电力系统运行与控制论文范文高中

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计算机专业毕业论文范文 摘要: 能量管理系统(EM S) 是当代大电网运行不可缺少的手段， 但是我国各电力公司EM S 应用软件的实用化程度还较低。最近， 国家电力公司对于各调度部门的EM S 提出了实用化要求， 并提出了考核标准， 各调度部门都在为这一目标而努力。因国内网省调大部分采用国外的EM S， 不具备考核统计功能， 作者根据国调中心提出的实用化要求， 对湖北EM S 进行了EM S 考核监视管理系统的研究和实施。该系统深入 EM S 核心内部， 结合外部软件编程， 对EM S 的运行参数进行人工设置并对EM S 应用软件的运行状态及结果进行实时考核统计和控制。该系统对EM S 各应用软件进行了全方位、功能全面的自动不间断规范化考核监视， 为EM S 的实用化打下了坚实的基础。 关键词: EM S; 监控系统; 电力系统 中图分类号: TM 734 文献标识码:A 1 引言 在全国电网互联和电力市场的推动下， 为了对大电网的安全、优质、经济运行和环保及效益进行协调优化， 能量管理系统(EM S) 将会有一个更大的发展， 并将成为当代大电网运行不可缺少的手段。但是， 目前国内各电网的EM S 均缺乏全方位的， 功能全面的考核监视管理系统， EM S 的管理维护和考核监视主要是由运行人员手工完成， 自动化程度较低， 可靠性、准确性也较低。EM S 应用软件的使用和系统质量还有待时间的考验， 为进一步促进EM S 应用软件基本功能的实际应用， 充分发挥其在电网安全、优质、经济运行中的作用， 并配合中国一流电网调度机构考核验收来规范和指导基本功能的验收工作， 国家电力调度通信中心制定了EM S 应用软件基本功能实用要求及验收细则[ 1 ] ， 要求狠抓EM S 的实用化工作。笔者根据国调中心调自[1998 ]126号文 “关于印发《能量管理系统(EM S) 应用软件功能要求及其实施基础条件》(试行) 的通知”及其附件， 国调中心[ 1999 ]207号文“EM S 应用软件基本功能实用要求及验收细则”， 以及湖北省电力调度通信局自动化科制订的“EM S 考核监视管理系统功能规范”， 以湖北电网EM S 功能的实用化改进和考核管理为课题， 设计并建立了EM S 考核监视管理系统。 该考核监视管理系统在对EM S 应用软件的功能进行实用化改进的基础上， 可以对EM S 应用软件的运行状态及结果进行实时监视和控制， 自动计算及生成EM S 运行考核指标和报表。该考核监视管理系统可以显著地减少运行人员的分析计算工作量， 把运行人员从大量复杂、烦琐的数据检索和计算工作中解放出来， 提高了工作效率和准确性。通过对 EM S 各运行模块的监视和控制， 有效地改善了 EM S 的运行性能。该系统还可以将EM S 的实时运行状态， 中间计算信息及计算结果在Internet 网络上发布， 实现系统的无人值守及远程监控和故障诊断， 具有实用价值。该系统的研制成功为EM S 的实用化打下了坚实的基础， 充分发挥EM S 在电网安全、优质、经济运行中的作用。 2 EMS 考核监视管理系统原理和结构 考核监视管理系统硬件主要包括考核监视计算机、网络适配器和激光报表打印机等。其硬件配置如图1所示。考核监视计算机通过双网分别与EM S 和管理信息系统(M IS) 相连， 其中一个网出现故障时， 不影响系统的正常运行， 即具备双网切换能力。 图1 EMS 考核管理系统的硬件结构 F 1 Hardwares for superv isory con trol system of EMS 考核监视管理系统软件包括EM S 自动考核监视软件、考核指标统计管理软件和网上信息发布系统三部分。其流程图如图2所示。 考核监视管理系统从EM S 获取有关实时数据和运行状态信息， 通过标准网络数据通信接口， 将这些实时数据和运行状态信息传送到EM S 自动考核监视管理计算机。通过数据格式转换软件， 在本地机上建立考核管理系统专用实时数据库， 并完成数据的计算、统计、分析和处理， 生成报表、曲线等考核监视结果， 刷新考核管理系统本地实时数据库。将数据与管理信息系统(M IS) 共享， 在网上发布相关信息， 并根据需要发信给电子值班员。 图2 EMS 考核管理监视系统原理框图 F 2 Block diagram of superv isory con trol system of EMS 流程图的第一步是在EM S 上完成必须的源程序修改和程序编制， 这是专门针对湖北EM S 系统 (ABB S P I D E R 系统) 设计的。因为某些EM S 考核指标的统计信息在现有湖北电网EM S 的运行状况和输出条件下是无法得到的。为此， 针对EM S 源程序进行了修改和扩充。增加了EM S 的控制参数的设定和计算结果的输出。 3 系统主要功能 EM S 考核监视管理系统有如下具体功能: 1 EMS 计算数据的实时监视 1 母线平衡监视 计算厂站母线进出线路、变压器的有功功率和无功功率实时数据的代数值和净值。并将净值和门槛值进行比较， 筛选出母线不平衡的站。用排序方式， 按净值的偏差大小显示各厂站的站名、净值及其所属的量测分量。正常厂站用绿色显示; 净值偏差超过基准值的 0% 时， 用黄色显示; 净值偏差超过基准值的 0% 时， 则用红色显示。同时可用曲线方式分别显示各厂站的净值偏差。曲线密度为每个实时数据库数据刷新周期(目前定为1 m in) 1个点， 保存时间为3天， 曲线横纵坐标可在线修改。并监视净值更新情况， 若净值连续超过30 m in 不更新， 则可认为该路RTU 停运， 记录该路RTU 停运和恢复运行的事件。事件保存时间为2个月。如果全部RTU 不更新， 则提示运行人员EM S 系统死机或EM S 考核监视管理系统与EM S 的网络通信中断， 并将此全停信息送电子值班员告警。 2 线损监视 计算线路两侧有功功率实时数据的差值。并将差值和阈值进行比较， 筛选出线损异常的线路。用排序方式， 按净值的偏差大小显示各厂站的站名、净值及其所属的量测分量。正常数据用绿色显示; 净值偏差超过基准值的 0% 时， 用黄色显示; 净值偏差超过基准值的 0% 时， 则用红色显示。 3 变损监视 计算变压器两侧、三侧的有功功率实时数据的差值。并将差值和阈值进行比较， 筛选出变损异常的变压器。输出结果同线损输出结果类似。 4 电压合理性监视 计算多母线各段母线电压实时数据的差值。并将差值和阈值进行比较， 筛选出电压异常的母线。输出结果同线损输出结果类似。 5 遥信遥测的一致性监视 根据开关状态和线路潮流值相一致的原则， 筛选出位置异常的开关。即遥测不为零， 而遥信位置断开的开关和遥测为零， 而遥信位置闭合的开关。输出各个位置异常的开关的名称和实际状态。 6 遥信取反监视 监视实时系统中进行了遥信取反定义的开关。 输出进行了取反的开关的名称和实际状态。 2 EMS 模块运行状态监视 1 模块投运状态监视 湖北电网EM S 的应用软件包括实时数据快照模块(SN P)、状态量和模拟量的修正模块(SAR)、网络拓扑及模型建立模块(NMB )、母线计划模块 (BSK)、状态估计模块(SE)、网络参数更新模块 (N PU )、安全分析模块(SA )、网络灵敏度分析模块 (N S)、调度员潮流模块(DPF)、短期负荷预计模块 (SL F)、自动发电控制模块(A GC) 等功能模块。