第四章电力系统

1、u 一、电力系统的组成一、电力系统的组成 图图1 1u 一、电力系统的组成一、电力系统的组成 发电机把机械能转变为电能，电能经变压器和电力线路传送并分配发电机把机械能转变为电能，电能经变压器和电力线路传送并分配到用户，在那里经电动机、电炉、电灯等用电设备又将电能转变为机到用户，在那里经电动机、电炉、电灯等用电设备又将电能转变为机械能、热能、光能等。由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的械能、热能、光能等。由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的电气设备电气设备(发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等)联系在一起组联系在一起组成的统一整体就是电力系统，

2、如图成的统一整体就是电力系统，如图1所示。所示。 与与“电力系统电力系统”一词相关的还有一词相关的还有“电力网电力网”和和“动力系统动力系统”。前者。前者指电力系统中除去发电机和用电设备外的部分；后者指电力系统和发指电力系统中除去发电机和用电设备外的部分；后者指电力系统和发电厂动力部分的总和。电厂动力部分的总和。 所以，电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系所以，电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分，三者的关系也示于图统的一个组成部分，三者的关系也示于图l中。中。u 二、发电厂二、发电厂发电厂是生产电能的核心，担负着把不同种类的一次能源转换成电能发

3、电厂是生产电能的核心，担负着把不同种类的一次能源转换成电能的任务。依据使用的一次能源不同，发电厂可分为许多类型。例如：的任务。依据使用的一次能源不同，发电厂可分为许多类型。例如：燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂；燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂；利用水力能发电的水力发电厂；利用水力能发电的水力发电厂；利用核能发电的核动力发电厂。利用核能发电的核动力发电厂。u 二、发电厂二、发电厂p 1、火力发电厂、火力发电厂火电厂的主要发电设备包括锅炉、汽轮机和发电机，其辅助设备有火电厂的主要发电设备包括锅炉、汽轮机和发电机，其辅助设备有冷凝器、给水加热器、各种水泵、磨煤机、除氧器、烟囱及各种量冷凝器

4、、给水加热器、各种水泵、磨煤机、除氧器、烟囱及各种量测与控制设备。凝汽式燃煤火电厂的生产过程如图测与控制设备。凝汽式燃煤火电厂的生产过程如图2所示。所示。 图图2 2 凝汽式火电厂生产过程示意图凝汽式火电厂生产过程示意图u 二、发电厂二、发电厂1、火力发电厂、火力发电厂水、蒸汽是把热能转化成机械能的重要介质。净化后的给水，先送进水、蒸汽是把热能转化成机械能的重要介质。净化后的给水，先送进省煤器预热，继而进入汽包，由汽包降入水冷壁管中吸收燃烧室的热省煤器预热，继而进入汽包，由汽包降入水冷壁管中吸收燃烧室的热能后蒸发成蒸汽。蒸汽通过过热器时，再次被加热，变为高温高压的能后蒸发成蒸汽。蒸汽通过过热器

5、时，再次被加热，变为高温高压的过热蒸汽。过热蒸汽经主蒸汽管道进入汽轮机膨胀做功，推动汽轮机过热蒸汽。过热蒸汽经主蒸汽管道进入汽轮机膨胀做功，推动汽轮机转子转动，将热能转变为机械能。转子转动，将热能转变为机械能。u 二、发电厂二、发电厂p 2、水力发电厂、水力发电厂 水力发电厂是利用河流所蕴藏的水力能资源来发电，水力能资源是水力发电厂是利用河流所蕴藏的水力能资源来发电，水力能资源是最干净、价廉的能源。水力发电厂的容量大小决定于上下游的水位差最干净、价廉的能源。水力发电厂的容量大小决定于上下游的水位差(简称水头简称水头)和流量的大小。和流量的大小。因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以

6、形成集中的因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的较高水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库，以调节河水流量。较高水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库，以调节河水流量。根据地形、地质、水能资源特点等的不同，水力发电厂的形式是多种根据地形、地质、水能资源特点等的不同，水力发电厂的形式是多种多样的。多样的。p 2、水力发电厂、水力发电厂 水力发电厂的生产过程要比火力发电厂简单，如图水力发电厂的生产过程要比火力发电厂简单，如图3所示。所示。 由拦河坝维持在高水位的水，经压力水管进入螺旋形蜗壳，推动水由拦河坝维持在高水位的水，经压力水管进入螺旋形蜗壳，推动水轮机转子旋转，将水

7、能变为机械能。水轮机转子再带动发电机转子轮机转子旋转，将水能变为机械能。水轮机转子再带动发电机转子旋转，使机械能变成了电能。而做完功的水则经过尾水管排往下游。旋转，使机械能变成了电能。而做完功的水则经过尾水管排往下游。发电机发出的电，经变压器升压后由高压输电线送至用户。发电机发出的电，经变压器升压后由高压输电线送至用户。图图3 水电厂生产过程示意图水电厂生产过程示意图u 二、发电厂二、发电厂p 2、水力发电厂、水力发电厂 水利发电厂的水利发电厂的优势优势：首先，水利发电厂的生产过程较简单，故所需的运行维护人员较少，首先，水利发电厂的生产过程较简单，故所需的运行维护人员较少，且易于实现全盘自动化

