電力系統(tǒng)概述課件

授課教材：《電力系統(tǒng)基礎（第二版）》楊以涵主編，中國電力出版社，2007主要參考書目：1、《電力系統(tǒng)概論》，楊淑英，中國電力出版社.20032、《電力系統(tǒng)分析》，夏道止，中國電力出版社，2004年9月。3、《電力系統(tǒng)基礎》，吳俊勇，北京交通大學出版社4、《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》第三版，陳珩,中國電力出版社,2007.61授課教材：1電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一）電力系統(tǒng)基礎正常穩(wěn)態(tài)分析計算（U、I、P、Q、f）運行調(diào)整和優(yōu)化電力系統(tǒng)的基本概念各元件的特性和模型潮流計算調(diào)頻調(diào)壓經(jīng)濟運行電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（二）電磁暫態(tài)分析（故障分析）正常穩(wěn)態(tài)分析（穩(wěn)定性分析）對稱故障（三相短路）不對稱短路靜態(tài)暫態(tài)

主要內(nèi)容2電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一）電力系統(tǒng)基礎正常穩(wěn)態(tài)分析計算（U、I、重點：三大計算1、標幺值計算2、穩(wěn)態(tài)計算：潮流；調(diào)頻、調(diào)壓3、暫態(tài)計算：故障；穩(wěn)定性3重點：3第一章電力系統(tǒng)概述第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成第二節(jié)電力系統(tǒng)的形成第三節(jié)電力系統(tǒng)的負荷第四節(jié)電力系統(tǒng)運行的特點及要求第五節(jié)電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定第六節(jié)我國電力工業(yè)的發(fā)展4第一章電力系統(tǒng)概述第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成4第一章電力系統(tǒng)概述

重點及難點：重點：1、電力系統(tǒng)的基本概念2、電力系統(tǒng)的基本要求3、電壓等級

難點：電壓等級5第一章電力系統(tǒng)概述

重點及難點：重點：難點：5第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成能源開發(fā)與利用(一)能源資源

能源資源是指為人類提供能量的天然物質(zhì)。它包括煤、石油、天然氣、水能等，也包括太陽能、風能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能、核能等新能源。能源資源是一種綜合的自然資源?？v觀社會發(fā)展史，人類經(jīng)歷了柴草能源時期、煤炭能源時期和石油天然氣能源時期，目前正向新能源時期過渡，并且無數(shù)學者仍在不懈地為社會進步尋找開發(fā)更新更安全的能源。但是，目前人們能利用的能源仍以煤炭、石油、天然氣為主，在世界一次能源消費結(jié)構中，這三者的總和約占93%左右。6第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成能源開發(fā)與利用6能源按其來源可以分為四類：

第一類是來自太陽能。除了直接的太陽輻射能之外，煤、石油、天然氣等石化燃料以及生物質(zhì)能、水能、風能、海洋能等資源都是間接來自太陽能。第二類是以熱能形式儲藏于地球內(nèi)部的地熱能，如地下熱水、地下蒸汽、干熱巖體等。

第三類是地球上的鈾、釷等核裂變資源和氘、氚、鋰等核聚變資源。

第四類是月球、太陽等星體對地球的引力，而以月球引力為主所產(chǎn)生的能量，如潮汐能。7能源按其來源可以分為四類：7能源按使用情況進行分類，如表1-1所示。凡從自然界可直接取得而不改變其基本形態(tài)的能源稱為一次能源。由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的能源稱為二次能源。在一定歷史時期和科學技術水平下，已被人們廣泛應用的能源，稱為常規(guī)能源。那些雖古老但采用了新的先進的科學技術而加以廣泛應用的能源稱為新能源。凡在自然界中可以不斷再生并有規(guī)律地得到補充的能源，稱為可再生能源。經(jīng)過億萬年形成的，在短期內(nèi)無法恢復的能源稱為非可再生能源。8能源按使用情況進行分類，如表1-1所示。8能源一次能源常規(guī)能源可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然氣、核裂變新能源可再生能源：太陽能、風能、生物質(zhì)能、海洋能、地熱能非可再生能源：核聚變材料二次能源電力、焦炭、煤氣、汽油、煤油、柴油、重油、沼氣、蒸汽、熱水表1-1能源分類9能一次常規(guī)可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然氣、核(二)、資源的有效利用

人類生產(chǎn)和生活始終面臨著一個無法避免的問題：資源稀缺。

注重：能源開發(fā)與節(jié)約并重10(二)、資源的有效利用10一、水力發(fā)電水電站是將水能轉(zhuǎn)變成電能的工廠，

能量轉(zhuǎn)換過程：水能→機械能→電能。

水流量(m3/s)和水頭（落差m）我國水力資源理論蘊藏量：6.98億千瓦技術可開發(fā)：4.93億千瓦經(jīng)濟可開發(fā)：3.95億千瓦目前已開發(fā)：1.08億千瓦11一、水力發(fā)電水電站是將水能轉(zhuǎn)變成電能的工廠，我國水力資源1水電站的型式圖1－1水電站示意圖1－水庫；2－壓力水管；3－水電站廠房；4－水輪機5－發(fā)電機；6－尾水渠道（1）壩后式12水電站的型式圖1－1水電站示意圖（1）壩后式12示例：水口水電廠三峽電站13示例：水口水電廠三峽電站13三峽電站水輪機14三峽電站14（2）河床式水電站圖1－2河床式水電站示意圖15（2）河床式水電站圖1－2河床式水電站示意圖15葛洲壩水電站（河床式）16葛洲壩水電站16圖1－3引水式水電站示意圖（3）引水式水電站17圖1－3引水式水電站示意圖（3）引水式水電站17引水式電站示例18引水式18（4）梯級電站圖1－4梯級水電站布置示意圖古田溪梯級電站、富泉溪梯級電站19（4）梯級電站圖1－4梯級水電站布置示意圖古田溪梯級電站、（5）抽水蓄能電站圖1－5抽水蓄能式水電站既是電源又是負荷，起到削峰填谷作用；具有調(diào)頻、調(diào)相、負荷備用、事故備用的功能。20（5）抽水蓄能電站圖1－5抽水蓄能式水電站既是電源又是負荷浙江天荒坪抽水蓄能電站水庫21浙江天荒坪抽水蓄能電站水庫21水電站的主要動力設備——水輪機能將水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機械能。僅利用水流的動能轉(zhuǎn)換為機械能的水輪機稱為沖擊式水輪機。同時利用水流的壓能、動能轉(zhuǎn)換成機械能的水輪機稱為反擊式水輪機（最廣泛）。22水電站的主要動力設備221、沖擊式水輪機根據(jù)水流沖擊轉(zhuǎn)輪的部位和方向的不同，沖擊式水輪機可分為水斗式、斜擊式和雙擊式。水斗式水輪機應用最廣泛，它的主要部件有轉(zhuǎn)輪、噴嘴、噴針、折向器、主軸和機殼。圖1－6水斗式水輪機1－轉(zhuǎn)輪；2－噴嘴；3－轉(zhuǎn)輪室；4－機殼；5－調(diào)節(jié)手輪；6－針閥231、沖擊式水輪機圖1－6水斗式水輪機232、反擊式水輪機

反擊式水輪機種類很多，有混流式、斜流式、軸流式（定漿式、轉(zhuǎn)漿式）、貫流式（全貫流式、半貫流式）。

主要由水輪機室、導水機構、轉(zhuǎn)輪和泄水機構四大部分組成。242、反擊式水輪機24（1）水輪機室是引水機構，常稱蝸殼，其作用是將引水管來的水流沿圓周方向均勻?qū)蜣D(zhuǎn)輪。圖1－7蝸殼外形圖25（1）水輪機室圖1－7蝸殼外形圖25（2）導水機構

