電氣工程概論 第三章 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)(三)課件

3.4電力網(wǎng)電網(wǎng)的構(gòu)成和功能電力網(wǎng)絡(luò)由不同電壓等級(jí)的電力線路、變壓器和相應(yīng)的配電裝置構(gòu)成。電力網(wǎng)絡(luò)的功能是輸送和分配電能并進(jìn)行電壓變換。電力網(wǎng)可分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)，大型電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)通常以電壓等級(jí)進(jìn)行分層；輸電網(wǎng)將發(fā)電廠的電能通過(guò)高壓輸電線送到負(fù)荷中心，其額定電壓通常為220～750kV，它是電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)；1電氣工程概論配電網(wǎng)將電能通過(guò)配電線路送到電能用戶，可以分為高壓、中壓、和低壓配電網(wǎng)；高壓配電網(wǎng)的電壓一般為35～110kV或更高；中壓配電網(wǎng)的電壓一般為1～35kV；低壓配電網(wǎng)的電壓一般為380/220V。2電氣工程概論電纜是將導(dǎo)電芯線用絕緣層及防護(hù)層包裹，敷設(shè)于地下、水中、溝槽等處的電力線路。特點(diǎn)：造價(jià)高，故障定位和檢修困難；占地面積少，供電可靠；不影響城市環(huán)境。4電氣工程概論配電系統(tǒng)的功能和構(gòu)成配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分，由電壓等級(jí)為110kV及以下的線路和設(shè)備構(gòu)成，電力系統(tǒng)通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)直接向用戶供電，主要由配電變電站、配電線路等構(gòu)成。主要包括：

1kV以下低壓配電；1～35kV中壓配電；35～110kV高壓配電。6電氣工程概論電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行電能特點(diǎn)：電能目前不能大量存儲(chǔ)；暫態(tài)過(guò)程非常迅速，以10-3～10-6s計(jì)；意外供電中斷，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失；電能質(zhì)量要求十分嚴(yán)格。電力系統(tǒng)調(diào)度管理是指對(duì)電力系統(tǒng)全局安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和事故處理的問(wèn)題進(jìn)行計(jì)劃、指揮、控制、協(xié)調(diào)等工作的總稱。調(diào)度管理的任務(wù)保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全可靠運(yùn)行，提供合格的電能質(zhì)量。調(diào)度管理的內(nèi)容電力系統(tǒng)分層調(diào)度管理：國(guó)調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)、縣調(diào)。7電氣工程概論電力系統(tǒng)故障主要包括單相接地短路、兩相接地短路、兩相短路、三相短路、斷線等；故障可能引起的后果：短路故障點(diǎn)強(qiáng)大的短路電流及燃起的電弧，可能損毀設(shè)備；部分區(qū)域電能質(zhì)量下降；短路電流的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)會(huì)損壞設(shè)備或縮短設(shè)備壽命；電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞，產(chǎn)生振蕩，甚至引起系統(tǒng)瓦解。8電氣工程概論電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行狀態(tài)主要包括過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓、非全相運(yùn)行、振蕩（非同步運(yùn)行）、次同步諧振、同步發(fā)電機(jī)短時(shí)失磁異步運(yùn)行等。故障和非正常運(yùn)行都能引起系統(tǒng)事故（如電壓崩潰事故、頻率崩潰事故）。事故是指系統(tǒng)的全部或部分的正常運(yùn)行遭受破壞，造成對(duì)用戶停止供電、少送電或電能質(zhì)量下降，甚至造成人身傷亡、設(shè)備損壞等。繼電保護(hù)裝置就是能迅速反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)，并有選擇性地動(dòng)作于跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。此外，自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入裝置、按頻率自動(dòng)減負(fù)載、自動(dòng)發(fā)電控制裝置、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置等自動(dòng)裝置都是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要自動(dòng)化設(shè)備。9電氣工程概論電加熱電加熱是以電能為能源加熱物料，并通過(guò)電爐、電焊機(jī)等來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱的一種方法。電加熱大致分為兩種：一是電能在電爐、電熱器具上轉(zhuǎn)變成熱能后加熱物料，如電爐、電弧爐、感應(yīng)爐、微波爐、光波爐等。另一種是利用電能驅(qū)動(dòng)熱泵，把熱能從溫度較高的物體輸送給溫度較低的物體,如熱泵等。應(yīng)用:工業(yè)領(lǐng)域：冶煉、熱處理、焊接等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：溫室培育等家庭生活：烹飪、取暖等11電氣工程概論電力拖動(dòng)電力拖動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種拖動(dòng)方式，又稱電氣傳動(dòng)或電力傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)功率開(kāi)關(guān)控制器件電源傳遞機(jī)構(gòu)工作機(jī)械機(jī)械連接電連接電力拖動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域極其寬廣，從一般的家用電器到工業(yè)機(jī)床設(shè)備、電動(dòng)交通工具等，在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的方方面面都有應(yīng)用，是電能最主要的應(yīng)用方式之一。12電氣工程概論3.6電力市場(chǎng)簡(jiǎn)介電力市場(chǎng)的概念電力市場(chǎng)是采用經(jīng)濟(jì)、法律等手段，本著公平競(jìng)爭(zhēng)、自愿互利的原則，對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、供電、用電等各組成員協(xié)調(diào)運(yùn)行的管理機(jī)制和執(zhí)行系統(tǒng)的總和。電力市場(chǎng)的基本特征：開(kāi)放性、競(jìng)爭(zhēng)性、計(jì)劃性和協(xié)調(diào)性。電力市場(chǎng)首先是一種管理機(jī)制，同時(shí)還是體現(xiàn)這種管理機(jī)制的執(zhí)行系統(tǒng)。包括貿(mào)易場(chǎng)所、計(jì)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。電價(jià)是電力市場(chǎng)的杠桿和核心內(nèi)容。轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)是電力市場(chǎng)重要的貿(mào)易形式。13電氣工程概論電力市場(chǎng)的興起我國(guó)電力體制改革的三個(gè)階段：第一階段：1985年實(shí)施集資辦電政策—20世紀(jì)90年代初期，解決缺電問(wèn)題。第二階段：20世紀(jì)90年代初期—1998年撤銷電力工業(yè)部前，提出逐漸實(shí)施電力體制改革，方案為：政企分開(kāi)、廠網(wǎng)分開(kāi)、輸供分離、實(shí)施公司化改組；統(tǒng)一開(kāi)放、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、建立電力交易市場(chǎng)；依法管理、競(jìng)爭(zhēng)有序，建立健全電力市場(chǎng)法規(guī)體系和監(jiān)管體系。第三階段：1998年撤銷電力工業(yè)部—目前，實(shí)行“廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”試點(diǎn)。14電氣工程概論電力市場(chǎng)的基本原則基本目標(biāo)是：打破壟斷，引入競(jìng)爭(zhēng)，提高效率，降低成本，健全電價(jià)機(jī)制，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)電力發(fā)展，推進(jìn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建政府監(jiān)管下的政企分開(kāi)、公平競(jìng)爭(zhēng)、開(kāi)放有序、健康發(fā)展的電力市場(chǎng)體系。電力市場(chǎng)最基本的原則是公平。為保證電力市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)的原則，必須做到：電力市場(chǎng)要有公開(kāi)性（包括成本、定價(jià)、計(jì)量、計(jì)劃等），以便監(jiān)督；擴(kuò)大自由選擇權(quán)力，保證電網(wǎng)的開(kāi)放；必須建立有關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)約，使競(jìng)爭(zhēng)規(guī)范化。15電氣工程概論1高壓交流輸電技術(shù)三相高壓交流輸電技術(shù)常規(guī)的三相交流輸電在遠(yuǎn)距離輸電工程中占主導(dǎo)地位，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍然是輸電和聯(lián)網(wǎng)的主要方式；前蘇聯(lián)建成了900km的1150kV特高壓輸電線路并經(jīng)過(guò)了試運(yùn)行，后因無(wú)電可送等原因而降壓為500kV運(yùn)行；未來(lái)交流輸電發(fā)展的重點(diǎn)將是采用新技術(shù)充分利用線路走廊輸送更多的電力。17電氣工程概論多相交流輸電多相交流輸電以多相（相數(shù)大于3）交流電形式實(shí)現(xiàn)電能輸送；特點(diǎn)：相同的線路走廊和占地面積，多相輸電可提高由線路發(fā)熱條件決定的負(fù)荷容量，可設(shè)計(jì)得更“緊湊”適合線路路徑受限制的地區(qū)，可以接入三相交流輸電系統(tǒng)，不需經(jīng)過(guò)多相交流變電所；

