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1、电力系统分析,二O一一年二月,刘青松,2,本课程的内容,电力系统工程学科的范畴 电力系统分析 稳态、暂态 稳态:基本知识、元件特性、正常运行的状况和 计算、运行调节和优化 作业:书本、网上 考核形式,3,第一章 电力系统的基本概念,电气系统的基本概念,4,1.电力工业在国民经济中的地位,电是能量的一种表现形式,是一种二次能源。,人均用电量是衡量现代生活水平的重要标志。,电能的优点,电力工业,电力工业的发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志。,1.1 绪论,5,世界人均消费电能(2000年),6,7, 2003年8月14日北美大停电,电力工业是国民经济发展的先行基础行业。,8, 2003年8月
2、28日英国停电,9,我国发生的重大停电事故,湖北1972年7月27日大面积停电事故,造成武汉、黄石、黄冈地区全部停电,经济损失2400余万元。 华中1982年8月7日电网稳定破坏事故,造成湖北地区大面积停电,武钢、冶钢等重要用户严重受损,部分设备损坏,10小时后恢复正常。,10, 2004全国电荒,武汉遇7年来最严重电荒, 110被拉闸,红绿灯停电。 湖北电荒闹得凶,一季度拉闸7199次。 上半年24个省市拉闸限电,严峻形势将会贯穿全年。 浙江义乌4万多工业企业停电10天。,2. 发电厂概述,12,13,1. 火力发电厂,原动机:凝汽式汽轮机、燃气轮机、内燃机,我国大部分火电厂为凝汽式火力发电
3、厂,14,锅炉,凝汽器,发电机,汽轮机,变压器,输电线路,15,16,17,18,火电厂外景,19,锅炉外观全景,20,汽轮机及发电机外观,21,主变压器侧面,22,主变压器正面,23,输电线路,24,厂用变压器,25,晾水塔,26,送风机及静电除尘装置,27,2. 水力发电厂, 水电厂的类型 堤坝式 引水式 抽水蓄能电站,28,堤坝式水电厂:利用修筑拦河堤坝来抬高上游水位,形成发电水头的水电厂。 堤坝式水电厂的分类 坝后式 河床式,29,坝后式水力发电厂示意图,上游,水库,大坝,变压器,发电机,下游,30,河床式水力发电厂示意图,进水口,厂房,溢流坝,31,引水式水力发电厂,堰,引水渠,压力
4、水管,厂房,32,水坝,蓄水池,抽水蓄能电站(发电),33,抽水蓄能电站(蓄能),34,3. 核电厂,利用核能发电的工厂。,分类 轻水堆 重水堆 石墨冷气堆,沸水堆 压水堆,35,沸水堆型核电厂示意图,混凝土 防护壳,主循环泵,控制棒,反应堆,汽轮机,发电机,凝结器,凝结水泵,36,压水堆型核电厂示意图,混凝土 防护壳,控制棒,反应堆,加压器,主循环泵,蒸汽 发生器,37,4.其它能源发电,风力发电 地热发电 潮汐发电 太阳能发电,38,风力发电示意图,39,海上风力发电站,40,41,火山,地下水,蒸汽包,汽轮机,发电机,冷却塔,循环水泵,地热发电示意图,42,43,潮汐发电:利用海水涨潮、
5、落潮中的动能和势能来发电。,44,潮汐发电示意图,45,江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站,位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。1980年5月第一台机组投产发电。电站装有双向贯流式机组6台,总装机容量3200干瓦,年发电量600万度,可昼夜发电1415小时 。规模仅次于法国郎斯潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯潮汐电站,居世界第三。,46,太阳能发电示意图,47,3 我国电力发展概况及前景,一、我国电力工业发展概况,中国电力工业发展史,48,我国电力发展概况及前景,中国电力工业的发展可分为三个以下阶段,18821937年。从1882年上海第一台机组发电到抗日战争爆发前夕,全国共有461个发电厂,