導水機構的作用是使水流沿著有利的方向進入水輪機的轉(zhuǎn)輪。調(diào)整導葉的開度，調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)輪的流量，從而改變水輪機的輸出功率。導水機構關閉導葉，可使水輪機停止運行。（3）轉(zhuǎn)輪26（2）導水機構26（4）尾水管圖1－8尾水管示意圖27（4）尾水管圖1－8尾水管示意圖272828（1）水能是可再生能源，沒有損耗，沒有污染。（2）不排放有害氣體、煙塵和灰渣，沒有核廢料。（3）水力發(fā)電的效率高，常規(guī)水電廠的發(fā)電效率在80%以上。（4）機組起停靈活，輸出功率增減快、可變幅度大，便于調(diào)峰、調(diào)頻和承擔事故備用電源。（5）水庫可以綜合利用，承擔防洪、灌溉、航運、生活和生產(chǎn)用水、養(yǎng)殖、旅游等任務。（6）受豐枯變化的影響較大。（7）對生物資源生態(tài)環(huán)境有破壞。水力發(fā)電的特點：29（1）水能是可再生能源，沒有損耗，沒有污染。水力發(fā)電的特點：二、火力發(fā)電火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學能生產(chǎn)電能的工廠。我國電源構成是以火電為主，至2004年底，全國總裝機容量為44070萬kW，火電裝機容量為32490萬kW,占我國發(fā)電裝機總?cè)萘康?3.7%。火電廠按使用燃料的不同可分為燃煤、燃油和燃氣等幾類電廠。我國的煤炭資源比較豐富，燃煤火電廠是我國目前電能生產(chǎn)的主要方式。30二、火力發(fā)電火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤鍋爐將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能，蒸汽機將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機械能，發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。（如圖1—5所示）?；痣姀S的實際生產(chǎn)過程要復雜得多，還需要很多輔助系統(tǒng)以維持其正常生產(chǎn)，如輸煤系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)，供水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等。火電廠生產(chǎn)過程火電廠按照原動機不同可分為汽輪機電廠、燃氣輪機電廠、蒸汽—燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠。但從能量轉(zhuǎn)換觀點分析，其基本過程都是：燃料的化學能→熱能→機械能→電能。31鍋爐將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能，蒸汽機將蒸圖1－5凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)組合示意圖32圖1－5凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)組合示意圖32浙江華能火電廠33浙江華能火電廠33火電廠鍋爐外觀34火電廠鍋爐外觀34三、風力發(fā)電風能就是指流動的空氣所具有的能量，是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。風能是一種干凈的自然能源、可再生能源，同時風能的儲量十分豐富。據(jù)估算，全球大氣中總的風能量約為1017kW，其中可被開發(fā)利用的風能約為2×1010kW，比世界上可利用的水能大10倍。因此，風能的開發(fā)利用具有非常廣闊的前景。(一)、風力發(fā)電機從能量轉(zhuǎn)換觀點來看，風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程為：空氣動能→旋轉(zhuǎn)機械能→電能，因此發(fā)電設備的關鍵在于將截獲的流動空氣所具有的動能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置即風力機。35三、風力發(fā)電風能就是指流動的空氣所具有的能三、風力發(fā)電風能資源風能就是指流動的空氣所具有的能量，是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。全球大氣中總的風能量約為:1017kW，可被開發(fā)利用的風能約為:2×1010kW，比世界上可利用的水能:大10倍。因此，風能的開發(fā)利用具有非常廣闊的前景。36三、風力發(fā)電風能資源36古代對風能的利用:幾千年(埃及最早)的歷史:風車用于碾谷和抽水、借風航行等現(xiàn)代對風能的利用：

風力發(fā)電

如：新疆達板城風電場、福建平潭、東山等地風電場37古代對風能的利用:37一、風力發(fā)電機

（1）風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程：

空氣動能→旋轉(zhuǎn)機械能→電能

風力機發(fā)電機與電風扇對照?。?！38一、風力發(fā)電機

（1）風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程：風力機發(fā)電機與3939404041414242(二)、風力發(fā)電的運行方式風力發(fā)電機組由風力機和發(fā)電機及其控制系統(tǒng)所組成，其中風力機完成風能到機械能的轉(zhuǎn)換，發(fā)電機及其控制系統(tǒng)完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換。風力發(fā)電的運行方式通常可分為獨立運行和并網(wǎng)運行。1、獨立運行發(fā)電機組的獨立運行是指機組生產(chǎn)的電能直接供給相對固定的用戶的一種運行方式。獨立運行的風力發(fā)電機輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應用戶使用。為了實現(xiàn)不間斷的供電，風力發(fā)電系統(tǒng)可與其他動力源聯(lián)合使用，互為補充，如風力—柴油發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行，風力—太陽能電池發(fā)電聯(lián)合運行。43(二)、風力發(fā)電的運行方式432、并網(wǎng)運行風力發(fā)電機與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能的運行方式，是克服風的隨機性而帶來的蓄能問題的最穩(wěn)妥易行的運行方式，并可達到節(jié)約礦物燃料的目的。10kW以上直至兆瓦級的風力發(fā)電機皆可采用這種運行方式。在風能資源良好的地區(qū)，將幾十、幾百臺或幾千臺單機容量從數(shù)十千瓦、數(shù)百千瓦直至兆瓦級以上的風力發(fā)電機組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風力發(fā)電機群體，稱為風力發(fā)電場，簡稱風電場。風力發(fā)電場屬于大規(guī)模利用風能的方式，其發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設備送往大電網(wǎng)。442、并網(wǎng)運行44(三)、風力發(fā)電的特點（1）風能是可再生能源，不存在資源枯竭的問題。（2）風力發(fā)電是清潔的電能生產(chǎn)方式，不會造成空氣污染。（3）風力發(fā)電機組建設工期短，單臺機組安裝僅需幾周，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時間。投資規(guī)模靈活，可根據(jù)資金多少來確定，而且安裝一臺可投產(chǎn)一臺。（4）運行簡單，可完全做到無人值守。（5）實際占地少，機組與監(jiān)控、變電等建筑僅占風電場約1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用，而且對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形條件下均可建設，還可建設大型海上風力發(fā)電場。45(三)、風力發(fā)電的特點45（6）偏遠地區(qū)地廣、人稀、風力資源豐富，風力發(fā)電獨立運行方式便于解決其供電問題。（7）風能具有間歇性，風力發(fā)電必須和一定的其他形式供能或儲能方式結(jié)合。（8）風能的能量密度低，空氣的密度僅約為水的密度的1/800，因此，同樣單機容量下，風力發(fā)電設備的體積大、造價高，單機最大容量也受到限制。（9）風力發(fā)電機組運轉(zhuǎn)時發(fā)出噪聲及金屬葉片對電視機與收音機的信號接收會造成干擾，對環(huán)境有一定影響。46（6）偏遠地區(qū)地廣、人稀、風力資源豐富，風力發(fā)電獨立運行方式1、太陽能資源太陽能是地球的能源之母、萬物生長之源。

