第一章 电力系统概述(第二讲)

第一章电力系统概述(Introduction to Power Systems)

（第二讲）

（回顾）

1

问题

1、电能是如何传输的？

2、电力系统为何用功率作为变量?

3、交流电路的功率和复功率如何引入?

4、什么是电力系统负荷和负荷曲线?

5、典型负荷曲线有哪些？有何用途？

2

一、电力网有哪些主要设备？

除去发电机与负荷

究高压输电网，配电网看成负荷一部分。

主要设备：输电线路、变电站设备（变压器、开关、母线等）。

超高压

架空

电力线路

电力

变压器

带有开关发电机

变压器

开关

输电线路

二、电力网络是如何接线的？

对保证供电的

接线图：两种类型

电气接线：电力设备间电气联接关系

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（与计算机网络类似），综合考虑：供电可靠、电压合格、运行灵活、操作安全、费用经济等因素。

开式

闭式

地理接线图

发电厂

变电站

开式接线（从

(a)

(d)

放射式

闭式接线（环式（单电源）

一些实际电力网英国电网

东京电网

远距离大容量输电

为何要采用高电压进行？!

10

三、电力网为何要采用高电压？ 远距离大容量

容量：S=U*I

压降：?

损耗：P

高电压→高

考虑绝缘，

压到110-750kV

高压线远距离输电，

大负荷6-110kV

线路电压

500

低压配电

10

35

110(部分输电)

高中压配电220 750

输电

电压等级(kV)

四、为何要确定额定电压?

标准化：

导致互联困难

最佳的技术经济性能

电压下进行优化设计、制造和使用。 需要确定的额定电压：

线路（即：电网、用电设备）

发电机

变压器(

0.95U N

1.1U N

0.951.05U N

如何确定额定电压?

线路（电网）

发电机额定电压

升压变压器

一次侧

105%）

二次侧

降压变压器

一次侧

二次侧

如何确定额定电压?

用电设备

（线路、电网)(kV)

6

10

35

110

220

330

500

750

六、高压直流输电（

变压器

三相交流

整流

装置

送电端

直流输电的优点？

适用于大系统互联

运行，无需同频率，本身不存在稳定问题。

直流线路

容量DC:AC=3:2,电缆比例更高。

能量损耗

控制快速简便。

直流输电的缺点？

换流站造价高

大约500km，地下或海底电缆大约50km。

换流产生

统，需要滤波。

电流没有过零点，熄弧困难，HVDC

制困难。

中国HVDC工程实例

葛洲坝

换流站

阀厅

第一章电力系统概论

第一章绪论 General introduction 第一节电力系统概论 General introduction of electric power industry 一、电力系统的构成Composing of power system <一>电力工业在国民经济中的地位 The status of power industry in national economic 1．电力工业是社会公共基础事业，是国民经济的一个重要部门。 2．为社会生产的各个领域提供动力，与社会生活密切相关； 3．“经济要发展，电力要先行”。从各国经济发展看，国民经济每增长1%，就要求电力工业增长1.3%—1.5%。 <二> 电力系统的形成 Development of power system 1 初期电厂建在用电区附近，规模很小，孤立运行。 2 随着生产的发展和科学技术的进步，用电量和发电厂容量不断增加，但由于发电所需的一次能源通常离负荷中心较远，因此形成了电力网和电力系统。 <三>基本概念 Basic conception 电力系统：发电机、变压器、输配电线路和电力用户的电器设备所组成的电气上的整体。 电力网：电力系统中输送、分配电能的部分（变压器和输配电线路）。 动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽机；水电厂的水库、水轮机；核电厂的反应堆）

二、电力系统的发展The history of electric power industry 1．国外电力系统的发展历史 1831 法拉第发现电磁感应定律后，出现了交流直流发电机，直流电动机出现里100-400V的低压直流输电系统； 1882年德国 1500-2000V 直流输电系统 1885年单相交流输电 1891年三相交流输电 俄国人展示了现代电力系统模式 2．国内电力系统发展历史 1882年第一座电厂在上海建成 1882—1945年全国总装机容量185万KW，年发电量仅43亿KWh 2000年全国总装机容量3亿KW，年发电量13556亿KWh 并建成500kV交流、直流超高压输电线路，7个跨省电力系统 西南大容量水电的开发，山西陕西和内蒙西部大量坑口电厂的建设，使得全国联网的格局逐步形成。 3.联合电力系统的特点Characteristics of power system 1)系统总装机容量减少。发电厂孤立运行的最大负荷并不同时出现 2)合理利用动力资源 与火力发电厂相比，水电厂具有单位发电成本低、跟踪负荷快的特点。因此，依照“不弃水”的原则，水电厂丰水季节承担基荷，枯水季节承担峰荷。这样可以降低煤耗，充分利用水力资源。 3)提高了供电可靠性 由于各电厂之间在机组检修或系统发生事故的情况下能够相互支援，从而可以降低系统备用容量和提高供电可靠性。 4)提高了系统运行的经济性 a.在机组间合理分配负荷； b.采用大容量机组，降低单位千瓦造价和运行损耗。 缺点：故障波及地区容易扩大、系统短路容量增加。 三、对电力系统的基本要求Basic requirement of the power system operation （一）电能生产、输送和消费的特点