8、。且易于实现全盘自动化。其次，水力发电厂不消耗燃料，故电能成本要比火力发电厂低得多。其次，水力发电厂不消耗燃料，故电能成本要比火力发电厂低得多。此外，水力机组的效率较高，承受变动负载的性能较好，故在系统中此外，水力机组的效率较高，承受变动负载的性能较好，故在系统中的运行方式较为灵活。水力机组启动迅速，在事故时能有力地发挥其的运行方式较为灵活。水力机组启动迅速，在事故时能有力地发挥其后备作用。后备作用。再者，随着水力发电厂的兴建往往还可以同时解决发电、防洪、灌溉、再者，随着水力发电厂的兴建往往还可以同时解决发电、防洪、灌溉、航运等多方面的问题，从而实现河流的综合利用，使国民经济取得更航运等多方面

9、的问题，从而实现河流的综合利用，使国民经济取得更大效益。大效益。水力发电厂的另一个优点是不像火力发电厂、核能发电厂那样存在环水力发电厂的另一个优点是不像火力发电厂、核能发电厂那样存在环境污染问题。境污染问题。u 二、发电厂二、发电厂p 2、水力发电厂、水力发电厂 水利发电厂的水利发电厂的劣势劣势：由于水力发电厂需要建设大量的水工建筑物，所以相对于火电厂来说，由于水力发电厂需要建设大量的水工建筑物，所以相对于火电厂来说，建设投资大，工期较长，使用劳力也较多。建设投资大，工期较长，使用劳力也较多。特别是水库还将淹没一部分土地，给农业生产带来一定不利影响。特别是水库还将淹没一部分土地，给农业生产带来

10、一定不利影响。水力发电厂的运行方式还受到气象、水文等条件的影响，有丰水期、水力发电厂的运行方式还受到气象、水文等条件的影响，有丰水期、枯水期之别，发电出力不如火电厂稳定，也给电力系统的运行带来一枯水期之别，发电出力不如火电厂稳定，也给电力系统的运行带来一定不利因素。定不利因素。u 二、发电厂二、发电厂p3、核能发电厂、核能发电厂 核能是一种新的能源，也是可望长期使用的能源。所以，自核能是一种新的能源，也是可望长期使用的能源。所以，自1954年年世界上第一座核电厂投入运行以来，许多国家纷纷建设核电厂。核电世界上第一座核电厂投入运行以来，许多国家纷纷建设核电厂。核电厂建设的速度最快厂建设的速度最快

11、 。核能发电的基本原理：核能发电的基本原理：核燃料在反应堆内产生核裂变，即所谓链式反应，释放出大量热能，核燃料在反应堆内产生核裂变，即所谓链式反应，释放出大量热能，由冷却剂由冷却剂(水或气体水或气体)带出，在蒸汽发生器中将水加热为蒸汽。然后，同带出，在蒸汽发生器中将水加热为蒸汽。然后，同一般火力发电厂一样，用蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电。冷却一般火力发电厂一样，用蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电。冷却剂在把热量传给水后，又被泵打回反应堆里去吸热，这样反复使用，剂在把热量传给水后，又被泵打回反应堆里去吸热，这样反复使用，就可以不断地把核裂变释放的热能引导出来。核能发电厂与火力发电就可以不断地

12、把核裂变释放的热能引导出来。核能发电厂与火力发电厂在构成上最主要区别是前者用核一蒸汽发电系统来代替后者的蒸汽厂在构成上最主要区别是前者用核一蒸汽发电系统来代替后者的蒸汽锅炉，所以核电厂中的反应堆又被称为原子锅炉锅炉，所以核电厂中的反应堆又被称为原子锅炉 。u 二、发电厂二、发电厂p 3、核能发电厂、核能发电厂核能发电厂的特点和问题：核能发电厂的特点和问题：核能发电厂的主要优点之一是可以大量节省煤、石油等燃料。核能发电厂的主要优点之一是可以大量节省煤、石油等燃料。核能发电厂的另一个特点是燃烧时不需要空气助燃，所以核能电厂可核能发电厂的另一个特点是燃烧时不需要空气助燃，所以核能电厂可以建设在地下、

13、山洞里、水下或空气稀薄的高原地区。以建设在地下、山洞里、水下或空气稀薄的高原地区。核能发电厂的主要问题是放射性污染。但随着科学技术的发展，将会核能发电厂的主要问题是放射性污染。但随着科学技术的发展，将会变得越来越安全变得越来越安全 。u 二、发电厂二、发电厂p4、其他能源发电、其他能源发电新能源发电主要有风能发电、太阳能发电、地热能发电、潮汐能发电新能源发电主要有风能发电、太阳能发电、地热能发电、潮汐能发电等等 。 风力发电：风力发电是通过风力发电机组将风能转化成机械能，再风力发电：风力发电是通过风力发电机组将风能转化成机械能，再转化为电能转化为电能 。 太阳能发电：太阳能发电方式主要可分为光

14、热发电和光电发电两种太阳能发电：太阳能发电方式主要可分为光热发电和光电发电两种方式。光热发电是用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电；光电方式。光热发电是用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电；光电发电是用光电池直接把太阳能转化为电能发电是用光电池直接把太阳能转化为电能 。 地热能发电：通过热流体将地下热能携带到地上，经过专门的装置地热能发电：通过热流体将地下热能携带到地上，经过专门的装置将热能转换为电能将热能转换为电能 。 潮汐发电：利用潮汐具有的能量转变成机械能，再转化成电能潮汐发电：利用潮汐具有的能量转变成机械能，再转化成电能 。 此外还有生物能、波浪能、海洋温差能等。此外还有生物能、波

