第四章電力系統(tǒng)

1、u 一、電力系統(tǒng)的組成一、電力系統(tǒng)的組成 圖圖1 1u 一、電力系統(tǒng)的組成一、電力系統(tǒng)的組成 發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，電能?jīng)變壓器和電力線路傳送并分配發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，電能?jīng)變壓器和電力線路傳送并分配到用戶，在那里經(jīng)電動機、電爐、電燈等用電設(shè)備又將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C到用戶，在那里經(jīng)電動機、電爐、電燈等用電設(shè)備又將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、熱能、光能等。由這些生產(chǎn)、變換、傳送、分配、消耗電能的械能、熱能、光能等。由這些生產(chǎn)、變換、傳送、分配、消耗電能的電氣設(shè)備電氣設(shè)備(發(fā)電機、變壓器、電力線路及各種用電設(shè)備等發(fā)電機、變壓器、電力線路及各種用電設(shè)備等)聯(lián)系在一起組聯(lián)系在一起組成的統(tǒng)一整體就是電力系統(tǒng)，

2、如圖成的統(tǒng)一整體就是電力系統(tǒng)，如圖1所示。所示。 與與“電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)”一詞相關(guān)的還有一詞相關(guān)的還有“電力網(wǎng)電力網(wǎng)”和和“動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)”。前者。前者指電力系統(tǒng)中除去發(fā)電機和用電設(shè)備外的部分；后者指電力系統(tǒng)和發(fā)指電力系統(tǒng)中除去發(fā)電機和用電設(shè)備外的部分；后者指電力系統(tǒng)和發(fā)電廠動力部分的總和。電廠動力部分的總和。 所以，電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一個組成部分，而電力系統(tǒng)又是動力系所以，電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一個組成部分，而電力系統(tǒng)又是動力系統(tǒng)的一個組成部分，三者的關(guān)系也示于圖統(tǒng)的一個組成部分，三者的關(guān)系也示于圖l中。中。u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的核心，擔負著把不同種類的一次能源轉(zhuǎn)換成電能發(fā)

3、電廠是生產(chǎn)電能的核心，擔負著把不同種類的一次能源轉(zhuǎn)換成電能的任務(wù)。依據(jù)使用的一次能源不同，發(fā)電廠可分為許多類型。例如：的任務(wù)。依據(jù)使用的一次能源不同，發(fā)電廠可分為許多類型。例如：燃燒煤、石油、天然氣發(fā)電的火力發(fā)電廠；燃燒煤、石油、天然氣發(fā)電的火力發(fā)電廠；利用水力能發(fā)電的水力發(fā)電廠；利用水力能發(fā)電的水力發(fā)電廠；利用核能發(fā)電的核動力發(fā)電廠。利用核能發(fā)電的核動力發(fā)電廠。u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠p 1、火力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠火電廠的主要發(fā)電設(shè)備包括鍋爐、汽輪機和發(fā)電機，其輔助設(shè)備有火電廠的主要發(fā)電設(shè)備包括鍋爐、汽輪機和發(fā)電機，其輔助設(shè)備有冷凝器、給水加熱器、各種水泵、磨煤機、除氧器、煙囪及各種量冷凝器

4、、給水加熱器、各種水泵、磨煤機、除氧器、煙囪及各種量測與控制設(shè)備。凝汽式燃煤火電廠的生產(chǎn)過程如圖測與控制設(shè)備。凝汽式燃煤火電廠的生產(chǎn)過程如圖2所示。所示。 圖圖2 2 凝汽式火電廠生產(chǎn)過程示意圖凝汽式火電廠生產(chǎn)過程示意圖u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠1、火力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠水、蒸汽是把熱能轉(zhuǎn)化成機械能的重要介質(zhì)。凈化后的給水，先送進水、蒸汽是把熱能轉(zhuǎn)化成機械能的重要介質(zhì)。凈化后的給水，先送進省煤器預熱，繼而進入汽包，由汽包降入水冷壁管中吸收燃燒室的熱省煤器預熱，繼而進入汽包，由汽包降入水冷壁管中吸收燃燒室的熱能后蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽通過過熱器時，再次被加熱，變?yōu)楦邷馗邏旱哪芎笳舭l(fā)成蒸汽。蒸汽通過過熱器