可再生能源，用之不竭，免費使用。而且是清潔、無污染。

但是，太陽能的能流密度較低，還具有間歇性和不穩(wěn)定性。四、太陽能發(fā)電471、太陽能資源四、太陽能發(fā)電47五、核能發(fā)電核電廠是利用核裂變能轉(zhuǎn)化為熱能，再按火電廠的發(fā)電方式，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，它的原子核反應堆相當于鍋爐。核反應堆中，除裝有核燃料外，還以重水或高壓水作為慢化劑和冷卻劑，所以，反應堆又可分為重水堆、壓水堆等。圖1—6為壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖。核反應堆內(nèi)，鈾-235在中子撞擊下，使原子核發(fā)生裂變，產(chǎn)生的巨大能量主要以熱能形式被高壓水帶至蒸汽發(fā)生器，在此產(chǎn)生蒸汽，送至汽輪發(fā)電機組。1kg鈾-235所發(fā)出的電力約等于2700t標準煤所發(fā)出的電力。48五、核能發(fā)電48圖1－6壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖49圖1－6壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖49

福建省在福鼎、福清籌建核電站，作為能源的過渡方案。問題（1）輻射環(huán)境影響排放的汽體、液體、固體廢物（2）非輻射環(huán)境影響排放的廢熱、廢水等50福建省在福鼎、福清籌建核電站，作為能源的過渡垃圾焚燒發(fā)電廠生物質(zhì)燃燒熱能電能

（在深圳、廣東、浙江較多）沼氣發(fā)電廠木煤氣發(fā)電廠薪柴發(fā)電廠蔗渣發(fā)電廠六、生物質(zhì)能發(fā)電

51垃圾焚燒發(fā)電廠六、生物質(zhì)能發(fā)電

51來源火電：鍋爐－汽輪機－發(fā)電機水電：水庫－水輪機－發(fā)電機核電：核反應堆－汽輪機－發(fā)電機其它：如風能、地熱能、太陽能、潮汐等52來源52第二節(jié)電力系統(tǒng)的形成

一、電力系統(tǒng)的基本概念圖1-7動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、和電力網(wǎng)絡示意圖53第二節(jié)電力系統(tǒng)的形成一、電力系統(tǒng)的基本概念圖電力系統(tǒng)——是由發(fā)電廠、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。電力網(wǎng)絡——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分。總裝機容量——指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。年發(fā)電量——指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時（KWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。最大負荷——指規(guī)定時間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。54電力系統(tǒng)——是由發(fā)電廠、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)額定頻率——按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級——是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。

55額定頻率——按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為第三節(jié)電力系統(tǒng)的負荷電力系統(tǒng)的總負荷：指系統(tǒng)中各個用電設備消耗功率的總和。它們可分為動力負荷和照明負荷。綜合用電負荷：指工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、市政生活等各方面消耗的功率之和。供電負荷：指電力系統(tǒng)的綜合用電負荷加上電力網(wǎng)的功率損耗，即發(fā)電廠供出的負荷。發(fā)電負荷：指發(fā)電負荷再加上發(fā)電廠廠用電，即發(fā)電機發(fā)出的功率。電力負荷曲線：指某一段時間內(nèi)負荷隨時間變化的規(guī)律的曲線。56第三節(jié)電力系統(tǒng)的負荷電力系統(tǒng)的總負荷：指系統(tǒng)中各個用電有功功率(無功功率)日負荷曲線：表明系統(tǒng)有功功率或無功功率負荷在一天24小時的變化規(guī)律。用途：制定各發(fā)電廠發(fā)電負荷計劃及系統(tǒng)調(diào)度運行的依據(jù)。注意：無功功率與有功功率最大負荷不一定同時出現(xiàn)。有功功率年最大負荷曲線：表示一年內(nèi)每月最大有功功率負荷變化的曲線。用途：作為擴建發(fā)電機組，新建電廠以及安排全年發(fā)電設備檢修計劃的依據(jù)。年持續(xù)負荷曲線：由一年中系統(tǒng)負荷按其數(shù)值大小及持續(xù)時間順序由大到小排列面成的曲線。用途：可靠性估算和電網(wǎng)規(guī)劃與運行的能量損耗計算。57有功功率(無功功率)日負荷曲線：表明系統(tǒng)有功功率或無功有功

圖1-8電力系統(tǒng)的日負荷曲線（a）有功功率負荷；（b）無功功率負荷10203040506070809010004812162024t(h)P%（a)24t(h)102030405060708090100048121620Q%（b）負荷曲線除了用來表示負荷功率隨時間變化的規(guī)律外，還可用來計算用戶所消費的電能的大小。在某一時間Δt內(nèi)用戶所消耗的電能ΔA為該時間內(nèi)用戶的有功功率P和時間Δt的乘積。58圖1-8電力系統(tǒng)的日負荷曲線1020304050根據(jù)年持續(xù)負荷曲線，計算系統(tǒng)負荷全年消耗電量W最大負荷小時數(shù)Tmax其中Pmax為最大負荷12t(月)246810年初（冬季）年中（夏季）年末（冬季）P0圖1-9有功功率年最大曲線Pt(h)8760Tmaxt1t2t3P1P2P3abcdefgi圖1-10年持續(xù)負荷曲線59根據(jù)年持續(xù)負荷曲線，計算系統(tǒng)負荷全年消耗電量W最大負荷小時數(shù)一、電力系統(tǒng)運行的特點1.電能不能大量儲存2.暫態(tài)過程非常迅速3.和國民經(jīng)濟各部門間的關系密切第四節(jié)電力系統(tǒng)運行的特點及基本要求60一、電力系統(tǒng)運行的特點1.電能不能大量儲存第四節(jié)電力系統(tǒng)根據(jù)電能生產(chǎn)、輸送、消費的特殊性，對電力系統(tǒng)運行有如下三點要求。1.保證供電可靠性根據(jù)用戶對用電可靠性的要求，將負荷分為三個等級：電力系統(tǒng)供電的可靠性，就是要保證一級負荷在任何情況下都不停電，二級負荷盡量不停電，三級負荷可以停電。二、電力系統(tǒng)運行基本要求一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷。61根據(jù)電能生產(chǎn)、輸送、消費的特殊性，對電力系統(tǒng)運行有如2.保證良好的電能質(zhì)量良好的電能質(zhì)量有三個指標：電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量。

電壓偏移：一般不超過用電設備額定電壓的±5%。頻率偏移：一般不超過±0.2~0.5Hz。波形畸變率：指各次諧波有效值平方和的方根與基波有效值的百分比。622.保證良好的電能質(zhì)量良好的電能質(zhì)量有三個指標：電壓電壓質(zhì)量對各類用電設備的安全經(jīng)濟運行都有直接的影響。圖1-12表示照明負荷的電壓特性。從圖上可以看出，對照明負荷來說，白熾燈對電壓的變化是敏感的。當電壓降低時，白熾燈的發(fā)光效率和光通量都急劇下降；當電壓上升時，白熾燈的壽命將大為縮短。例如，電壓較額定值降低10%，則光通量減少30%；電壓額定值上升10%，則壽命縮減一半。圖1-12照明負荷（白熾燈）的電壓特性

（一）、電壓63電壓質(zhì)量對各類用電設備的安全經(jīng)濟運行都有直接的影響。圖圖1-13輸出功率一定時異步電動機的定子電流、功率因數(shù)和效率隨電壓而變化的特性

