第一章节电力系统基础1课件

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1、第一章 电力系统与电力生产,广义的电力系统： 由锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备，电动机、电灯等消耗电能的设备，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。 电力生产： 是指将煤炭、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成二次能源电能的过程。 由于电能的生产、输送、消费同时完成，所以电力生产过程还包括输送电能、变换电能的过程。,电力生产的主要环节,发电厂,升压站,输电网,降压站,配电网,用户,电力生产过程：发电+ 输电 + 配电 + 变电 + 用电,第一节 一次能源与电源构成,一次能源： 随自然界演化生成的动

2、力资源，是能源的直接供应者。 二次能源： 由其他形式的一次能源转化而成的。 我国一次能源的分布： 以煤炭为主（占75.2%），水能居次（占22.4%），油气为辅（2.4%）。 但各种能源资源在地域分布上都具有不同程度的不平衡性，北方省份以煤炭为主，南方省份以水能为主。 一次能源分布与我国电能消耗需求呈逆向分布（一次能源丰富地区经济欠发达，电能需求量少；经济发达地区电力需求量大，一次能源较缺乏。）,一次能源的构成和分布直接决定了电力系统中电源的构成和分布以及电力生产方式。,煤炭北多南少 水能西南多东少,煤炭资源分布： 分布面广，90%储量分布在秦岭-淮河以北地区，晋陕蒙三省占全国总量的63.5%

3、，从东西方向看，煤炭85%分布于中西部，沿海地区占15%。 水能资源分布： 集中在西部和中南部。四川（26.8%）、云南（20.9%）、西藏（17.2%）、湖北、青海、贵州、广西各在3%-8%之间。 油气资源分布： 集中在东北、华北（包括山东）和西北，合占全国探明储量的86%。储量最大的省区是黑龙江（占全国31.8%）、山东（18.6%）、辽宁（12.7%）、京津冀（12.7%）、新疆（8.1%）、河南（4.4%）。,电力系统的基本参量和结线图 （1）总装机容量：该系统中实际安装发电机额定有功功率的总和，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）计。 （2）年发电量：该系统中所有发电机组全年实

4、际发出电能的总和，以兆瓦时（MWh），吉瓦时（GWh），太瓦时（TWh）计。 （3）最大负荷：规定时间，如一天、一月或一年内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）计。 （4）最高电压等级：该系统中最高电压等级电力线路的额定电压，以千伏（kV）计。 （5）地理接线图:主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，及它们相互间的联结。优点是可获得系统的宏观印象，缺点是难以表示各主要电机、电器间的联系。 （6）电气接线图:主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。缺点是，难以反映各发电厂、变电所、电力

5、线路的相对位置。,内蒙西部电网主网地理接线图,电力系统电气接线图,变压器,断路器,隔离开关,母 线 避雷器 电抗器,发电厂分类,火电厂： 燃料的化学能 热能 机械能 电能 水电厂： 水的势能 机械能 电能 核电厂： 核能 热能 机械能 电能 其它类型： 太阳能发电 风力发电 潮汐发电 地热发电 燃料电池 生物质能发电等,电源构成,世界电源构成中，火力发电设备容量占比重超过70%；水力发电设备容量约占20%；核能发电设备容量不足10%。,国家能源局统计全年发电量数据如下（2009年低）：,火电占81.7%，水电占15.2%，核电占1.9%。,国际上具有代表性的几个国家2006年各类电源发电量的统

6、计数据：,输 电,从发电厂或发电中心输送到电力用户或电力负荷中心 采用三相交流输电。 采用高电压等级，可输送的距离越远，可输送的容量越大。 高压输电（220KV） 超高压输电（330，500，750KV） 特高压输电（交流1000KV，直流800kV及以上）,变 电,存在于电力生产的各主要环节中 发电：发电机-升压站-输电网 输电：不同电压的输电网之间和输电线路的交汇处，变电所起到变换电压，控制电流方向和电压调节作用。 输电网-降压站-配电网 配电：电压需经多次变换才能降至电力用户所采用的用电电压，可起到分配电力和保证电压质量的作用。,配 电,从输电环节接受电能，并根据各类用户的不同需求，将电