电力系统基本概述

电力系统基本概述 一、电力系统与电网 发电厂将一次能源转变成电能，这些电能需要通过一定方式输送给电力用户，在由发电厂向用户供电过程中，为了提高其可靠性和经济性，广泛通过升、降压变电站，输电线路将多个发电厂用电力网连接起来并联工作，向用户供电。这种由发电厂、升压和降压变电站、送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，称为电力系统。发电机的原动机、原动机的力能部分、供热和用热设备，则称为动力系统。在电力系统中，由升压和降压变电站和各种不同电压等级的送电线路连接在一起的部分称为电网。 二、电力生产的特点 电能的生产与其它工业生产有着显然不同的特点。 1．电能不能大量储藏 电力系统中发电厂负荷的多少，决定于用户的需要，电能的生产和消费时时刻刻都是保 持平衡的。电能的生产、分配和消费过程的同时性，使电力

系统的各个环节形成了一个紧密 的有机联系的整体，其中任一台发、供、用电设备发生故障，都将影响电能的生产和供应。 2．电力系统的电磁变化过程非常迅速 电力系统中，电磁波的变化过程只有千分之几秒，甚至百万分之几秒；而短路过程、发 电机运行稳定性的丧失则在十分之几秒或几秒内即可形成。为了防止某些短暂的过渡过程对 系统运行和电气设备造成危害，要求能进行非常迅速和灵敏的调整及切换操作，这些调整和 切换，靠手动操作不能获得满意的效果，甚至是不可能的，因此必须采用各种自动装置。 3．电力工业和国民经济各部门之间有着极其密切的关系 电能供应不足或中断，将直接影响国民经济各个部门的生产，也将影响人们的正常生活， 因此要求电力工业必须保证安全生产和成为国民经济中的

先行工业，必须有足够的负荷后备 容量，以满足日益增长的负荷需要。 三、电力系统的运行要求 为了保证为用户提供电能，电力系统的运行必须满足下列基本要求。 1．保证对用户供电的可靠性 在任何情况下都应该尽可能的保证电力系统运行的可靠性。系统运行可靠性的破坏，将 引起系统设备损坏或供电中断，以致造成国民经济各部门生产停顿和人民生活秩序的破坏,甚至发生设备和人身事故。 电力用户，对供电可靠性的要求并不一样，即使一个企业中各个部门或车间，对供电持 续性的要求也有所差别。根据对供电持续性的要求，可把用户分为三级。

电力系统概述

第一章电力系统概述 第一节本厂在系统中的地位和作用 一、华中电网现状 2002年底华中地区装机容量为52142MW。其中水电装机17985MW，火电装机34157MW。分别占全部装机的34.5%、65.5%。统调装机容量39140MW，其中水电12294MW，火电26845MW。 2002年华中地区发电量221.9TW·h。其中水电发电量64.2TW·h，火电发电量157.7TW·h，分别占全部发电量的28.9%、71.1%。统调发电量168.1TW h，其中水电发电量45.3TW h，火电发电量122.8TW·h。 2002年华中地区全社会用电量为220.3TW·h。统调用电最高负荷30790MW，比上年增长14.72%。 二、湖南省电力系统现状 1．电源现状 2002年底湖南省装机容量为11110.86MW。其中水电装机6135.28MW，火电装机4975.58MW。分别占全省装机的55.2%、44.8%。2002年统调装机容量为7424.65MW，其中水电装机3419.65MW、火电装机4005MW。 2002年湖南省发电量45.387TW·h。其中水电发电量25.329TW·h、火电发电量20.05785TW·h，分别占全省发电量的55.8%、44.2%。 湖南省电网电源主要分布在湖南西部，全省最大火力发电厂为华能岳阳电厂（725MW）。最大水电站为五强溪水电站（1200MW）。 2．网络现状 湖南省电力系统是华中电力系统的重要组成部分，处于华中系统的南部，目前全网分为14个供电区。 湖南电网经两条联络线即葛洲坝～岗市500kV线路及汪庄余～峡山220kV线路与华中电网联系，贵州凯里电厂通过凯里～玉屏～阳塘220kV线路向湖南送电。目前省内已建成五强溪～岗市～复兴～沙坪～云田～民丰～五强溪500kV环网，并且岗市与云田间另有一回500kV线路直接相联。 2002年底湖南省共有500kV变电所5座，变电容量4,250MV A（云田（株洲）2,750MV A，民丰（娄底）1,750MV A，岗市（常德）1,500MV A，复兴（益阳）1,750MV A，沙坪（长沙）1,750MV A）220kV公用变电所54座，变电容量10,590MV A，拥有500kV线路8条894.3km ，220kV线路136条6666km。 2002年底湖南电网共装有无功补偿设备7630.7Mvar，其中电容器6180.2Mvar，并联电抗器1280.1Mvar，调相机50.4Mvar，其他165Mvar。 3．供用电现状