對電力系統(tǒng)的負荷中大量使用的異步電動機而言，它的運行特性對電壓的變化也是較敏感的。當輸出額定功率并保持不變時，異步電動機的定子電流、效率因數(shù)和功率隨電壓而變化的特性如圖1-13所示。64圖1-13對電力系統(tǒng)的負荷中大量使用的異步電動機而言頻率的偏差同樣將嚴重影響電力用戶的正常工作。對電動機來說，頻率降低將使其轉(zhuǎn)速下降，從而使生產(chǎn)率降低，并影響電動機的壽命；反之，頻率增高將使電動機的轉(zhuǎn)速上升，增加功率消耗，并使經(jīng)濟性降低。特別是某些對轉(zhuǎn)速要求較嚴格的工業(yè)部門（如紡織、造紙等），頻率的偏差將大大影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至產(chǎn)生廢品。另外，頻率偏差對發(fā)電廠（尤其是火力發(fā)電廠）本身將造成更為嚴重的影響。此外，頻率的變化還將影響到電子信息設備以及計算機、自控裝置等電子設備的準確工作等。目前世界上除美國外的絕大多數(shù)國家規(guī)定的額定頻率為50Hz（美國為60Hz），而各國對頻率變化的容許偏差的規(guī)定不一，有的國家規(guī)定為不超過±0.5Hz，也有一些國家規(guī)定為不超過±（0.2~0.1）Hz的。我國的技術標準規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，而頻率變化的容許偏差為±（0.5~0.2）Hz。（二）、頻率65頻率的偏差同樣將嚴重影響電力用戶的正常工作。對電動機通常，要求電力系統(tǒng)給用戶供電的電壓及電流的波形應為標準的正弦波。供電電壓（電流）的波形不是標準的正弦波時，必然包含著各種高次諧波成分，這些諧波成分的出現(xiàn)將大大影響電動機的效率和正常運行，還可使系統(tǒng)因容抗、感抗等參數(shù)的改變而產(chǎn)生高次諧波共振以及增大元件的諧波損耗而危及設備的安全運行。（三）、波形66通常，要求電力系統(tǒng)給用戶供電的電壓及電流的波形應為標準3.提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標一般是指火電廠的煤耗以及電廠的廠用電率和電力網(wǎng)的網(wǎng)損率等。

環(huán)境保護問題也將成為對電力系統(tǒng)運行的基本要求。673.提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指1.電力系統(tǒng)的電壓等級電力系統(tǒng)電壓等級的確定主要從電力系統(tǒng)輸送電能的經(jīng)濟性，生產(chǎn)產(chǎn)品的系列性和經(jīng)濟性兩個方面考慮。說明：①用電設備的容許電壓偏移一般為±5%②沿線路的電壓降落一般為10%,取線路始端電壓為額定電壓的105%；③在額定負荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%④電力線路平均額定電壓，是指電力線路首末端所接電氣設

額定電壓的平均值，即

Uav=(UN+1.1UN)/2=1.05UN

電力線路額定電壓第五節(jié)電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定681.電力系統(tǒng)的電壓等級電力系統(tǒng)電壓等級的確定主用電設備的額定電壓：與線路的額定電壓相同。發(fā)電機的額定電壓：同步發(fā)電機往往接在線路始端，因此，其額定電壓比電力線路的額定電壓高5%,即取發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的105%；變壓器的額定電壓：一次側(cè)相當于用電設備，其額定電壓等于線路的額定電壓；二次側(cè)相當于發(fā)電機，其額定電壓較線路額定電壓高10%。注意：①當一次側(cè)直接和發(fā)電機相連時，其額定電壓等于

發(fā)電機額定電壓；

②當變壓器漏抗較小，或二次側(cè)直接與用電設備相連的廠用變壓器，其額定電壓可以只比線路電壓高5%。10KV及以上比線路額定電壓高10%；10KV以下比線路額定電壓高5%69用電設備的額定電壓：與線路的額定電壓相同。發(fā)電機的額定

表1-2額定電壓及電力線路的平均額定電壓（KV）用電設備及電力線路的額定電壓電力線路的平均額定電壓同步發(fā)電機的額定電壓變壓器的額定電壓一次繞組二次繞組3610（15）（20）35（60）110（154）2203305003.156.310.515.752137631151622303455253.156.310.515.75

33.1566.31010.515.75203560110154220330500

3.153.36.36.610.5112238.56612116924234552570表1-2額定電壓及電力線路的平均額表1-3電力線路的額定電壓與輸送功率和輸送距離的關系額定電壓(kV)輸送功率(kW)輸送距離(km)額定電壓(kV)輸送功率(kW)輸送距離(km)3100~10001~3603500~3000030~1006100~12004~1511010000~5000050~15010200~20006~20220100000~50000100~300352000~1000020~50500、330、220KV一般用于大電力系統(tǒng)的主干線；110KV用于中、小電力系統(tǒng)的主干線及大電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡；35KV用于大城市或大工企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡，并廣泛用于農(nóng)村網(wǎng)絡；10KV是最常用的低一級配電電壓；6KV用于負荷中高壓電動機占很大比重的網(wǎng)絡；3KV僅限于工企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡。71表1-3電力線路的額定電壓與輸送功率和輸例1：圖中已標出各級電網(wǎng)的電壓等級，試標出所示電力系統(tǒng)中各元件的額定電壓。72例1：圖中已標出各級電網(wǎng)的電壓等級，試標出所示電力系統(tǒng)中各元解：73解：73例2（1）標出圖中所示電力系統(tǒng)中各元件的額定電壓。G：10.5KVT1：10.5/121KVT2：110/38.5/11KVT3：35/6.3KVT4：10KV/400VM：6KVL：220V74例2（1）標出圖中所示電力系統(tǒng)中各元件的額定電壓。G：10.某一變壓器的變比不是唯一的，根據(jù)電力系統(tǒng)的運行需要，通常在變壓器的高壓繞組上都設有若干個分接抽頭，供調(diào)壓選擇使用。

分接頭用百分數(shù)表示，即表示分接頭電壓與主抽頭的差值為主抽頭電壓的百分之幾。當變壓器運行于主抽頭時，高壓側(cè)額定電壓與低壓側(cè)額定電壓之比為變壓器的額定變比。對同一電壓等級的升壓變壓器和降壓變壓器，即使分接頭百分值相同，分接頭的額定電壓也不同。例：有用線電壓表示的聯(lián)接10KV和220KV網(wǎng)絡的具有抽頭（1±2×2.5%）UN的升壓變壓器和降壓變壓器，分別有5個抽頭75某一變壓器的變比不是唯一的，根據(jù)電力系統(tǒng)的運行需要，通常在變7676例2（2）當變壓器T1在+2.5%抽頭處工作，T2在主抽頭處工作，T3在-2.5%抽頭處工作，求這些變壓器的實際變比。解：T1：10.5/121(1+2.5%)10.5/124T2：110/38.5T3：35(1-2.5%)/6.334.1/6.377例2（2）當變壓器T1在+2.5%抽頭處工作，T2在主抽頭處課堂練習：電力系統(tǒng)接線如圖所示，電網(wǎng)各級電壓示于圖中。試求：（1）發(fā)電機G和變壓器T1、T2、T3高低壓側(cè)的額定電壓。（2）設變壓器T1工作于+2.5%抽頭，T2工作于主抽頭，T3工作于-5%抽頭，求這些變壓器的實際變比。78課堂練習：電力系統(tǒng)接線如圖所示，電網(wǎng)各級電壓示于圖中。試求：（1）G：10.5T1：10.5/121KVT2：110/38.5KVT3：35/11KV(2)T1：121(1+0.025)/10.5T2：110/38.5T3：35(1-0.05)/1179（1）G：10.5T1：1第六節(jié)我國電力工業(yè)的發(fā)展80第六節(jié)我國電力工業(yè)的發(fā)展80華東電網(wǎng)結(jié)構圖