7、能分配到各行各业的用户，以最少的消耗向用户提供连续可靠、质量合格且价格合理的电能。 考虑用户的重要性。 考虑用户对电能质量的要求（电压、频率和波形） 可靠的配电网络。采用先进的配电自动化技术、电能质量控制技术和现代电能计量技术。,我国电力工业发展政策：,电力工业在相当长时间内都将会以煤炭为主要发电原料。 化石燃料不可再生，环境排放压力; 输煤和输电都必须要面对运输环节成本及有关安全风险; 煤炭、石油、天然气是几亿年形成的矿物资源，是珍贵化工原料。 积极发展水电，大力加快发展核电。 开发新能源。 用新能源发电和新的发电方式在技术上尚不成熟， 在经济上花费太昂贵，因此尚不能 与传统的发电方式媲美。

8、但随着技 术的不断进步和能源资源构成的不 断改变，它们必将逐步被用于生产。,第二节 电力系统的概述,一、电力系统的形成和发展 电力工程的基石 1831年法拉第电磁感应定律 当磁铁和导线有相对运动时，回路 中会产生电流。 电机的出现 最早的发电机原型圆盘发电机。 (法拉第） 此后，达文波特、西门子、惠斯通、格拉姆等 发明制造出了发电机和电动机。,电厂的出现 1、1875年，巴黎北火车 站建造了世界第一座火 电厂，直流的。发电厂 的建立，标志电真正进 入商业应用，用于灯塔 和街道照明。 2、1879年，美国旧金山 电厂是最早售电的电厂。 3、1882年，美国纽约珍 珠街电厂，是第一座较 正规的电厂

9、。 4、1881年，英国戈德尔 明电厂是第一座水电厂。,电力系统的出现 第一个完整电力系统(直流系统)由爱迪生在纽约 城历史上有名的皮埃尔大街站建成，1882年9月 投入运行，由1台蒸汽机拖动直流发电机供给半径 约1.5km面积内的59盏白炽灯，110V地下电缆。,三相交流高压输电线路 1891年第一条三相交流高压 输电线路在德国运行，1台230kVA 发电机、1台95/15200V升压变、 2台13800/112V降压变。 交直流之争 在电力系统发展史上，有一个有趣的问题是交流和直流之争。在19世纪电力发展初期，人们采用的是直流；到20世纪初至50年代，开始采用交流；到1954年，瑞典本土和

10、歌德兰岛之间建成第一条100kV高压直流输电线路，此后交直流并存。,二、现代电力系统的主要特点 在输电电压、输送距离、输送功率等方面有千百倍增长。 输电线路的输电电压超过1000kV；输送距离超过1000km，输送功率已超过5000MW。 在电源构成、负荷成分等方面的变化。 不仅有火力发电厂、水利发电厂、原子能发电厂，还有太阳能、风能、潮汐能、地热能等发电厂。 不仅有电动机、电灯，还有相当比重的电热电炉、整流装置等。 在运行管理上实现了高度自动化。 配备有数字化的测量、保护、控制装置，管理全系统运行的数字计算机系统能量管理系统（EMS）,它与电力系统联机，具有持续不断监视、控制后者的功能。,能

11、量管理系统包括： 数据采集和监控系统（SCADA系统）、自动发电控制系统（AGC）、经济调度控制系统（EDC）、电力系统状态估计系统（State Estimator）、安全分析（Security Analysis）和调度员模拟培训系统(DTS)。,高压直流输电（HVDC）和柔性交流输电(FACTS)技术广泛应用。 引入原因：为解决同步发电机并列运行的稳定性问题，进一步提高输送能力，起用直流输电。 今日直流输电与百年前不同：输电电压达到600kV，输送距离超过1000km，输送功率超过3000MW。 柔性交流输电系统：利用大功率电力电子器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行参数或网络参数，