15、浪能、海洋温差能等。 从远景发展来看，还有聚变能、氢能等从远景发展来看，还有聚变能、氢能等 。u 三、输配电系统三、输配电系统p（一）三相交流输配电系统（一）三相交流输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构 图图5 电力网结构电力网结构 电力网由电力网由输电网输电网和和配电网配电网组成。大型电力网的结构通常以电压等组成。大型电力网的结构通常以电压等级进行分层见图级进行分层见图5。u 三、输配电系统三、输配电系统p（一）三相交流输配电系统（一）三相交流输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构输电网的作用输电网的作用： 输电网主要是将远离负载中心的发电厂的大量电能经过变压器升输电网主要是将远离负载

16、中心的发电厂的大量电能经过变压器升高电压，通过高压输电线，送到邻近负载中心的枢纽变电站。同时，高电压，通过高压输电线，送到邻近负载中心的枢纽变电站。同时，输电网还有联络相邻电力系统和联系相邻变电站的作用，或向某些输电网还有联络相邻电力系统和联系相邻变电站的作用，或向某些容量特大的用户直接供电。输电网的额定电压通常为容量特大的用户直接供电。输电网的额定电压通常为220750kV或或更高，它的结构与电力系统运行的安全性及经济性关系极大，是整更高，它的结构与电力系统运行的安全性及经济性关系极大，是整个电力系统的骨架或主干电网。个电力系统的骨架或主干电网。u 三、输配电系统三、输配电系统p（一）三相交

17、流输配电系统（一）三相交流输配电系统 1、电力网的结构、电力网的结构 配电网的作用配电网的作用： 配电网可分为高压、中压和低压配电网。高压配电网的电压一般配电网可分为高压、中压和低压配电网。高压配电网的电压一般为为35110 kV或更高，中压配电网的电压一般为或更高，中压配电网的电压一般为620kV，它们，它们将来自变电站的电能分配到众多的配电变压器，以及直接供应中将来自变电站的电能分配到众多的配电变压器，以及直接供应中等容量的用户，低压配电网的电压为等容量的用户，低压配电网的电压为380/220V，用于向数量很大，用于向数量很大的小用户供电的小用户供电 。 电力网的结构与电压等级、电源和负载

18、点的容量和数目、它们之电力网的结构与电压等级、电源和负载点的容量和数目、它们之间的地理位置以及可靠性要求等因素有关。间的地理位置以及可靠性要求等因素有关。u 三、输配电系统三、输配电系统 p（一）三相交流输配电系（一）三相交流输配电系 2、电力系统电压等级、电力系统电压等级 电力系统中的发电、输电、配电以及用电等设备都是按一定的标电力系统中的发电、输电、配电以及用电等设备都是按一定的标准电压设计和制造的，在这一标准电压下运行，设备的技术性能准电压设计和制造的，在这一标准电压下运行，设备的技术性能和经济指标将达到最好，这一标准电压称为额定电压。我国国家和经济指标将达到最好，这一标准电压称为额定电

19、压。我国国家标准规定的电力网络的额定线电压为：标准规定的电力网络的额定线电压为：0.38、3、6、10、35、63、110、220、330、500、750（kV）。）。 电网电压及合理的电压系列选择是一个涉及面极广的综合性问题，电网电压及合理的电压系列选择是一个涉及面极广的综合性问题，除应考虑送电容量、距离、运行方式等多种因素外，还应根据动除应考虑送电容量、距离、运行方式等多种因素外，还应根据动力资源的分布及工业布局等远景发展情况，进行全面的技术经济力资源的分布及工业布局等远景发展情况，进行全面的技术经济比较。比较。 u 三、输配电系统三、输配电系统2、电力系统电压等级、电力系统电压等级 选择

20、电力网电压等级的原则是选择电力网电压等级的原则是： （1）选定的电压等级应符合国家标准）选定的电压等级应符合国家标准 。 （2）根据我国电力工业发展迅速的特点，电压等级不宜过多，）根据我国电力工业发展迅速的特点，电压等级不宜过多，以便减少变电重复容量，同一地区、同一电网内，应尽可能简化以便减少变电重复容量，同一地区、同一电网内，应尽可能简化电压等级。但电压级差也不宜太小。根据国外经验，电压等级。但电压级差也不宜太小。根据国外经验，110kV以下以下(或称电网配电电压等级或称电网配电电压等级)，电压差一般在，电压差一般在3倍以上；倍以上；110kV及以上及以上(或称电网输电电压等级或称电网输电电

21、压等级)，电压差一般在，电压差一般在2倍左右倍左右 。 （3）我国现有电网的电压等级配置大致分为两类，即）我国现有电网的电压等级配置大致分为两类，即110220500kV或或110330kV。220kV以下的电压等级的配置为以下的电压等级的配置为1063220kV及及1035110220kV两种系列两种系列 u 三、输配电系统三、输配电系统2、电力系统电压等级、电力系统电压等级 下表下表给出了电网额定电压与相应传输功率和传输距离的关系给出了电网额定电压与相应传输功率和传输距离的关系电力系统额定电压/kV输送方式传输功率/MW传输距离/km0.38架空线0.10.250.38电缆0.1750.3

22、53架空线0.11316架空线0.221036电缆3小于810架空线0.2320510电缆5小于1035架空线2105020110架空线105015050220架空线100500300100330架空线2001000600200500架空线10001500850250750架空线20002500500以上u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 什么是变电站？什么是变电站？ 变电站是电力网中的线路连接点，是用以变换电压、交换功率和变电站是电力网中的线路连接点，是用以变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。变电站中有不同电压的配电装置，电力汇集、分配电能的

