电力系统概述

电力系统概述
（一）电力系统的组成和基本特征
电力系统是由发电厂、电力网、用电设备和相应的辅助系统（继电保护、安全自动、测量、调度自动化和通信等装置），按规定的技术和经济要求组成的整体。

火力发电厂、水力发电厂和核电厂发出的电力，按其容量的不同和所需输送距离的不同，分别接入110、220kV和500kV交流电力网以及高压电流输电线路。

在电力网的构成中，不同电压的输电线路和配电线路通过相应电压等级的变电所相互连接，在配电网的低压侧接有动力负荷和照明负荷等各种用电设备，这就形成了发电、输电和配电设备，以及用电设备在内的统一的电力系统。

电力系统的基本特征包括电力系统电压等级，电力系统频率、电力网结构和电力系统流量等。

1、电力系统频率
电力系统频率是电力系统中发电厂的同步发电机所产生的交流正弦基波电压的频率。

频率质量是电能质量的一个重要指标。

在稳态运行的条件下，各发电机同步运行，整个电力系统的频率是相等的。

它是电力系统一致的运行参数。

世界上，电力系统采用的额定频率有50Hz和60Hz 两种。

我国和世界多数国家均采用50Hz电力系统；只有美国、加拿大、古巴、朝鲜等少数国家采用60Hz电力系统；日本的东部地区为50Hz电力系统，中部和西部地区为60Hz电力系统，两种不同频率的电力系统与
直流变频站互联。

电力系统中的发电和用电设备，都是按照额定频率设计和制造的，只有在额定频率附近运行时，才能发挥最好的功能。

只有当电力系统中所有发电设备发出的有功功率之总和与电力网中电力负荷吸收和消耗的有功功率相等时，系统频率才能保持不变。

2、电力系统的电压等级
电压等级是电力系统及电力设备的额定电压级别系列，额定电压是指电力系统及电力设备规定的正常工作电压。

电力系统各个节点的实际运行电压容许在一定程度上偏离额定电压。

在上述容许偏离的电压范围内，各种电力设备和整个电力系统仍能正常运行。

我国国家标准规定的电力系统额定电压等级为分3、6、10、35、 63、110、220、330、500、750 kV。

一般认为，在一个电力系统中，相邻两级电压之比取1.7~3.0是比较合理的，因此在上述电压等级中，35kV与63kV，63kV与110kV不宜在同一地区性电力系统中并存。

3、电力网结构
电力网结构与电压等级、电源和负荷点的容量和数目，以及它们之间的地理位置及供电可靠性要求等因素有关。

4、电力系统容量
电力系统容量是指系统中各类发发电厂机组额定容量的总和，也称为系统装机容量。

电力系统装机容量和覆盖的地域大小反映了电力系统的规模。

到2002年底我国已形成了覆盖全国大部分省区的统一调度或联合调度的6个跨省区域电力系统，即东北、华北、华东、华中、西北和
南方电力系统，其中华东、华北、华中和南方电力系统的装机容量超过了40000MW。

（二）电力系统的负荷
电力负荷是指连接在电力系统上的一切用电设备所消耗的功率，分为有功负荷和无功负荷。

有功功率是指用电设备在把电能转化为其他能量形式（机械能、光能、热能等）的过程中真实消耗掉的功率，例如变灯（电能转换为光能）、电炉（电能转换为热能）以及电动机用来带动水泵、风车、车床及轧钢设备等机械（电能转换为机械能）所消耗的功率就是有功功率。

无功功率是指电动机、变压器运行时，在电磁能量转换过程中建立磁场所消耗掉的功率。

因此，无功功率和有功功率同等重要，没有无功功率，电动机就转不动，变压器也不能变压。

所以，为了满足有功负荷和无功负荷的需要，电力系统要供给足够的有功功率和无功功率。

发电厂的发电机既发有功功率，又发无功功率。

装在大型变电所里的同步调相机、禁止无功补偿器等是只能提供无功功率的无功电源。

按照用电重要程度不同，我国国家建设标准将电力负荷分为一、二、三级。

一级负荷是指中断供电将造成人身伤亡或将在政治、经济上造成重大损失的负荷，如：造成重大设备损坏，有害物溢出污染环境，或重要交通枢纽无法工作，以及造成经常用于国际活动的场所秩序混乱等；二级负荷是指中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷，如造成主要设备损坏，产品大量报废或大量减产以及造成人员集中的公共场所秩序混乱等；三级负荷是指不属于一、二级负荷的其他负荷。

对于一级
负荷，都要由两个独立电源供电，以保证对其供电的连续性。

由于目前电能还不能大规模储存，因而电力系统中发电机发出的功率与用电设备消耗的功率要始终保持平衡。

系统负荷是随时间不断变化的，这种变化通常用负荷曲线来表示。

为了满足系统负荷的需要，除做好负荷预测工作外，电力系统还应具配备一定数量的发电备用容量，以便随时保持电力的供需平衡。

（三）电力系统的优越性
随着国民经济的发展，发电厂和电力网的不断建设以及供电范围的逐步扩大，电力系统的规模越来越大，一些电力系统之间还通过网络线并网，形成联合电力系统。

电力系统和联合电力系统的主要好处如下：1、更经济合理的开发利用大型动力资源
大型矿口火电厂、大型水电厂和核电厂一般都离负荷中心较远，送电容量又大，往往需要建设330kV及以上的超高压输电线路，并要求受端的是较大容量的电力系统。

因为在受端容量较大的条件下，送端电厂安装大型机组，在接入电力系统后，运行比较安全。

2、减少装机容量和备用容量
由于不同供电地区存在的时差、季节差以及电力消费习惯的差别，形成大型电力系统和联合电力系统以后，可以错开负荷高峰，全系统总的日负荷高峰或季节负荷高峰都比各地区系统的日负荷高峰或季节负荷高峰之和要小。

此外，系统中各发电厂的机组可以按地区系统轮流检修，错开检修时间，当机组故障时，各地区系统可以互相支援，因而全系统
总的检修或事故备用容量都比各地区系统的检修或事故备用容量之和要小。

所以，系统可以减少总的装机容量和备用容量。

3、有利于采用大容量发电机组和发展大容量电厂
安装大机组和建设大型发电厂是节省基建投资、加快建设速度、降低发电成本和燃料消耗量以及提高劳动生产率的重要措施。

但对于较小容量的电力系统，大机组会造成系统运行和检修困难。

一般认为，单台机组容量不宜超过系统总容量的10%~20%。

因此，系统容量增大，按照比例，可装设较大容量机组，提高投资效益和运行经济性
4、提高供电安全可靠性
电力系统容量增大，系统发生故障时，不仅各地区系统的电力可以相互支援，而且对整个系统的影响也较小，从而能提高系统的供电可靠性。

不过，电力系统的个别环节发生故障，如果不及时消除，就有可能使故障扩大，造成电力系统的大面积停电事故。

因此，为保证供电可靠性，电力系统必须结构合理，提高各个环节的安全可靠性，提高整个系统的自动化水平。

5、提升运行经济性
电力系统中的各个发电厂并列运行，按最低供电成本或最少燃料消耗量的准则，实行水、火、核电厂之间的经济调度与电力的合理分配，可以获得系统运行的最大经济效益。

在联合电力系统中，由于各个电力系统的供电成本不同，实行经济调度，可以获得额外的经济效益。