1 电力系统概述和基本概念

电力系统概述——组成
生产 输送 分配 使用
发电机
输电线路与变压器
负载
生产——发电机
根 据 一 次 能 源 不 同 • 火电机组（煤、石油、燃气、秸秆、 垃圾、沼气） • 水电机组（常规水电、抽水蓄能） • 核电机组 • 风电机组——风电场 • 光伏发电 • 燃料电池发电 • 潮汐、波浪、盐差发电
a. 日有功负荷曲线
作用：安排调度计划
东北电网某日日发电负荷曲线
b. 有功年最大负荷曲线
——表示一年内每月最大有功功率负荷变化的曲线。
作用：电源规划、检修
c. 有功年持续负荷曲线
——由一年中系统负荷按期数值大小及其持续时间由 大到小排列而成。 （MW） P 面积即为 100 90 全年耗电量
80 70 60 50 40 30 20 10
变压器额定电压
1.0倍线路额 定电压
二次侧额定电压 提高10%
变压器额定电压 • 二次绕组侧： II.若变压器二次侧直接接用电设备，则二次 绕组额定电压应为线路额定电压的1.05倍，以 使得轻载时，用电设备的额定电压不超过1.05 倍额定电压。
1.05倍线路 额定电压
1.1倍线路额 定电压 1.05倍线路 额定电压
变压器额定电压 • 二次绕组侧： 向负荷供电，相当于电源，接于线路首端，因 此，二次绕组额定电压应较线路额定电压高 5%。 但是，请注意： 变压器二次绕组额定电压是指空载额定电压！ 变压器满载时，内部电压降落约为5%。 因此： I. 若变压器二次侧不直接接用电设备，变压器 二次侧额定电压应较电力线路额定电压高10%。
叶片
发电机
齿轮箱
光伏发电
光伏发电
光伏发电基本原理
其他
波浪发电示意图
电力系统概述——组成
生产 输送 分配 使用
发电机
输电线路与变压器
负载
低压三相变压器
高压端子 低压端子
三相四线
三相
高压三相变压器
低百度文库端子
三相
高压端子
输电线路
高压输电 线路
低压输电 线路
三相
电缆
输送、分配
变压器 输电线路 母线 开关设备，保护设备 ……
（3）负荷曲线——描述负荷的规律性
• 定义 指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲线。 一段时间：年负荷曲线、日负荷曲线 负荷：个别用户、变电所、发电机、整个电力系统 的负荷曲线 负荷：有功负荷曲线、无功负荷曲线
• 常用有功负荷曲线：
a. 日有功负荷曲线 b. 有功年最大负荷曲线 c. 有功年持续负荷曲线
• 物理性能划分： 有功负荷 无功负荷 • 供电可靠性划分 一级负荷：重要负荷，断电将导致人身事故、设备损 坏、产品报废，给国民经济带来重大损 失，市政生活带来巨大混乱。如医院。 二级负荷：较重要负荷，断电将造成生产部门造成大 量减产、窝工。如大型工厂。 三级负荷：除一级、二级负荷之外的负荷。如农电。
（3）地理接线图——设备的地理位置关系
线路
变电站
电厂
电气接线分类（补充）
无备用结线
有备用结线
a）放射式 b）干线式 c）链式 d）环式 e）两端供电网络
电力系统概述——我国电力系统概况
电网结构
陕西、甘肃、宁夏、 青海、新疆、西藏
辽、吉、黑、 蒙东
东北电网
北京、天津、河北、 山西、山东、蒙西
华北电网
1.0倍线路额 定电压
1.1倍线路额 定电压
满足±5%电 压偏差要求 沿线路电压降落 一般为10%
• 例题，试根据变压器变比，判断变压器是升压 变压器还是降压器
10.5/242 11/220 10.5/220 接于发电机端口的升压变压器 接于线路末端的降压变压器 接于线路末端的降压变压器，且线路末 端直接接有用电设备
变压器一次侧电压为线路额定电压， 可据此判断一次侧和二次侧电压
• 例题，试求下图中发电机和变压器各绕组的额 定电压。 《电力系统分析》P42，习题2-16.
