第1章電力系統(tǒng)的基本概念

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析

揚州大學能源與動力工程學院

1本章介紹有關電力系統(tǒng)的基本知識和我國電力工業(yè)、電力系統(tǒng)的基本情況。第一章

電力系統(tǒng)的基本概念第一節(jié)電力系統(tǒng)概述

第二節(jié)我國電力系統(tǒng)發(fā)展與現況第三節(jié)電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求第四節(jié)電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級第五節(jié)電力系統(tǒng)工程學科和電力系統(tǒng)分析課程2第一節(jié)電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展1、1831年法拉第發(fā)現了電磁感應定律。很快出現了原始的交流發(fā)電機、直流發(fā)電機和直流電動機；輸電電壓只有直流低壓100—400v2、第一次高壓輸電出現于1882年。法國人M·德波列茨將位于彌斯巴赫煤礦的蒸汽機發(fā)出的電能輸送到57km外的慕尼黑，并用以驅動水泵。電壓：直流1500—2000v；功率：1.5kw3、1885年在制成變壓器的基礎上，實現單向交流輸電；1891年在制成三相變壓器和三相異步電動機的基礎上，實現了三相交流輸電。34、1891年在法蘭克福舉行的國際電工技術展覽會上，在德國人奧斯卡·馮·密勒主持下展出的輸電系統(tǒng)，奠定了近代輸電技術的基礎。系統(tǒng)概況：起于勞芬鎮(zhèn)，始于法蘭克福，全長178km；勞芬鎮(zhèn)的水輪發(fā)電機組：其功率為230kvA，電壓約95v，轉速為150r／min。升壓變壓器將電壓升高至25000v，電功率經直徑為4mm的銅絞線輸送至法蘭克福。在法蘭克福，用兩臺降壓變壓器將電壓降至112v。其中一臺變壓器供電給白熾燈，另一臺給異步電動機，電動機驅動一臺功率為75w的水泵。5、之后，汽輪機取代蒸汽機，交流電取代直流電，高電壓取代低電壓，輸電距離增加，大的電力系統(tǒng)出現。4特點1：電源成分和負荷成分方面的巨大變化特點2：運行管理上的高度自動化特點3：輸電電壓，輸電距離，輸電功率上的巨大變化。交流輸電電壓超過1000kv，輸電距離超過1000km，輸電功率超過3000MW。直流輸電電壓達到±600kv典型實例：電源，變壓器，輸電線路，負荷二、近代電力系統(tǒng)51、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)計。2、年發(fā)電量。電力系統(tǒng)的年發(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，以兆瓦·時(MW．h)、吉瓦時(GW．h)、太瓦·時(TW．h)計。3、最大負荷。最大負荷一般指規(guī)定時間，如—天、一月或一年內，電力系統(tǒng)的有功功率負荷的最大值，以干瓦(kW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)計。4、額定頻率。按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定頻率均為50Hz，國外則有額定頻率為60Hz或25Hz的電力系統(tǒng)。三、電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖65、最高電壓等級。6、地理結線圖。電力系統(tǒng)的地理結線圖主要顯示該系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所的地理情況，電力線路的路徑，以及它們相互問的聯結。因此，由地理結線圖可獲得對該系統(tǒng)的宏觀印象。但由于地理結線圖上難以表示各主要電機、電器間的聯系，對該系統(tǒng)的進‘步了解，還需閱讀其電氣結線圖。華東電力系統(tǒng)的地理結線圖如圖所示。7、電氣結線圖。電力系統(tǒng)的電氣結線圖主要顯示該系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、電力線路等主要電機、電器、線路之間的電氣結線。因此，由電氣結線圖可獲得對該系統(tǒng)的更細致了解。但由于電氣結線圖上難以反映各發(fā)電廠、變電所、電力線路的相對位置，閱讀電氣結線圖時，又常需參閱地理結線圖。圖1·3中，就是一種簡化的電氣結線圖。返回7第二節(jié)：我國電力系統(tǒng)和電力工業(yè)簡介一、概況電力工業(yè)起步很早，但發(fā)展緩慢

1882年：我國上海出現第一個發(fā)電廠

1949年：總裝機容量僅達1850MW，年發(fā)電量僅達4．3TW．H

2002年底全國發(fā)電裝機容量達到3.56億千瓦，發(fā)電量達到16542億千瓦時，均居世界第二位。發(fā)展速度：每年接近2000萬kW8電力工業(yè)發(fā)展應堅持以下原則：

--堅持可持續(xù)發(fā)展和相互協調的原則。電力工業(yè)必須搞好發(fā)展戰(zhàn)略和發(fā)展規(guī)劃，立足當前，著眼長遠，加快發(fā)展，保證供給。在發(fā)展中以市場需求為導向，堅持可持續(xù)發(fā)展的原則，電力、社會、經濟、環(huán)境協調發(fā)展；堅持協調發(fā)展的原則，電力、煤炭、運輸、設備制造等相關產業(yè)要協調配套，相互適應。要不斷提高技術裝備水平和能源效率，開發(fā)和節(jié)約并重。

--加強電網建設。要推進“西電東送”，搞好三大通道建設，加快全國聯網，實現在更大范圍內的能源資源優(yōu)化配置。高壓輸電網、低壓配網、二次系統(tǒng)要配套建設。繼續(xù)加強城市電網和農村電網建設與改造。進一步提高電力系統(tǒng)自動化、信息化和現代化水平，提高系統(tǒng)的可靠性、安全性和經濟性。9--大力發(fā)展水電。水電發(fā)展要積極推進流域梯級綜合開發(fā)，提高水電開發(fā)率，形成幾大水電基地。

