第三章 电力系统及其自动化技术

四、电力网电网的构成和功能电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应的配电安装构成。电力网络的功能是保送和分配电能并进展电压变换。电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的构造通常以电压等级进展分层；输电网将发电厂的电能经过高压输电线送到负荷中心，其额定电压通常为220～750kV，它是电力系统的主干网；配电网将电能经过配电线路送到电能用户，可以分为高压、中压、和低压配电网；高压配电网的电压普通为35～110kV或更高；中压配电网的电压普通为1～35kV；低压配电网的电压普通为380/220V。1电气工程专业导论30000MW30000MW10000MW40000MW20000MW10000MW40000MW10000MW四、电力网2电气工程专业导论四、电力网3电气工程专业导论四、电力网电力线路电力线路分为架空线路和电缆线路。架空线路主要由导线、避雷线〔又称架空地线〕、杆塔、绝缘子串合金具等部分组成。导线用来传导电流，保送电能；避雷线用来将雷电流引入大地，维护线路免遭直击雷的破坏；杆塔用来支撑导线和避雷线；绝缘子用来使导线与导线、导线与杆塔之间坚持绝缘形状；金具用来固定、悬挂、衔接和维护架空线路各主要元件的金属器件的总称。4电气工程专业导论四、电力网5电气工程专业导论四、电力网电力线路电缆是将导电芯线用绝缘层及防护层包裹，敷设于地下、水中、沟槽等处的电力线路。特点：造价高，缺点定位和检修困难；占地面积少，供电可靠；不影响城市环境。6电气工程专业导论四、电力网变电站的功能和构成变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设备，它经过变压器将各级电压的电网联络起来。主要设备：变换电压的变压器；开闭电路的开关设备；聚集和分配电能的母线；计量和控制用的互感器、仪表、继电维护安装；防御过电压的防雷安装，如：避雷器、避雷针等；通讯安装；无功补偿安装。7电气工程专业导论四、电力网-变电站8电气工程专业导论四、电力网-变电站9电气工程专业导论四、电力网—学生到变电站实习观赏10电气工程专业导论四、电力网—变压器11电气工程专业导论四、电力网配电系统的功能和构成配电系统是电力系统的一部分，由电压等级为110kV及以下的线路和设备构成，电力系统经过配电网络直接向用户供电，主要由配电变电站、配电线路等构成。主要包括：1kV以下低压配电；1～35kV中压配电；35～110kV高压配电。12电气工程专业导论四、电力网电网调度和运转电能特点：电能目前不能大量存储；暂态过程非常迅速，以10-3～10-6s计；不测供电中断，给国民经济呵斥艰苦损失；电能质量要求非常严厉。电力系统调度管理是指对电力系统全局平安经济运转和事故处置的问题进展方案、指挥、控制、协调等任务的总称。调度管理的义务保证电网经济、平安可靠运转，提供合格的电能质量。调度管理的内容电力系统分层调度管理：国调、网调、省调、地调、县调。13电气工程专业导论四、电力网—某电力系统地域调度室14电气工程专业导论四、电力网电网的平安稳定控制电力系统平安控制的主要内容包括对电力系统进展平安监视和平安分析，提出平安控制对策并予以实施。平安监视：利用数据采集和传输系统获得电力系统实时信息，供运转人员及时处置。平安分析：在平安分析的根底上，对料想事故的影响进展估算。分为静态平安分析和动态平安分析。平安控制：在电力系统各种运转形状下，为保证系统平安所进展的各种调理、校正和控制。包括：预防性平安控制、紧急形状下的平安控制和事故后的恢复控制。15电气工程专业导论四、电力网—电网的平安稳定控制电力系统缺点主要包括单相接地短路、两相接地短路、两相短路、三相短路、断线等；缺点能够引起的后果：短路缺点点强大的短路电流及燃起的电弧，能够损毁设备；部分区域电能质量下降；短路电流的热效应和电动力效应会损坏设备或缩短设备寿命；电力系统稳定性遭到破坏，产生振荡，甚至引起系统瓦解。16电气工程专业导论四、电力网—电网的平安稳定控制电力系统非正常运转形状主要包括过负荷、过电压、非全相运转、振荡〔非同步运转〕、次同步谐振、同步发电机短时失磁异步运转等。缺点和非正常运转都能引起系统事故〔如电压解体事故、频率解体事故〕。事故是指系统的全部或部分的正常运转蒙受破坏，呵斥对用户停顿供电、少送电或电能质量下降，甚至呵斥人身伤亡、设备损坏等。继电维护安装就是能迅速反响电力系统中电气元件发生的各种缺点及不正常运转形状，并有选择性地动作于跳闸或发出信号的一种自动安装。此外，自动重合闸、备用电源自动投入安装、按频率自动减负载、自动发电控制安装、自动励磁调理安装、电力系统平安稳定安装等自动安装都是保证电力系统平安稳定运转的重要自动化设备。17电气工程专业导论五、电力运用照明照明大致分为两种：一是由电能转化成热能，然后再转化成光能的光源，如白炽灯等。另一种是利用放电而转化成光能的光源，如荧光灯、高压汞灯、霓虹灯等。(d)(a)(b)(e)(c)铝蒸镀面钨灯丝灯丝支架石英玻璃Ar气体+卤素化合物钼箔红外反射膜石英玻璃可见光红外线钨灯丝〔a〕〔b〕〔c〕〔d〕〔e〕荧光粉水银原子电子氩原子可见光镇流器~启辉器18电气工程专业导论五、电力运用电加热电加热是以电能为能源加热物料，并经过电炉、电焊机等来实现加热的一种方法。电加热大致分为两种：一是电能在电炉、电热器具上转变成热能后加热物料，如电炉、电弧炉、感应炉、微波炉、光波炉等。另一种是利用电能驱动热泵，把热能从温度较高的物体保送给温度较低的物体,如热泵等。运用:工业领域：冶炼、热处置、焊接等农业领域：温室培育等家庭生活：烹饪、取暖等19电气工程专业导论五、电力运用电力拖动电力拖动是以电动机作为原动机拖动消费机械运动的一种拖动方式，又称电气传动或电力传动。电动机功率开关控制器件电源传送机构任务机械机械衔接电衔接电力拖动的运用领域极其广大，从普通的家用电器到工业机床设备、电动交通工具等，在国防、国民经济和人民生活的方方面面都有运用，是电能最主要的运用方式之一。20电气工程专业导论五、电力运用电力拖动电力牵引就是其中一个较大的运用领域。如：电气化铁路、地下铁道及其他电力牵引城市轨道交通、矿山电力机车、城市公共电车。21电气工程专业导论六、电力市场简介电力市场的概念电力市场是采用经济、法律等手段，本着公平竞争、自愿互利的原那么，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各组成员协调运转的管理机制和执行系统的总和。电力市场的根本特征：开放性、竞争性、方案性和协调性。电力市场首先是一种管理机制，同时还是表达这种管理机制的执行系统。包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通讯系统等。电价是电力市场的杠杆和中心内容。转运业务是电力市场重要的贸易方式。22电气工程专业导论六、电力市场简介电力市场的概念电力市场是采用经济、法律等手段，本着公平竞争、自愿互利的原那么，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各组成员协调运转的管理机制和执行系统的总和。