73电力系统概述

1电力系统概述-2-0250050007500年人均生活用电量(度)中国日本美国中国台湾2000年1981年1981年1994年电力系统概述-3-发展预测电力投资严重滞后直接导致了近两年的电力短缺。因此，2010年前，估计年平均增长率为25%左右。预测：2003年至2010年，新增装机45217万kW,年均5490万kW,年均投资额6588亿元，总投资额46446亿元。其中，输配电投资是重点，约占50%，估计2003年至2010年平均每年输配电投资将达3294亿元。我国电力发展方针：我国电力工业目前已经进入新的历史时期，国家提出今后的电力发展方针是：“大力开发水电、继续发展火电、适当发展核电、积极开发新能源发电、同步发展电网，促进全国联网”。电力系统概述-4-电力工程对于运行单位的工作人员：随着电力工业的迅速发展，电力系统的结构日趋复杂，对电力规划设计、运行管理等方面提出了更高要求，需要掌握现代电力系统的特点对于制造单位的工作人员：电力工业的发展带动了电力设备制造工业、电力电子工业以及通讯自动化等各行业的发展，为了密切配合电力工业的建设和改造，提高其运行水平，研究、设计、制造人员需要全面深入地掌握电力系统的特性-5-电力系统概述电力系统的定义电力系统的组成和分类电力系统的接线方式电力系统的电压等级电力系统的功率电力系统的负荷-6-电力系统的定义系统由相互作用、依赖的若干部分组成的具有特定功能的有机整体，它又从属于一个更大的系统电力系统完成电能生产、输送、分配、消费的统一整体。发电厂、变电所、输配电线路直到用户等在电气上相互连接的一个整体-7-电力系统的组成一次系统（高电压）发电机：一次能源转换成二次能源(电能)，火/水/核/风/太阳/地热输电线路：输送电能。配电线路(系统)：分配电能，高压/低压配电系统负荷：电能转换成其他形式能量，电动机/照明/电炉等-8-一次系统-9-电力系统的组成二次系统（低电压）保证一次系统安全/可靠/经济运行量测保护操作通讯通讯操作通讯量测电力系统控制-10-电压等级、容量、输送距离电压等级(kV)输送容量(万kVA)输送距离(km)输电500100~150150~850（跨省）33020~80200~600（西北）22010~50100~300（跨地区）高中压配电1101~550~100（跨县市）350.2~120~50（县市内）100.02~0.26~20（市内）低压配电380/220V（楼内、农电）-11-电力系统的分类供电容量、供电范围、电压等级地方电力网110kV,几十公里，主要是城乡配电网区域电力网220kV，各省（区）超高远距离输电网330～500kV以上，远区发电厂－负荷，网际联络，全国网络-12-系统联网优点减小总装机量错峰效应（各发电厂孤立运行的最大负荷并不是同时出现）合理利用动力资源发挥水电厂的作用（丰水和枯水季节）提高供电的可靠性故障和异常时可以相互支援提高运行的经济性发电厂合理分配负荷，降低系统的电能成本-13-系统联网问题投资大系统复杂，运行难度大局部故障可能会危及整个系统故障电流增加并联回路增多随着计算机等信息技术的应用，自动化水平提高，缺点逐步克服-14-电力生产火力发电污染，不可再生能源热效率启动消耗能量和时间水力发电干净，廉价水电机组启动迅速核能发电节省燃料，规模越大，电能成本越低辐射新能源发电地热、太阳能、风能、垃圾燃料、潮汐能、燃料电磁、生物质能等-15-电能的质量指标电压35kV以上5％10kV以下7％低压照明用户+5％～－10％频率50Hz，(0.2～0.5)％波形正弦波高次谐波（铁心饱和、电力电子设备）-16-电力系统接线方式接线图电气接线：元件间电气联接关系地理接线：发电厂、变电所间相对地理位置及其联接路径接线方式开式闭式-17-地理接线图-18-开式接线-19-闭式接线-20-电力系统电压等级电压等级的确定避免电压等级数量的无限制扩大，导致互联困难，必须标准化。为取得最佳的技术经济性能，电力设备需要在额定电压下进行优化设计、制造和使用需要确定的电压线路（电网）发电机变压器（升压、降压）的一次/二次侧-21-电力系统电压等级线路额定电压电力设备(kV)发电机(kV)变压器电压(kV)额定电压额定电压一次二次33.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及11353538.5110110121220220242330330363500500550-22-电力系统电压等级-23-电力系统电压等级线路额定电压=电力设备额定电压=网络额定电压发电机额定电压=105%线路额定电压降压变压器额定电压：一次侧额定电压=线路额定电压二次侧额定电压=110%（或105%）线路额定电压升压变压器额定电压：一次侧额定电压=发电机额定电压二次侧额定电压=110%线路额定电压-24-电力系统电压等级交流电压的选择（Still公式）kWPkmlUPlURR受端功率，线路全长，线电压，kV1006.05.5-25-交流电路的功率单相功率-26-交流电路的功率电流的有功无功分量-27-交流电路的功率功率的有功分量-28-交流电路的功率功率的无功分量-29-交流电路的功率有功功率P定义为pR(t)的均值P=UIcos无功功率Q定义为pX(t)的峰值Q=UIsinP物理意义：无源网络消耗的功率均值。Q物理意义：无源网与外界交换能量的能力大小，均值为零，交换功率峰值未消耗，是无源网电感和电容存储和释放场能的过程-30-交流电路的功率网络若是电感性的，则Q0，习惯上认为网络“吸收”感性无功，是“无功负荷”。网络若是电容性的，则Q0，习惯上认为网络“发出”容性无功，是“无功电源”。（“吸收”感性（或容性）无功功率相当于“发出”容性（或感性）无功功率）-31-交流电路的功率-32-交流电路的功率-33-交流电路的功率-34-电力系统的负荷电力系统负荷是电力用户所需电功率的总和，也称电力系统综合用电负荷。可能包括工农业、交通运输和人民生活等各方面的各种用电设备。主要有电动机（同步和异步）、电炉、电热、照明、整流设备等，在不同行业中比重不同，最大量的是异步电动机。这里研究的电力系统负荷是指高压输电系统负荷，如：一个乡镇或者大工厂的总负荷，配电网络是负荷的一部分。-35-负荷特性描述负荷变化趋势的数学手段：指一段时间内负荷随端电压或系统频率变化的曲线按负荷类型分：有功负荷曲线无功负荷曲线按时间分：日负荷曲线(周、旬…)月负荷曲线年最大负荷曲线—时序负荷曲线年持续负荷曲线—累计负荷曲线-36-日负荷曲线主要用于研究电力系统日运行方式，如经济运行、调峰措施、安全分析、调压和无功补偿等负荷特性基荷厂（火电、核电厂）尖峰负荷电厂（水电）水电厂、热电厂-37-负荷特性按对象分：发电厂负荷曲线变电所负荷曲线线路负荷曲线用户负荷曲线-38-负荷特性持续负荷曲线和年最大负荷利用小时Tmax：若用户始终保持最大负荷Pmax运行，经过后Tmax所消耗的电能＝实际消耗的电能持续负荷曲线不是按时间顺序，而是按某一研究周期内电力负荷递减的顺序绘制成的负荷曲线。-39-负荷预测负荷预测：利用已知的历史负荷、气象信息等，结合人工经验，预测未来的负荷变化。重要性：可类比产品市场预测，况且电能不同大量存储，对预测精度要求。难度（类比天气或股市预测）：有工农业生产状况、地理位置、气候气象条件、节假日、作息制度及人民生活习惯等诸多因素的影响。尚未完全解决。