81華東電網(wǎng)結(jié)構圖

81福建電網(wǎng)結(jié)構圖

82福建電網(wǎng)結(jié)構圖82上海電網(wǎng)結(jié)構圖

83上海電網(wǎng)結(jié)構圖838484浙江電網(wǎng)結(jié)構圖

85浙江電網(wǎng)結(jié)構圖

85福建電網(wǎng)發(fā)展介紹電網(wǎng)歷史“98.3”工程。福建電網(wǎng)500千伏網(wǎng)架建成投入運行?！?002.5”工程。福建電網(wǎng)通過500千伏網(wǎng)架與華東聯(lián)網(wǎng)運行。電網(wǎng)現(xiàn)狀福建電網(wǎng)最高電壓等級為500千伏，目前已形成環(huán)網(wǎng)運行。從南到北（沿海片）為2回路主干通道，通過寧德變至浙江雙龍變的2回500千伏線路并入華東電網(wǎng)。全省220千伏主網(wǎng)結(jié)構為雙回環(huán)網(wǎng)，覆蓋了全省全部九個地（市）。2009年12月23日13時52分，福建電網(wǎng)500千伏大環(huán)網(wǎng)成功合環(huán)，提前一年實現(xiàn)全省500千伏電網(wǎng)大環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)了主干電網(wǎng)由220千伏升級到500千伏的歷史性大跨越。大環(huán)網(wǎng)的合環(huán)現(xiàn)場設在500千伏龍巖卓然變電站。至此，福建全省14座500千伏變電所構成了環(huán)繞全省的“日”字形堅強超高壓電網(wǎng)，福建電網(wǎng)實現(xiàn)了主網(wǎng)架從220千伏向500千伏超高壓等級的歷史性跨越。86福建電網(wǎng)發(fā)展介紹86水口87水口87到2009年11月底，全省發(fā)電裝機為3003萬千瓦，同比新增13%。新能源新增漳浦風電三期、廈門、石獅垃圾電廠?；痣娧b機容量（萬千瓦）1853.28水電裝機容量（萬千瓦）1095.65新能源裝機容量（萬千瓦）54.34總?cè)萘浚ㄈf千瓦）3003.2788到2009年11月底，全省發(fā)電裝機為3003萬千瓦，同比新增8989小結(jié)二、電力系統(tǒng)的形成一、能源的構成：一次能源、二次能源三、電力系統(tǒng)負荷負荷曲線：在某一時間段內(nèi)用電負荷隨時間變化的曲線。日負荷曲線是安排日發(fā)電計劃，確定各發(fā)電廠的發(fā)電任務以及確定系統(tǒng)的運行方式等的重要依據(jù)。年最大負荷曲線：每天的最大負荷抽取出來按年繪成曲線。主要用來指導制訂發(fā)電設備檢修計劃和制訂新建、擴展電廠的計劃等。電力系統(tǒng)有功是負荷曲線下所包含的面積代表了負荷的（）A功率大小B電能損耗C電壓水平D功率因數(shù)90小結(jié)二、電力系統(tǒng)的形成一、能源的構成：一次能源、二次能源三、四、電力系統(tǒng)運行的特點及要求特點：1.電能不能儲存2.暫態(tài)過程非常迅速3.和國民經(jīng)濟各部門間的關系密切要求：1保證供電可靠性2保證良好的電能質(zhì)量：電壓、頻率和波形質(zhì)量。3提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性五、電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定用電設備的額定電壓：與線路的額定電壓相同；發(fā)電機的額定電壓：比電力線路的額定電壓高5%；變壓器的額定電壓：一次側(cè)等于線路的額定電壓；直接和發(fā)電機相連時，其額定電壓等于發(fā)電機額定電壓；

二次側(cè)10KV及以上比線路額定電壓高10%；

10KV以下比線路額定電壓高5%91四、電力系統(tǒng)運行的特點及要求特點：1.電能不能儲存要求：1保授課教材：《電力系統(tǒng)基礎（第二版）》楊以涵主編，中國電力出版社，2007主要參考書目：1、《電力系統(tǒng)概論》，楊淑英，中國電力出版社.20032、《電力系統(tǒng)分析》，夏道止，中國電力出版社，2004年9月。3、《電力系統(tǒng)基礎》，吳俊勇，北京交通大學出版社4、《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》第三版，陳珩,中國電力出版社,2007.692授課教材：1電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一）電力系統(tǒng)基礎正常穩(wěn)態(tài)分析計算（U、I、P、Q、f）運行調(diào)整和優(yōu)化電力系統(tǒng)的基本概念各元件的特性和模型潮流計算調(diào)頻調(diào)壓經(jīng)濟運行電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（二）電磁暫態(tài)分析（故障分析）正常穩(wěn)態(tài)分析（穩(wěn)定性分析）對稱故障（三相短路）不對稱短路靜態(tài)暫態(tài)

主要內(nèi)容93電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一）電力系統(tǒng)基礎正常穩(wěn)態(tài)分析計算（U、I、重點：三大計算1、標幺值計算2、穩(wěn)態(tài)計算：潮流；調(diào)頻、調(diào)壓3、暫態(tài)計算：故障；穩(wěn)定性94重點：3第一章電力系統(tǒng)概述第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成第二節(jié)電力系統(tǒng)的形成第三節(jié)電力系統(tǒng)的負荷第四節(jié)電力系統(tǒng)運行的特點及要求第五節(jié)電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定第六節(jié)我國電力工業(yè)的發(fā)展95第一章電力系統(tǒng)概述第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成4第一章電力系統(tǒng)概述

重點及難點：重點：1、電力系統(tǒng)的基本概念2、電力系統(tǒng)的基本要求3、電壓等級

難點：電壓等級96第一章電力系統(tǒng)概述

重點及難點：重點：難點：5第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成能源開發(fā)與利用(一)能源資源

能源資源是指為人類提供能量的天然物質(zhì)。它包括煤、石油、天然氣、水能等，也包括太陽能、風能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能、核能等新能源。能源資源是一種綜合的自然資源。縱觀社會發(fā)展史，人類經(jīng)歷了柴草能源時期、煤炭能源時期和石油天然氣能源時期，目前正向新能源時期過渡，并且無數(shù)學者仍在不懈地為社會進步尋找開發(fā)更新更安全的能源。但是，目前人們能利用的能源仍以煤炭、石油、天然氣為主，在世界一次能源消費結(jié)構中，這三者的總和約占93%左右。97第一節(jié)電力系統(tǒng)中能源的構成能源開發(fā)與利用6能源按其來源可以分為四類：

第一類是來自太陽能。除了直接的太陽輻射能之外，煤、石油、天然氣等石化燃料以及生物質(zhì)能、水能、風能、海洋能等資源都是間接來自太陽能。第二類是以熱能形式儲藏于地球內(nèi)部的地熱能，如地下熱水、地下蒸汽、干熱巖體等。

第三類是地球上的鈾、釷等核裂變資源和氘、氚、鋰等核聚變資源。

第四類是月球、太陽等星體對地球的引力，而以月球引力為主所產(chǎn)生的能量，如潮汐能。98能源按其來源可以分為四類：7能源按使用情況進行分類，如表1-1所示。凡從自然界可直接取得而不改變其基本形態(tài)的能源稱為一次能源。由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的能源稱為二次能源。在一定歷史時期和科學技術水平下，已被人們廣泛應用的能源，稱為常規(guī)能源。那些雖古老但采用了新的先進的科學技術而加以廣泛應用的能源稱為新能源。凡在自然界中可以不斷再生并有規(guī)律地得到補充的能源，稱為可再生能源。經(jīng)過億萬年形成的，在短期內(nèi)無法恢復的能源稱為非可再生能源。99能源按使用情況進行分類，如表1-1所示。8能源一次能源常規(guī)能源可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然氣、核裂變新能源可再生能源：太陽能、風能、生物質(zhì)能、海洋能、地熱能非可再生能源：核聚變材料二次能源電力、焦炭、煤氣、汽油、煤油、柴油、重油、沼氣、蒸汽、熱水表1-1能源分類100能一次常規(guī)可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然氣、核(二)、資源的有效利用