EM S 考核监视管理系统可以实时监视EM S 各模块的投运状态和控制模式， 并可以区别EM S 各模块投运状态和退出状态。在必要时候将模块退出运行的信息送电子值班员进行告警。可以区别EM S 的各种控制模式: 实时状态估计、实时调度员潮流、研究状态估计和研究调度员潮流的方式。对EM S 各模块的投运状态和控制模式的变化， 作为带时标事件记录下来， 保存时间为2年。 2 模块运行状态监视 实时监视EM S 各功能模块的运行状态。可以区别EM S 各模块的关闭状态、初始化状态、起动预备状态、请求执行状态、正在执行状态、超时状态、闭锁状态、执行完成状态、出错状态和停止状态等。在 EM S 应用监视器的流程图上， 标明各模块的运行状态。并将各模块运行状态的变化， 作为带时标事件记录下来， 保存时间为2年。统计各个模块连续处于出错状态的次数。并设置各模块的连续出错状态次数的限值， 若超过此限值则将出错信息送电子值班员进行告警。 3 模块计算中间结果分析 可以检查EM S 各功能模块软件运行过程中间出现的异常情况， 检查引起异常的原因， 并获取 EM S 各功能模块软件运行过程出现的信息。将其在网页上发布允许运行人员通过远程互连网进行监视和故障诊断。 4 模块计算结果监视 可以实时监视EM S 各功能模块的计算结果， 包括状态估计(SE) 和调度员潮流(DPF) 应用模块的迭代过程和收敛情况。并按月进行SE、DPF 软件收敛、不收敛资料的统计， 将统计资料保存2年。 3 模块运行的控制管理 可以对模块的控制方式进行在线设定， 并能够进行模块计算迭代过程和计算收敛精度的控制。这是对EM S 应用软件的源程序、画面和数据库进行改造， 调节改变有关算法的控制参数， 使运行人员可以直接在EM S 监视器画面上对状态估计和调度员潮流等模块计算的过程和计算的收敛精度进行控制。 4 EMS 计算结果的统计分析 对SE、DPF 模块的计算结果进行统计分析。按照不同电压等级量测类型基准值， 计算状态估计的估计值和调度员潮流的计算值的偏差， 自动查找不合格的计算点， 得到EM S 状态估计合格率指标和调度员潮流计算合格率指标。将计算结果和分析结果形成报表输出。 5 EMS 考核指标的管理 建立EM S 考核管理数据库， 根据EM S 数据库和统计的运行历史资料， 自动地逐次计算EM S 运行考核指标， 包括: ①状态估计覆盖率; ②状态估计月可用率; ③遥测估计合格率; ④单次状态估计计算时间; ⑤调度员潮流月合格率; ⑥调度员潮流计算结果误差; ⑦单次潮流计算时间; ⑧负荷预测月运行率; ⑨月负荷预测准确率; bk月最高(低) 负荷预测准确率。 6 EMS 考核管理的信息发布系统 EM S 考核管理的信息发布系统由当地机上的考核信息查阅管理软件和网上信息发布系统组成。通过建立EM S 考核监视管理系统主页， 将考核管理信息在网上发布。使运行人员既能在EM S 考核监视管理系统的本地机上查阅信息， 也能在通过网络进行网上查阅， 便于运行和管理人员查看。 EM S 考核监视管理系统在实现上述主要功能的基础上， 综合目前已有的A GC 运行统计功能， 作为EM S 考核监视管理系统的一个子系统。 4 系统特点 (1) EM S 功能的实用化改造 EM S 考核监视管理系统的考核管理范围很广， 实现的功能全面， 实用化程度高。其考核管理范围包括EM S 应用软件的所有功能模块。其实现的功能有: EM S 计算数据的实时监视、EM S 模块运行状态监视、EM S 模块运行的控制管理、EM S 计算结果的统计分析、EM S 考核指标的管理及EM S 考核管理的网上信息发布。这其中有一部分功能在现有湖北电网EM S 的运行状况和输出条件下是无法实现的。为此， 笔者针对EM S 源程序进行了详尽的分析， 并对相关模块的功能进行了修改和扩充。增加了 EM S 状态估计(SE) 和调度员潮流计算(DPF) 计算次数和收敛次数的统计结果， 并增加了SE 和DPF 的控制参数的设定功能。 (2) 全自动免人工在线维护 考虑到随着电力系统的不断扩展， 由EM S 管理的电力系统元件和设备将不断增加。若要求运行人员对EM S 考核监视管理系统进行手工维护， 势必将增加运行人员的工作量， 提高对运行人员的要求和降低EM S 考核监视管理系统的自动化程度、实用性及可靠性。为此， 本EM S 考核监视管理系统采取自动跟踪EM S 元件设备参数变化的方式， EM S 对新增线路、变压器、发电机、母线和厂站等遥测、遥信量， 均可以自动增加并进行监视考核。这使得运行人员无须深入了解、学习和掌握EM S 的数据结构和数据内容， 就可以熟练操作本系统， 满足了实用性和通用性的要求， 并提高了EM S 考核监视管理系统的可靠性。 (3) 系统自动不间断运行及错误监控 EM S 考核监视管理系统对EM S 服务器运行状态可以进行监视， 能够自动识别EM S 服务器的在线及备用状态， 并能够在EM S 服务器进行切换之后， 自动与其同步。而在EM S 单机服务器运行时， 自动由平常与EM S 备机服务器相连的工作模式改为与EM S 主机服务器相连， 继续对EM S 进行考核监视。EM S 考核监视管理系统具有自我运行监视软件模块， 一旦发现考核监视管理系统出现异常， 能够自动复位， 可以(在硬件环境条件允许的情况下) 对 EM S 的进行连续不间断的考核监视。 5 结束语 EM S 考核监视管理系统于2000年8月初设计实现后， 进行了全面测试并投入试运行。测试和试运行结果表明EM S 考核监视管理系统的各项功能均已实现， 计算结果准确可靠。EM S 考核监视管理系统能自动发现EM S 系统计算数据的非正常数据， 各模块的出错状态。可以对EM S 的状态估计模块和调度员潮流计算模块的计算过程和计算结果进行控制。EM S 考核监视管理系统满足了EM S 运行管理人员进行EM S 计算数据分析， 运行状态监视、计算过程及结果分析和EM S 考核指标及报表的统计计算的需要， 可代替由运行人员手工进行的繁重而复杂的数据检索和计算， 保证计算的可靠性和准确性， 自动生成EM S 考核指标及报表， 减少了形成EM S 考核指标及报表的人为主观因素和由此可能产生的误差， 大大节省了时间， 提高了工作效率。该系统为 EM S 的实用化打下了坚实的基础， 有助于EM S 充分发挥其在电网安全、优质、经济运行中的效益。 该EM S 考核监视管理系统的硬件设备包括考核监视计算机、网络适配器和激光报表打印机， 考核监视计算机可以是一台高性能的商业机或工控机实现。整个系统的硬件设备配置经济， 具有很高的性价比。该系统的软件部分除了针对湖北电网EM S (ABB SP IDER 系统) ， 对其某些应用软件进行了修改和数据格式转换外， 其它功能模块均为通用型标准化设计， 适用于其它各种类型的EM S。因此该 EM S 考核监视管理系统有较高的推广应用价值。