5、時，再次被加熱，變?yōu)楦邷馗邏旱倪^熱蒸汽。過熱蒸汽經(jīng)主蒸汽管道進入汽輪機膨脹做功，推動汽輪機過熱蒸汽。過熱蒸汽經(jīng)主蒸汽管道進入汽輪機膨脹做功，推動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠p 2、水力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠 水力發(fā)電廠是利用河流所蘊藏的水力能資源來發(fā)電，水力能資源是水力發(fā)電廠是利用河流所蘊藏的水力能資源來發(fā)電，水力能資源是最干凈、價廉的能源。水力發(fā)電廠的容量大小決定于上下游的水位差最干凈、價廉的能源。水力發(fā)電廠的容量大小決定于上下游的水位差(簡稱水頭簡稱水頭)和流量的大小。和流量的大小。因此，水力發(fā)電廠往往需要修建攔河大壩等水工建筑物以

6、形成集中的因此，水力發(fā)電廠往往需要修建攔河大壩等水工建筑物以形成集中的較高水位差，并依靠大壩形成具有一定容積的水庫，以調(diào)節(jié)河水流量。較高水位差，并依靠大壩形成具有一定容積的水庫，以調(diào)節(jié)河水流量。根據(jù)地形、地質(zhì)、水能資源特點等的不同，水力發(fā)電廠的形式是多種根據(jù)地形、地質(zhì)、水能資源特點等的不同，水力發(fā)電廠的形式是多種多樣的。多樣的。p 2、水力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠 水力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程要比火力發(fā)電廠簡單，如圖水力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程要比火力發(fā)電廠簡單，如圖3所示。所示。 由攔河壩維持在高水位的水，經(jīng)壓力水管進入螺旋形蝸殼，推動水由攔河壩維持在高水位的水，經(jīng)壓力水管進入螺旋形蝸殼，推動水輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將水

7、能變?yōu)闄C械能。水輪機轉(zhuǎn)子再帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將水能變?yōu)闄C械能。水輪機轉(zhuǎn)子再帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使機械能變成了電能。而做完功的水則經(jīng)過尾水管排往下游。旋轉(zhuǎn)，使機械能變成了電能。而做完功的水則經(jīng)過尾水管排往下游。發(fā)電機發(fā)出的電，經(jīng)變壓器升壓后由高壓輸電線送至用戶。發(fā)電機發(fā)出的電，經(jīng)變壓器升壓后由高壓輸電線送至用戶。圖圖3 水電廠生產(chǎn)過程示意圖水電廠生產(chǎn)過程示意圖u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠p 2、水力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠 水利發(fā)電廠的水利發(fā)電廠的優(yōu)勢優(yōu)勢：首先，水利發(fā)電廠的生產(chǎn)過程較簡單，故所需的運行維護人員較少，首先，水利發(fā)電廠的生產(chǎn)過程較簡單，故所需的運行維護人員較少，且易于實現(xiàn)全盤自動化

8、。且易于實現(xiàn)全盤自動化。其次，水力發(fā)電廠不消耗燃料，故電能成本要比火力發(fā)電廠低得多。其次，水力發(fā)電廠不消耗燃料，故電能成本要比火力發(fā)電廠低得多。此外，水力機組的效率較高，承受變動負載的性能較好，故在系統(tǒng)中此外，水力機組的效率較高，承受變動負載的性能較好，故在系統(tǒng)中的運行方式較為靈活。水力機組啟動迅速，在事故時能有力地發(fā)揮其的運行方式較為靈活。水力機組啟動迅速，在事故時能有力地發(fā)揮其后備作用。后備作用。再者，隨著水力發(fā)電廠的興建往往還可以同時解決發(fā)電、防洪、灌溉、再者，隨著水力發(fā)電廠的興建往往還可以同時解決發(fā)電、防洪、灌溉、航運等多方面的問題，從而實現(xiàn)河流的綜合利用，使國民經(jīng)濟取得更航運等多方面