(4)设备的额定电压--小结 • 用电设备额定电压 规定：用电设备与电力线路额定电压相等； • 发电机额定电压 电压等级的1.05倍； • 变压器额定电压 一次侧：若连线路，电压等级的1.0倍； 若连发电机，为电压等级的1.05倍； 二次侧： 不直接与用电设备连接：电压等级的1.1倍； 直接与用电设备连接： 电压等级的1.05倍。
总装机容量：所有发电机组额定容量之和， （MW，GW） 年发电量：所有发电机组全年实际发出电能之和， MW· h,GW· h,TW· h。 最大负荷：规定时间内，系统出现的最大用电功率， （MW，GW）。 额定频率：交流电力系统额定频率，我国为50HZ，国 外有60HZ。 最高电压等级：系统中最高电压等级线路的额定电压 （kV）
我国能源资源分布图
绿色——智能 电力系统（低碳无碳）
问题
什么是电力系统？ 如何描述一个电力系统？ 区别于其它系统的运行特点…
电力系统概述——运行特点
• 与国民经济关系密切 • 电能不能大量储存 • 发-输-用瞬时完成（电能传输速度）、暂态 过程迅速 • 电能质量要求严格（频率、电压、波形）
未来规划
“一特四大”—全国范围内资源配置 特高压 大水电 大核电 大火电（13个亿吨级煤电基地，大容量 高效率机组） 大可再生能源(8个千万千瓦级风电基地) “智能电网”——电网智能化 “电力市场”——采用市场的方式配置资源
八大风电基地
能源布局
东北
西北
华北
西藏 煤电基地 水电基地 南方 负荷中心 台湾 华中 华东
发电设备：发电机； 一次 输、配电设备：变压器、输电线路等； 设备 用电设备：电动机、电灯等。
测量设备：电流表、电压表； 保护设备：继电保护装置； 控制设备：远动操作装置； 能量管理系统。
电 力 系 统 组 成
二次 设备
问题
什么是电力系统？ 如何描述一个电力系统？
电力系统概述——描述
（1）电力系统的基本参量——衡量规模和大小
第1章 电力系统概述和基本概念
问题
什么是电力系统？
电力系统概述——组成 • 通常将生产、输送、分配、使用电能的 设备，以及测量、继电保护、控制装置 乃至能量管理系统所组成的统一整体， 称为电力系统。
一次设备 EMS 二次设备
电力系统概述——组成
生产 输送 分配 使用
发电机
输电线路与变压器
负载
用电设备及 电力线路的 额定电压
电力线路的 同步发电 变压器的额定电压 平均额定电 机的额定 一次绕组（输 二次绕组（输出） 压（1.05倍 电压 入） （1.1倍） 额定） （1.05倍） （1.0倍/1.05 倍）
3.15 6.3 3.15 6.3 3 6 3.15 6.3 3.15 6.3 3.3 6.6
分类
<1kV 低压
用途
居民用电
工厂内部 配电（如居民配电）
3kV~35kV中压 大城市或大工业企业内部配 电网络；农村电力网络
35kV~220kV高压 输电：大电力系统的主干线 路 （60，110kV以下的线路在有 的城市也作为配电网一部分）
330kV~800kV超高压 >800kV 特高压
(4)设备的额定电压 • 用电设备额定电压 用电设备额定电压与电力线路额定电压相等
母线
• 主要作用：汇集和分配电能。 • 发电机或线路在与变压器连 接时，往往先连接到母线上， 再由母线连接到变压器上。
三种不同颜 色表示ABC 三相
其他一次设备
电力系统概述——组成
生产 输送 分配 使用
发电机
输电线与变压器
负载
使用——负荷
电动机 电解炉、日光灯 荧光灯 ……
小结电力系统组成
3 6
10
15 35 60
10.5
15.75 37 63
10.5
15.75
10 10.5
15.75 35 60
10.5
38.5 66
11
110
220 330 500 1000
115
230 345 525 1050
110
220 330 500 1000
121
242 345 525 1100
(5)线路平均额定电压 • 指电力线路首、末端所连接电气设备额定电压 的平均值。
西北电网
上海、安徽、江苏、 浙江、福建
华东电网
广东、广西、云 南、贵州、海南
华中电网
南方电网 南方电网
河南、湖北、湖南、 江西、四川、重庆
装机容量
2009年已超 9亿千瓦， NO.2
电压等级
目前采用的电压等级有：
交流：1000KV（特高压）、500KV（超高