23、设施。变电站中有不同电压的配电装置，电力变压器，控制、保护、测量、信号和通信设施，以及二次回路电变压器，控制、保护、测量、信号和通信设施，以及二次回路电源等。源等。 变电站的分类变电站的分类： 按变电站在电力系统中的位置、作用及其特点划分，变电站的主按变电站在电力系统中的位置、作用及其特点划分，变电站的主要类型有要类型有枢纽变电站枢纽变电站、区域变电站区域变电站、地区变电站地区变电站、终端变电站终端变电站、用户变电站用户变电站和和地下变电站地下变电站。变电站的名称通常是按其最高一级电。变电站的名称通常是按其最高一级电压来命名的，例如某压来命名的，例如某500kV变电站等变电站等 。 u 三、输

24、配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 什么是变电站电气主接线？什么是变电站电气主接线？ 变电站的电气主接线是由变电站内的电气设备按照电能输送和分变电站的电气主接线是由变电站内的电气设备按照电能输送和分配的要求连接组成的电路。配的要求连接组成的电路。 什么是电气主接线图？什么是电气主接线图？ 电气主接线图用以表示电气设备相互之间的连接关系，以及本变电气主接线图用以表示电气设备相互之间的连接关系，以及本变电站电站(或发电厂或发电厂)与电力系统的电气连接关系，通常以单线图表示。与电力系统的电气连接关系，通常以单线图表示。 主接线图中表示的主要电气设备有哪些？主接线图中

25、表示的主要电气设备有哪些？ 发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 常用的电气主接线方式有：常用的电气主接线方式有： 单母线接线，单母线接线， 单母线分段接线，单母线分段接线， 单母线分段带旁路母线接线，单母线分段带旁路母线接线， 桥形接线，桥形接线， 双母线接线，双母线接线， 双母线分段接线，双母线分段接线， 双母线带旁路母线接线，双母线带

26、旁路母线接线， 双母线分段带旁路母线接线，双母线分段带旁路母线接线， 一个半断路器接线，一个半断路器接线， 三分之四断路器接线，三分之四断路器接线， 双断路器接线，双断路器接线， 多角形接线等。多角形接线等。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 图图7 7 单母线接线单母线接线u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 下面以单母线接线方式为例来说明断路器、刀闸等元件的操作原下面以单母线接线方式为例来说明断路器、刀闸等元件的操作原理，并举例说明发电厂及变电站的电气主接线理，并举例说明发电厂及变电站的电气主接线 。 （

27、1）单母线接线）单母线接线 单母线接线如图，进线是电源，出线指线路，如单母线接线如图，进线是电源，出线指线路，如WL1，WL2，WL3，WL4，进线和出线统称回路。，进线和出线统称回路。 汇流母线汇流母线W是进线和出线之间的中间是进线和出线之间的中间 环节，起汇集和分配电能的作用，进环节，起汇集和分配电能的作用，进 出线在母线上并列工作。每条线路一出线在母线上并列工作。每条线路一 般装有断路器般装有断路器QF，因为断路器具有灭，因为断路器具有灭 弧装置，可以断开、闭合负荷电流和弧装置，可以断开、闭合负荷电流和 故障电流。故障电流。 单母线接线单母线接线u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站

28、及其电气主接线、变电站及其电气主接线 （1）单母线接线）单母线接线 断路器两侧装有隔离开关断路器两侧装有隔离开关QS，紧靠母线侧的隔离开关称为母线隔，紧靠母线侧的隔离开关称为母线隔离开关，靠线路侧的称为线路隔离开关。隔离开关由于没有灭弧离开关，靠线路侧的称为线路隔离开关。隔离开关由于没有灭弧结构，不能开断负荷电流和短路电流。安装隔离开关的目的是在结构，不能开断负荷电流和短路电流。安装隔离开关的目的是在线路停运后用隔离开关隔开电源，这样当检修线路或断路器时，线路停运后用隔离开关隔开电源，这样当检修线路或断路器时，形成一个检修人员也能看见的、明显的形成一个检修人员也能看见的、明显的“断开点断开点”

29、。这样万一断。这样万一断路器的合分闸指示器失灵，对检修人员也是安全的。路器的合分闸指示器失灵，对检修人员也是安全的。 QF1靠发电机侧可以不装隔离开关，这样靠发电机侧可以不装隔离开关，这样QF1检修，发电机需停检修，发电机需停机。机。QS4又称接地刀闸，在隔离电源，检修线路或设备前将其合又称接地刀闸，在隔离电源，检修线路或设备前将其合上使线路与地等电位，防止忽然来电，确保检修时的人身安全。上使线路与地等电位，防止忽然来电，确保检修时的人身安全。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 （1）单母线接线）单母线接线 运行操作必须严格遵守操作顺序：运行操作必须

30、严格遵守操作顺序： 如如WL1送电时，在送电时，在QS4断开的情况下，先合上断开的情况下，先合上QS2和和QS3，再投，再投入断路器入断路器QF2；如欲停止对；如欲停止对WL1供电，须先断开供电，须先断开QF2，如线路或，如线路或断路器断路器QF2需检修，再断开需检修，再断开QS3和和QS2。待线路对方停电后，再。待线路对方停电后，再合上合上QS4接地刀闸接地刀闸 。 单母线接线的特点：单母线接线的特点： 单母线具有简单、清晰、设备少的优点，但当母线故障或检修或单母线具有简单、清晰、设备少的优点，但当母线故障或检修或隔离开关检修时，整个系统全部停电，因此这种接线只适用于单隔离开关检修时，整个系