人類生產(chǎn)和生活始終面臨著一個無法避免的問題：資源稀缺。

注重：能源開發(fā)與節(jié)約并重101(二)、資源的有效利用10一、水力發(fā)電水電站是將水能轉(zhuǎn)變成電能的工廠，

能量轉(zhuǎn)換過程：水能→機械能→電能。

水流量(m3/s)和水頭（落差m）我國水力資源理論蘊藏量：6.98億千瓦技術可開發(fā)：4.93億千瓦經(jīng)濟可開發(fā)：3.95億千瓦目前已開發(fā)：1.08億千瓦102一、水力發(fā)電水電站是將水能轉(zhuǎn)變成電能的工廠，我國水力資源1水電站的型式圖1－1水電站示意圖1－水庫；2－壓力水管；3－水電站廠房；4－水輪機5－發(fā)電機；6－尾水渠道（1）壩后式103水電站的型式圖1－1水電站示意圖（1）壩后式12示例：水口水電廠三峽電站104示例：水口水電廠三峽電站13三峽電站水輪機105三峽電站14（2）河床式水電站圖1－2河床式水電站示意圖106（2）河床式水電站圖1－2河床式水電站示意圖15葛洲壩水電站（河床式）107葛洲壩水電站16圖1－3引水式水電站示意圖（3）引水式水電站108圖1－3引水式水電站示意圖（3）引水式水電站17引水式電站示例109引水式18（4）梯級電站圖1－4梯級水電站布置示意圖古田溪梯級電站、富泉溪梯級電站110（4）梯級電站圖1－4梯級水電站布置示意圖古田溪梯級電站、（5）抽水蓄能電站圖1－5抽水蓄能式水電站既是電源又是負荷，起到削峰填谷作用；具有調(diào)頻、調(diào)相、負荷備用、事故備用的功能。111（5）抽水蓄能電站圖1－5抽水蓄能式水電站既是電源又是負荷浙江天荒坪抽水蓄能電站水庫112浙江天荒坪抽水蓄能電站水庫21水電站的主要動力設備——水輪機能將水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機械能。僅利用水流的動能轉(zhuǎn)換為機械能的水輪機稱為沖擊式水輪機。同時利用水流的壓能、動能轉(zhuǎn)換成機械能的水輪機稱為反擊式水輪機（最廣泛）。113水電站的主要動力設備221、沖擊式水輪機根據(jù)水流沖擊轉(zhuǎn)輪的部位和方向的不同，沖擊式水輪機可分為水斗式、斜擊式和雙擊式。水斗式水輪機應用最廣泛，它的主要部件有轉(zhuǎn)輪、噴嘴、噴針、折向器、主軸和機殼。圖1－6水斗式水輪機1－轉(zhuǎn)輪；2－噴嘴；3－轉(zhuǎn)輪室；4－機殼；5－調(diào)節(jié)手輪；6－針閥1141、沖擊式水輪機圖1－6水斗式水輪機232、反擊式水輪機

反擊式水輪機種類很多，有混流式、斜流式、軸流式（定漿式、轉(zhuǎn)漿式）、貫流式（全貫流式、半貫流式）。

主要由水輪機室、導水機構、轉(zhuǎn)輪和泄水機構四大部分組成。1152、反擊式水輪機24（1）水輪機室是引水機構，常稱蝸殼，其作用是將引水管來的水流沿圓周方向均勻?qū)蜣D(zhuǎn)輪。圖1－7蝸殼外形圖116（1）水輪機室圖1－7蝸殼外形圖25（2）導水機構

導水機構的作用是使水流沿著有利的方向進入水輪機的轉(zhuǎn)輪。調(diào)整導葉的開度，調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)輪的流量，從而改變水輪機的輸出功率。導水機構關閉導葉，可使水輪機停止運行。（3）轉(zhuǎn)輪117（2）導水機構26（4）尾水管圖1－8尾水管示意圖118（4）尾水管圖1－8尾水管示意圖2711928（1）水能是可再生能源，沒有損耗，沒有污染。（2）不排放有害氣體、煙塵和灰渣，沒有核廢料。（3）水力發(fā)電的效率高，常規(guī)水電廠的發(fā)電效率在80%以上。（4）機組起停靈活，輸出功率增減快、可變幅度大，便于調(diào)峰、調(diào)頻和承擔事故備用電源。（5）水庫可以綜合利用，承擔防洪、灌溉、航運、生活和生產(chǎn)用水、養(yǎng)殖、旅游等任務。（6）受豐枯變化的影響較大。（7）對生物資源生態(tài)環(huán)境有破壞。水力發(fā)電的特點：120（1）水能是可再生能源，沒有損耗，沒有污染。水力發(fā)電的特點：二、火力發(fā)電火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學能生產(chǎn)電能的工廠。我國電源構成是以火電為主，至2004年底，全國總裝機容量為44070萬kW，火電裝機容量為32490萬kW,占我國發(fā)電裝機總?cè)萘康?3.7%?；痣姀S按使用燃料的不同可分為燃煤、燃油和燃氣等幾類電廠。我國的煤炭資源比較豐富，燃煤火電廠是我國目前電能生產(chǎn)的主要方式。121二、火力發(fā)電火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤鍋爐將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能，蒸汽機將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機械能，發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。（如圖1—5所示）?；痣姀S的實際生產(chǎn)過程要復雜得多，還需要很多輔助系統(tǒng)以維持其正常生產(chǎn)，如輸煤系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)，供水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等?；痣姀S生產(chǎn)過程火電廠按照原動機不同可分為汽輪機電廠、燃氣輪機電廠、蒸汽—燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠。但從能量轉(zhuǎn)換觀點分析，其基本過程都是：燃料的化學能→熱能→機械能→電能。122鍋爐將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能，蒸汽機將蒸圖1－5凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)組合示意圖123圖1－5凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)組合示意圖32浙江華能火電廠124浙江華能火電廠33火電廠鍋爐外觀125火電廠鍋爐外觀34三、風力發(fā)電風能就是指流動的空氣所具有的能量，是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。風能是一種干凈的自然能源、可再生能源，同時風能的儲量十分豐富。據(jù)估算，全球大氣中總的風能量約為1017kW，其中可被開發(fā)利用的風能約為2×1010kW，比世界上可利用的水能大10倍。因此，風能的開發(fā)利用具有非常廣闊的前景。(一)、風力發(fā)電機從能量轉(zhuǎn)換觀點來看，風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程為：空氣動能→旋轉(zhuǎn)機械能→電能，因此發(fā)電設備的關鍵在于將截獲的流動空氣所具有的動能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置即風力機。126三、風力發(fā)電風能就是指流動的空氣所具有的能三、風力發(fā)電風能資源風能就是指流動的空氣所具有的能量，是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。全球大氣中總的風能量約為:1017kW，可被開發(fā)利用的風能約為:2×1010kW，比世界上可利用的水能:大10倍。因此，風能的開發(fā)利用具有非常廣闊的前景。127三、風力發(fā)電風能資源36古代對風能的利用:幾千年(埃及最早)的歷史:風車用于碾谷和抽水、借風航行等現(xiàn)代對風能的利用：