有章不循是电力企业安全生产的最大的隐患 电力安全生产是电力企业一项十分关键的工作。是做好一切工作的前题。我们各级管理人员都要充分认识安全生产的极端重要性，要认真落实"安全第一，预防为主，综合治理"的方针，认真分析生产中存在的薄弱环节。安全局面的不稳定，固然有许多客观原因，但主观问题的存在是最根本的原因。大量的实践证明，有章不循现象是电力企业安全生产的最大隐患，应该引起我们全体员工的重视和思考。 一、它产生的具体原因是什么 (一)领导认识不到位，灌输教育不彻底，安全生产是电力生产的基础，是电力生产永恒的主，但个别领导不能把安全生产重要性的理念灌输到员工中去，致使部分员工一方面认为安全的规章制度定得太苛刻，不理解;另一方面在思想上不重视，从而重突击、轻平时，重检查、轻整改，使安全生产说起来重要、做起来次要、干起来不要。有的企业在安全管理上，不能横到边、纵到底;在安全教育上，不能达到自上而下灌输与自下而上的落实互动，安全责任压力不能全部传递到每一个员工。归纳起来有以下几种情况:一是安全培训不到位，安全活动流于形式。对员工的安全意识教育缺乏耐力和手段，安全培训缺少计划性、针对性的内容，培训得不到实效;安全活动流于形式，管理人员不能按规定参加下级学习活动，班组学习只是念文件或编记录、走过场，应付检查，安全生产要求处于棚架状态。二是安全管理上存在骄傲自满的心理，对安全形势盲目乐观，缺乏忧患意识，尤其在较长时间的安全稳定运行面前丧失警惕性，同时只重视主业而忽视了"三产"的管理，没有把"三产"外部项目的管理纳入到主业管理体系，造成外包项目管理松懈，违章成风。三是缺乏严、细、实的工作作风。在严管上宽松，出现违章造成事故时只要下边说情，就会网开一面，下不为例，既往不咎;也有干活越多违章和出事故的机率越大的想法，能宽则宽，不能严格要求按奖惩办法执行，致使责任人不能得到有效的处罚，纵容违章;在实管上放纵，存在岗位安全责任不落实、违章指挥、凭经验办事的现象。四是安全设施的投入不到位。过多考虑成本控制，存在现场安全工器具和检修工器具落后、不能正常投入，初设标准和现行安全标准对照有一定差距的问题。 (二)规章制度杂多，制定随意性大，熟悉了解难度大。上级下发的安全生产规章制度本身比较多，加之企业本身的补充规定和细则更是又多又长，延长了记忆和掌握的过程、遵循和落实的时间;有些人不注重学习，尤其是第一责任人、安全员对安全生产制度规定一知半解，导致执行上扭曲和不到位。同时还存在随意制定规章制度，产生了一个将军一个令的现象，使安全生产制度缺乏连贯性和一致性，员工无所适从;加之缺乏有效的安全生产管理，执行滞后，使各级岗位安全职责落实不到位。 (三)制度本身的不公正、不平等，放大了执行难度。有些企业对违反安全生产规章制度的人和事，不是按照"四不放过"原则，不是一视同仁，而是有亲有疏、有轻有重、有严有松，挫伤了部分员工遵章守纪的积极性;有些规章本身带有不平等，执行中只管员工不管领导，造成上行下效，放大了违章纠章难度，使规章制度难以落实和执行。 (四)制度执行不较真、不碰硬，助长了有章不循。有些企业对安全生产违章现象睁只眼闭只眼，不出事无人发现，发现了也无人管、无人查，甚至相互推诿扯皮，谁也不愿做得罪人的事;出了事，先是能瞒则瞒、能捂则捂，瞒不住、捂不了，则大事报小、小事报了;对事故责任有关人员的处理，前怕狼后怕虎，当惩不惩、当严不严，助长了有章不循的歪风。 (五)员工的思想障碍、行为偏差，造成了有章难循。一些员工的思想中存在侥幸心理，认为偶尔违章一次不一定出事故，过去也是这样干的就没发生问题;存在莽撞心理，工作不细致，不认真按工作票上的危险点分析去做，甚至根本就不去看危险点的内容盲目开工、冒险蛮干;存在投机心理，耍小聪明，投机取巧，隔项操作，但往往弄巧成拙;存在浮躁心理，心态不平衡、轻率、急躁，不按规程和程序操作，急于把活干完;存在疲惫心理，过度疲劳或受到某种刺激心情不好，体力、智力和情绪处于压抑状态，思想不集中，反应迟钝从而导致误操作;存在逆反心理，对领导不满意，对安排的工作不舒心、不服气、闹别扭，或认为"标准"、"措施"太烦琐、太束缚人，从而产生抵触情绪。这些情绪的存在，导致在安全生产上有章难循，成为造成违章和事故不可忽视的因素。 二、解决问题的办法 (一)加强安全教育，使员工从"要我安全"向"我要安全"转变 要着眼员工的安全心理进行安全教育。一要自上而下宣传贯彻上级的安全理念。管理人员特别是安全生产第一责任人，首先要把上级的安全理念、安全工作规定按照三级管理体制自上而下地贯彻、落实，然后再自下而上地检查落实情况，防止中间棚架现象;要下潜，重心下移，了解生产一线设备、人员的状况，对安全生产、重大危险源、员工的思想动态做到心中有数，要按照集团公司、分公司的要求做好安全生产责任制的落实。二要抓好安全培训和安全活动日的工作。首先要制定出安全培训计划并分层次、分类别、分时间段地制定对员工、外来工、新进厂人员的培训等，使安全培训工作正常化、重点化;要开展员工能够接受的多种形式的安全生产活动日活动，如安全讲座、事故演习、安全知识竞赛、安全技能训练、事故通报学习、违章分析与反思、每周的安全生产分析总结等;安全监督人员和各单位的一把手要亲自过问计划制定，参加班组安全日活动，督促文件精神的领会落实，通过每周半天、每年近一个月的学习，逐步提升全员的安全意识。三要利用安全心理效应抓好安全教育的重点培训。要从安全心理出发，抓住员工的安全心理倾向，抓住不同时期员工的安全心理状态，抓住不同类型员工的安全心理活动，进行因时、因人、因势而异的安全教育，形成安全心理共鸣，强化自我保护意识，使员工产生"我要安全"的强烈意识和行为。 (二)要把握员工的安全行为贯彻安全制度。要从员工的角度出发，根据工作性质不同、多工种联合、多工序交叉、多环节衔接作业的特点，把握员工生产过程中的安全行为。一要以人为本，进行人文关怀。要带着感情去抓安全，从关心员工的生命和家庭幸福出发去抓安全，用身边的事故教育身边的员工，使员工把违章造成的后果入脑、入心，造成"违章"心理障碍，不愿违章、不想违章、不去违章、不敢违章。二要建立健全安全机制，完善各种规章制度，督促和支持规章制度的执行。任何人在制度面前一视同仁，没有特权。在个人自我保护制度上，要强调员工的特权，即有权对违章的生产指挥不执行。同时加强各级安监人员的能力建设，落实他们的待遇，支持他们的工作，并由企业效能监督来检查他们的尽职尽责情况，形成对安全监督人员的闭环管理，从而从人文关怀上、制度上确立员工的主观能动性，从内因产生"我要安全"的行为，自觉地遵守安全规章制度，自觉地进行安全保护。 安全生产过程管理从安全制度建立、安全教育管理、安全监督管理、分析处罚管理到事故后管理应该是闭环管理过程，在监管过程中要挤干其中的水分，杜绝、避免事故后管理，因此在监管过程中要做到:一是安全意识上不掺假。二是安全投入上不掺假。三是安全检查不掺假。四是事故处理上不掺假。 (三)齐抓共管充分发挥各级人员的监督作用 要坚持"安全第一，预防为主、综合治理"的方针，党政工团齐抓共管，充分发挥企业经营层、中层管理人员、安监部专工、部门安全员、班组安全员的层层监督作用，使有章不循现象一出现就能及时发现、一发现就能及时纠正，真正做到防患于未然。一是要充分发挥安全监督委员会的主体监督作用。二是要发挥安全监管部门的监管职责作用。依法搞好综合监督管理，监督、指导、协调安全生产工作，加大全面监管力度，确保安全生产监管不缺位、不错位、不越位，及时发现和纠正有章不循的问题。 面对安全生产的有章不循现象，只要能够自上而下地提高认识，树立"任何事故都是可以避免的"安全理念，以员工的安全心理和安全行为为抓手，以安全生产的过程管理为重点，形成事事有人关、安全人人抓的良好局面，就杜绝安全隐患，确保安全生产无事故，真正做到有章可循。

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摘 要随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。[关键词] 变电站、负荷、输电系统、配电系统、高压网络、补偿装置

电力系统运行与控制论文范文

一般电力系统及其自动化毕业论文，就是要你设计一个变电站，你可以参考别人以前的毕业设计，做好后，请你的导师指导指导，再修改修改，就可以了，不需要费太多的功夫。