压）、220KV、110KV、35KV、10KV。 直流：±800KV（特高压）、 ±500KV
必须要知道的基本概念…
• 电压等级 • 负荷 • 中性点的接地方式
基本概念——电压等级
（1）定义：
所谓电压等级，指国家标准规定的一定数 量的标准电压。 这些标准电压，本质上是电力线路的额定 电压。 （注意：不是设备的额定电压）。
（2）电压等级的设定依据
• 输电线路的经济性 输电功率S一定的情况下，电压越高，可选用的导线 截面积越小，投资也就越小；但电压越高，对杆塔、 变压器、断路器等的绝缘投资越大。因此，对一定的 输电功率和输电距离，有一个最合适的输电线路电压。
• 运行要求：用电设备电压偏差允许范围为±5%； • 运行条件：输电时，沿线路的电压降落一般为10%； • 运行结果：要求输电时，线路首端电压为额定值的105%， 末端电压就不会超过额定电压的±5%。
为了使用电设备所承受的电压尽量与其额定压相接近，应取 线路上电压的平均值等于用电设备的额定电压。
发电机额定电压 • 发电机往往接于线路始端，因此，额定电压为 线路额定电压的1.05倍。
C
U
电网运行综合费用与电压之间关系示意图
• 设备制造的系列性和规范性 不能确定太多的电压等级。
因此需规定一定数量 的电压等级
（3）我国电力系统中的电压等级
用电设备及电力线路的额 定电压（三相线电压）
0.38 （常用电压） 3 6 10（常用电压） 15 20 35 （常用电压） 60（将淘汰） 110 （常用电压） 154 （将淘汰） 220 （常用电压） 330 500 （常用电压） 750 1000 （常用电压）
课后请查阅我国电力系统的现状
（2）电气接线图——描述设备的电气连接关系
三相发电机
三相升压变压器
三相输电线路
三相降压变压器
三相配电线路
三相负载
G
单线图
反映了电力系统 各元件之间的电 气关系
电力系统的基本参量（衡量规模和大小）
难以反映各发电 厂、变电所、电 力线路之间的相 对位置
阅读电气接线图 时，参阅地理接 线图
1.05倍线路 额定电压
变压器额定电压 • 一次绕组侧： 接电源，此时变压器相当于用电设备，因此变 压器一次绕组额定电压与线路额定电压相同；
1.0倍线路额 定电压
变压器额定电压 • 一次绕组侧：
等于发电机额定电压， 1.05倍线路电压
• 一次侧如与发电机直接相连，则变压器一次绕 组额定电压与发电机额定电压相同，即1.05倍 的线路额定电压；
发电结构发展趋势：可再生化、绿色化 发电形式多样化
火电厂外景
火电机组基本生产过程
烟囱
蒸汽管道 储煤场
汽轮机
发电机
升压站
输煤皮带
锅炉 江河或水库 冷凝器
冷却水
水电厂外景
水电机组发电原理
抽水蓄能电站
核电厂外景图
核电机组发电原理（压水堆）
反应堆
风电场外景图——达坂城风电场
风电机组发电原理
大停电
电力系统概述——运行要求
安全 优质 经济 • 保证系统运行的安全可靠性 安全第一 • 保证良好的电能质量 电压±5%UN，频率±0.2Hz，波形畸变率 • 保证运行经济性 保证安全的前提下，优化运行 环保（减少二氧化碳和污染物的排放）
电力系统概述——小结
• • • •
什么是电力系统？都有哪些组成部分？ 怎么描述一个电力系统？ 电力系统运行有哪些特点？ 电力系统运行的基本要求是什么？
U av (1.1U N U N ) / 2
• 所谓“平均额定电压”是约定的、较线路额定 电压约高5%的电压系列。
基本概念——负荷
（1）负荷的定义 用电设备所消耗的功率。 （2）负荷的分类
范围划分： 综合用电负荷：工业、农业、交通、市政生活等 各方面消耗的功率之和； 供电负荷：综合用电负荷+电网损耗，指发电机传 送到电网中的功率； 发电负荷：供电负荷+厂用电，指发电机发出的功 率。
年最大负荷 利用小时数
0
时间（h)
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
80008760
作用：为电网和电源规划提供依据
基本概念——中性点接地方式
（1）中性点定义 指星形接线的变压器或发电机的中性点。 （2）中性点接地方式 中性点与大地之间的电气连接方式。 （3）接地方式的重要性 中性点接地方式关系到绝缘水平，供电可靠 性，通信干扰，接地保护方式、电压等级、 系统稳定等诸多问题。