--優(yōu)化發(fā)展煤電。煤電發(fā)展要優(yōu)化地區(qū)布局和內部結構，重視一次能源資源和水資源的節(jié)約，重視資源的綜合利用和環(huán)境保護。不斷提高大機組的比重；在有條件的地區(qū)要形成煤電基地和電站群；繼續(xù)發(fā)展熱電聯產；適度發(fā)展天然氣發(fā)電；注重老電廠的技術改造。

--積極發(fā)展核電。核電發(fā)展要以我為主，引進技術，合作制造，降低造價，提高競爭力。

--加快新能源的發(fā)展步伐。要加大風力發(fā)電的開發(fā)力度，在條件具備的地區(qū)，集中建設若干個大型風力發(fā)電場，帶動相關產業(yè)的發(fā)展。同時加快其它新能源的發(fā)展。10

--深化電力體制改革。要堅持打破壟斷，引入競爭，提高效率，健全電價機制，優(yōu)化資源配置，加快電力發(fā)展。加快電力市場監(jiān)管體系建設。建立公平競爭、開放有序、健康發(fā)展的電力市場體系。建立健全電力法規(guī)體系，研究修訂《電力法》，制定《可再生能源促進法》。

--研究建立我國電力系統(tǒng)安全和電網重大突發(fā)事件應急處理機制。減少電力突發(fā)事件對社會、經濟和人民生活造成的損失和影響。11二、我國電力系統(tǒng)簡介

跨省電力系統(tǒng)5個，獨立省電力系統(tǒng)若干個，分地區(qū)裝機容量及售電量見表12三、我國電力系統(tǒng)前景

1、裝機容量和發(fā)電量等指標132、聯合電力系統(tǒng)的出現返回14第三節(jié)電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求一、電能生產、輸送、消費的特點

1、電能與國民經濟各個部門之間的關系都很密切。

2、電能不能大量儲存。

3、生產、輸送、消費電能各環(huán)節(jié)薩組成的統(tǒng)一整體不可分割。

4、電能生產、輸送、消費工況的改變十分迅速。

5、對電能質量的要求頗為嚴格15二、對電力系統(tǒng)運行的基本要求1、供電可靠性計劃內停電計劃外停電保證供電可靠性的措施可靠性的定量和定性分析

2、電能質量電壓、頻率、波形

3、經濟性16三、單一電力系統(tǒng)的聯合例表表示截止1998年年我國主要電力指標根據對電力系統(tǒng)運行的基本要求，最好將單一系統(tǒng)聯合，組成聯合電力系統(tǒng)?？纱蟠筇岣吖╇姷目煽啃裕瑴p少為防止設備事故引起供電中斷而設置的備電容量；可更合理地調配用電，降低聯合系統(tǒng)的最大負荷，提高發(fā)電設備的利用率，減少電力系統(tǒng)中發(fā)電設備的總容量；更合理地利用系統(tǒng)中各種類型的發(fā)電廠，從而提高運行為經濟性。由于個別負荷在系統(tǒng)總負荷中所占比重的減小，其被動對系統(tǒng)電能質量力影響也將減小。聯合電力系統(tǒng)容量很大，個別機組的開停甚至故障，對系統(tǒng)的影響將減小，從而可采用大容量、高效率的機組。返回17第四節(jié)電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級一、幾種典型結線方式的特點無備用接線：特點：1、供電可靠性差

2、經濟性好

3、運行方便接線形式單回路干線式，放射式，鏈式有備用接線特點：1、供電可靠性差

2、經濟性好

3、運行方便接線形式雙回路干線式，放射式，鏈式，兩端供電網，環(huán)形接線18191、電力系統(tǒng)的額定電壓等級額定電壓等級的確定對應于一定的輸送功率和輸送距離應有一最合理的線路電壓，電壓等級的系列化電力系統(tǒng)各種設備電壓等級說明用電設備，線路，發(fā)電機，變壓器，見下表和圖二、不同電壓等級的適用范圍2021222、不同電壓等級的適用范圍154、60kV電壓等級不宜推廣。500、330、220kv多半用于大電力系統(tǒng)的主干線；110kv既用于中小電力系統(tǒng)的主干線，也用于大電力系統(tǒng)的二次網絡；35kv服用于大城市或大工業(yè)企業(yè)內部網絡，也廣泛用于農村網絡；10kv則是員常用的更低一級配電電壓，只有負荷中高壓電動機的比重很大時，才考慮以6kv配電的方案。2324中性點接地中性點不接地1、供電可靠性2、絕緣投資與運行維護費用3、中性點經消弧線圈接地簡單分析3—6kV網絡30A

10kV網絡20A35—60kV網絡10A中性點經消弧線圈接地時，又有過補償和欠補償之分三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式2526返回27第五節(jié)電力系統(tǒng)工程學科和電力系統(tǒng)工程基礎課程一、電力系統(tǒng)工程學科的范疇(1)電力系統(tǒng)理論是以電路、電磁場和電機理淪為基，吸收大量新興學科的有關內容，并結合電力系統(tǒng)的特點而形成的面向近代電力系統(tǒng)的理論，是其它各個領域的理論基礎。(2)輸配電技術主要涉及超高壓輸電線路、遠距離交直流輸電系統(tǒng)，以及提高輸電線路輸送能力等方面的問題。(3)電力系統(tǒng)規(guī)劃主要涉及遠景負荷規(guī)