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电力系统运行与控制论文范文初中

有章不循是电力企业安全生产的最大的隐患 电力安全生产是电力企业一项十分关键的工作。是做好一切工作的前题。我们各级管理人员都要充分认识安全生产的极端重要性，要认真落实"安全第一，预防为主，综合治理"的方针，认真分析生产中存在的薄弱环节。安全局面的不稳定，固然有许多客观原因，但主观问题的存在是最根本的原因。大量的实践证明，有章不循现象是电力企业安全生产的最大隐患，应该引起我们全体员工的重视和思考。 一、它产生的具体原因是什么 (一)领导认识不到位，灌输教育不彻底，安全生产是电力生产的基础，是电力生产永恒的主，但个别领导不能把安全生产重要性的理念灌输到员工中去，致使部分员工一方面认为安全的规章制度定得太苛刻，不理解;另一方面在思想上不重视，从而重突击、轻平时，重检查、轻整改，使安全生产说起来重要、做起来次要、干起来不要。有的企业在安全管理上，不能横到边、纵到底;在安全教育上，不能达到自上而下灌输与自下而上的落实互动，安全责任压力不能全部传递到每一个员工。归纳起来有以下几种情况:一是安全培训不到位，安全活动流于形式。对员工的安全意识教育缺乏耐力和手段，安全培训缺少计划性、针对性的内容，培训得不到实效;安全活动流于形式，管理人员不能按规定参加下级学习活动，班组学习只是念文件或编记录、走过场，应付检查，安全生产要求处于棚架状态。二是安全管理上存在骄傲自满的心理，对安全形势盲目乐观，缺乏忧患意识，尤其在较长时间的安全稳定运行面前丧失警惕性，同时只重视主业而忽视了"三产"的管理，没有把"三产"外部项目的管理纳入到主业管理体系，造成外包项目管理松懈，违章成风。三是缺乏严、细、实的工作作风。在严管上宽松，出现违章造成事故时只要下边说情，就会网开一面，下不为例，既往不咎;也有干活越多违章和出事故的机率越大的想法，能宽则宽，不能严格要求按奖惩办法执行，致使责任人不能得到有效的处罚，纵容违章;在实管上放纵，存在岗位安全责任不落实、违章指挥、凭经验办事的现象。四是安全设施的投入不到位。过多考虑成本控制，存在现场安全工器具和检修工器具落后、不能正常投入，初设标准和现行安全标准对照有一定差距的问题。 (二)规章制度杂多，制定随意性大，熟悉了解难度大。上级下发的安全生产规章制度本身比较多，加之企业本身的补充规定和细则更是又多又长，延长了记忆和掌握的过程、遵循和落实的时间;有些人不注重学习，尤其是第一责任人、安全员对安全生产制度规定一知半解，导致执行上扭曲和不到位。同时还存在随意制定规章制度，产生了一个将军一个令的现象，使安全生产制度缺乏连贯性和一致性，员工无所适从;加之缺乏有效的安全生产管理，执行滞后，使各级岗位安全职责落实不到位。 (三)制度本身的不公正、不平等，放大了执行难度。有些企业对违反安全生产规章制度的人和事，不是按照"四不放过"原则，不是一视同仁，而是有亲有疏、有轻有重、有严有松，挫伤了部分员工遵章守纪的积极性;有些规章本身带有不平等，执行中只管员工不管领导，造成上行下效，放大了违章纠章难度，使规章制度难以落实和执行。 (四)制度执行不较真、不碰硬，助长了有章不循。有些企业对安全生产违章现象睁只眼闭只眼，不出事无人发现，发现了也无人管、无人查，甚至相互推诿扯皮，谁也不愿做得罪人的事;出了事，先是能瞒则瞒、能捂则捂，瞒不住、捂不了，则大事报小、小事报了;对事故责任有关人员的处理，前怕狼后怕虎，当惩不惩、当严不严，助长了有章不循的歪风。 (五)员工的思想障碍、行为偏差，造成了有章难循。一些员工的思想中存在侥幸心理，认为偶尔违章一次不一定出事故，过去也是这样干的就没发生问题;存在莽撞心理，工作不细致，不认真按工作票上的危险点分析去做，甚至根本就不去看危险点的内容盲目开工、冒险蛮干;存在投机心理，耍小聪明，投机取巧，隔项操作，但往往弄巧成拙;存在浮躁心理，心态不平衡、轻率、急躁，不按规程和程序操作，急于把活干完;存在疲惫心理，过度疲劳或受到某种刺激心情不好，体力、智力和情绪处于压抑状态，思想不集中，反应迟钝从而导致误操作;存在逆反心理，对领导不满意，对安排的工作不舒心、不服气、闹别扭，或认为"标准"、"措施"太烦琐、太束缚人，从而产生抵触情绪。这些情绪的存在，导致在安全生产上有章难循，成为造成违章和事故不可忽视的因素。 二、解决问题的办法 (一)加强安全教育，使员工从"要我安全"向"我要安全"转变 要着眼员工的安全心理进行安全教育。一要自上而下宣传贯彻上级的安全理念。管理人员特别是安全生产第一责任人，首先要把上级的安全理念、安全工作规定按照三级管理体制自上而下地贯彻、落实，然后再自下而上地检查落实情况，防止中间棚架现象;要下潜，重心下移，了解生产一线设备、人员的状况，对安全生产、重大危险源、员工的思想动态做到心中有数，要按照集团公司、分公司的要求做好安全生产责任制的落实。二要抓好安全培训和安全活动日的工作。首先要制定出安全培训计划并分层次、分类别、分时间段地制定对员工、外来工、新进厂人员的培训等，使安全培训工作正常化、重点化;要开展员工能够接受的多种形式的安全生产活动日活动，如安全讲座、事故演习、安全知识竞赛、安全技能训练、事故通报学习、违章分析与反思、每周的安全生产分析总结等;安全监督人员和各单位的一把手要亲自过问计划制定，参加班组安全日活动，督促文件精神的领会落实，通过每周半天、每年近一个月的学习，逐步提升全员的安全意识。三要利用安全心理效应抓好安全教育的重点培训。要从安全心理出发，抓住员工的安全心理倾向，抓住不同时期员工的安全心理状态，抓住不同类型员工的安全心理活动，进行因时、因人、因势而异的安全教育，形成安全心理共鸣，强化自我保护意识，使员工产生"我要安全"的强烈意识和行为。 (二)要把握员工的安全行为贯彻安全制度。要从员工的角度出发，根据工作性质不同、多工种联合、多工序交叉、多环节衔接作业的特点，把握员工生产过程中的安全行为。一要以人为本，进行人文关怀。要带着感情去抓安全，从关心员工的生命和家庭幸福出发去抓安全，用身边的事故教育身边的员工，使员工把违章造成的后果入脑、入心，造成"违章"心理障碍，不愿违章、不想违章、不去违章、不敢违章。二要建立健全安全机制，完善各种规章制度，督促和支持规章制度的执行。任何人在制度面前一视同仁，没有特权。在个人自我保护制度上，要强调员工的特权，即有权对违章的生产指挥不执行。同时加强各级安监人员的能力建设，落实他们的待遇，支持他们的工作，并由企业效能监督来检查他们的尽职尽责情况，形成对安全监督人员的闭环管理，从而从人文关怀上、制度上确立员工的主观能动性，从内因产生"我要安全"的行为，自觉地遵守安全规章制度，自觉地进行安全保护。 安全生产过程管理从安全制度建立、安全教育管理、安全监督管理、分析处罚管理到事故后管理应该是闭环管理过程，在监管过程中要挤干其中的水分，杜绝、避免事故后管理，因此在监管过程中要做到:一是安全意识上不掺假。二是安全投入上不掺假。三是安全检查不掺假。四是事故处理上不掺假。 (三)齐抓共管充分发挥各级人员的监督作用 要坚持"安全第一，预防为主、综合治理"的方针，党政工团齐抓共管，充分发挥企业经营层、中层管理人员、安监部专工、部门安全员、班组安全员的层层监督作用，使有章不循现象一出现就能及时发现、一发现就能及时纠正，真正做到防患于未然。一是要充分发挥安全监督委员会的主体监督作用。二是要发挥安全监管部门的监管职责作用。依法搞好综合监督管理，监督、指导、协调安全生产工作，加大全面监管力度，确保安全生产监管不缺位、不错位、不越位，及时发现和纠正有章不循的问题。 面对安全生产的有章不循现象，只要能够自上而下地提高认识，树立"任何事故都是可以避免的"安全理念，以员工的安全心理和安全行为为抓手，以安全生产的过程管理为重点，形成事事有人关、安全人人抓的良好局面，就杜绝安全隐患，确保安全生产无事故，真正做到有章可循。