31、统全部停电，因此这种接线只适用于单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。对重要的供电用户一般采用双母线接线或者带旁求不高的场合。对重要的供电用户一般采用双母线接线或者带旁路的接线方式。路的接线方式。u 三、输配电系统三、输配电系统p（二）直流输电系统（二）直流输电系统 直流输电的简单介绍：直流输电的简单介绍： 直流输电是以直流方式实现电能传输的技术。直流输电与交流输直流输电是以直流方式实现电能传输的技术。直流输电与交流输电相互配合，发挥各自的特长，构成现代电力传输系统。在以交电相互配合，发挥各自的特长，构成

32、现代电力传输系统。在以交流输电为主的电力系统中，直流输电具有特殊的作用。除了在采流输电为主的电力系统中，直流输电具有特殊的作用。除了在采用交流输电有困难的场合必须采用直流输电外，在电力系统中，用交流输电有困难的场合必须采用直流输电外，在电力系统中，它还能提高系统的稳定性，改善系统运行性能并方便其运行和管它还能提高系统的稳定性，改善系统运行性能并方便其运行和管理。理。 在发电和用电均为交流电的情况下，要进行直流输电，必须解决在发电和用电均为交流电的情况下，要进行直流输电，必须解决换流问题，即在送端需将交流电变换为换流问题，即在送端需将交流电变换为.直流电直流电(整流整流)，由直流输，由直流输电线

33、路送到受端，然后再将直流电变换为交流电电线路送到受端，然后再将直流电变换为交流电(逆变逆变)，送入受，送入受端交流电网使用。集成门极换相晶闸管端交流电网使用。集成门极换相晶闸管(IGTA)和碳化硅等新型半和碳化硅等新型半导体器件的开发，给直流输电技术的发展创造了更好的条件导体器件的开发，给直流输电技术的发展创造了更好的条件 。u 三、输配电系统三、输配电系统p（二）直流输电系统（二）直流输电系统 1、直流输电系统的构成、直流输电系统的构成 直流输电系统的一次电路主要由直流输电系统的一次电路主要由整流站整流站、直流线路直流线路和和逆变站逆变站三部三部分组成。送端与受端交流系统与直流输电系统也有密

34、切的关系，分组成。送端与受端交流系统与直流输电系统也有密切的关系，它们给整流器和逆变器提供实现换流的条件，同时送端电力系统它们给整流器和逆变器提供实现换流的条件，同时送端电力系统作为直流输电的电源提供所传输的功率，而受端则相当于负载，作为直流输电的电源提供所传输的功率，而受端则相当于负载，接受由直流输电送来的功率。接受由直流输电送来的功率。 直流输电的控制保护系统与交流输电不同，它是实现直流输电正直流输电的控制保护系统与交流输电不同，它是实现直流输电正常启动和停运、正常运行、运行参数的改变和自动调节以及故障常启动和停运、正常运行、运行参数的改变和自动调节以及故障处理和保护等必不可少的组成部分。

35、处理和保护等必不可少的组成部分。 u 三、输配电系统三、输配电系统p（二）直流输电系统（二）直流输电系统 2、直流输电的基本原理、直流输电的基本原理 图图13 13 直流输电基本原理简图直流输电基本原理简图 图图13是直流输电基本原理简图。它包括两个换流站，直流输电线是直流输电基本原理简图。它包括两个换流站，直流输电线路及两端交流系统路及两端交流系统I和和。 当系统当系统I向系统向系统送电时，换流站送电时，换流站1运行于整流状态，把系统运行于整流状态，把系统I送来送来的三相交流电变换成直流电，经直流线路送到换流站的三相交流电变换成直流电，经直流线路送到换流站2。此时，换。此时，换流站流站2则运

36、行于逆变状态，把直流电变换为三相交流电送入系统则运行于逆变状态，把直流电变换为三相交流电送入系统。u 三、输配电系统三、输配电系统2、直流输电的基本原理、直流输电的基本原理 直流输电电压和功率的调节直流输电电压和功率的调节： 直流输电两端的直流电压可以通过改变触发角来进行快速调节。直流输电两端的直流电压可以通过改变触发角来进行快速调节。通常是由逆变站控制直流电压，整流站控制直流电流，从而得到通常是由逆变站控制直流电压，整流站控制直流电流，从而得到一定的输送功率。为了减小直流线路损耗，取得较好的运行经济一定的输送功率。为了减小直流线路损耗，取得较好的运行经济性，直流电压应保持略小于最高允许值运行

37、，而直流功率的改变性，直流电压应保持略小于最高允许值运行，而直流功率的改变由整流站控制直流电流来实现。由整流站控制直流电流来实现。 因此，直流输送功率是可控的，这一点与交流输电有很大的不同因此，直流输送功率是可控的，这一点与交流输电有很大的不同 。 u 三、输配电系统三、输配电系统2、直流输电的基本原理、直流输电的基本原理 直流输电的无功调节直流输电的无功调节： 直流输电线路不传输无功功率。直流输电线路不传输无功功率。u 三、输配电系统三、输配电系统2、直流输电的基本原理、直流输电的基本原理 直流输电的潮流反转直流输电的潮流反转： 直流输电系统可快速方便地进行输送功率方向的反转直流输电系统可快

