后又恢复至正常电压的电压波动事件” 。 • 电网故障是引起电压骤降的主要原因

20. 故障引起的电压骤降

21. 电压骤降造成的影响 • 电压骤降具有发生频率高、影响大且发生原因不易察觉等特点。据统计，因电压骤降而引起的事故次数大约是因供电中断而引起的事故次数的10倍。对社会、用户的影响主要体现在以下三个方面： • （1）造成经济损失。当今半导体芯片制造厂、自动化精加生产线，几分之一秒的电压骤降就可能使生产停顿、设备损坏或出次品，可能造成百万美元的损失，这些用户对不合格电能的容许度严格到20~40个ms。

22. 电压骤降造成的影响 • （2）影响人们的工作与生活。例如，电压骤降可能造成个人电脑程序紊乱、数据丢失等；引起高温光源（碘钨灯）熄灭，造成公共场所失去照明；引起接触器脱扣或低电压保护启动，造成电动机、电梯停顿等。 • （3）造成设备损坏甚至人员伤亡。如医院中的一些医疗设备，用计算机系统进行脑外科、心血管外科、眼科等手术过程中发生电压骤降，可能造成手术设备不能正常工作因此带来严重的后果。

23. 电压骤降造成的经济损失 • 据芬兰学者的调查，单次电压骤降给工业、商业与公共场所用户造成的平均损失分别为1060、170与130欧元。 • X市电压骤降损失估算结果显示，该市的电压骤降损失主要集中在工业和商业用户，两个行业损失占87.4%，尤其是商业用户，损失比例为总额的56.8%；平均每次电压骤降的损失是4656元，商业最高，平均每次达6296元，工业用户次之，平均每次达6067元

24. 另一问题：短时停电 • X市109个重要用户 2008-2010年遭受 的停电事件 小于3分钟，占63.9% 超过1小时的,仅4次

25. 欧美国家对短时停电的定义 • 有着明确的时间界定，也列入供电可靠性的统计。 • 美国2003年发布的供电可靠性标准中将小于5 min的供电中断称为短时停电； • 欧洲国家有的规定为3 min，也有的采用1 min的标准。 • 2001年英国电力监管委员会发布的供电质量监管条例将持续停电的历时标准定为1 min ，后来为鼓励供电公司采用自动化技术提高供电可靠性，将标准调整为3 min ，因为在标准定为1 min 的这段期间内，供电企业因缺少适用的技术而放弃改进措施。

26. 我国对短时停电还缺乏认识 • 原能源部《供电系统用户供电可靠性统计办法》（[1991]363号）规定，“对供电系统停电时间不超过３min的各类操作（如调电操作、开关跳闸后试送成功等）不应视为对用户停电”。后来《供电系统用户供电可靠性评价规程》（DL/T836—2003号）删去了这条款，但在实际操作中，还是没有把短时停电纳入可靠性统计中。

27. 配电网运行中的短时停电现象 • 馈线重合闸：造成用户1.0~2.5 s的短时停电 • 备自投：变电站备用电源自动投入装置一般造成用户 3.0~3.5 s的短时停电，而配网开闭所则要5.0~6.0 s • 馈线自动化：一般造成用户数秒至1 min的短时停电 • 查找单相接地故障：对于小电流接地系统的配电网发生单相接地故障，为寻找故障点而试拉合馈线，一般造成用户20.0 s~1.5 min停电

28. 短时停电损失案例： • “丽水产业园区停电两秒损失200亿韩元 ”---2008.5.3下午4时35分，韩国丽水国家产业园区内五家大型石油化工厂发生了停电两秒钟左右的事故，造成了近200亿韩元的损失。事故原因是韩华石油化工厂内的避雷器故障。 • 据有关资料，每年美国企业因电力中断和电能质量问题所产生的成本超过1000亿美元，相当于用户每花1美元买电，同时还得付出30美分的停电损失。其中，仅扰动和断电（不计大停电）每年的损失就达790亿美元。 • 据Leonardo Energy（著名的电力文献网站）对欧洲8个国家的电能质量调查，在工业等领域，电能质量每年大概造成损失超过 150 亿英镑，而其中差不多60%的损失是由于电压骤降或短时中断（short interruption）引起的。 • 研究智能电网驱动力：不是电能的成本，而是电能不合格的成本!

