电力工程基础NXPowerLite专用课件

2023/7/291-51三、发电厂—新能源发电

新能源发电是利用太阳能、风能、地热、潮汐、海浪、海洋温差、沼气、垃圾、燃料电池等能源生产电能的发电厂。1PPT学习交流2023/7/292-51太阳能发电厂利用太阳光能和热能来生产电能就是太阳能发电。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。太阳能发电分光热发电和光伏发电；在太阳能的有效利用当中，大阳光伏发电技术是近些年来发展最快，最具活力的技术研究领域。在太阳能光伏技术应用中，尚待解决的技术问题还有很多，如：如何降低太阳能电池的生产成本；如何提高太阳能电池的光电转化效率；高效率、低成本的电能储存技术；如何实现太阳能电池的最佳输出匹配等。这些问题涉及了现代科技的许多领域：材料科学、半导体技术、电池技术、电网技术、以及电子技术、自动化控制技术等。2PPT学习交流2023/7/293-51太阳能电厂光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。

太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），有硅太阳电池和薄膜电池。硅是“提纯硅”，其纯度为“11个9”，比半导体或者说芯片硅片“只少两个9”，根据提纯硅结晶后里头的成分不同分为单晶硅、多晶硅、非晶硅等。

单晶硅太阳能电池的光电转换率为15％左右，最高达到了24％，使用寿命一般可达15年，最高达25年，比转换率仅12％左右的多晶硅太阳能电池的综合性能价格比高。

3PPT学习交流2023/7/294-51单晶硅效率:12–15%单位面积峰值功率:120Wp/m2价格.40-50元/Wp光伏电池多晶硅效率:10

–12%单位面积峰值功率:100Wp/m2价格.30-40元/Wp非晶硅效率:４–９%单位面积峰值功率:50Wp/m2价格.50-60元/Wp可以卷折薄膜型PV市场分额,20034PPT学习交流2023/7/295-51太阳能发电示意图N型硅P型硅防反射膜负荷5PPT学习交流2023/7/296-516PPT学习交流2023/7/297-517PPT学习交流2023/7/298-51太阳能发电8PPT学习交流2023/7/299-51太阳能电厂9PPT学习交流2023/7/2910-51太阳能电厂10PPT学习交流2023/7/2911-5111PPT学习交流2023/7/2912-5112PPT学习交流2023/7/2913-51地热发电厂地热发电就是利用地表深处的地热能来生产电能。地球的内部非常热，其地心温度大约为4000℃，热能持续不断地在流向地面，从地表辐射出去并消失在太空中。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，是一门新兴的能源工业。地热发电的基本原理与普通火力发电相似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，然后又把机械能变为电能。现在大量应用的地热发电系统主要有两大类：地热蒸汽发电系统和双循环发电系统。另外，在研究的地热发电系统还有全流发电系统和干热岩发电系统。目前世界地热发电中多数为地热蒸汽发电，因为它技术成熟，运行安全可靠。13PPT学习交流2023/7/2914-51地热发电示意图火山地下水蒸汽包汽轮机发电机冷却塔循环水泵14PPT学习交流2023/7/2915-5115PPT学习交流2023/7/2916-51西藏羊八井地热发电厂16PPT学习交流2023/7/2917-51风力发电厂