38、速方便地进行输送功率方向的反转(或称潮流反或称潮流反转转)。由于换流阀的单向导电性，直流电流的方向不能改变，直流。由于换流阀的单向导电性，直流电流的方向不能改变，直流输电的潮流反转是通过改变直流电压的极性来实现的。若从系统输电的潮流反转是通过改变直流电压的极性来实现的。若从系统I向系统向系统送电时，直流电压为正极性，从系统送电时，直流电压为正极性，从系统向系统向系统I送电时则送电时则为负极性。利用两端控制系统可方便快速的改变直流电压的极性，为负极性。利用两端控制系统可方便快速的改变直流电压的极性，从而实现潮流反转从而实现潮流反转 。u 四、负载四、负载 什么是电力系统负载？什么是电力系统负载？

39、 电力系统的负载就是系统中各种用电设备消耗功率的总和。电力系统的负载就是系统中各种用电设备消耗功率的总和。 电力系统负载的分类？电力系统负载的分类？ 电力系统负载大致可以分为异步电动机负载、电热负载、整流负电力系统负载大致可以分为异步电动机负载、电热负载、整流负载、照明负载等。载、照明负载等。 用电负载的分类？用电负载的分类？ 根据行业用电的特点，用电负载也可分为工业负载、农业负载、根据行业用电的特点，用电负载也可分为工业负载、农业负载、交通运输业负载和人民生活用电负载等。交通运输业负载和人民生活用电负载等。u 四、负载四、负载p（一）负荷曲线（一）负荷曲线 电力系统负载随时间变化的情况常用负

40、载曲线来描述。电力系统负载随时间变化的情况常用负载曲线来描述。 所谓负载曲线，即是电力系统的负载功率所谓负载曲线，即是电力系统的负载功率(有功功率或无功功率有功功率或无功功率)随时间变化的关系曲线。随时间变化的关系曲线。 按负载种类分，有有功功率负载曲线和无功功率负载曲线，按负载种类分，有有功功率负载曲线和无功功率负载曲线， 按时间长短分，有日负载曲线和年负载曲线等，按时间长短分，有日负载曲线和年负载曲线等， 按计量地点分，有用户的负载曲线、电力线路的负载曲线、变电按计量地点分，有用户的负载曲线、电力线路的负载曲线、变电站的负载曲线、发电厂的负载曲线以及整个系统的负载曲线。站的负载曲线、发电厂

41、的负载曲线以及整个系统的负载曲线。 u 四、负载四、负载p（一）负荷曲线（一）负荷曲线 下面简要介绍日负载曲线下面简要介绍日负载曲线 ： 图图a是电力系统典型的日负载曲线。为计算的方便，实际常把连是电力系统典型的日负载曲线。为计算的方便，实际常把连续变化的曲线绘成阶梯形，如图续变化的曲线绘成阶梯形，如图b所示：所示： 图图14 电力系统负载曲线电力系统负载曲线 (a)典型日负载曲线典型日负载曲线 (b)阶梯型负载曲线阶梯型负载曲线 第二节第二节 电力系统分析概论电力系统分析概论u一、概述一、概述 电力系统分析是运用数字仿真计算或模拟试验的方法，电力系统分析是运用数字仿真计算或模拟试验的方法，对

42、电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。对规划、设计的电力系统，通过电力系统分的分析研究。对规划、设计的电力系统，通过电力系统分析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事故的技术措施。故的技术措施。p（一）电力系统分析的内容（一）电力系统分析的内容 电力系统分析包括电力系

43、统分析包括稳态分析稳态分析、故障分析故障分析和和暂态分析暂态分析三三方面内容。方面内容。电力系统稳态分析电力系统稳态分析 电力系统稳态分析电力系统稳态分析主要研究电力系统稳态运行方式的性能，包括系统有主要研究电力系统稳态运行方式的性能，包括系统有功功率和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等，解决系功功率和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等，解决系统有功功率和频率调整，无功功率和电压控制问题。统有功功率和频率调整，无功功率和电压控制问题。 潮流计算潮流计算是进行电力系统稳态分析的主要方法。潮流计算的结果可以是进行电力系统稳态分析的主要方法。潮流计算的结果可以给出电力系统稳态

44、运行方式下各节点电压相量和各支路功率分布。通过给出电力系统稳态运行方式下各节点电压相量和各支路功率分布。通过调整系统运行方式的给定条件，进行必要的潮流计算，可以研究并从中调整系统运行方式的给定条件，进行必要的潮流计算，可以研究并从中选择经济上合理、技术上可行、安全可靠的运行方式，及时发现电力网选择经济上合理、技术上可行、安全可靠的运行方式，及时发现电力网元件如变压器和线路过负载、母线电压越限等异常工况并做出适当处理。元件如变压器和线路过负载、母线电压越限等异常工况并做出适当处理。潮流计算还是考虑负载电流的短路电流计算和稳定计算的基础，为这些潮流计算还是考虑负载电流的短路电流计算和稳定计算的基础

45、，为这些计算提供初始运行方式。计算提供初始运行方式。 电力系统故障分析电力系统故障分析 电力系统故障分析电力系统故障分析主要研究电力系统中发生单一或多重主要研究电力系统中发生单一或多重故障故障(包括短路和非正常操作包括短路和非正常操作)时，故障电流、电压及其在电时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。力网中的分布。 短路电流计算短路电流计算是故障分析的主要内容。短路电流计算是故障分析的主要内容。短路电流计算的目的，是通过计算短路电流大小，确定短路故障的严重程的目的，是通过计算短路电流大小，确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数，整定继电保护，分析系统中正序、度，选择电气设备参数，整定继电保护

