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第一章第一节电力系统基本结构Part1BasicConstructionofElectricPowerSystemBasicConceptsofElectricPowerSystem电能是一种理想的能力形式，便于传输和使用，而且很清洁，对环境和大气无污染，因此自被发现以来，电能发展迅速并且利用广泛。电能的产生、输送和消耗过程就在这一被称为电力系统的整体化系统中实现。Electricityisanidealenergyform,whichisconvenienttodeliveranduse,andiscleanwithoutpollutingourenvironmentandatmosphere.Thegeneration,deliveryandconsumptionofelectricityarerealizedinanintegratedsystemwhichiscalledelectricpowersystemorpowersystem.一个电力系统包括三个基本部分：发电系统、输电系统和配电系统，如图1-1所示。Anelectricpowersystemconsistsofthreeprincipaldivisions:powergeneration,powertransmissionsystem,andpowerdistributionsystems,asshowninFig.1.1图1-1电力系统的三个基本部分用户从电力系统取用的所有电能都是在某种形式的电厂（或者称作电站）中产生的。发电是整个电能利用过程的第一环节。Alltheelectricitytheconsumerstakefromthepowersystemisgeneratedinapowerplant,orcalledpowerstation,ofsomekind.Powergenerationisthefirststageofthewholeprogressoftheutilizationofelectricenergy.输电系统连接发电和配电系统，并经过网络互连通向其他电力系统。配电系统在执行电压变换和开关功能的变电站将所有单个负荷接连到输电线路。Transmissionsystemsaretheconnectinglinksbetweenthegenerationplantsandthedistributionsystemsandleadtootherpowersystemsoverinterconnections.Adistributionsystemconnectsalltheindividualloadstothetransmissionlinesatthesubstationswhichperformvoltagetransformationandswitchingfunctions.地处负荷区的附近的小型电厂，通常直接连接到中压输电系统或配电系统。Smallgeneratingplantslocatedneartheloadareoftenconnectedtothesubtransmissionordistributionsystemdirectly.通常，在输电系统水平上形成相邻电力系统间的互联。Interconnectiontoneighboringpowersystemsareusuallyformedatthetransmissionsystemlevel.因而整个电力系统包括多个电源和若干层次的输电网络。这提供了高度的结构化冗余，使系统能够承受罕见的意外事故而不会中断对用户的供电。Theoverallsystemthusconsistsofmultiplegeneratingsourcesandseverallayersoftransmissionnetworks.Thisprovidesahighdegreeofstructuralredundancythatenablesthesystemtowithstandunusualcontingencieswithoutservicedisruptiontotheconsumers.第二节电力系统典型的网络拓扑结构Part2TypicalTopologiesofElectricPowerSystem构成电力系统的设备，其布局取决于当地的负荷增长方式，并且随时可能重新调整。Theequipmentswhichformanelectricsystemarearrangeddependingonthemannerinwhichloadgrowsintheareaandmayberearrangedfromtimetotime.然而，也可以采取办法对系统进行分类。以下列举三类：辐射状系统、环状系统和网状系统。However,therearecertainplansintowhichaparticularsystemdesignmaybeclassified.Threetypesareillustrated:theradialsystem,theloopsystemandthenetworksystem.如图1-2所示，在辐射系统中，线路从电源呈树状向外延伸。打开任一段线路都会导致一个或多个负荷停电。Inaradialsystem,asshowninFig.1.1,thelinesforma“tree”spreadingoutfromthepowersource.Openinganylinewillresultininterruptionofpowertooneormoreoftheloads.环状系统如图1-3所示。这样接线，即使一条线路退出运行，仍能保证给所有负荷供电。TheloopsystemisillustratedinFig.1.2.Withthisarrangementallloadsmaybeservedeventhoughonelinesectionisremovedfromservice.图1-4所示的是同样的负载由网状方式供电。这样设计，保证了每个负荷有两条或多条线路为其供电。Fig.1.3showsthesameloadsbeingservedbyanetwork.Withthisarrangementeachloadhastwoormorecircuitsoverwhichitisfed.通常将配电线路设计成辐射状或环状，但是大多数高压输电线路则按网状布局，主要电力系统的互联形成由多个线路段组成的网络。Distributioncircuitsarecommonlydesignedsothattheymaybeclassifiedasradialorloopcircuit.Thehigh-voltagetransmissionlinesofmostpowersystemsarearrangedasnetworks.Theinterconnectionofmajorpowersystemsresultinnetworksmadeupmanylinesections.第三节大多数电力系统的特点Part3CharacteristicsofMostPowerSystem第一个完整的电力系统是直流系统。交流输电的发展，促成了交流电力系统的产生。由于下列原因，交流系统已经完全取代直流系统。Thefirstcompleteelectricpowersystemwasadirectcurrent(DC)system.Thedevelopmentofalternatingcurrent(AC)transmissionledtoACelectricpowersystem.TheACsystemhadwonoutovertheDCsystemforthefollowingreasons:（1）交流系统易于转换电压等级，因而提供了以不同电压水平进行发电、输电和用电的灵活性。i)VoltagelevelscanbeeasilytransformedinACsystems,thusprovidingtheflexibilityforuseofdifferentvoltageforgeneration,transmission,andconsumption.（2）与直流电机相比，交流电机要更加简单和便宜。ii)ACelectricmachinesaremuchsimplerorcheaperthanDCelectricmachines.电力系统的大小和结构组成可能不同。然而，它们有相同的基本特点Electricpowersystemsvaryinsizeandstructuralcomponents.However,theyallhavethesamebasiccharacteristics:（1）电力系统都是由基本运行在恒定电压的三相交流系统构成。发电和输电设备都是三相元件。工业负荷总是三相负载；单相居民负荷和商业在各相之间均匀分配，以有效地构成平衡的三相系统。i)Arecomprisedofthree-phaseACsystemsoperatingessentiallyatconstantvoltage.Generationandtransmissionfacilitiesusethree-phaseequipment.Industrialloadsareinvariablythree-phase;single-phaseresidentialandcommercialloadsaredistributedequallyamongthephasessoastoeffectivelyformabalancedthree-phasesystem.（2）都使用同步电机发电。ii)Usesynchronousmachinesforgenerationofelectricity.（3）经过相当远距离的传输为大面积的用户供电。这要求输电系统的子系统运行在不同的电压水平。iii)Transmitpoweroversignificantdistancestoconsumerspreadoverawidearea.Thisrequiresatransmissionsystemcomprisingsubsystemsoperatingatdifferentvoltagelevels.第四节电力系统的发展完成有用工作的能源的开发是工业发展的关键，而工业发展时各地生活水平不断提高所必需的。电力系统是在应对该挑战中扮演重要角色的转换和运输能量的工具之一。按照某些标准，该产业是世界上最大的产业。Developmentofsourceofenergytoaccomplishusefulworkisthekeytoindustrialprogresswhichisessentialtothecontinualimprovementinthestandardoflivingofpeopleeverywhere.Theelectricpowersystemisoneofthetoolsforconvertingandtransportingenergywhichisplayinganimportantroleinmeetingthischallenge.Theindustry,bysomestandards,isthelargestintheworld.19世纪70年代后期弧光灯用于灯塔和街道照明，标志着电能商业应用的开始。Thecommercialuseofelectricitybeganinthelate1870swhenarclampswereusedforlighthouseilluminationandstreetlighting.第一个完整的电力系统在纽约建成，于1882年9月开始运行。这是一个直流系统。这是即将发展成世界上最大的产业之一的，电力行业的开端。Thefirstcompleteelect