9、的問題，從而實現(xiàn)河流的綜合利用，使國民經(jīng)濟取得更大效益。大效益。水力發(fā)電廠的另一個優(yōu)點是不像火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠那樣存在環(huán)水力發(fā)電廠的另一個優(yōu)點是不像火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠那樣存在環(huán)境污染問題。境污染問題。u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠p 2、水力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠 水利發(fā)電廠的水利發(fā)電廠的劣勢劣勢：由于水力發(fā)電廠需要建設(shè)大量的水工建筑物，所以相對于火電廠來說，由于水力發(fā)電廠需要建設(shè)大量的水工建筑物，所以相對于火電廠來說，建設(shè)投資大，工期較長，使用勞力也較多。建設(shè)投資大，工期較長，使用勞力也較多。特別是水庫還將淹沒一部分土地，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來一定不利影響。特別是水庫還將淹沒一部分土地，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來

10、一定不利影響。水力發(fā)電廠的運行方式還受到氣象、水文等條件的影響，有豐水期、水力發(fā)電廠的運行方式還受到氣象、水文等條件的影響，有豐水期、枯水期之別，發(fā)電出力不如火電廠穩(wěn)定，也給電力系統(tǒng)的運行帶來一枯水期之別，發(fā)電出力不如火電廠穩(wěn)定，也給電力系統(tǒng)的運行帶來一定不利因素。定不利因素。u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠p3、核能發(fā)電廠、核能發(fā)電廠 核能是一種新的能源，也是可望長期使用的能源。所以，自核能是一種新的能源，也是可望長期使用的能源。所以，自1954年年世界上第一座核電廠投入運行以來，許多國家紛紛建設(shè)核電廠。核電世界上第一座核電廠投入運行以來，許多國家紛紛建設(shè)核電廠。核電廠建設(shè)的速度最快廠建設(shè)的速度最快

11、 。核能發(fā)電的基本原理：核能發(fā)電的基本原理：核燃料在反應堆內(nèi)產(chǎn)生核裂變，即所謂鏈式反應，釋放出大量熱能，核燃料在反應堆內(nèi)產(chǎn)生核裂變，即所謂鏈式反應，釋放出大量熱能，由冷卻劑由冷卻劑(水或氣體水或氣體)帶出，在蒸汽發(fā)生器中將水加熱為蒸汽。然后，同帶出，在蒸汽發(fā)生器中將水加熱為蒸汽。然后，同一般火力發(fā)電廠一樣，用蒸汽推動汽輪機，再帶動發(fā)電機發(fā)電。冷卻一般火力發(fā)電廠一樣，用蒸汽推動汽輪機，再帶動發(fā)電機發(fā)電。冷卻劑在把熱量傳給水后，又被泵打回反應堆里去吸熱，這樣反復使用，劑在把熱量傳給水后，又被泵打回反應堆里去吸熱，這樣反復使用，就可以不斷地把核裂變釋放的熱能引導出來。核能發(fā)電廠與火力發(fā)電就可以不斷地

12、把核裂變釋放的熱能引導出來。核能發(fā)電廠與火力發(fā)電廠在構(gòu)成上最主要區(qū)別是前者用核一蒸汽發(fā)電系統(tǒng)來代替后者的蒸汽廠在構(gòu)成上最主要區(qū)別是前者用核一蒸汽發(fā)電系統(tǒng)來代替后者的蒸汽鍋爐，所以核電廠中的反應堆又被稱為原子鍋爐鍋爐，所以核電廠中的反應堆又被稱為原子鍋爐 。u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠p 3、核能發(fā)電廠、核能發(fā)電廠核能發(fā)電廠的特點和問題：核能發(fā)電廠的特點和問題：核能發(fā)電廠的主要優(yōu)點之一是可以大量節(jié)省煤、石油等燃料。核能發(fā)電廠的主要優(yōu)點之一是可以大量節(jié)省煤、石油等燃料。核能發(fā)電廠的另一個特點是燃燒時不需要空氣助燃，所以核能電廠可核能發(fā)電廠的另一個特點是燃燒時不需要空氣助燃，所以核能電廠可以建設(shè)在地下、

