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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