46、，分析系统中正序、负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响等。响等。 电力系统暂态分析电力系统暂态分析 电力系统暂态分析电力系统暂态分析主要研究电力系统受到扰动后的电磁和机电暂态过主要研究电力系统受到扰动后的电磁和机电暂态过程，包括程，包括电磁暂态过程分析电磁暂态过程分析和和机电暂态过程分析机电暂态过程分析。 电磁暂态过程分析电磁暂态过程分析主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压，主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压，一次与二次系统相互作用的控制暂态过程，以及电力电子设备的快速暂一次与二次系统相互作用的控制暂态过程

47、，以及电力电子设备的快速暂态过程，为变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合和过态过程，为变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合和过电压保护的选择，降低或限制电力系统过电压技术措施的制定，以及电电压保护的选择，降低或限制电力系统过电压技术措施的制定，以及电力电子控制设备的设计提供依据。力电子控制设备的设计提供依据。p（二）电力系统分析的工具（二）电力系统分析的工具 运用电子数字计算机计算分析软件对电力系统进行数值计算和仿运用电子数字计算机计算分析软件对电力系统进行数值计算和仿真是电力系统分析的主要方法。随着计算机硬件和软件技术的进步，真是电力系统分析的主要方法。随着计算机硬件

48、和软件技术的进步，用计算机对电力系统进行分析的方法和应用软件得到迅速发展，在应用计算机对电力系统进行分析的方法和应用软件得到迅速发展，在应用范围、分析计算的规模和速度等方面都达到了前所未有的程度。可用范围、分析计算的规模和速度等方面都达到了前所未有的程度。可以分析计算具有数千条甚至数万条母线和线路的电力系统的大型电力以分析计算具有数千条甚至数万条母线和线路的电力系统的大型电力系统分析软件已在实际电力系统分析中得到广泛应用。系统分析软件已在实际电力系统分析中得到广泛应用。 随着计算机技术的进步，采用先进数字处理技术的电力系统实时随着计算机技术的进步，采用先进数字处理技术的电力系统实时数字仿真装置

49、于数字仿真装置于20世纪世纪90年代后期开始得到迅速发展。然而由于计算年代后期开始得到迅速发展。然而由于计算速度和系统规模的限制，当前还只适合于小规模电力系统的仿真，用速度和系统规模的限制，当前还只适合于小规模电力系统的仿真，用于电磁暂态过程的分析和继电保护等实际装置性能的校验等。于电磁暂态过程的分析和继电保护等实际装置性能的校验等。p （三）电力系统分析方法的发展（三）电力系统分析方法的发展 电力系统分析方法的进步与电子数字计算机在电力系统分析中的应电力系统分析方法的进步与电子数字计算机在电力系统分析中的应用密切相关。电力系统是规模巨大的网络系统，即使只计算超高压电力用密切相关。电力系统是规

50、模巨大的网络系统，即使只计算超高压电力网，其网络节点数也会达到数以千计的程度。因此，如何快速、准确地网，其网络节点数也会达到数以千计的程度。因此，如何快速、准确地求解网络问题的大规模方程式，是使用计算机分析电力系统的首要难题。求解网络问题的大规模方程式，是使用计算机分析电力系统的首要难题。20世纪世纪60年代后期，发展了利用电力网络导纳矩阵的稀疏性，配合电力年代后期，发展了利用电力网络导纳矩阵的稀疏性，配合电力网节点编号优化的程序技巧，既能使计算速度显著提高，又能节省计算网节点编号优化的程序技巧，既能使计算速度显著提高，又能节省计算机存储容量。这一网络方程的求解方法应用于电力系统潮流和稳定计算

51、机存储容量。这一网络方程的求解方法应用于电力系统潮流和稳定计算后，计算速度明显提高，解题能力大为增强，促使电力系统分析软件在后，计算速度明显提高，解题能力大为增强，促使电力系统分析软件在20世纪世纪60年代末至年代末至70年代初期间全面更新，推动了计算机在电力系统分年代初期间全面更新，推动了计算机在电力系统分析中更为广泛的应用。析中更为广泛的应用。 u二、电力系统数学模型简介二、电力系统数学模型简介 p（一）电力网等值电路与网络方程（一）电力网等值电路与网络方程 电力网元件等值电路是组成电力网的各元件的计算用等值电电力网元件等值电路是组成电力网的各元件的计算用等值电路。由各元件等值电路连接组成

52、的电力网等值电路用于电力系统路。由各元件等值电路连接组成的电力网等值电路用于电力系统各种稳态和机电暂态过程的计算分析。输电线路和变压器是电力各种稳态和机电暂态过程的计算分析。输电线路和变压器是电力网的主要元件，它们的等值电路是电力网等值电路的主要组成部网的主要元件，它们的等值电路是电力网等值电路的主要组成部分。分。 1. 电力线路的等值电路电力线路的等值电路 三相对称的电力线路可用单相线路来等值。线路始端三相对称的电力线路可用单相线路来等值。线路始端(设标号设标号为为1)和末端和末端(设标号为设标号为2)之间电压、电流的关系描述为：之间电压、电流的关系描述为：2211IUDCBAIU1. 电力