13、山洞里、水下或空氣稀薄的高原地區(qū)。以建設(shè)在地下、山洞里、水下或空氣稀薄的高原地區(qū)。核能發(fā)電廠的主要問題是放射性污染。但隨著科學技術(shù)的發(fā)展，將會核能發(fā)電廠的主要問題是放射性污染。但隨著科學技術(shù)的發(fā)展，將會變得越來越安全變得越來越安全 。u 二、發(fā)電廠二、發(fā)電廠p4、其他能源發(fā)電、其他能源發(fā)電新能源發(fā)電主要有風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、地熱能發(fā)電、潮汐能發(fā)電新能源發(fā)電主要有風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、地熱能發(fā)電、潮汐能發(fā)電等等 。 風力發(fā)電：風力發(fā)電是通過風力發(fā)電機組將風能轉(zhuǎn)化成機械能，再風力發(fā)電：風力發(fā)電是通過風力發(fā)電機組將風能轉(zhuǎn)化成機械能，再轉(zhuǎn)化為電能轉(zhuǎn)化為電能 。 太陽能發(fā)電：太陽能發(fā)電方式主要可分為光

14、熱發(fā)電和光電發(fā)電兩種太陽能發(fā)電：太陽能發(fā)電方式主要可分為光熱發(fā)電和光電發(fā)電兩種方式。光熱發(fā)電是用反光鏡集熱產(chǎn)生蒸汽，再用汽輪機來發(fā)電；光電方式。光熱發(fā)電是用反光鏡集熱產(chǎn)生蒸汽，再用汽輪機來發(fā)電；光電發(fā)電是用光電池直接把太陽能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電是用光電池直接把太陽能轉(zhuǎn)化為電能 。 地熱能發(fā)電：通過熱流體將地下熱能攜帶到地上，經(jīng)過專門的裝置地熱能發(fā)電：通過熱流體將地下熱能攜帶到地上，經(jīng)過專門的裝置將熱能轉(zhuǎn)換為電能將熱能轉(zhuǎn)換為電能 。 潮汐發(fā)電：利用潮汐具有的能量轉(zhuǎn)變成機械能，再轉(zhuǎn)化成電能潮汐發(fā)電：利用潮汐具有的能量轉(zhuǎn)變成機械能，再轉(zhuǎn)化成電能 。 此外還有生物能、波浪能、海洋溫差能等。此外還有生物能、波

15、浪能、海洋溫差能等。 從遠景發(fā)展來看，還有聚變能、氫能等從遠景發(fā)展來看，還有聚變能、氫能等 。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)p（一）三相交流輸配電系統(tǒng)（一）三相交流輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 圖圖5 電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)電力網(wǎng)結(jié)構(gòu) 電力網(wǎng)由電力網(wǎng)由輸電網(wǎng)輸電網(wǎng)和和配電網(wǎng)配電網(wǎng)組成。大型電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)通常以電壓等組成。大型電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)通常以電壓等級進行分層見圖級進行分層見圖5。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)p（一）三相交流輸配電系統(tǒng)（一）三相交流輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)輸電網(wǎng)的作用輸電網(wǎng)的作用： 輸電網(wǎng)主要是將遠離負載中心的發(fā)電廠的大量電能經(jīng)過變壓器升輸電網(wǎng)主要是將遠離負載

16、中心的發(fā)電廠的大量電能經(jīng)過變壓器升高電壓，通過高壓輸電線，送到鄰近負載中心的樞紐變電站。同時，高電壓，通過高壓輸電線，送到鄰近負載中心的樞紐變電站。同時，輸電網(wǎng)還有聯(lián)絡(luò)相鄰電力系統(tǒng)和聯(lián)系相鄰變電站的作用，或向某些輸電網(wǎng)還有聯(lián)絡(luò)相鄰電力系統(tǒng)和聯(lián)系相鄰變電站的作用，或向某些容量特大的用戶直接供電。輸電網(wǎng)的額定電壓通常為容量特大的用戶直接供電。輸電網(wǎng)的額定電壓通常為220750kV或或更高，它的結(jié)構(gòu)與電力系統(tǒng)運行的安全性及經(jīng)濟性關(guān)系極大，是整更高，它的結(jié)構(gòu)與電力系統(tǒng)運行的安全性及經(jīng)濟性關(guān)系極大，是整個電力系統(tǒng)的骨架或主干電網(wǎng)。個電力系統(tǒng)的骨架或主干電網(wǎng)。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)p（一）三相交