12、从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统的输电能力技术。 电力生产逐步市场化。 80年代以来，世界范围内开始了电力工业改革，主要目的：打破垄断，开放电网，形成自由竞争的电力市场。 电力市场和其他市场相比特殊之处：电能的生产、输送、消费是同时完成的，从而输电系统的存在是电力市场的显著标志。,电力系统运行的特点,电能不能大量储存。 生产、输送、消费电能各环节所组成统一整体不可分割。 电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。 发电机、变压器、电力线路、用电设备的投入或退出都在瞬间完成，且电能从一处输送至另一处所需时间以 计。 电力和国民经济各部分间的关系紧密。,对电力系统运行的基本要求,保证供电可靠

13、性。 保证良好的电能质量。 保证系统运行的经济性。,保证供电可靠性,保证供电可靠性，首先要求系统元件的运行具有足够的可靠性；其次，要求提高电力系统运行的稳定性，增强抗干扰能力；第三，不断提高运行人员的技术水平和责任心，采用现代化电网运行监测和控制设备。 按照对供电可靠性的要求不同，将负荷分为三类： 第一类负荷：停电将造成人身事故、设备损坏、产品报废、生产秩序长期不能恢复、市政生活混乱等。要保证不间断供电。,潜江市湖北齐力华盛铝业有限公司 由于断电，该厂只能靠内部机组发电勉力支撑，3.8万吨新生产线用电无法得到保证，5万吨的老生产线也面临停摆危机。一旦280余个电解槽的温度低于600度，已在高温

14、下溶解的数千万元氧化铝将凝固。如果发生了这样的情况，该厂价值4亿多元的设备都难以保存。,第二类负荷：供电中断将造成用户大量减产，使人们生活受到影响。如有可能，也保证不间断供电。 第三类负荷：不属于前两类 负荷，如工厂的附属车间、小城 镇及农村公用负荷等。,双流机场停电5小时， 滞留旅客近万人,保证良好的电能质量,电能质量包括：电压、频率、正弦波形质量三方面。 电压质量和频率质量以偏移是否超过给定值来衡量；波形质量以畸变率是否超过给定值来衡量。 畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根值与基波有效值的百分比。,保证系统运行的经济性,考核经济性的指标： 煤耗率每生产1kWh电能所消耗的标准煤重，以g/

15、kWh为单位。标准煤是指含热量为29.31MJ/kg的煤。 线损率或网损率电力网络中损耗的电能与向电力网络供应电能的百分比。,电力系统的电压等级,1、电力系统的额定电压等级 当输送功率一定时，输电电压越高，电流越小，导线等载流部分的截面积越小，投资越小； 但电压越高，对绝缘的要求越高，杆塔、变压器、断路器等设备的绝缘投资也越大。 综合考虑这些因素，对于一定的输送功率和输送距离应有一最合理的线路电压。 但从设备制造角度考虑，为保证生产的系列性，又不应任意确定线路电压，也不利于电力工业的发展。 考虑到现有的实际情况和进一步的发展，我国国家标准规定的标准电压（又称额定电压）。选择电力线路电压时，只能

16、选用国家规定的电压等级。,2、不同电压等级的适用范围 根据经验， 110kV以下的电压极差超过三倍，如110、35、10； 110kV以上的电压极差两倍左右，如110、220、500； 各级电压使用范围： 3kV限于工业企业内部采用； 500、330kV多半用于大电力系统主干线； 220、110kV既用于中小电力系统主干线，也用于大电力系统二次网络； 35kV既用于大城市或大工业企业内部网络，也广泛用于农村网络； 10kV是最常用的更低一级配电电压； 6kV只有负荷中高压电动机的比重很大时，才考虑该配电方案。,第三节 电力生产的基本概念,一、电力生产的概念 生产电能的过程电力生产。 人们通常认为电力生产在发电厂内部已经完成。但实际上，由于电能的特殊性，即电能的生产、输送和消费同时完成，因此，电力生产过程既包括一次能源向电能的转化过程，也包括输送电能、变换电能的过程。,二、电力生产的特点：,1、整体性 2、同时性 3.、随机性 由于电力生产