6、总装机容量630MW,年发电量为17亿 kWh,初步形成北京、天津、上海、南京、武汉、广州、南通等大、中城市的配电系统。 19371949年。1937年抗日战争开始后,日本帝国主义以东北为基地,为战争生产和提拱军需物资,从而使东北电力系统也有一定的发展。1949年新中国成立时,全国发电装机容量为1848.6MW,年发电量约43 亿kWh,居世界第25位。当时中国已形成的电力系统有:东北中部电力系统;东北南部电力系统;东北东部电力系统; 冀北电力系统。,49,我国电力发展概况及前景,输电线路建设,1949年以来,中国的电力工业有很大的发展。特别是改革开放以来,我国的电力工业有了飞速的发展,平均每
7、年以10%以上的速度在增长,到1998年全国装机容量已达到277 GW,年发电量已达到1150TWh,均跃居世界第2位。但人均用电量、电力系统自动化水平还与发达国家有差距。,1954年,第一条220kV线路投入运行,全长369.25km; 1972年,第一条330kV线路投入运行,全长534km; 1981年,第一条500kV线路投入运行,全长595km ; 1989年,第一条500kV直流输电线路投入运行,全长1080km ,实现了华中电网与华东电网的互联。,50,我国电力发展概况及前景,我国电网已基本上形成500kV和 330kV的骨干网架;我国电网进入了远距离、超高压、跨大地区输电的阶段
8、。目前,我国已形成东北、华北、华东、华中、西北、川渝、南方共7个跨省电网以及山东、福建、新疆、海南和西藏5个独立省网。,我国电力系统现状,1998年,成立了国家电力公司,提出“厂网分开”,建立电力市场,实行“竞价上网”的改革方案。上海、浙江、山东作为首批改革试点,东北三省紧随其后,到2010年,全面实行“厂网分开、竟价上网”。2010年后,实现发、输、配三个环节分开,建立规范有序的电力市场,在更大范围内引入竞争机制。,商业化运行(电力市场),51,我国电力发展概况及前景,2010年全国装机容量达到650GW,2020年达到950 GW。,二、我国电力工业发展前景,21世纪发展目标,高参数(高温
9、、高压、超临界、单机容量); 大容量远距离高压输电、大系统互联; 高度自动化; 电力市场化; 分布式发电。,52,我国电力发展概况及前景,电网互联,2010年:形成以三峡电站为中心,连接华中、华东、川渝三个地区电网的中部电网。届时,全国将形成北、中、南三大互联电网的格局。 2020年:形成除新疆、西藏、台湾之外的,以三峡电网为中心的全国统一联合电网。 21世纪:在北、中、南三大电网的基本格局下,逐步形成全国联合大电网。与此同时,在21世纪将形成与周边国家互联的亚洲东部联合电网。,53,江苏谏壁发电厂始建于1959年,于1987年9月全部建成,共安装10台机组,总容量162.5万千瓦,年发电量在
10、100亿度左右,成为80年代末到90年代初国内最大的火力发电厂。,54,浙江北仑发电厂是我国目前最大的现代化火力发电厂,总装机容量为300万千瓦(5600MW),工程于1988年1月正式开工建设,2000年9月全部建成发电。年发电量167亿度,为浙江省各类发电厂发电总量的四分之一,其中两台机组的发电量就能满足宁波市全部用电所需。,55,北仑发电厂主控制室,北仑发电厂汽轮机房,56,张家口发电总厂成立于 1988年8月,由下花园发电 厂和沙岭子发电厂合并而 成,位于张家口市东南14km, 距首都北京170km,距煤都大同 180km。发电厂总装机容量240万 千瓦(8300MW),通过500kV
11、 双回线向北京供电,同时兼顾地方用电,担负着北京地区1/4电力负荷的供电任务。,张家口发电总厂夜景,厂区景色,汽轮机房,57,葛洲坝27孔泄洪闸,葛洲坝水电站,葛洲坝水电站是长江干流上修建的第一座大型水电工程,是三峡工程的反调节和航运梯级。电站始建于1970年,共有机21台机组,总装机容量271.5万千瓦,年发电量157亿度。电站以500kV和220kV输电线路并入华中电网,并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万千瓦。,58,南美伊泰普水电站是二十世纪最大的水电站 ,位于巴西和巴拉圭交界处的巴拉那河上,从1974年5月开始修建,于1991年5月竣工,由巴西与巴拉圭共建