風力發(fā)電

如：新疆達板城風電場、福建平潭、東山等地風電場128古代對風能的利用:37一、風力發(fā)電機

（1）風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程：

空氣動能→旋轉(zhuǎn)機械能→電能

風力機發(fā)電機與電風扇對照?。?！129一、風力發(fā)電機

（1）風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程：風力機發(fā)電機與13039131401324113342(二)、風力發(fā)電的運行方式風力發(fā)電機組由風力機和發(fā)電機及其控制系統(tǒng)所組成，其中風力機完成風能到機械能的轉(zhuǎn)換，發(fā)電機及其控制系統(tǒng)完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換。風力發(fā)電的運行方式通?？煞譃楠毩⑦\行和并網(wǎng)運行。1、獨立運行發(fā)電機組的獨立運行是指機組生產(chǎn)的電能直接供給相對固定的用戶的一種運行方式。獨立運行的風力發(fā)電機輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應用戶使用。為了實現(xiàn)不間斷的供電，風力發(fā)電系統(tǒng)可與其他動力源聯(lián)合使用，互為補充，如風力—柴油發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行，風力—太陽能電池發(fā)電聯(lián)合運行。134(二)、風力發(fā)電的運行方式432、并網(wǎng)運行風力發(fā)電機與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能的運行方式，是克服風的隨機性而帶來的蓄能問題的最穩(wěn)妥易行的運行方式，并可達到節(jié)約礦物燃料的目的。10kW以上直至兆瓦級的風力發(fā)電機皆可采用這種運行方式。在風能資源良好的地區(qū)，將幾十、幾百臺或幾千臺單機容量從數(shù)十千瓦、數(shù)百千瓦直至兆瓦級以上的風力發(fā)電機組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風力發(fā)電機群體，稱為風力發(fā)電場，簡稱風電場。風力發(fā)電場屬于大規(guī)模利用風能的方式，其發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設備送往大電網(wǎng)。1352、并網(wǎng)運行44(三)、風力發(fā)電的特點（1）風能是可再生能源，不存在資源枯竭的問題。（2）風力發(fā)電是清潔的電能生產(chǎn)方式，不會造成空氣污染。（3）風力發(fā)電機組建設工期短，單臺機組安裝僅需幾周，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時間。投資規(guī)模靈活，可根據(jù)資金多少來確定，而且安裝一臺可投產(chǎn)一臺。（4）運行簡單，可完全做到無人值守。（5）實際占地少，機組與監(jiān)控、變電等建筑僅占風電場約1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用，而且對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形條件下均可建設，還可建設大型海上風力發(fā)電場。136(三)、風力發(fā)電的特點45（6）偏遠地區(qū)地廣、人稀、風力資源豐富，風力發(fā)電獨立運行方式便于解決其供電問題。（7）風能具有間歇性，風力發(fā)電必須和一定的其他形式供能或儲能方式結(jié)合。（8）風能的能量密度低，空氣的密度僅約為水的密度的1/800，因此，同樣單機容量下，風力發(fā)電設備的體積大、造價高，單機最大容量也受到限制。（9）風力發(fā)電機組運轉(zhuǎn)時發(fā)出噪聲及金屬葉片對電視機與收音機的信號接收會造成干擾，對環(huán)境有一定影響。137（6）偏遠地區(qū)地廣、人稀、風力資源豐富，風力發(fā)電獨立運行方式1、太陽能資源太陽能是地球的能源之母、萬物生長之源。

可再生能源，用之不竭，免費使用。而且是清潔、無污染。

但是，太陽能的能流密度較低，還具有間歇性和不穩(wěn)定性。四、太陽能發(fā)電1381、太陽能資源四、太陽能發(fā)電47五、核能發(fā)電核電廠是利用核裂變能轉(zhuǎn)化為熱能，再按火電廠的發(fā)電方式，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，它的原子核反應堆相當于鍋爐。核反應堆中，除裝有核燃料外，還以重水或高壓水作為慢化劑和冷卻劑，所以，反應堆又可分為重水堆、壓水堆等。圖1—6為壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖。核反應堆內(nèi)，鈾-235在中子撞擊下，使原子核發(fā)生裂變，產(chǎn)生的巨大能量主要以熱能形式被高壓水帶至蒸汽發(fā)生器，在此產(chǎn)生蒸汽，送至汽輪發(fā)電機組。1kg鈾-235所發(fā)出的電力約等于2700t標準煤所發(fā)出的電力。139五、核能發(fā)電48圖1－6壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖140圖1－6壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖49

福建省在福鼎、福清籌建核電站，作為能源的過渡方案。問題（1）輻射環(huán)境影響排放的汽體、液體、固體廢物（2）非輻射環(huán)境影響排放的廢熱、廢水等141福建省在福鼎、福清籌建核電站，作為能源的過渡垃圾焚燒發(fā)電廠生物質(zhì)燃燒熱能電能

（在深圳、廣東、浙江較多）沼氣發(fā)電廠木煤氣發(fā)電廠薪柴發(fā)電廠蔗渣發(fā)電廠六、生物質(zhì)能發(fā)電

142垃圾焚燒發(fā)電廠六、生物質(zhì)能發(fā)電

51來源火電：鍋爐－汽輪機－發(fā)電機水電：水庫－水輪機－發(fā)電機核電：核反應堆－汽輪機－發(fā)電機其它：如風能、地熱能、太陽能、潮汐等143來源52第二節(jié)電力系統(tǒng)的形成

一、電力系統(tǒng)的基本概念圖1-7動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、和電力網(wǎng)絡示意圖144第二節(jié)電力系統(tǒng)的形成一、電力系統(tǒng)的基本概念圖電力系統(tǒng)——是由發(fā)電廠、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。電力網(wǎng)絡——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分?？傃b機容量——指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。年發(fā)電量——指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時（KWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。最大負荷——指規(guī)定時間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。145電力系統(tǒng)——是由發(fā)電廠、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)額定頻率——按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級——是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。

146額定頻率——按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為第三節(jié)電力系統(tǒng)的負荷電力系統(tǒng)的總負荷：指系統(tǒng)中各個用電設備消耗功率的總和。它們可分為動力負荷和照明負荷。綜合用電負荷：指工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、市政生活等各方面消耗的功率之和。供電負荷：指電力系統(tǒng)的綜合用電負荷加上電力網(wǎng)的功率損耗，即發(fā)電廠供出的負荷。發(fā)電負荷：指發(fā)電負荷再加上發(fā)電廠廠用電，即發(fā)電機發(fā)出的功率。電力負荷曲線：指某一段時間內(nèi)負荷隨時間變化的規(guī)律的曲線。147第三節(jié)電力系統(tǒng)的負荷電力系統(tǒng)的總負荷：指系統(tǒng)中各個用電有功功率(無功功率)日負荷曲線：表明系統(tǒng)有功功率或無功功率負荷在一天24小時的變化規(guī)律。用途：制定各發(fā)電廠發(fā)電負荷計劃及系統(tǒng)調(diào)度運行的依據(jù)。注意：無功功率與有功功率最大負荷不一定同時出現(xiàn)。有功功率年最大負荷曲線：表示一年內(nèi)每月最大有功功率負荷變化的曲線。用途：作為擴建發(fā)電機組，新建電廠以及安排全年發(fā)電設備檢修計劃的依據(jù)。年持續(xù)負荷曲線：由一年中系統(tǒng)負荷按其數(shù)值大小及持續(xù)時間順序由大到小排列面成的曲線。用途：可靠性估算和電網(wǎng)規(guī)劃與運行的能量損耗計算。148有功功率(無功功率)日負荷曲線：表明系統(tǒng)有功功率或無功有功