摘要：电气自动化在水电站中的应用主要体现在水电站的自动化方面，本文在此基础上阐述了水电站自动化的作用和内容，并进一步分析了设备选型及自动化设计。　　关键词：电气自动化 水电站 应用　　一、引言　　随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，电气自动化在水电站中也得到了广泛应用，这又主要体现在水电站的自动化方面。水电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部分，是利用计算对整个水电生产过程监控的“耳目”“手脚”，它担负自动监测机组和辅助设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。水电站自动化的程度取决于电站的规模，电站的型式及主要机电设备的性能。　　水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人(或少人)直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。水电站自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。　　二、水电站自动化的内容　　水电站自动化的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化包括完成对水轮发电机组运行方式的自动控制、完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视、完成对辅助设备的自动控制、完成对主要电气设备的控制、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视几个方面。　　(一)完成对水轮发电机组运行方式的自动控制　　一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。　　(二)完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视　　如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时。迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。　　(三)完成对辅助设备的自动控制　　包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。　　(四)完成对主要电气设备(如变压器、母线及输电线路等)的控制、监视和保护。　　(五)完成对水工建筑物运行工况的控制和监视　　如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护(指引水式电站)等。中心

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引 言燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术，国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。一 燃料电池发电的技术特点和应用形式1技术特点燃料电池发电是在一定条件下使燃料(主要是H2)和氧化剂(空气中的02)发电化学反应，将化学能直接转换为电能和热能的过程。与常规电池的不同：只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。与常规的火力发电不同，它不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。与常规发电相比燃料电池具有以下优点：(1)理论发电效率高，发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50一60％，组成的联合循环发电系统在(10—50)MW规模即可达到70％以上的发电效率。(2)污染物和温室气体排放量少。与传统的火电机组相比，C02排出量可减少40％一60％。Nox(＜2ppm)和SOx(＜1ppm)排放量很少。(3)小型高效，可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。(4)低噪音。在距发电设备3英尺(1．044米)处噪音小于60dB(A)。(5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。(6)变负荷率高。变负荷率可达到(8％一lO％)／min，负荷变化的范围大(20一120)。(7)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。(8)模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短。(9)占地面积小，占地面积小于lm2／KW。(10)自动化程度高，可实现无人操作。总之，燃料电池是一种高效、洁净的发电方式，既适合于作分布式电源，又可在将来组成大容量中心发电站，是2l世纪重要的发电方式。制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是：高价格和寿命问题。2燃料电池的应用形式(1)现场热电联供，常用的容量为200KW一1MW。(2)分布式电源，容量比现场用燃料电池大，约(2—20)MW。(3)基本负荷的发电站(中心发电站)，容量为(100—300MW)。(4)燃料电池还可用于100W—100KW多种可移动电源、便携式电源、航空电源、应急电源和计算机电源等。二 为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术1采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率的重要途径之一以高温燃料电池组成的联合循环发电系统，可使发电效率达到60—75(LHV)，这一目标将在2005年左右实现。预计到2010年，发电效率可超过72％。煤气化燃料电池联合循环(IGFC)的发电效率可达到62％以上。以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85％以上。燃料电池本体的发电效率基本不随容量的变化而变化，这使得燃料电池既可用作小容量分散电源，又可用于集中发电应用范围广泛。2燃料电池发电可有效地降低火力发电的污染物和温室气体排放量燃料电池发电中几乎没有燃烧过程，NOx排放量很小，一般可达到(O．139一0．236)kg／MW?h以下，远低于天然气联合循环的NOx排放量(1kg／MW?h一3kg/MW．h)。由于燃料进入燃料电池之前必须经过严格的净化处理，碳氢化合物也必须重整成氢气和CO，因此，尾气中S02、碳氢化合物和固态粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。