电力市场的根本特征：开放性、竞争性、方案性和协调性。电力市场首先是一种管理机制，同时还是表达这种管理机制的执行系统。包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通讯系统等。电价是电力市场的杠杆和中心内容。转运业务是电力市场重要的贸易方式。23电气工程专业导论六、电力市场简介电力市场的兴起我国电力体制改革的三个阶段：第一阶段：1985年实施集资办电政策—20世纪90年代初期，处理缺电问题。第二阶段：20世纪90年代初期—1998年撤销电力工业部前，提出逐渐实施电力体制改革，方案为：政企分开、厂网分开、输供分别、实施公司化改组；一致开放、竞价上网、建立电力买卖市场；依法管理、竞争有序，建立健全电力市场法规体系和监管体系。第三阶段：1998年撤销电力工业部—目前，实行“厂网分开、竞价上网〞试点。24电气工程专业导论六、电力市场简介电力市场的根本原那么根本目的是：突破垄断，引入竞争，提高效率，降低本钱，健全电价机制，优化资源配置，促进电力开展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、安康开展的电力市场体系。电力市场最根本的原那么是公平。为保证电力市场公平竞争的原那么，必需做到：电力市场要有公开性〔包括本钱、定价、计量、方案等〕，以便监视；扩展自在选择权益，保证电网的开放；必需建立有关法律法规、规范、规约，使竞争规范化。25电气工程专业导论六、电力市场简介电价和电力市场运转方式制定电价的根本原那么为：本钱为主，合理利润，公平负担，促进用户合理用电。我国电力市场两种能够的运转方式：一致市场：以个发电厂、供电公司为单位一致在网级电力市场中竞争，为了顺应现状，各省设结算中心和调度中心；结合市场：以省为单位参与竞争〔分层方式〕，保管现有的省级电力市场的一切职能〔买卖中心、调度中心、报价系统〕，省级电力市场的买卖依然由省网买卖中心控制；网级电力市场进展网控发电公司/发电厂、网控负荷和各省网之间的市场竞争。26电气工程专业导论六、电力市场简介电力市场下的电力系统电力市场给电力系统的科学研讨、开展建立和运营管理等方方面面带来机遇和挑战。主要技术问题：如何灵敏控制潮流？最优保送？电网的平安、稳定运转？如何实现一致调度？27电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势我国开展能源的指点方针是：大力〔优先〕开展水电，继续开展火电，适当开展核电，积极开展新能源发电，同步开展电网，促进全国联网。电力技术属于传统技术的范畴，技术创新和出现艰苦突破的时机要比信息科学、生命科学、资料科学等新兴学科少得多。但是，应该看到，电力技术与其他学科的相互交叉和浸透的趋势越来越明显。电力研讨的一些前沿课题反映了这种趋势。以下将对假设干电力前沿技术的现状和未来开展前景进展简介:28电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势1高压交流输电技术三相高压交流输电技术常规的三相交流输电在远间隔输电工程中占主导位置，在未来相当长的时间内依然是输电和联网的主要方式；前苏联建成了900km的1150kV特高压输电线路并经过了试运转，后因无电可送等缘由而降压为500kV运转；未来交流输电开展的重点将是采用新技术充分利用线路走廊保送更多的电力。29电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势多相交流输电多相交流输电以多相〔相数大于3〕交流电方式实现电能保送；特点：一样的线路走廊和占地面积，多相输电可提高由线路发热条件决议的负荷容量，可设计得更“紧凑〞适宜线路途径受限制的地域，可以接入三相交流输电系统，不需经过多相交流变电所；多相交流输电曾经入工业性实验和试运转阶段。30电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势灵敏交流输电灵敏交流输电〔FACTS〕是基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实施灵敏快速调理的输电技术；出现背景：开展互联电网的需求；开展电力市场的需求；电力电子器件的快速开展使灵敏交流输电的想象成为现实。灵敏交流输电技术的中心就是利用电力电子器件可以按照控制系统的要求，运用现代换流技术和控制技术，实现电压、阻抗或相位大幅度灵敏控制。31电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势2高压直流输电技术端对端直流输电该技术是一项成熟的远间隔输电技术，估计端对端直流输电在未来仍是远间隔输电和联网的重要方式。32电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势多端直流输电技术为理处理直流输电多电源供电、多落点受电问题，研讨出多端直流输电技术。33电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势新一代直流输电技术未来直流输电技术的开展趋势是在运用可关断器件组成的换流器进一步改善输电性能的同时，大幅度简化设备，减少换流站的占地，降低造价，以便在技术经济上比其它输电方式更具竞争力；典型例子是：所谓轻型直流输电〔HVDCLight〕，它采用IGBT等可关断的器件组成换流器；运用户外换流阀以节省阀厅的建立费用；运用延续调理交流滤波器、有源滤波器等技术大幅度减少户外场的占地。34电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势3新型输电线路紧凑型线路紧凑型线路是指添加分裂导线数、缩短相间间隔、合理陈列相导线等措施以降低线路波阻抗，从而提高线路保送才干的输电线路。研讨的主要目的是提高线路的保送才干，节省线路走廊；从20世纪60年代起，美国、前苏联、法国、巴西等国建成了各种电压等级的紧凑型线路，我国也建成了一条500kV的紧凑型线路，正在试运转中。35电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势气体绝缘线路气体绝缘输电线路〔GIL〕是以六氟化硫气体绝缘的、带有与导体同轴的接地金属外壳的输电线路，与电缆相比，其优点是绝缘击穿后可恢复、承载电流大；气体绝缘输电线路已在美国、德国的水力发电厂的出线等场所得到了运用。未来由于输电线路走廊的获得越来越困难，气体绝缘输电线路的研讨和开发遭到注重。36电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势超导输电线路超导输电线路是一种低损耗的输电方式；日本正在开发6kV、1000MVA的超导电缆；美国也制造出12.4kV、1250A的三相超导电缆系统；我国也有超导输电线路在南方电网试运转；超导电缆的价钱很高，冷冻系统的可靠性有待检验，用于长间隔输电工程的前景还不明朗。37电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势4干净煤发电技术