风力能源是由于太阳对大气层造成的温差和地球表面不规则而引起。利用风力的动能就叫风力发电。我国风能资源丰富，陆地理论储量３２亿千瓦，可开发的装机容量约２.５３亿千瓦，居世界首位，商业化、规模化发展潜力巨大。全国累计安装小型风力发电机近２０万台，用作解决西部无电地区农牧民生产生活用电。在广东、福建、内蒙古、新疆等地已建成４０个风电场，总装机容量近６０万千瓦。17PPT学习交流2023/7/2918-5118PPT学习交流2023/7/2919-5119PPT学习交流2023/7/2920-5120PPT学习交流2023/7/2921-51中国最大的风力发电厂——新疆达坂城风力发电厂21PPT学习交流2023/7/2922-51内蒙古风力发电厂22PPT学习交流2023/7/2923-51南澳风力发电厂23PPT学习交流2023/7/2924-51潮汐发电站潮汐运动中蕴藏着巨大的能量。潮汐能的大小与水体大小及潮差大小有关；实验表明，潮汐能量和海面的面积及潮差高度的平方成正比；目前，利用潮汐发电是开发利用潮汐的主要方向。潮汐发电与水力发电的原理相似，潮汐发电是利用潮差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发电机发电；潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电；①单库单向型，只能在落潮时发电。②单库双向型：在涨、落潮时都能发电。③双库双向型：可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。24PPT学习交流2023/7/2925-51潮汐发电站全国潮汐能资源的理论蕴藏量为1.9×108kw，可开发利用的装机容量为2157×104kw，可开发的年电量为618xl08kw·h，占世界潮汐能总量的1／10。中国沿海已建成9座小型潮汐电站，1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目前世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量为3200千瓦，年发电量为1070万度。江厦潮汐试验电站位于浙江省温岭县江厦港的下游。该港为乐清湾北端的一个封闭式半日浅海潮港，平均潮差为5.08m，最大潮差达8.39m。它是我国最大的一座单库双向开发、生产和科研相结合的中间试验电站。

25PPT学习交流2023/7/2926-51潮汐发电原理26PPT学习交流2023/7/2927-5127PPT学习交流2023/7/2928-51潮汐发电站28PPT学习交流2023/7/2929-51潮汐发电站29PPT学习交流2023/7/2930-51浙江温岭江厦潮汐发电站30PPT学习交流2023/7/2931-511.电力系统的运行特点电能不能大量的存贮大容量电能的储存问题还没有解决，因而电能的生产和使用是同时完成的，即任一时刻，系统中的发电量取决于同一时刻用户的用电量，因此，必须保持电能的生产、输送和使用处于一种动态的平衡状态。电力系统的过渡度过程非常短暂电能以电磁波形式传播，有极高的传输速度，电力系统中的过渡过程也非常迅速。如开关的切换操作、电网的短路等，系统中的过渡过程时间以毫微秒计，为了保证电力系统的正常运行，必须设置比较完善的自动控制与保护系统，对系统进行灵敏而迅速的监视、测量和保护，以把系统的切换、操作或故障引起系统的变化限制在一定的范围之内。与各行业和人民生活密切相关只有国家实现了电气化，才能实现国民经济的现代化。四、对电力系统运行的基本要求31PPT学习交流2023/7/2932-512.对电力系统运行的基本要求提供充足的电能保证安全可靠的供电规定将负荷(或说用户)分为三级(或称三类)：1）一级负荷中断供电将造成人身伤亡；中断供电将在政治、经济上造成重大损失，如重大设备损坏，重大产品报废，重要原材料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产被打乱，需要长时间才能恢复；中断供电影响有重大政治、经济意义的用电单位正常工作。重要的铁路枢纽、重要的通信枢纽、重要宾馆及经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷等都属于电力系统中一级负荷的用电户。四、对电力系统运行的基本要求32PPT学习交流2023/7/2933-51保证安全可靠的供电

2）二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失者。如：主要设备的损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大量减产等。中断供电将影响重要单位的正常工作者。

铁路枢纽、通讯枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等大量人员集中的重要的公共场所秩序混乱者，都属于二级负荷。四、对电力系统运行的基本要求33PPT学习交流2023/7/2934-513）三级负荷不属于一、二级负荷者，短时停电不会带来严重后果。