电力系统状态估计概述

电力系统状态估计研究综述 摘要：电力系统状态估计是当代电力系统能量管理系统(EMS)的重要组成部分。本文介绍了电力系统状态估计的概念、数学模型，阐述了状态估计的必要性及其作用，系统介绍了状态估计的研究现状，最后对状态估计的研究方向进行了展望。关键词：电力系统；状态估计；能量管理系统 0 引言 状态估计是当代电力系统能量管理系统(EMS)的重要组成部分, 尤其在电力市场环境中发挥更重要的作用。它是将可用的冗余信息(直接量测值及其他信息)转变为电力系统当前状态估计值的实时计算机程序和算法。准确的状态估计结果是进行后续工作(如安全分析、调度员潮流和最优潮流等)必不可少的基础。随着电力市场的发展，状态估计的作用更显重要[1]。 状态估计的理论研究促进了工程应用，而状态估计软件的工程应用也推动了状态估计理论的研究和发展。迄今为止，这两方面都取得了大量成果。然而，状态估计领域仍有不少问题未得到妥善解决，随着电力系统规模的不断扩大，电力工业管理体制向市场化迈进，对状态估计有了新要求，各种新技术和新理论不断涌现，为解决状态估计的某些问题提供了可能。本文就电力系统状态估计的研究现状和进一步的研究方向进行了综合阐述。 1 电力系统状态估计的概念 1.1电力系统状态估计的基本定义 状态估计也被称为滤波，它是利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态(或轨迹)。状态估计作为近代计算机实时数据处理的手段，首先应用于宇宙飞船、卫星、导弹、潜艇和飞机的追踪、导航和控制中。它主要使用了六十年代初期由卡尔曼、布西等人提出的一种递推式数字滤波方法，该方法既节约内存，又大大降低了每次估计的计算量[2,4]。 电力系统状态估计的研究也是由卡尔曼滤波开始。但根据电力系统的特点，即状态估计主要处理对象是某一时间断面上的高维空间(网络)问题，而且对量测误差的统计知识又不够清楚，因此便于采用基于统计学的估计方法如最小方差估计、极大验后估计、极大似然估计等方法，目前很多电力系统实际采用的状态估计算法是最小二乘法。 1.2电力系统状态估计的数学模型 状态估计的数学模型是基于反映网络结构、线路参数、状态变量和实时量测之间相互关系的量测方程： z+ =) ( h v x 其中z是量测量；x是状态变量，一般是节点电压幅值和相位角；v是量测误差；z和v都是随机变量。 状态估计器的估计准则是指求解状态变量x的原则, 电力系统状态估计器采用的估计准则大多是极大似然估计, 即求解的状态变量x*使量测值z被观测到的可能性最大, 用数学语言描述, 即： z f x f= z (x , )] , ( *) max[ 其中f(z)是z的概率分布密度函数[3]。