12、。总装机容量12.6GW(18700MW),年发电量790亿度。水电站坝身长7.7公里,坝高196米(相当于 65层楼的高度)。,59,三峡水电站效果图,长江三峡水电站坝长2309m,坝高185m,水头175m,总库容393亿立方米,总装机容量18.2 GW(26700MW),年发电量86.5TWh;库区将淹没耕地36万亩,淹没城镇129座,需安置迁移人口113万;电站于93年起步,首批机组于2003年10月发电,以后每年投产4台机组(280MW),2009年全部机组建成投产。三峡电站发出的强大电力将送往华中、华东地区和广东省。电站将引出15条超高压交流输电线路,其中3条线路通过换流站将交流电
13、转换成直流电后,再通过500k直流输电线路,2条送往华东、1条送往广东。,60,三期导流图,三峡大坝模型,三峡大坝由多个功能模块组成,从左至右(面向下游)依次为永久船闸、升船机、泄沙通道(临时船闸)、左岸大坝及电站、泄洪坝段、右岸大坝及电站、山体地下电站等。升船机的最大提升高度为113米,供3000吨以下船只通过大坝,用时约40分钟;永久船闸是双线五级船闸,供3000吨以上船只从这里翻过大坝,用时约3.5小时。,61,三峡工程综合效益,防洪:三峡水库正常蓄水位175米,总库容393亿立方米,防洪库容221.5亿立方米,能有效地控制长江上游洪水,保护长江中下游荆江地区1500万人口、2300万亩
14、土地,是世界上防洪效益最为显著水利工程。 发电:三峡水电站装机总容量为1820万kW,年均发电量847亿kWh。以直线距离1000公里为半径,全国除辽宁、吉林、黑龙江、新疆、西藏、海南、台湾7省区外,其余地区的主要城市和工业基地都在这个范围内。如图所示 航运:它将改善航运里程660公里,使重庆至宜昌航道通行的船队吨位由现在的3000吨级提高至万吨级,年单向通过能力由1000万吨提高到5000万吨。,62,三峡双线五级船闸,三峡船闸全长6.4公里,可通过万吨级船队,单向年通过能力5000万吨。船闸主体段闸首和闸室分南北两线,每线船闸主体段由6个闸首和5个闸室组成,每个闸室长280米、宽34米。而
15、船闸人字门是名副其实的“天下第一门”,单扇门宽20.2米,高38.5米,厚度3米,面积有两个篮球场那么大,重达850多吨。,63,广州抽水蓄能电站为目前世界上最大的抽水蓄能电站 ,是为大亚湾核电站安全经济运行而建设的配套工程,同时还承担着广东、香港电网的调峰填谷和事故备用的任务。电站总装机总装机容量2.4 GW(8300MW),分两期建设,每期4台,设计水头535m,电站一期工程于1989年5月25日开工且1993年6月29日1号机投产,二期工程于1994年9月12日开工,至2000年3月14日8号机投产。,64,三峡的供电范围,65,秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔,是中国第一座依靠
16、自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站,总装机容量2300MW。1985年3月动工,1991年12月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。,66,秦山核电站主控制室,秦山核电站汽轮机房,67,大亚湾核电站位于深圳市东部大亚湾畔,为我国目前最大的核电站。大亚湾核电站是我国引进国外资金、设备和技术建设的第一座大型商用核电站。核电站安装有两台单机容量为900 MW的压水堆反应堆机组。1987年8月7日工程正式开工,1994年2月1日和5月6日两台机组先后投入商业营运。大亚湾核电站每年发电量超过100亿度,其中七成电力供应香港,三成电力供应广东电网。,大亚湾核电站,电站设备,68,太阳能发电系统的组成,太阳能电池板:将太阳的辐射能转换为电能。 太阳能控制器:控制整个系统的工作状态,对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。 蓄电池:在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。 逆变器:将太阳能发