为保证供电的可靠性，应根据地区供电条件，对各级负荷的供电方式区别对待：一级负荷应由两个独立的电源供电，有特殊要求的一级负荷，两个独立的电源应来自不同的地点，发生故障时两个独立电源互不受影响。二级负荷的供电系统，应尽量做到发生故障时不致中断供电，或中断供电后能迅速恢复。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用线供电。三级负荷对供电电源无特殊要求。当系统发生故障时，如出现电力不足的情况，应首先考虑切除三级负荷，以保证一、二级负荷的用电。四、对电力系统运行的基本要求34PPT学习交流2023/7/2935-512.对电力系统运行的基本要求提供充足的电能保证安全可靠的供电保证良好的电能质量电力系统不仅要满足用户对电能的需要，还要保证电能有良好的质量。以电压、频率和波形来衡量。良好的经济性提高电力系统运行的经济效益，降低发电厂的煤耗，降低线路功率损耗，可以降低电能生产、输送的成本。合理地规划、设计，合理地调度，实现发电厂和电力网的经济运行，例如，火电厂和水电厂发电量的优化配置，变压器的经济运行，各类负荷用电的合理调度等。同时，加强系统运行中的管理，减少元器件的故障，使系统处于最佳运行状态。环保问题四、对电力系统运行的基本要求35PPT学习交流2023/7/2936-51各种用电设备以及发电机、变压器都是按一定的标准电压设计和制造的。电力系统正常运行时，各种电气设备在标准电压下运行时，技术经济性能才最好，安全可靠运行及使用寿命都能得到保证，此标准电压就是额定电压。要满足用电设备对供电电压的要求，电力网应有自己的额定电压，并且规定电力网的额定电压和用电设备的额定电压相一致。五、电力系统的额定电压36PPT学习交流2023/7/2937-51（一）、电力系统的额定电压等级三相交流输电线路传输的有功功率为：当输送功率一定时，(1)输电电压愈高,电流愈小，导线的截流部分的截面积愈小，投资愈小。(2)电压愈高，对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器的绝缘投资也愈大。☆电压选得过高过低都不合理，对应一定的输送功率和输送距离，应有一个合理的电压。37PPT学习交流2023/7/2938-51国家制定了适合我国国情的一系列标准电压。38PPT学习交流2023/7/2939-51☆西北750千伏输变电示范工程已于2005年9月正式投产。该工程是目前国内电压等级最高、世界上相同电压等级海拔最高的输变电工程。工程包括青海官亭至甘肃兰州东长达140公里的750千伏输电线路和两座750千伏变电站（主变容量均为1×1500兆伏安），投资概算10.9亿元，由国家电网公司出资建设。39PPT学习交流2023/7/2940-51（二）、电气设备的额定电压与线路额定电压关系1、线路的额定电压电力线路的额定电压和电力系统的额定电压相等。线路输送功率时，沿线路的电压分布往往是始端高于末端。线路的额定电压实际就是线路的平均电压，即线路始端电压和末端电压的算术平均值。40PPT学习交流2023/7/2941-512、用电设备的额定电压用电设备的额定电压取与线路额定电压相等，使所有用电设备能在接近它们的额定电压下运行。用电设备的容许电压偏移一般为±5%，而沿线路的电压降落一般为10%。这就要求线路始端电压为额定电压的105%，以使其末端电压不低于额定电压的95%。41PPT学习交流2023/7/2942-513、发电机的额定电压发电机往往接在线路始端，因此发电机的额定电压为线路额定电压的105%。4、变压器的额定电压（1）变压器一次侧接电源，相当于用电设备，变压器一次侧额定电压应等于用电设备额定电压。42PPT学习交流2023/7/2943-51（2）变压器二次侧额定电压应较线路额定电压高10%（二次侧相当于发电机；内部阻抗约有５％的电压降）。只有漏抗很小时，二次侧直接与用电设备相联或电压特别高的变压器，其二次侧额定电压才可能较线路额定电压仅高5%。43PPT学习交流2023/7/2944-515、如何确定额定电压?（原则）线路（电网）额定电压=用电设备额定电压发电机额定电压=105%线路额定电压升压变压器额定电压：一次侧=线路额定电压=发电机额定电压(与发电机相联：105%）二次侧=110%线路额定电压降压变压器额定电压：一次侧=线路额定电压二次侧=110%（或105%）线路额定电压44PPT学习交流2023/7/2945-51电力系统的标准额定电压45PPT学习交流2023/7/2946-511电压偏差及其调节2电压波动和闪变及其抑制3高次谐波及其抑制4频率六、电力系统的供电质量46PPT学习交流2023/7/2947-511电压偏差及其调节