与常规燃煤发电机组相比，C02的排放量可减少40％一60．在目前CO2分离和隔绝技术尚不成熟的状况下，通过提高能源转换效率减少CO2排放是必然的选择。3采用燃料电池发电可提高供电的灵活性和可靠性燃料电池具有高效率、低污染、低噪声、模块化结构、体积小、可靠性高等突出特点，是理想的分布式电源。与目前一些可做为分布式电源的内燃机相比，燃料电池的发电效率更高、污染更低。在250KW—lOMW的功率范围内，具有与目前数百兆瓦中心电站相当甚至更高的发电效率。作为备用电源的柴油发电机由于污染和噪声大不宜在未来的城市中应用。低温燃料电池不仅发电效率高，而且启动快、变负荷能力强，是很好的备用电源。现代社会对供电的可靠性和环境的兼容性要求越来越高，高效、低污染的分布式电源系统日益受到重视。近年来美国、加拿大、台湾相继发生因自然灾害或人为因素造成的大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电，给社会和经济造成了巨大的损失。北约轰炸南联盟，使电力系统严重受损。这些由不可抗力引起的电网破坏无不使人引发出一个重要的思考：提高我国电力系统供电的可靠性和供电质量，虽然主要依靠电网的改造和技 术革新，但如果在电网中有许多分布式电源在运转，供电的可靠性将会大大提高。 对于象军事基地、指挥中心、医院、数据处理和通讯中心、商业大楼、娱乐中心、政府要害部门、制药和化学材料工业、精密制造工业等部门，对电力供应的可靠性和质量要求很高。目前采用的备用电源效率低、污染严重、电压波动大。而采用燃料电池作为分布式电源向这些部门提供电力，会使供电的可靠性和电力质量大大提高。他们将是燃料电池发电技术的第一批用户。对于边远地区，负荷小且分散，若建设完善的电网，不仅投资大，线损大，且电网末端地区电力质量不稳定。对于这些区域若辅助燃料电池发电的分布式电源，更能有效地解决这些地区的电力供应问题。燃料电池的重量比功率和体积比功率均比常规的小型发电装置大，因此，它也是理想的移动电源，适合于各种建设工地、野外作业和临时急用。4发展燃料电池发电技术是提高国家能源和电力安全的战略需要美国已将燃料电池发电列为国家安全关键技术之一。美、日之所以能在燃料电池技术方面处于世界领先地位，与国家从战略高度予以组织、资助和推动密不可分。在目前复杂的国际环境下，高技术的垄断日趋严重，掌握清洁高效发电的高新技术对未来国家的能源和电力安全具有重要的战略意义，而燃料电池发电技术，正是这种高效清洁的高新发电技术之一。燃料电池突出的优点，以及发达国家竟相投入巨资研究开发的行动，足以说明燃料电池发电技术在21世纪会起到越来越重要的作用。5发展燃料电池发电技术是国电公司“加强技术创新，发展高科技，形成高新技术产业”的需要燃料电池发电技术是电力工业中的高新技术，己受到普遍重视。美国燃料电池发电技术的研究开发主要由美国能源部组织实施，其中一个重要的目的就是形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力。日本的东京电力公司、关西电力公司及其它公用事业单位是日本燃料电池开发及商业化的主要承担者和推动者，其目的也是为电力公司注入新的经济增长点以获得巨大的经济效益和社会效益。国家电力公司处在完成“两型”、“两化”、“进入世界500强”的历史时刻，恰逢党中央国务院号召全国各行业“加强技术创新，发展高科技，实现产业化”的有利时机，在国家电力公司内不失时机地进行燃料电池发电技术的研究开发是非常必要的。采取引进、消化、吸收和再创新的技术路线，以高起点，在尽可能短的时间内初步形成自主产权的燃料电池发电关键技术，不仅可以使我国在燃料电池发电技术领域与国外的差距大大缩小，而且，对国家电力公司进行发电系统的结构调整、技术创新、形成高新技术产业、实现跨越式发、提高国际竞争能力都具有非常重要的意义。6燃料电池发电技术在我国有广阔的发展前景未来二十年，随着我国“西气东送”，全国天然气管网的不断完善及液化天然气(LNG)的广泛应用，燃用天然气的燃料电池发电将会有很大市场。煤层气也是燃料电池的理想燃料。我国丰富的煤层气资源也将是燃料电池发电的巨大潜在能源之一。燃料电池可与常规燃气一蒸汽联合循环结合，形成更高效率的发电方式。与煤气化联合循环(IGCC)结合，形成数百兆瓦级的大型、高效、低污染的中心发电站，比IGCC效率更高，污染更小。燃料电池可与水电、风电和太阳能发电等结合，在高出力时，利用电解水制氢，低出力时用燃料电池发电，达到既储能，又高效发电的目的。采取气化或厌氧处理的方法将生物质变为燃料气，通过燃料电池发电，提高能源转换效率，并降低污染物排放量。对一些经济欠发达但有丰富的沼气资源的地区，利用燃料电池发电技术有可能更有有效地解决这些地区的电力供应问题。7与国外有较大的差距在燃料电池发电技术方面，我国与国际先进水平有较大的差距。在MCFC和SOFC技术方面，国外已分别示范成功了2MW和100KW的燃料电池发电机组，而我国在这方面才刚刚起步，2000年才可望研制出2KW左右的试验装置。在PAFC和PEFC技术方面，国内与国外的差距更大。倘若我们现在不开始研究开发燃料电池发电技术，等到燃料电池完全成熟后再引进，不但会受制于人，还将付出更大的经济代价，更谈不上尽快形成燃料电池发电的产业化。若不能形成燃料电池的产业化并在电力系统广泛应用，那么，也谈不上提高发电效率和降低污染物的排放。只有从现在开始，在国外的基础上，高起点研究，经过10—20年的努力，有可能在国电公司形成燃料电池的产业和广泛的商业应用。8在我国电力系统发展燃料电池发电技术是市场经济条件下的迫切要求分散式电源作为大电网的有效补充己得到许多国家的重视，而电源提供者的多元化更是一种趋势。我国电网的容量大、技术水平和可靠性还较低、抵御各种灾害的能力较差，在这种情况下，小型高效的燃料电池分布式电源随着技术的商业化市场潜力巨大。倘若电力系统不及时进行研究开发，在未来几年内，有可能被国外企业和国内其它其它行业或民营企业占领燃料电池分散电源市场。在市场经济条件下，国电公司既是用户，又是开发者。对于燃料电池这样重要的发电高新技术，应不失时机地着手研究开发，联合国内一些基础研究单位，争取纳入国家的攻关计划，获得国家支持，在尽可能短的时间内，形成燃料电池发电技术研究开发的优势，开发燃料电池发电关键技术和成套技术，形成国电公司的高新技术产业，既可优化调整电力结构，又能满足市场的不同需求。三 国外燃料电池发展计划及商业化的预测1美国燃料电池发电技术研究开发状况1美国燃料电池发电技术的研究开发计划1997年，美国总统克林顿颁发了"改善气候行动计划”，燃料电池被确定为一项关键技术，联邦政府为此制定了一项“美国联邦燃料电池发展计划”，目的是通过燃料电池的商业化来减少温室气体排放量。在这项计划中，对每一个燃料电池的新用户资助l000／KW的优惠。结果，仅在1998年，就有42台200kwPAFC发电机组投入运行。美国政府鼓励在一些对环境敏感的地区建立燃料电池发电站。此外，政府已促使美国所有的军事基地安装200KW燃料电池发电机组。通过这些措施，加速燃料电池的商业化，并提高国家能源的安全性。美国政府投入巨资研究开发燃料电池发电技术的另一个目的，就是要保持美国在这一领域的领先地位。随着商业化过程不断深入，将逐步形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力，提供更多的就业机会。美国DOE的燃料电池发展计划如下：PAFC己商业化，不再投入资金进行研究开发。