29. 短时停电损失 美国EPRI的调查，在工业和数字经济行业，一次1s短时停电平均损失是1477美元，一次3min的平均损失是2017美元 X市的平均每次短时停电的损失是17000元，工业用户最高，平均每次损失达40802元；短时停电的经济损失主要集中在工业和商业用户，两个行业损失占96.3%。

30. 目录 1、电源侧的新变化 2、用户侧的新要求 3、电网的资产管理问题 4、 电网的载荷效率问题

31. 电网资产的特点 • 大，规模大、价值高 电网企业是资产资金密集型,省级电网资产几百亿至千亿 • 多，种类多 输变配,一二次,自动化,通信等 • 广，发布广 室外,野外,大街小巷,满山遍野! • 繁，变动频繁 特别是配电网 • 长，寿命周期长 几十年

32. 电网资产管理现状 1）实物管理与价值管理相分离 实物管理一般由运行管理部门建立台帐并且进行管理 维护检修.技术改造.直至退役 价值管理则是由财务部门建立资产台帐 因缺乏信息化支撑及内部管理流程等问题,长期存在: 帐卡物不符,设备异动而资产台帐不动 是设备管理，非资产管理

33. 2）电网生产与基建各部门分头管理，缺乏统一的资产管理体制2）电网生产与基建各部门分头管理，缺乏统一的资产管理体制 由于基建与生产标准不一致，片面强调初期投资的控制，造成生产必要的辅助设施没有同步建设，在变电站投产后的前4年常常进行生产辅助设施的技改大修，造成周期成本增加。

34. 3）受自然灾害影响严重 • 台风、雷害、冰灾、水灾等 • 08年年初的冰灾配电网受损图片：

35. 水灾： 前年6月上中旬以来，全省轮番遭受特大暴雨袭击，电网地质灾害造成输电线路4条500千伏线路17处、22条220千伏线路89处、37条110千伏线路71处、16条35千伏线路27处杆塔边坡发生地质塌陷、开裂、溜坡等灾害险情，给电网安全运行带来严重威胁，加固修复费用3亿多元。

36. 4）设备资产使用寿命短 以我省为例： 近几年来，公司110kV变压器共退役8台，退役变压器平均运行寿命为14.7年。

37. 110kV及以上断路器退役情况。 公司110kV断路器共退役43台，退役断路器平均运行寿命为10.8年。

38. 5）资产管理的信息化水平低 以我省为例， GPMS生产管理信息系统06年开始在省内广泛使用，06年前的各类历史数据难以追溯，影响了数据分析准确性。 现有固定资产管理系统与生产管理系统之间未建立数据交换，帐、卡、物不一致。ERP刚在全省范围内推广，生产设备维护成本统计以及设备与资产对应工作也刚起步，现有的数据不足以对资产全寿命周期成本做出合理的分析。 6）设备安全考核 大拆大换现象（花钱买安全！）

39. 国际电网企业的资产管理 • 1.资产管理是电网公司经营管理内容的核心 • 2.资产管理组织结构：绝大部分输电企业的总部都设有资产管理部，统筹电网设备实物和价值的管理 • 3．资产寿命管理：贯穿资产生命周期的全过程管理，从资产计划编制和投资、运行维护和整新、寿命到期替换和处置的整个寿命周期，综合分析确定资产的投资、维修、整新和更换策略，建立资产的风险和状态评估模型，开展资产健康水平持续评估，确保资产在可接受的风险范围内较长寿命的安全运行。因此，国外输变电设备的使用寿命普遍较长。