电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差对额定电压的百分数，即电压偏移必须限制在允许的范围内，我国在《供用电规则》中规定，用户受电端的电压变动幅度应不超过额定电压的：35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为±5%；10kV及以下高压供电和低压电力用户为±7%；低压照明用户为+5%～-10%。减小电压偏移的主要措施有：合理地减少系统的阻抗，减少系统的变压级数，增大导线或电缆的截面积，尽量保持系统三相负荷平衡，高压线深入负荷中心、多回路并联供电等方法，以降低系统阻抗，减少电压损失。另外，变压器可采用经济运行方式，既可以减少电能损耗，又调节了电压；对用户而言，可以采用有载或无载调压变压器，直接对电压进行调整。对那些功率因数低，带有冲性负荷的线路，采用无功功率补偿装置，以降低线路电流，达到减少电压偏移的目的。47PPT学习交流2023/7/2948-512电压波动和闪变及其抑制

电压波动是指电压在系统电网中作快速短时的变化。电压波动值，以用户公共供电点的相邻最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压UN的百分值表示，即

闪变是指人眼对灯闪的主观感觉。引起灯光（照度）闪变的波动电压，称为闪变电压。

抑制电压波动和闪变的主要措施有：采用合理的接线方式，对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器供电，提高供电电压，减少电压损失，增大供电容量，减少系统阻抗，增加系统的短路容量等方法，对抑制电网的电压波动和闪变能起到良好的作用。为了减少无功功率冲击引起的电压闪变，国内外普遍采用一种静止无功功率补偿装置（SVC）进行无功功率补偿。

48PPT学习交流2023/7/2949-513高次谐波及其抑制

谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数，也称为高次谐波。

在供电系统中，并联电容器作为无功补偿设备已得到了广泛的应用。系统中的电容器，一方面由于其谐波阻抗小，系统高次谐波电压会在其中产生明显的高次谐波电流，使电容器过热，严重影响其使用寿命；同时电容器的切入使用也可能引起系统谐波严重放大。49PPT学习交流2023/7/2950-51高次谐波的抑制方法：1．增加整流装置的相数2．装设无源电力谐波滤波器

3．装设有源电力滤波器

二阶高通滤波器单调谐滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。50PPT学习交流2023/7/2951-514频率我国电力系统中的标准频率为50Hz，俗称工频，工业设备工作频率应与电力系统标称频率一致，如频率偏离正常值，将对用户产生严重的影响，如电动机的转速会随着频率高低而升降。频率的变化，将影响产品的产量和质量，例如造出纸张厚薄不匀，织出的布料出现疵点，电子设备误动作，信号误传。频率急剧下降而不制止，有可能会使整个电力系统崩溃，必须要防止这样的严重事故出现。我国技术标准规定，频率偏差不得超过±0.5Hz，对于容量大的系统，其偏差要求更严，不得超过±0.2Hz。用户的用电频率质量，是由电力系统保证的。在系统运行时，要求整个系统任一瞬间保持频率一致。要达到频率的质量指标，首先应做到电源与负荷间的有功功率平衡。发生频率偏差时，可采用调频装置调频，当供用电有功负荷不平衡时，可以切除一些次要负荷，保持有功功率平衡，以维持频率的稳定。51PPT学习交流2023/7/2952-51发电厂是将一次能源转换成电能的工厂，根据采用的一次能源类型不同，发电厂分为火力发电厂、水力发电厂、核电厂、太阳能发电厂、地热