当今我国的火力发电机组效率低，污染物排放量大，与先进国家相比有较大差距，所以要大力推行干净煤发电技术，建立大型循环流化床锅炉，增压硫化燃气-蒸汽结合循环和整体煤气化燃气-蒸汽结合循环示范工程，采用高效脱硫脱硝安装，以使之到达世界先进程度。火电厂消费流程主要包括四大系统：熄灭系统、汽水系统、电气系统和控制系统。后面的两个系统和本专业关系亲密。

38电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势5分布式发电技术当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃机(IC-internal-combustionengine)、微型燃气轮机〔Micro-turbines〕和各种工程用的燃料电池〔Fuel

Cell〕。因其具有良好的环保性能，分布式电源与“小机组〞已不是同一概念。

39电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势运用背景输电线路建立费用添加。由于公众对输电线路能够产生的电磁影响的忧虑，开辟新的线路走廊越来越困难。例如，北美和西欧许多国家已决议普通不再兴建新的输电线路。于是，直接安顿在用户近旁的分布式发电安装便成为一种替代方案。与大电网配合提高供电可靠性。分布式电源可大大地提高供电可靠性，可在电网解体和不测灾祸〔例如地震、暴风雪、人为破坏、战争〕情况下，维持重要用户的供电。加拿大魁北克省1997年冰雪灾呵斥输配电线路灾难性破坏，引起大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电。40电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势微型燃气轮机

微型燃气轮机〔Micro

Turbine〕,是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96

000

r/min，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，任务温度500

℃，其发电效率可达30%。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温资料、部件加工等。可见，电工技术的突破经常取决于资料科学的提高。41电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势燃料电池燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的安装。它是一种很有开展出路的干净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。燃料电池的任务原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子经过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路那么构成电流。42电气工程专业导论七、电力新技术和开展趋势分散的电能储存技术由于分布式的电源的运用及提高电网可靠性和调峰的需