圖1-8電力系統(tǒng)的日負荷曲線（a）有功功率負荷；（b）無功功率負荷10203040506070809010004812162024t(h)P%（a)24t(h)102030405060708090100048121620Q%（b）負荷曲線除了用來表示負荷功率隨時間變化的規(guī)律外，還可用來計算用戶所消費的電能的大小。在某一時間Δt內(nèi)用戶所消耗的電能ΔA為該時間內(nèi)用戶的有功功率P和時間Δt的乘積。149圖1-8電力系統(tǒng)的日負荷曲線1020304050根據(jù)年持續(xù)負荷曲線，計算系統(tǒng)負荷全年消耗電量W最大負荷小時數(shù)Tmax其中Pmax為最大負荷12t(月)246810年初（冬季）年中（夏季）年末（冬季）P0圖1-9有功功率年最大曲線Pt(h)8760Tmaxt1t2t3P1P2P3abcdefgi圖1-10年持續(xù)負荷曲線150根據(jù)年持續(xù)負荷曲線，計算系統(tǒng)負荷全年消耗電量W最大負荷小時數(shù)一、電力系統(tǒng)運行的特點1.電能不能大量儲存2.暫態(tài)過程非常迅速3.和國民經(jīng)濟各部門間的關系密切第四節(jié)電力系統(tǒng)運行的特點及基本要求151一、電力系統(tǒng)運行的特點1.電能不能大量儲存第四節(jié)電力系統(tǒng)根據(jù)電能生產(chǎn)、輸送、消費的特殊性，對電力系統(tǒng)運行有如下三點要求。1.保證供電可靠性根據(jù)用戶對用電可靠性的要求，將負荷分為三個等級：電力系統(tǒng)供電的可靠性，就是要保證一級負荷在任何情況下都不停電，二級負荷盡量不停電，三級負荷可以停電。二、電力系統(tǒng)運行基本要求一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷。152根據(jù)電能生產(chǎn)、輸送、消費的特殊性，對電力系統(tǒng)運行有如2.保證良好的電能質(zhì)量良好的電能質(zhì)量有三個指標：電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量。

電壓偏移：一般不超過用電設備額定電壓的±5%。頻率偏移：一般不超過±0.2~0.5Hz。波形畸變率：指各次諧波有效值平方和的方根與基波有效值的百分比。1532.保證良好的電能質(zhì)量良好的電能質(zhì)量有三個指標：電壓電壓質(zhì)量對各類用電設備的安全經(jīng)濟運行都有直接的影響。圖1-12表示照明負荷的電壓特性。從圖上可以看出，對照明負荷來說，白熾燈對電壓的變化是敏感的。當電壓降低時，白熾燈的發(fā)光效率和光通量都急劇下降；當電壓上升時，白熾燈的壽命將大為縮短。例如，電壓較額定值降低10%，則光通量減少30%；電壓額定值上升10%，則壽命縮減一半。圖1-12照明負荷（白熾燈）的電壓特性

（一）、電壓154電壓質(zhì)量對各類用電設備的安全經(jīng)濟運行都有直接的影響。圖圖1-13輸出功率一定時異步電動機的定子電流、功率因數(shù)和效率隨電壓而變化的特性

對電力系統(tǒng)的負荷中大量使用的異步電動機而言，它的運行特性對電壓的變化也是較敏感的。當輸出額定功率并保持不變時，異步電動機的定子電流、效率因數(shù)和功率隨電壓而變化的特性如圖1-13所示。155圖1-13對電力系統(tǒng)的負荷中大量使用的異步電動機而言頻率的偏差同樣將嚴重影響電力用戶的正常工作。對電動機來說，頻率降低將使其轉(zhuǎn)速下降，從而使生產(chǎn)率降低，并影響電動機的壽命；反之，頻率增高將使電動機的轉(zhuǎn)速上升，增加功率消耗，并使經(jīng)濟性降低。特別是某些對轉(zhuǎn)速要求較嚴格的工業(yè)部門（如紡織、造紙等），頻率的偏差將大大影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至產(chǎn)生廢品。另外，頻率偏差對發(fā)電廠（尤其是火力發(fā)電廠）本身將造成更為嚴重的影響。此外，頻率的變化還將影響到電子信息設備以及計算機、自控裝置等電子設備的準確工作等。目前世界上除美國外的絕大多數(shù)國家規(guī)定的額定頻率為50Hz（美國為60Hz），而各國對頻率變化的容許偏差的規(guī)定不一，有的國家規(guī)定為不超過±0.5Hz，也有一些國家規(guī)定為不超過±（0.2~0.1）Hz的。我國的技術標準規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，而頻率變化的容許偏差為±（0.5~0.2）Hz。（二）、頻率156頻率的偏差同樣將嚴重影響電力用戶的正常工作。對電動機通常，要求電力系統(tǒng)給用戶供電的電壓及電流的波形應為標準的正弦波。供電電壓（電流）的波形不是標準的正弦波時，必然包含著各種高次諧波成分，這些諧波成分的出現(xiàn)將大大影響電動機的效率和正常運行，還可使系統(tǒng)因容抗、感抗等參數(shù)的改變而產(chǎn)生高次諧波共振以及增大元件的諧波損耗而危及設備的安全運行。（三）、波形157通常，要求電力系統(tǒng)給用戶供電的電壓及電流的波形應為標準3.提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標一般是指火電廠的煤耗以及電廠的廠用電率和電力網(wǎng)的網(wǎng)損率等。

環(huán)境保護問題也將成為對電力系統(tǒng)運行的基本要求。1583.提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指1.電力系統(tǒng)的電壓等級電力系統(tǒng)電壓等級的確定主要從電力系統(tǒng)輸送電能的經(jīng)濟性，生產(chǎn)產(chǎn)品的系列性和經(jīng)濟性兩個方面考慮。說明：①用電設備的容許電壓偏移一般為±5%②沿線路的電壓降落一般為10%,取線路始端電壓為額定電壓的105%；③在額定負荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%④電力線路平均額定電壓，是指電力線路首末端所接電氣設

額定電壓的平均值，即

Uav=(UN+1.1UN)/2=1.05UN

電力線路額定電壓第五節(jié)電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定1591.電力系統(tǒng)的電壓等級電力系統(tǒng)電壓等級的確定主用電設備的額定電壓：與線路的額定電壓相同。發(fā)電機的額定電壓：同步發(fā)電機往往接在線路始端，因此，其額定電壓比電力線路的額定電壓高5%,即取發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的105%；變壓器的額定電壓：一次側(cè)相當于用電設備，其額定電壓等于線路的額定電壓；二次側(cè)相當于發(fā)電機，其額定電壓較線路額定電壓高10%。注意：①當一次側(cè)直接和發(fā)電機相連時，其額定電壓等于

發(fā)電機額定電壓；

②當變壓器漏抗較小，或二次側(cè)直接與用電設備相連的廠用變壓器，其額定電壓可以只比線路電壓高5%。10KV及以上比線路額定電壓高10%；10KV以下比線路額定電壓高5%160用電設備的額定電壓：與線路的額定電壓相同。發(fā)電機的額定

表1-2額定電壓及電力線路的平均額定電壓（KV）用電設備及電力線路的額定電壓電力線路的平均額定電壓同步發(fā)電機的額定電壓變壓器的額定電壓一次繞組二次繞組3610（15）（20）35（60）110（154）2203305003.156.310.515.752137631151622303455253.156.310.515.75

33.1566.31010.515.75203560110154220330500

3.153.36.36.610.5112238.566121169242345525161表1-2額定電壓及電力線路的平均額表1-3電力線路的額定電壓與輸