40. 国际大电网会议统计的电网资产寿命

41. 我省电网总资产近1000多亿元，按照目前输变电设备平均寿命20年，按照国家电网去年提出的“20年、40年、60年”的目标，和国际先进电网公司设备平均使用寿命45-50年，资产管理效益空间十分巨大！我省电网总资产近1000多亿元，按照目前输变电设备平均寿命20年，按照国家电网去年提出的“20年、40年、60年”的目标，和国际先进电网公司设备平均使用寿命45-50年，资产管理效益空间十分巨大！ 寿命管理仅是资产管理的一个方面。

42. 目录 1、 电源侧的新变化 2、用户侧的新要求 3、电网的资产管理问题 4、电网的载荷效率问题

43. 我国多数城市10kV配电线路和变压器的年平均载荷率低于30%我国多数城市10kV配电线路和变压器的年平均载荷率低于30% • 下图是中国南方和中部各一个城市配电网中压配电变压器和线路运行统计分析 平均负载率仅在25%左右

44. 两城市中压配变、线路年平均负载率曲线

45. 电网设备的整体运行效率 • 美国统计约55%。一年内仅有少数时间资产被完全利用 • 其中占整个电网总资产75%的配电网资产的利用率更低，年平均载荷率仅约44% • 再者是电网的损耗大。 • 由于几乎没有平衡负载或监控能流的智能系统，全球电网每年损失的电力足够印度、德国和加拿大使用一年。

46. 某省级电网2009年的年负荷曲线

47. 满足年运行438h的高峰负荷的电网投资 • 1800Mw的负荷在一年的5%时间(438h)内使用 • 为了满足1800Mw的负荷，电网的投入： • 变电容量：1800*1.8=3240MVA; • 500kV 1080MVA 单位造价：29.2万元/MVA;则3.15亿元 • 220kV 2160MVA 单位造价：40万元/MVA;则8.64亿元 • 线路：500kV 100km; 单位造价：185万元/km;则1.85亿元 • 220kV 200km; 单位造价：95万元/km;则1.9亿元 • 主电网合计投资15.54亿元 • 配电网还要配套至少30亿元,合计：45.54亿元！

48. 电网的载荷率不高和应对高（尖）峰负荷需大量的电网投资电网的载荷率不高和应对高（尖）峰负荷需大量的电网投资 • 传统的仅关注容载比是不够的 • 电网高效运行主要措施是: （1） 通过实时监测电网设备温度、绝缘水平、安全裕度等，在保证安 全的前提下增加传输功率，提高系统容量利用率 （2）通过对潮流分布的优化，减少线损，进一步提高运行效益; （3）在线监测并诊断设备运行状态，实施状态检修，延长设备使用寿命 （4）通过需求响应，削峰填谷，提高电网设备的运行效率

49. 居民不可平移 10% 28 % 工业 居民可 平 移 20 % 29% 商业 运行储备 13% 需求响应、平抑峰荷 • 现实系统中存在着大量能与电网友好合作的负荷。如空调，电冰箱，洗衣机等电器在电力负荷高峰（电价高）时段可以暂停使用。能够感知电网频率的波动，自动担负调频起到旋转备用，而且无需通信手段。 • 美国典型峰荷日峰荷期间各类负荷所占比重如下图 居民用电功率占到峰荷的30%，而其中2/3，即20%属于可与电网友好合作的负荷，其值超过占峰荷13％的旋转储备容量。

50. 结束语 • 发展可再生能源推动了分布式发电的发展，带来电力工业的一场新的革命。给电网的规划设计、保护控制、运行管理提出了新课题。 • 电压骤降和短时停电等供电质量扰动已成为现代供电质量的主要问题。 • 电网资产管理效益空间巨大，提高设备运行寿命是重点 • 仅关注容载比是不够的，电网的载荷率不高和应对高（尖）峰负荷带来大量的电网投资 • “新电源”、“新用户”、“新要求”是电网的新挑战和新使命。