53、线路的等值电路电力线路的等值电路 长度不超过长度不超过100km的超高压架空线路可视为短线路。一般短线路的的超高压架空线路可视为短线路。一般短线路的线路导纳可略去不计。等值电路中串联的线路总阻抗线路导纳可略去不计。等值电路中串联的线路总阻抗 Z R + j X（见图（见图16）。相应于四端网络通用常数）。相应于四端网络通用常数A、B、C和和D为：为： A=1；B=Z；C=0；D=1 图图16 短线路等值电路短线路等值电路 1. 电力线路的等值电路电力线路的等值电路 长度为长度为100300 km的超高压架空线路和不超过的超高压架空线路和不超过100km的电缆线路的电缆线路为中等长度线路。其等值

54、电路有为中等长度线路。其等值电路有形和形和T形两种形式，如图形两种形式，如图17a,b所示。所示。其中常用的是其中常用的是形等值电路。在形等值电路。在形等值电路中，除串联的线路总阻抗形等值电路中，除串联的线路总阻抗 Z = R+ j X外，还将线路的总导纳外，还将线路的总导纳Y = j B分为两半，分别并联在线路的始分为两半，分别并联在线路的始端和末端。在端和末端。在T形等值电路中，线路的总导纳集中在中间，而线路的总形等值电路中，线路的总导纳集中在中间，而线路的总阻抗则分为两半，分别串联在它的两侧。阻抗则分为两半，分别串联在它的两侧。 形等值电路的四端网络通用常数为：形等值电路的四端网络通用常

55、数为： A=ZY/2+1；B=Z；C=Y(ZY/4+1)；D= ZY/2+1 T形等值电路的四端网络通用常数为：形等值电路的四端网络通用常数为： A=ZY/2+1；B=Z（ZY/4+1）；）；C=Y；D= ZY/2+1 图图17 17 长线路的等值电路长线路的等值电路三、电力系统潮流计算三、电力系统潮流计算 潮流计算的定义潮流计算的定义 潮流计算潮流计算是按给定的电力系统接线方式、参数和运行条件，确定电力系是按给定的电力系统接线方式、参数和运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参量的计算。通常给定的运行条件有系统中各电统各部分稳态运行状态参量的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负载节点

56、的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的源和负载节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网络的功率损耗等。络的功率损耗等。 潮流计算分为潮流计算分为离线计算离线计算和和在线计算在线计算两种方式。离线计两种方式。离线计算主要用于系统规划设计和运行中安排系统的运行方式，算主要用于系统规划设计和运行中安排系统的运行方式，在线计算用于正在运行中的系统的经常监视及实时控制。在线计算用于正在运行中的系统的经常监视及实时控制。p1. 潮流计算的基本要求潮流计算的基

57、本要求 利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从20世纪世纪50年代中期年代中期就已开始。此后，各种潮流计算方法的发展主要围绕着潮流计算的一些就已开始。此后，各种潮流计算方法的发展主要围绕着潮流计算的一些基本要求进行，归纳起来，有以下几点：基本要求进行，归纳起来，有以下几点：（1）计算方法的可靠性或收敛性。）计算方法的可靠性或收敛性。潮流计算在数学上是求解一组潮流计算在数学上是求解一组多元非线性代数方程组的问题，无论采用什么计算方法都离不开迭代，多元非线性代数方程组的问题，无论采用什么计算方法都离不开迭代，所以就有计算方法或迭代格式是否收敛，即能否正确地

58、求解的问题。因所以就有计算方法或迭代格式是否收敛，即能否正确地求解的问题。因此，首先要求所选用的方法能可靠地收敛，并给出正确答案。此，首先要求所选用的方法能可靠地收敛，并给出正确答案。（2）对计算机存储量的要求。）对计算机存储量的要求。随着电力系统的不断扩大，潮流问随着电力系统的不断扩大，潮流问题的方程式阶数越来越高，加之描述网络方程的阻抗矩阵是满阵而导纳题的方程式阶数越来越高，加之描述网络方程的阻抗矩阵是满阵而导纳矩阵是稀疏阵，各种计算方法所占计算机内存相差很大，因此，必须选矩阵是稀疏阵，各种计算方法所占计算机内存相差很大，因此，必须选择占用内存较少的方法才能满足解题规模的要求。择占用内存较

59、少的方法才能满足解题规模的要求。 p1. 潮流计算的基本要求潮流计算的基本要求 （3）计算速度。）计算速度。在保证可靠收敛的前提下，各种方法的计算速度在保证可靠收敛的前提下，各种方法的计算速度相差也较大，选用速度较快的方法可大大提高计算效率，并为在相差也较大，选用速度较快的方法可大大提高计算效率，并为在线计算创造条件。线计算创造条件。（4）计算的方便性和灵活性。）计算的方便性和灵活性。电力系统潮流不是单纯的计算而是电力系统潮流不是单纯的计算而是一个不断调整运行方式的问题。为了得到一个合理的运行方式，一个不断调整运行方式的问题。为了得到一个合理的运行方式，往往需要不断地修改原始数据。因此，要求程

60、序提供方便的人机往往需要不断地修改原始数据。因此，要求程序提供方便的人机联系环境，便于数据输入、校核和修改以及结果的分析和处理。联系环境，便于数据输入、校核和修改以及结果的分析和处理。p3. 电力系统最优潮流电力系统最优潮流 电力系统潮流优化是指满足各种安全性约束的条件下合理安排电力系电力系统潮流优化是指满足各种安全性约束的条件下合理安排电力系统运行方式，使总的运行费用最少或其他的目标统运行方式，使总的运行费用最少或其他的目标(如网损等如网损等)最优。典型最优。典型的经济调度是以提高经济效益为主，而优化潮流则是一种可以综合安全的经济调度是以提高经济效益为主，而优化潮流则是一种可以综合安全性和经