电力系统工程基础

1.1 电力系统的形成和发展（续）
z 1885年在制成变压器的基础上，实现了单相交流输电，1891年在 制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，实现了三相交流输电。 在1891年在法兰克福举行的国际电工技术展览上，在德国人奥斯 卡·冯·密勒主持下展出的输电系统，奠定了近代输电技术的基础。 这已是近代电力系统的雏形，它的建成标志着电力系统发展取得了 重大突破。
z 随后，三相交流制的优越性很快显示出来，使运用三相交流制的 发电厂迅速发展，而直流制不久便被淘汰。再稍候，汽轮发电机 组又取代了以蒸汽机为原动机的发电机组，发电厂之间出现了并 列运行，输电电压、输送距离和输送功率不断增大。
z 关于电能的输送方式，是采用直流输电还是交流输电，在历史上 曾引起过很大的争论。美国发明家爱迪生、英国物理学家开尔文 都极力主张采用直流输电，而美国发明家威斯汀豪斯和英国物理 学家费朗蒂则主张采用交流输电。
电力系统工程基础
Electric Power System Engineering Basis
1 绪论
主要内容：
电力系统的形成和发展（了解） 电力系统的组成（掌握） 我国电力系统发展情况（了解） 交流系统中性点运行方式（掌握，重要知识点） 高压直流输电（了解） 电力工程基础的主要内容（了解）
1.1 电力系统的形成和发展（续）
z 1882年，法国人M·德波列茨将位于 弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能 输送到57公里外的慕巴黑，并用以 驱动水泵，采用的电压是直流 1500~2000V，输送的功率约为 1.5kW。这个输电系统虽然规模很 小，却可认为是世界上第一个电力 系统。
第一个直流输电系统中使用的发电机
奥斯卡·冯·密勒展出的电力系统
劳芬镇
法兰克福
230kVA 95V G
水轮发电机组 150r/min
25000V
178公里
直径 4mm的铜线
112V 白炽灯
112V M 异步电动机
75W 水泵
1.1电力系统的形成和发展（续）
z Westinghouse公司所建造的Niagara发电站于1895年4月20日 投运，该电站将3.75 MW的功率通过三相输电线路输送到35公里 之外的用户侧，它标志着电力工业的开端。
1.1 电力系统的形成和发展
z 1831年Faraday(法拉第)发现了电磁感应定律。
迈克尔·法拉第（1791年9月22日 —1867年8月25日） 英国物理学家，也精于化学 在电磁学及电化学领域有贡献。
z Maxwell(麦克斯韦)在1873年出版了A Treatise on Electricity and Magnetism，系统阐述了电磁场理论。
水从高位向低位冲泻（势 能—>动能）、水轮机带动发 电机的转子旋转（动能—>电 能） z 抽水蓄能：在负荷低谷时， 将水由低位水库抽出注入高 位水库，发电机工作于电动 机模式；在负荷高峰时，工 作于发电模式，起到削峰填 谷的作用
z 主要的能量转换设备包括锅 炉、汽轮机与发电机组
z 发电流程（能量转换过程）： 锅炉将水加热变成蒸汽（化 学能—>热能）、蒸汽吹动汽 轮机的叶片（热能—>机械 能）、汽轮机带动发电机的 转子旋转（机械能—>电能）
火力发电
水力发电厂 ：利用水能发电
z 将水的机械能转化为电能 z 发电流程（能量转换过程）：
电
锅 炉
汽 轮 机
力
系
统 示
核 反 应 堆
汽 轮 机
意
图 发电
500kV
500kV 110kV
wenku.baidu.com
500kV
23kV
220kV
汽 轮 机
水 库
发电
220kV
配电网络 负荷
110kV 10kV
M
M
MMMM
380/220V
输电网络
火力发电厂：以煤、石油和天然气为燃料
z 将煤炭、石油或天然气等化 石燃料燃烧所产生的热能转 化为机械能以生产电能
麦克斯韦方程组
z 在此基础上很快出现了原始的交流发电机、直流发电机和直流电 动机，开始了电能的生产和使用。当时所使用的主要是 100~400V的低压直流电，由于输电电压低，输送的距离不可能 远，输送的功率也不可能大。
z Edison(爱迪生)从1878年开始向用户出售由分布式的直流发电系 统所生产的电能。
汽轮机与蒸汽机
1.1电力系统的形成和发展（续）
z 近代电力系统不仅在输电电压、输送距离和输送功率等方面有了千百倍的 增长，而且在电源构成、负荷成分等方面也有很大变化。系统中不仅有燃 烧煤、石油、天然气等利用化学能的火力发电厂，利用水能的水力发电厂， 利用核能的原子能发电厂，也有利用太阳能、风能、潮汐能、地下热能等 的发电厂。在负荷成分方面，不仅有电动机、电灯，还有相当比重的电热 电炉、整流装置等。
z 近代电力系统的另一特点是其运行管理上的高度自动化。如今，不仅组成 电力系统的各主要环节都配备有数字化的测量、保护、控制装置，而且配 有用以管理全系统运行的数字计算机系统（能量管理系统）。它与电力系 统联机，具有持续不断监视、控制后者的功能。
z 至于输电电压、输送距离和输送功率，当前世界上输电线路的输电电压已 超过1000kV，输送距离已超过1000公里，输送功率已超过5000MW。值得 一提的是，为彻底解决同步发电机并列运行的稳定性问题，进一步提高输 送能力，直流输电又重新被起用。但今日的直流输电，输电电压已超过 ±600kV，输送距离已超过1000公里，输送功率已超过3000MW。
晋东南—南阳—荆门1000kV交流特高压试 验示范工程
工人维护
1000kv南阳开关站 1000kv架构安装
宁东—山东±660千伏直流输电工程
换流站
1.2 电力系统的组成
z 电力系统主要包含发电厂、输电和配电网络以及用户三个部分。 z 电力系统是一个能量流系统。
多种形式的一次能源在发电厂转化为电能，通过较高电压等级的输电网 输送至各负荷中心，配电网将来自输电网的电能降压而对负荷供电。 z 电力系统是一个网络流系统。 输电网与配电网是将电能从电源输送至用户的途径，电能（功率）在电 网中的传输受到网络结构的约束。 z 电力系统是一个信息流系统。 电力系统在运行管理上是高度自动化的：组成电力系统的各主要环节都 配备了数字化的测量、保护与控制装置，在控制中心，数字计算机通过 对各种信息的接收、处理和发送，持续不断地监视及控制全系统的运行。