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电力系统基础习题库 第一章电力系统概论题库 一、填空题 1．根据一次能源的不同，发电厂可分为（）、（）、（）和（）等。2．按发电厂的规模和供电范围不同，又可分为（）、（）和（）等。3．火电厂分为（）和（）。 4．水电厂根据集中落差的方式分为（）、（）和（）。 5．水电厂按运行方式分为（）、（）和（）。 6．变电所根据在电力系统的地位和作用分为（）、（）、（）和（）。 二、判断题 1、火力发电厂是利用煤等燃料的化学能来生产电能的工厂。（） 2、抽水蓄能电站是利用江河水流的水能生产电能的工厂。（） 3、变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所 , 是联系发电厂和用户的中间环节。（） 4、中间变电站处于电力系统的枢纽点 , 作用很大。（） 5、直接参与生产、输送和分配电能的电气设备称为一次设备。（） 6、电流互感器与电流表都是电气一次设备。（） 7、用电设备的额定电压与电力网的额定电压相等。（） 8、发电机的额定电压与电力网的额定电压相等。（） 9、变压器一次绕组的额定电压与电力网的额定电压相等。（） 10、变压器二次绕组的额定电压等于电力网额定电压的 1.1 倍。（） 11、二次设备是用在低电压、小电流回路的设备。（） 12、信号灯和控制电缆都是二次设备。（） 三、简答题 1、发电厂和变电所的类型有哪些？分别说明发电厂的生产过程和变电所的作用。 2、电气一次设备及二次设备的作用及范围是什么？ 3、供电设备、用电设备和电力网的额定电压之间有什么关系？ 第一章电力系统概述习题答案 一、填空题 1．火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂、核能发电厂 2．区域性发电厂、地方发电厂、自备专用发电厂 3．凝汽式、供热式火力发电厂 4．堤坝式、引水式、混合式 5．有调节、无调节、抽水蓄能电厂 6．枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所 二、判断题 1、√ 2、× 3、√ 4、× 5、√ 6、× 7、√ 8、× 9、×10、×11、√12、√ 三、简答题 1.答：发电厂分火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂和核能发电厂。

电力系统概论复习1

1.电力系统运行的特点：电能不能大量储存、过渡过程非常迅速、与国民经济各部门密切相关；基本要求：保证可靠地持续 供电、保证良好的电能质量、努力提高电力系统运行的经济性。 2.按供电可靠性的要求将负荷分为三级： 一级负荷：属于重要负荷，如果对该负荷中断供电，将会造成 人身事故、设备损坏、产生大量废品，或长期不能恢复生产秩序，给国民经济带来巨大损失。 二级负荷：如果对该负荷中断供电，将会造成大量减产、工人 窝工、机械停止运转、城市公用事业和人民生活受到影响。 三级负荷：指不属于第一、二级负荷的其他负荷，短暂停电不 会带来严重后果，如工厂的不连续生产车间或辅助车间、小城镇、农村用电等。 3.电力系统的接线方式和特点：无备用接线的特点是简单、经济、运行方便，但供电可靠性差、电能质量差；有备用接线的 优点是供电可靠、电能质量高，缺点是运行操作和继电保护复杂，经济性较差。 4.中性点接地方式：一般电压在35及其以下的中性点不接地或 经消弧线圈接地，称小电流接地方式；电压在110及其以上的 中性点直接接地，称大电流接地方式。 5.为了减小电晕损耗或线路电抗，电压在220以上的输电线还 常常采用分裂导线。 6.在精度要求较高的场合，采用变压器的实际额定变比进行归算，即准确归算法。在精度要求不太高的场合，采用变压器的 平均额定变比进行归算，即近似归算法。 7.线电压与相电压存√3倍的关系，三相功率与单相功率存在3 倍关系，但他们在标幺值中是相等的。 8.电压降落是指线路始、末两端电压的向量差（12）。 电压损耗是指线路始、末两端电压的数值差（U12）。 电压偏移是指网络中某一点的电压与该网络额定电压的数值差。

电力系统概述

电力系统概述 电力系统是指发电厂，输送电线路，变配电设备和用电设备组成的进行电能生产、输送和应用的整体。 电力由于其生产、输送和应用较其他能源方便，因而在诸多能源中电力发展最快，应用最为广泛。电力系统的结构和发展与经济的发展密切相关，地方经济的发展为电力系统提供了强大的用户，必然促进电力系统的扩容发展，而电力系统丰富的电力资源和无处不到的网络又为经济发展提供了能源保障， 必然促进企业的飞速发展。经济发达地区，电力系统也必然发达。 一个电力系统的组成可用图1-1表示。它是由一个水电厂，两个火电厂和一个热电厂构成了动力系统，由330kV 线路、220kV 线路、110kV 线路、35kV 线路及诸变电所构成输变电力网，由10kV 线路及配电所构成配电网。 电力系统主要包含以下几部分： 一、发电厂 发电厂将其他形式的能源转换为电能。根据转换能量的不同，发电厂分为火电厂、热电厂、风电厂、水电厂、核电厂等。 我国煤炭资源丰富，目前仍以燃煤为燃料的火电厂为主。这些电厂，早期多建在用电集中地区，由于电力输送成本较煤炭运输成本低廉，为提高经济性，近年来火电厂多建在煤炭基地附近，故称为“坑口”电厂。电厂若向用户兼供热能，则称为热电厂。 水电厂是将江河水位落差造成的势能转换为电能的。我国水力资源丰富，而 火力发电厂 变压器台 二次电压变电站 一次降压变电站 工厂 10kV 220V