多相交流輸電已經(jīng)入工業(yè)性試驗(yàn)和試運(yùn)行階段。18電氣工程概論靈活交流輸電靈活交流輸電（FACTS）是基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓、相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)；出現(xiàn)背景：發(fā)展互聯(lián)電網(wǎng)的需要；發(fā)展電力市場(chǎng)的需要；電力電子器件的快速發(fā)展使靈活交流輸電的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。靈活交流輸電技術(shù)的核心就是利用電力電子器件可以按照控制系統(tǒng)的要求，應(yīng)用現(xiàn)代換流技術(shù)和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電壓、阻抗或相位大幅度靈活控制。19電氣工程概論2高壓直流輸電技術(shù)端對(duì)端直流輸電該技術(shù)是一項(xiàng)成熟的遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)，預(yù)計(jì)端對(duì)端直流輸電在未來(lái)仍是遠(yuǎn)距離輸電和聯(lián)網(wǎng)的重要方式。多端直流輸電技術(shù)

為了解決直流輸電多電源供電、多落點(diǎn)受電問(wèn)題，研究出多端直流輸電技術(shù)。20電氣工程概論新一代直流輸電技術(shù)未來(lái)直流輸電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是在應(yīng)用可關(guān)斷器件組成的換流器進(jìn)一步改善輸電性能的同時(shí)，大幅度簡(jiǎn)化設(shè)備，減少換流站的占地，降低造價(jià)，以便在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上比其它輸電方式更具競(jìng)爭(zhēng)力；典型例子是：所謂輕型直流輸電（HVDCLight），它采用IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器；使用戶外換流閥以節(jié)省閥廳的建設(shè)費(fèi)用；應(yīng)用連續(xù)調(diào)節(jié)交流濾波器、有源濾波器等技術(shù)大幅度減少戶外場(chǎng)的占地。21電氣工程概論3新型輸電線路

緊湊型線路緊湊型線路是指增加分裂導(dǎo)線數(shù)、縮短相間距離、合理排列相導(dǎo)線等措施以降低線路波阻抗，從而提高線路輸送能力的輸電線路。研究的主要目的是提高線路的輸送能力，節(jié)省線路走廊；從20世紀(jì)60年代起，美國(guó)、前蘇聯(lián)、法國(guó)、巴西等國(guó)建成了各種電壓等級(jí)的緊湊型線路，我國(guó)也建成了一條500kV的緊湊型線路，正在試運(yùn)行中。22電氣工程概論4潔凈煤發(fā)電技術(shù)

當(dāng)今我國(guó)的火力發(fā)電機(jī)組效率低