PAFC目前的发电效率为40％一45(LHV)，热电联产的热效率为80％(LHV)。已完成250KW和2MWMCFC的现场示范，预计2002年进行20MW的示范；2003年左右，使250KW和MW级MCFC达到商业化；2010年，燃用天然气的250KW一20MWMCFC分散电源达到商业化，100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化;2020年，100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃，发电效率达到60％(LHV)，组成联合循环的发电效率为70(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上。目前，己完成25kw和100kwSOFC现场试验，正在进行SOFC的商业化设计。预计2002年左右，进行MW级SOFC示范；2003年左右，100kw一1MWSOFC进行商业化：2010年，250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化，100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化；2020年，100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是：运行温度为1000℃，发电效率达到62％(LHV)，组成联合循环的发电效率达到72％(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上，燃煤时发电效率可达到65％(LHV)，这一目标预计2010完成。美国是最早研究开发PEFC的国家，但在大容量化和商业应用方面已落后于加拿大。目前美国生产的质子交换膜仍居世界领先水平。美国在PEFC的开发方面是面向家庭用分散式电源，实现热电联供。PlugPower公司与GE合作，计划2001年使10kwPEFC进入商业化，价格达到S750—1000／kw，大批量生产后，使PEFC的价格达到$350／kw。2市场预测美国能源部(DOE)对美国潜在的燃料电池市场的预测认为：在2005年一2010年，美国年需求燃料电池发电容量约2335MW一4075MW。现在美国的燃料电池年生产能力为60MW，商业化的价格为$2000一$3000／kw，若年生产能力达到100MW／a，商业化的价格则可达到$l000—$1500/Kw。若能达到(2000—4000)MW／a的生产能力，燃料电池的原材料费仅$200一$300／kw。那么燃料电池的价格则有可能达到$900—$l100／kw，此时可完全与常规的发电方式竞争。2日本燃料电池发电技术的发展进程及应用前景预测1发展进程日本在PAFC研究方面，走的是一条引进合作、消化吸收、再提高的路线。1972年东京煤气公司从美国引进两台PAFC燃料电池发电机组，大阪煤气公司也在1973年引进两台PAFC机组。日本政府于1981年设立了以开发节能技术为宗旨的“月光计划”，燃料电池发电是其中一项重要内容。此后，日本国内的电力公司、煤气公司和一些大型的制造厂纷纷投入燃料电池的研究开发，并与美国IFC合作，使日本的PAFC得到更大的发展。目前，日本的PAFC技术已赶上了美国，商业化程度超过了美国。5MW(富士电机制造)和11MW(东芝与IFC合制)均在日本投运，日本公司制造的PAFC机组已运行了近100多台。日本有关MCFC的研究是从1981年开始的，通过自主开发并与美国合作。1987年10kwMCFC开发成功，1993年100kw加压型MCFC开发成功，1997年开发出1MW先导型MCFC发电厂，并投入运行。MCFC已被列为日本“新阳光计划”的一个重点，目标是2000年一2010年，实现燃用天然气的10MW一50MW分布式MCFC发电机组的商业化，并进行100MW以上燃用天然气的MCFC联合循环发电机组的示范，2010年后，实现煤气化MCFC联合循环发电，并逐步替代常规火电厂。日本的SOFC技术也是从1981年的“月光计划”开始研究的，立足于自主开发。1989年一1991年，开发出l00W一400WSOFC电池堆，1992年一1997年开发出l0kw平板型SOFC。SOFC的研究进展也远远落后于NEDO原来的计划。“新阳光计划”中预计2000年一2010年，使SOFC达到MW级，并形成联合循环发电。日本的PEFC也被列入“新阳光计划”，目前开发的容量为(1—2)kw。2政府采取的措施日本政府在“月光计划”和“新阳光计划”中，先后资助了3台200kw、2台lMW和l台5MW的PAFC；1台100kw和1台1MW的MCFC示范电站研究开发、建设及运行。在通产省和NEDO的统一组织和管理下，使公用事业单位(电力公司和煤气公司)和开发商及研究单位紧密结合，实现燃料电池研究开发和商业示范应用一体化。日本电力公司和煤气公司，过去十年来安装了约80多台燃料电池机组，装机容量达到1MW，燃料电池及电厂的费用主要由业主承担，但是制造商和政府也各承担一部分。这种政府和企业联合研究开发的方式促进了日本燃料电池的发展。使用燃料电池发电享有许多优惠政策：燃料电池的相关设备，在未超过一定规模时，其工程计划仅须申报即可动工。对500kw以下的常压燃料电池生产与使用的审批手续大大简化。在医院、旅馆、办公大楼等安装的燃料电池发电机组，政府提供的经费资助。新建的燃料电池发电设备享有10的免税额，并获有30％的加速折旧。对装设于电力公司或自备发电用的燃料电池项目，日本开发银行将提供投资额40％的低息贷款。3市场预测1990年，日本通产省发表了“长期电源供需展望”报告，预计日本国内的燃料电池发电容量到2000年约2250MW；2010年约10720MW，电力系统用5500MW，其中约有2400MW是MCFC和SOFC高温型燃料电池；2010年煤气化MCFC和SOFC达到实用化；发电效率达到50％一60％。由于燃料电池发电技术仍有许多技术上的难题没有突破，进展速度低于预期值，因此日本目前已将原目标做了修正，预计2000年燃料电池装机容量将达到200MW，其中分布式电源l12MW，工业用热电联产型为88MW；2010年将达到2200MW，其中分布式电源型为735MW，工业用热电联产型为1465MW。3其它国家和地区的发展进程目前，欧洲的燃料电池发电技术远远落后于美国和日本。80欧洲又重新开始研究燃料电池发电技术。它们采用向美国、日本购买电池组，自行组装发电厂的方式来发展PAFC发电技术。1990年成立了一个“欧洲燃料电池集团(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供应，BOP由欧洲制造。意大利、西班牙与美国IPC合作，于1993年在米兰建了一座l00kwMCFC电厂，1996年投运。德国正在开发250kwMCFC。德国西门子公司于1998年收购了美国西屋公司的管形SOFC技术后，现在拥有世界上最先进的平板型和管形SOFC技术。 加拿大在PEFC方面居世界领先地位，在继续开发交通用PEFC的同时，目前也将PEFC应用于固定电站，已建成250kwPEFC示范电站，目标是在近几年内使250kw级PEPC商业化。澳大利亚在1993年一1997年，共投资3000万美元，研究开发平板型SOFC，目前正在开发(20一25)kwSOFC电池堆。韩国电力公司于1993年从日本购进一座200kwPAFC进行示范运行。