水力资源不利用又不能保存，会白白浪费。在我国能源紧张的今天，发展水力发电是国家的优先选择。水里电厂一次性投资大，运行费用低廉。由于改革开放的成果，国家财力较为雄厚，为建设大水电厂提供了可能，近年来国家投资兴建的葛洲坝、三峡等一批大型水电站必将为国民经济的大发展发挥重大作用，也将造福于子孙万代。 核电厂是将原子核裂变时产生的核能转化为电能。核电厂的重要部分是核子反应堆和蒸汽发生器。相当于火电厂的蒸汽锅炉，其发电设备与火电厂相同为汽轮发电机。核电厂在安全运行状态下，是最卫生环保的发电厂，但一旦发生泄露，将造成不可估量的损失和严重的后果，所以在建设核电厂时要用大量资金建设公用辅助和防护设施，以确保人民生命财产安全。 风力电厂是将风力的动能转换为电能的。由于能用于发电的风力资源很有限，因而风力发电厂在电力系统中所占的比重较小。 发电机考虑到并网的要求，一般采用三相同步发电机，输出电压多为6.3kV 和10.5kV。通常是经过升压后才并网输送的。 二、输电线 输电线是由导线及相应杆塔组成完成电网连接和电能输送的。输电线路的电压是按输送距离而确定的，输送距离较远电压就高，反之电压就低。如连接几个地区或几个省的一般电压为330~500kV；输送距离在一个省或一个地区的一般电压在110~220kV。用于分配电能的配电线电压在35kV以下。输电线电压与输送距离、容量的关系如表1-1所示。 表1-1 各级电压的输送容量与距离 三、变电所

电力系统概述

电力系统概述 （一）电力系统的组成和基本特征 电力系统是由发电厂、电力网、用电设备和相应的辅助系统（继电保护、安全自动、测量、调度自动化和通信等装置），按规定的技术和经济要求组成的整体。 火力发电厂、水力发电厂和核电厂发出的电力，按其容量的不同和所需输送距离的不同，分别接入110、220kV和500kV交流电力网以及高压电流输电线路。在电力网的构成中，不同电压的输电线路和配电线路通过相应电压等级的变电所相互连接，在配电网的低压侧接有动力负荷和照明负荷等各种用电设备，这就形成了发电、输电和配电设备，以及用电设备在内的统一的电力系统。 电力系统的基本特征包括电力系统电压等级，电力系统频率、电力网结构和电力系统流量等。 1、电力系统频率 电力系统频率是电力系统中发电厂的同步发电机所产生的交流正弦基波电压的频率。频率质量是电能质量的一个重要指标。在稳态运行的条件下，各发电机同步运行，整个电力系统的频率是相等的。它是电力系统一致的运行参数。世界上，电力系统采用的额定频率有50Hz和60Hz 两种。我国和世界多数国家均采用50Hz电力系统；只有美国、加拿大、古巴、朝鲜等少数国家采用60Hz电力系统；日本的东部地区为50Hz电力系统，中部和西部地区为60Hz电力系统，两种不同频率的电力系统与

直流变频站互联。 电力系统中的发电和用电设备，都是按照额定频率设计和制造的，只有在额定频率附近运行时，才能发挥最好的功能。只有当电力系统中所有发电设备发出的有功功率之总和与电力网中电力负荷吸收和消耗的有功功率相等时，系统频率才能保持不变。 2、电力系统的电压等级 电压等级是电力系统及电力设备的额定电压级别系列，额定电压是指电力系统及电力设备规定的正常工作电压。电力系统各个节点的实际运行电压容许在一定程度上偏离额定电压。在上述容许偏离的电压范围内，各种电力设备和整个电力系统仍能正常运行。 我国国家标准规定的电力系统额定电压等级为分3、6、10、35、 63、110、220、330、500、750 kV。一般认为，在一个电力系统中，相邻两级电压之比取1.7~3.0是比较合理的，因此在上述电压等级中，35kV与63kV，63kV与110kV不宜在同一地区性电力系统中并存。 3、电力网结构 电力网结构与电压等级、电源和负荷点的容量和数目，以及它们之间的地理位置及供电可靠性要求等因素有关。 4、电力系统容量 电力系统容量是指系统中各类发发电厂机组额定容量的总和，也称为系统装机容量。电力系统装机容量和覆盖的地域大小反映了电力系统的规模。到2002年底我国已形成了覆盖全国大部分省区的统一调度或联合调度的6个跨省区域电力系统，即东北、华北、华东、华中、西北和