走进电世界-6.ppt(2)

升压变电站的出线线 路
电流，电压互感器设 备
主变压器
断路器
变压 器
变压 器
美国某230/69 kV 变电站
6．3．2
•
配 电
配电是指电力系统中直接与用户相连并向 用户分配电能的环节。配电系统由配电变电 所（通常是将电网的输电电压降为配电电 压）、高压配电线路（即 1 千伏以上电压）、 配电变压器、低压配电线路（ 1 千伏以下电 压）以及相应的控制保护设备组成。配电电 压通常有35～60千伏和3～10千伏等。
6.2 发电厂
6．2．1 火力发电
• 利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富 的化石燃料发电称为火力发电。按发电方式，它 可分为汽轮机发电、燃气轮机发电、内燃机发电 和燃气－蒸汽联合循环发电，还有火电机组既供 电又供热的“热电联产”。 • 火力发电厂由三大主要设备 ——锅炉、汽轮机、 发电机及相应辅助设备组成，它们通过管道或线 路相连构成生产主系统，即燃烧系统、汽水系统 和电气系统。
6．4．3 智能电网的建设目标
智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、 经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够实现 这些目标，就可以称其为智能电网。 智能电网必须更加可靠——智能电网不管用户 在何时何地，都能提供可靠的电力供应。它对电网 可能出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数 的电网扰动而不会断电。 智能电网必须更加安全——智能电网能够经受 物理的和网络的攻击而不会出现大面积停电或者不 会付出高昂的恢复费用。它更不容易受到自然灾害 的影响。
智能电网必须更加经济——智能电网运行在供 求平衡的基本规律之下，价格公平且供应充足。 智能电网必须更加高效——智能电网利用投资， 控制成本，减少电力输送和分配的损耗，电力生产 和资产利用更加高效。通过控制潮流的方法，以减 少输送功率拥堵和允许低成本的电源包括可再生能 源的接入。 智能电网必须更加环境友好——智能电网通过 在发电、输电、配电、储能和消费过程中的创新来 减少对环境的影响。进一步扩大可再生能源的接入。 在可能的情况下，在未来的设计中，智能电网的资 产将占用更少的土地，减少对景观的实际影响。
二、国内发展历史 2007 年 10 月，我国华东电网正式启动了智能电 网可行性研究项目，并规划了从2008年至 2030年的 三步走战略：在 2010 年初步建成电网高级调度中心， 2020 年全面建成具有初步智能特性的数字化电网， 2030 年真正建成具有自愈能力的智能电网。该项目 的启动标志着中国开始进入智能电网领域。 2010年1月，国家电网公司制定了《关于加快推 进坚强智能电网建设的意见》，确定了建设坚强智 能电网的基本原则和总体目标。 2011 年 3 月，国家电网 750kV 延安洛川智能变电 站成功投运，这是一座当时世界最高电压等级的智 能变电站。
• 电力系统要实现其功能，需在各个环节和不同管理 层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生 产和传输过程进行测量、调节、控制、保护、通信 和调度，以确保用户获得优质、可靠、安全、经济 的电能。
• 世界上覆盖面积最大的电力系统是前苏联的统一电 力系统，它东西横越7000千米，南北纵贯3000千米， 覆盖了约1000万平方公里的土地。 • 到2005年底，电力系统装机容量为5.19亿千瓦，年发 电量为24747亿千瓦时，均居世界第二位。输电线路 以330千伏、500千伏和750千伏为网络骨干，国家电 网公司（下属5个跨省区域电网公司）、南方电网公 司分管全国电网经营管理；五大发电公司及地方发 电企业分管全国电源建设与经营管理。 • 各大区之间的联网工作也已开始，全国联网正在逐 步实现。
6．4．1 智能电网的发展历史
一、国外发百度文库历史
2005年冬天，加拿大人马克•坎贝尔发明了一种 新的控制技术。他根据群体行为原理，让大楼里的 电器设备互相协调，减少大楼在用电高峰期的用电 量。他设计了一种无线控制器，与大楼的各个电器 相连，并对这些电器实现有效控制。比如，将 A空调 接通电源运转 15 分钟，以把室内温度维持在 24 ℃； 此时 B 、 C 两台空调可能会在保证室内温度的前提下， 将其电源断开停运 15 分钟。这样，在不耽误每台电 器设备执行个体功能的前提下，尽量让全部用电设 备交替使用，整个大楼的节能目标就可以实现。
