国际电力
-电力论文发表美加大停电专题报道
北美电力系统2003～2012年可靠性评估报告介绍
摘要：2003年12月北美电力可靠性协会（NERC）公布了2003～2012年北美电力系统可靠性评估报告，内容有3部分：今后10年（含2003年）电力供需及输电可靠性情况；对影响未来可靠性的关键问题进行讨论；各地区对可靠性的评估。
关键词：电力系统；可靠性评估；负荷预测；美国
Abstract:NationalAmericanElectricReliabilityCouncilissuedits2003～2012ReliabilityAssessmentinDecem-ber23,2003.Theassessmentreportincludesthreemajorparts,
whichareanassessmentofthelong-termelectricpowersupplyanddemandandtransmissionreliabilitythrough2012,adiscussionofkeyissuesaffectingreliabilityoffutureelectricpowersupply
andtransmission,andregionalassessmentsonelectrictpowersupplyreliability,includingissuesofspecificregionalconcern.Key words:electricpowersystem;reliabilityassessment;
loadforecast;theUnitedStateofAmerica
1，高峰负荷增长情况美国今后10年高峰负荷年均增长率将为1.9%，加拿大为1.1%。在过去10年，美国的这一数字为2.4%（夏季），加拿大为1.4%（冬季）。而美国的发电能力在未来10年内预计增加14%（与2002年比），年均增长率为1.4%。当然，由于当今电力市场有诸多不确定因素，这一数字可能有变。此外，各地区的发展也不平衡。今后新增发电机组主要是燃气机（见图1），今后用电量的增长，美国的基本值将为每年增加1.8%，高值为2.3%，低值为1.4%。加拿大的相应数据为1.3%，2.8%及-0.4%。由此看出无论用电量的增长或高峰负荷的增长都将高于新增发电容量的增长。因此发电容量的裕度将不断减少，这对电力系统可靠运行不利。但从另一方面看，美国前几十年都将发电容量的裕度定在很高的水平上，这符合长远和整体利益。因此在今后5年内，美国电力系统的发电备用裕度总体上仍可维持在20%以上（见表1）。美国的输电建设近年一直迟后于电源建设，这一趋势还将继续下去。预计今后10年美国230 kV及以上的输电线路只能增加6.5%，年均增长率仅为0.65%。在今后10年输电线路的增长中，预计后5年的增加量比前5年要少１倍（见表2）。可见，现在反复出现的输电限制，未来将更为严重和广泛。为使输电线能继续在允许的安全极限内运行可以采取２项措施：一是市场运营人员使用当地微增定价法确定电Introduction to Reliability Assessment 2003-2012 by NERC美加大停电专题报道SPECIAL REPORT ON 8.14 BLACKOUTS北美电力系统2003～2012年可靠性评估报告介绍价（LMP），用经济激励机制影响电力调度，缓解过载线路的压力；另一措施是采用输电负载卸减法（TLR），逐步卸除电力负2004年夏季2008年夏季美国734.879 713.830 898.971 25.9 20.6北美（NERC）807.781 785.602 995.485 26.7 21.1美国794.506 773.819 959.351 24.0 19.3北美（NERC）872.113 850.544 1 058.876 24.0 19.7表1北美地区预计的电力需求及发电容量Ⅰ.内部总需求/G WⅡ.内部净需求/G WⅢ.计划发电容量/G W容量裕度（Ⅲ－Ⅱ）/Ⅲ/%备用裕度地区（Ⅲ－Ⅱ）/Ⅱ/%地区2002年美国253 768 11 342 5 213 270 323 6.5北美（NERC）328 568 11 886 5 888 346 342 5.4k m表2北美地区预计230 kV及以上输电线路增长情况2003～2007年2008～2012年2012年末总计2003～2012年共增长比例/%2001年41.8 GW的发电容量尚有39亿美元的输电投资，而到2002年57.7 GW的发电容量仅有38亿美元的输电投资。报告中列举了新建输电项目遇到的各类困难，并指出实施一个输电项目的关键在于管理当局的批准。
2.3电力系统问题及其评述