4国外发展燃料电池发电技术的经验总结回顾国外燃料电地发展的道路，有许多值得我们吸取和借鉴的经验。美国在燃料电池发电技术的研究开发方面始终处于世界领先地位。除了雄厚的财力之外，还有三方面重要的原因：一是政府将燃料电池发电技术视为提高火力发电效率、减少污染物和温室气体排放的重要措施，列入政府的“改变气侯技术战略”中，并大力投入资金和力量研究开发；二是燃料电池技术提高到“国家能源安全并大力投入资金和力量研究开发；三是将燃料电池技术提高到“国家能源安全关键技术”的战略高度，DOD和DOE均投入资金研究开发；四是对燃料电池的应用前景充满信心，希望能形成新的高技术产业，给美国的经济注入新的活力，政府和企业共同投入资金研究开发，力图保持领先地位。日本走的是一条通过与美国合作、引进技术并消化吸收实现产业化的路线，并在PAFC的商业化方面己超过了美国，在MCFC的研究开发方面也接近美国。成功的重要经验也是政府对燃料电池给予高度重视，先后列入了“月光计划”和“新阳光计划”，大力投入研究开发。另一条经验是研究机构、企业和用户联合，组成从研究、开发到商业应用一体化集团，既承担研究开发的风险，也享受成功的优惠。加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的经验告诉我们：只要坚定不移地进行研究开发，一个小公司也能在10—20年内成为举世瞩目的燃料电池技术拥有者。 燃料电池起源于欧洲，但是，现在欧洲的燃料电池技术已远远落后于美国和日本。主要原因是政府和企业对燃料电池发电技术重视不够。目前，欧洲已经意识到这一点，成立了—个燃料电池发电技术集团，引进美国、日本的技术，并进行研究开发。四 各种燃料电池发电技术综合比较1 AFC：与其它燃料电池相比，AFC功率密度和比功率较高，性能可靠。但它要以纯氢做燃料，纯氧做氧化剂，必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂，价格昂贵。电解质的腐蚀严重，寿命较短，这些特点决定了AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。2 PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中C02的存在。这使得PAFC成为最早在地面上应用或民用的燃料电池。与AFC相比它可以在180℃一210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。但是，PAFC的发电效率目前仅能达到40％一45％(LHV)，它需要贵金属铂做电催化剂；燃料必须外重整：而且，燃料气中C0的浓度必须小于1％(175℃)一2(200℃)，否则会使催化剂中毒；酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，做为特殊用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。3 MCFC：在650℃一700℃运行，可采用镍做电催化剂，而不必使用贵重金属：燃料可实现内重整，使发电效率提高，系统简化；CO可直接用作燃料；余热的温度较高，可组成燃气／蒸汽联合循环，使发电容量和发电效率进一步提高。与SOFC相比，MCFC的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低。缺点是：必须配置C02循环系统；要求燃料气中H2S和CO小于5PPM；熔融碳酸盐具有腐蚀性，而且易挥发；与SOFC相比，寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。与低温燃料电池相比，MCFC的缺点是启动时间较长，不适合作备用电源。MCFC己接近商业化，示范电站的规模已达到2MW。从MCFC的技术特点和发展趋势看，MCFC是将来民用发电(分散电源和中心电站)的理想选择之一。4 SOFC：电解质是固体，可以被做成管形、板形或整体形。与液体电解质的燃料电池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了电解质蒸发和电池材料的腐蚀问题，电池的寿命较长(已达到70000小时)。CO可做为燃料，使燃料电池以煤气为燃料成为可能。SOFC的运行温度在1000℃左右，燃料可以在电池内进行重整。由于运行温度很高，要解决金属与陶瓷材料之间的密封也很困难。与低温燃料电池相比，SOFC的启动时间较长，不适合作应急电源。与MCFC相比，SOFC组成联合循环的效率更高，寿命更长(可大于40000小时)；但SOFC面临技术难度较大，价格可能比MCFC高。示范业绩证明SOFC是未来化石燃料发电技术的理想选择之一，既可用作中小容量的分布式电源(500kw一50MW)，也可用作大容量的中心电站(＞l00MW)。尤其是加压型SOFC与微型燃气轮结合组成联合循环发电的示范，将使SOFC的优越性进一步得到体现。5 PEFC：PEPC的运行温度较低(约80℃)，它的启动时间很短，在几分钟内可达到满负荷。与PAFC相比，电流密度和比功率都较高，发电效率也较高(45％一50(LHV))，对CO的容许值较高(＜10ppm)。PEFC的余热温度较低，热利用率较低。与PAFC和MCFC等液体电解质燃料电池相比，它具有寿命长，运行可靠的特点。PEFC是理想的可移动电源，是电动汽车、潜艇、航天器等移动工具电源的理想选择之一。目前，在移动电源、特殊用户的分布式电源和家庭用电源方面有一定的市场，不适合做大容量中心电站。结 论选择适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，应综合考虑以下几点：较高的发电效率；环保性能好；既能作为高效、清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站的发展潜力；既能以天然气为燃料，又具有以煤为燃料的可能性；技术的先进性及商业化进程；运行的可靠性和寿命；降低造价的潜力；国内的基础。综合考虑以上几点，对适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，提出以下几点选择意见：(1)优先发展高温燃料电池发电技术。即选择MCFC和SOFC为我国电力系统燃料电池发电技术的主要发展方向，这两种燃料电池既能以天然气为燃料作为高效清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站(以天然气或煤为燃料)的发展潜力。(2)MCFC和SOFC各有特点，都存在许多问题，尚未商业化。若考虑技术难度和成熟程度以及商业化的进程，对于MCFC，应走引进、消化吸收、研究创新，实现国产化的技术路线，并尽快投入商业应用：对于SOFC，应立足于自主开发，走创新和跨越式发展的技术发展路线。(3)随着氢能技术的发展，PEFC在移动电源、分散电源、应急电源、家庭电源等方面具有一定优势和的市场潜力，国家电力公司应密切跟踪研究。(4)AFC不适合于民用发电。PAFC技术目前已趋于成熟，与MCFC、SOFC和PEFC比较，已相对落后。因此，AFC和PAFC不应做为国家电力公司研究开发的方向。参考文献[1] 许世森，朱宝田等，在我国电力系统发展的燃料电池发电的技术路线和实施方案研究，国家电力公司热工研究院，1999．12

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