电力变电所
高压输电线路 输电变电所 发电厂
变压器
柱式变压器
电力系统构成图
• 输电系统、变电系统和配电系统称为电力网（简称 电网），是电力系统的重要组成部分。 • 在电力系统中，电网按电压等级的高低分层，按负 荷密度的地域分区。不同容量的发电厂和用户应分 别接入不同电压等级的电网。 • 大容量主力电厂应接入主网，较大容量的电厂应接 入较高压的电网，容量较小的可接入较低电压的电 网。 • 由于电能无法大量储存，电能的生产与利用必须时 刻保持平衡。因此，电能的集中生产与分散使用， 以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就对电力 系统的结构和运行方式提出了更高要求。
• 配电系统中常用的交流供电方式有： （1）三相三线制。分为三角形接线（用于高压配电 ， 三相 220 伏电动机和照明）和星形接线（用于高压 配电 、三相380伏电动机）。 （ 2 ）三相四线制。用于 380／ 220 伏低压动力与照明 混合配电 。 （3）三相二线一地制。多用于农村配电。 （ 4 ）单相二线制。主要供应居民用电。配电系统的 直流供电方式有： ①二线制。用于城市无轨电车、地铁机车、矿 山牵引机车等的供电。 ②三线制。供应发电厂、变电所、配电所自用 电和二次设备用电，电解和电镀用电。
6．2．2 水力发电
• 水力发电是利用江河水流从高处流到低处存在的 位能进行发电。当江河的水由上游高水位，经过 水轮机流向下游水位时，以所具流量和落差做功， 推动水轮机旋转，带动发电机发出电力。 • 水轮发电机发出的功率P与上下游水位的落差H和 单位时间流过水轮机的水量 Q 成正比。为了有效 地利用天然水能，需要用人工修建集中落差和能 调节流量的水工建筑，如筑坝形成水库，建设引 水建筑物和厂房等，以构成水电站。 • 水电站的构成：水电站由水工建筑物，厂房，水 轮发电机组以及变电站和送电设备组成。
6．1．4 电力系统规划
• 电力系统的建设不仅耗资大，费时长，而且对国民 经济的影响极大。制订电力系统规划必须注意其科 学性、前瞻性。 • 根据历史数据和规划期间的电力负荷增长趋势做好 电力负荷预测。按照能源布局制订好电源规划、电 网规划、网络互联规划、配电规划等。 • 电力系统的规划问题需要在时间上展开，从多种可 行方案中进行优选。 • 电力系统规划是一个多约束条件的具整数变量的非 线性问题，需利用系统工程的方法和先进的计算技 术。
2002年前我 国 电 网 分 布 图
2002年后我国电网分布图
6．1．2 电力系统构成与运行
• 电力系统的主体结构：电源、电力网和负荷中心。 电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能； 电力网由电源的升压变电站、输电线路、负荷中心 变电站、配电线路等构成。它的功能是将电源输出 的电压升高到一定等级后，通过高压输电线路将电 能输送到负荷中心变电站，再降压至一定等级后， 经配电线路与用户相联。 • 为确保系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同 层次上按技术要求配置各类自动控制装置与通信系 统，组成信息与控制子系统。
走进电世界（6）
武汉大学电气工程学院
6 电力系统简介
引 言 在上世纪震撼世界的蒸汽统治时代已 经结束了，代之而起的不可估量的巨大革 命力量是电气火花。 ——马克思
要
6-1
6-2 6-3 6-4
点
电力系统及其组成 发电厂 变电站
智能电网
6．1 电力系统及其组成
电力系统是由发电厂、变电站、输电网、配电 网和电力用户等环节组成的电能生产与利用系统。 它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力 装置转化成电能，经输电系统、变电系统将电能输 送到负荷中心，再由配电变电站向用户供电，也有 一部分电力不经配电变电站，直接分配到大用户， 由大用户的配电装置为用户进行供电。
6．1．5 电力系统研究与开发
• 电力系统的发展是研究开发与生产实践相互 推动，密切结合的过程。是电工理论、电工 技术以及有关科学技术和材料、工艺、制造 等共同进步的集中反映。 • 电力系统的研究与开发，还在不同程度上直 接或间接地对信息、控制和系统理论以及计 算机技术起了推动作用。反之，这些科学技 术的进步又推动着电力系统现代化水平的日 益提高。