2.3.1发电和输电计划的协调问题目前北美地区正采取不同措施，以确保有足够的发电和输电能力满足负荷需求，其中有传统的垂直一体化的公用电力公司实施的方法，也有依靠市场力量实施的或主要依靠法规实施的方法。垂直一体化的公用电力公司按管理机关的要求在特许经营的地域内建电厂，满足用户需求。而另一些电力企业如PJM公司（PJM为宾夕法尼亚、新泽西及马里兰3州的互联电力系统）、纽约电力联营组织及新英格兰电力联营组织等，都以区域为基础协调资源的计划工作。电力改革后，对同一电厂的出线和输电线路的研究是独立进行的，与电源建设的研究在时间上可能相差几个月，也可能相差几年。电厂可能最终不建，这使输电服务的研究更困难。此时对输电的投资会趋向迟后于发电建设，从而形成发电、输电匹配不佳。区域输电组织（RTO）或独立系统运营者组织（ISO），作为运行控制机构，应提出发、输电资源必须有充裕性（adequacy）的要求，并协调发输电计划。
2.3.2短路电流问题当前接入输电系统的电厂增加，使短路电流显著增大。计算表明，有些系统中超高压变电站的短路电荷。在美国东部地区的电力可靠性协调员往往采取第２项措施，以保持电网可靠性。TLR法也能影响电力调度。美国将输电负载卸减事件按严重程度分为5级。记录在案的5级卸负荷在1997年仅为几次，至2003年11月14日已升至50余次。2影响可靠性的关键问题本报告对可靠性的评估由NERC的10个成员单位进行，并向NERC提出报告，而NERC只对影响电力系统可靠性的一些共性问题进行讨论。
2.1电源问题电力改革前，特许经营公用电业的电力公司必须满足本营业区内电力用户的需求，这是一项责任。放松管制后，对电源建设的投资是一项经济活动，投资人不承担满足某地电力用户需求这一责任。投资人分析电力市场提供的种种信号，进行投资决策，这些信号不仅是电力需求量，更重要的是看经济上的激励因素，燃料价格的稳定性及将电力由电源点送到用户处须解决的技术、经济和法律等各种问题。在北美大陆各地的开放性电源开发市场已遇到了许多不同的问题，造成有些地区新电源富裕，有些地区新电源不足，总体上看，新电源少于新需求。电力公司由于安全等级下降，贷款困难，影响了新项目的投资及对现有设施的维修，进而也影响了电力系统的可靠性。
2.2输电问题如前所述，近年美国输电建设落后于发电建设，国际电力2004年第8卷第1期-17-美加大停电专题报道SPECIAL REPORT ON 8.14 BLACKOUT流可达80～100kA。但是只有有限的厂商目前能提供切断115 kV和230 kV 63 kA以上故障电流的断路器，目前还没研制出切断500kV 63 kA以上故障电流及在任何电压等级上切断80 kA以上故障电流的设备。为了限制短路电流有时只能改造变电站接线，而这往往会影响整个输电系统在发生事故时的性能。另一方面，对现有变电站的母线和接地系统做重大改造是十分困难的，有时甚至是根本不可能的。此外，当短路电流大于63kA时，许多硬件，如电缆、线夹、阻燃工作服及作业距离也要考虑耐受63kA以上电流的问题。
2.3.3频率摆动问题近年通过观察和实测发现系统频率摆动对系统失去电源更敏感，而不是更迟钝。过去10年内，频率改变0.1Hz所需要的发电量变化平均每年减少70MW，其原因还不清楚。随着技术的进步，如依据现代电厂的模块结构，运行人员可以随负荷变化启停机组，而不像传统发电机组，即使出力不满时也都维持运转。在用户方面，一些重工业如炼铝、轧钢厂的减少，降低了电力系统的惯性。此外，为适应环保的要求，发电机组的调节装置并不像过去那样紧随系统频率变化而动作，只有发生大的偏移时才进行调节。有证据表明，欧洲多年来允许频率变化±0.5Hz，并未损害系统运行。北美电力可靠性协会频率摆动工作组也得出同样的结论，并于2002年向运行委员会提出了报告。但是对不同地点发电机组间的相角问题及发展大直流输电系统将出现什么问题还需进一步研究，以避免在大的互联系统中出现频率摆动问题。
2.3.4环保问题若按环保要求传统的矿物燃料发电厂大量退役，则相应的输电线路也将部分失效，且新建输电线路将遇到征地、筹资等诸多困难。兴建天然气发电厂时输气管路建设同样也有诸多难题需要解决。新的环保标准将促使电力工业提高污染排放标准，并采用更先进的污染控制技术，改进运行方式，改进发电能源构成，加快老机组退役，而与此同时必须保持电力系统有足够的容量裕度，保证系统可靠运行。3北美各地区的可靠性评估北美各地区的可靠性水平参差不齐，各有特色。沿伊利湖的电力环流经常妨碍密歇根系统稳定地从安大略省进口电力，为此正在安装相角调节器（PAR），希望藉此改善美、加间电力转送能力。德洲电力系统一直比较成功地保持稳定运行。若发现利用市场机制不能有效控制