• 系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。其中， 正常状态又分为安全状态和警戒状态；异常状态又 分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所 有这些状态及其相互间的转移。各种运行状态之间 的转移需通过不同控制手段来实现。 • 电力系统在保证电能质量、实现安全可靠供电的前 提下，还应实现经济运行。即努力调整负荷曲线， 提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低燃 料消耗、厂用电和电力网络的损耗，以取得最佳经 济效益。
配电自动化系统
6.4 智能电网
所谓智能电网，就是以物理电网为基础，将现 代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计 算机技术、电力电子技术、设备制造技术、控制技 术等与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以 充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保 电力供应的安全性、可靠性和经济性；满足环保约 束、保证电能质量、适应电力市场化发展为目的， 实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和 增值服务。
火力发电厂原理图
火力发电厂的三大系统
（ 1 ）燃烧系统。燃烧系统括锅炉的燃烧部分 和输煤，除灰和烟气排放系统等。燃烧系统的功 能是将煤的化学能转换成热能，把锅炉里的水加 热变为蒸汽。 （2）汽水系统。汽水系统包括锅炉，汽轮机， 凝汽器及给水泵等组成的汽水循环和水处理系统， 冷却水系统等。新中国成立后，政府对电力工业 发展非常重视，但年均增长速度都处于世界前列。 到 1996 年百万千瓦以上容量的电厂已有 19 座，还 建设了大亚湾和秦山两座核电站。 （3）电气系统。电气系统包括发电机，励磁系 统，厂用电系统和升压变电站等。发电机的机端 电压和电流随其容量不同而变化，其电压一般在 10～20千伏之间，电流可达数千安至20千安。
沸水式核反应器示意图
压水式核反应器示意图
6.3 变 电 站
6．3．1 变电站
• 变电站是电力网的重要组成部分，它的任务是汇 集电源、变换电压、分配电能。它通过变压器将 各级电压的电网联系起来。 • 变电站若按其变换电压的功能划分可分为：升压 变电站、降压变电站；若按其容量和重要性划分 可分为：枢纽变电站、中间变电站和终端变电站。 • 枢纽变电站一般容量比较大，电压等级比较高， 处于电能系统各部分的中枢地位；中间变电站处 于发电厂与负荷中心之间，从这里可以转送或分 配一部分电能；终端变电站一般是降压变电站， 它只负责向某一局部地区用户输送电能，有时也 称为配电站。
水力发电示意图
6．2．3 核能发电
• 核能指原子能，是原子结构发生变化时放出的能 量。目前，核能指的是一些重金属元素铀、钚的 原子核发生分裂反应 ( 又称裂变 ) 或者轻元素氘、 氚的原子核发生聚合反应 ( 又称聚变 ) 时，所放出 的巨大能量，前者称为裂变能，后者称为聚变能。 • 通常所说的核能是指受控核裂变链式反应产生的 能量。核能的特点是能量高度集中 。一吨铀 — 235(U235)在裂变反应所放出的能量约等于一吨标 准煤在化学反应中所放出能量的240万倍。
6．4．2 智能电网的结构
从广义上来说，智能电网包括可以优先使用清 洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量 系统以及通过调整发电、用电设备功率优化、负荷 平衡的智能技术系统。电能不仅从集中式发电厂流 向输电网、配电网直至用户，同时电网中还遍布各 种形式的新能源和清洁能源：太阳能、风能、地热 能、潮汐能、生物质能、燃料电池等等；此外，高 速、双向的通信系统实现了控制中心与电网设备之 间的信息交互，高级的分析工具和决策体系保证了 智能电网的安全、稳定和优化运行。
6．1．3 电力系统调度
• 由于电能无法大规模储存，它的生产、传输、使用 是在瞬间同时完成的，并要保持产、消平衡。因此， 它需要有一个统一的调度指挥系统。这一系统实行 分级调度、分层控制。其主要工作有： ① 预测用电负荷； ② 分配发电任务，确定运行方式，安排运行计划； ③ 对全系统进行安全监测和安全分析； ④ 指挥操作，处理事故。 完成上述工作的主要工具是电子计算机。