17、流輸配電系統(tǒng)（一）三相交流輸配電系統(tǒng) 1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 配電網(wǎng)的作用配電網(wǎng)的作用： 配電網(wǎng)可分為高壓、中壓和低壓配電網(wǎng)。高壓配電網(wǎng)的電壓一般配電網(wǎng)可分為高壓、中壓和低壓配電網(wǎng)。高壓配電網(wǎng)的電壓一般為為35110 kV或更高，中壓配電網(wǎng)的電壓一般為或更高，中壓配電網(wǎng)的電壓一般為620kV，它們，它們將來自變電站的電能分配到眾多的配電變壓器，以及直接供應中將來自變電站的電能分配到眾多的配電變壓器，以及直接供應中等容量的用戶，低壓配電網(wǎng)的電壓為等容量的用戶，低壓配電網(wǎng)的電壓為380/220V，用于向數(shù)量很大，用于向數(shù)量很大的小用戶供電的小用戶供電 。 電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與電壓等級、電源和負載

18、點的容量和數(shù)目、它們之電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與電壓等級、電源和負載點的容量和數(shù)目、它們之間的地理位置以及可靠性要求等因素有關(guān)。間的地理位置以及可靠性要求等因素有關(guān)。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng) p（一）三相交流輸配電系（一）三相交流輸配電系 2、電力系統(tǒng)電壓等級、電力系統(tǒng)電壓等級 電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、配電以及用電等設(shè)備都是按一定的標電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、配電以及用電等設(shè)備都是按一定的標準電壓設(shè)計和制造的，在這一標準電壓下運行，設(shè)備的技術(shù)性能準電壓設(shè)計和制造的，在這一標準電壓下運行，設(shè)備的技術(shù)性能和經(jīng)濟指標將達到最好，這一標準電壓稱為額定電壓。我國國家和經(jīng)濟指標將達到最好，這一標準電壓稱為額定電

19、壓。我國國家標準規(guī)定的電力網(wǎng)絡(luò)的額定線電壓為：標準規(guī)定的電力網(wǎng)絡(luò)的額定線電壓為：0.38、3、6、10、35、63、110、220、330、500、750（kV）。）。 電網(wǎng)電壓及合理的電壓系列選擇是一個涉及面極廣的綜合性問題，電網(wǎng)電壓及合理的電壓系列選擇是一個涉及面極廣的綜合性問題，除應考慮送電容量、距離、運行方式等多種因素外，還應根據(jù)動除應考慮送電容量、距離、運行方式等多種因素外，還應根據(jù)動力資源的分布及工業(yè)布局等遠景發(fā)展情況，進行全面的技術(shù)經(jīng)濟力資源的分布及工業(yè)布局等遠景發(fā)展情況，進行全面的技術(shù)經(jīng)濟比較。比較。 u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)2、電力系統(tǒng)電壓等級、電力系統(tǒng)電壓等級 選擇

20、電力網(wǎng)電壓等級的原則是選擇電力網(wǎng)電壓等級的原則是： （1）選定的電壓等級應符合國家標準）選定的電壓等級應符合國家標準 。 （2）根據(jù)我國電力工業(yè)發(fā)展迅速的特點，電壓等級不宜過多，）根據(jù)我國電力工業(yè)發(fā)展迅速的特點，電壓等級不宜過多，以便減少變電重復容量，同一地區(qū)、同一電網(wǎng)內(nèi)，應盡可能簡化以便減少變電重復容量，同一地區(qū)、同一電網(wǎng)內(nèi)，應盡可能簡化電壓等級。但電壓級差也不宜太小。根據(jù)國外經(jīng)驗，電壓等級。但電壓級差也不宜太小。根據(jù)國外經(jīng)驗，110kV以下以下(或稱電網(wǎng)配電電壓等級或稱電網(wǎng)配電電壓等級)，電壓差一般在，電壓差一般在3倍以上；倍以上；110kV及以上及以上(或稱電網(wǎng)輸電電壓等級或稱電網(wǎng)輸電電

21、壓等級)，電壓差一般在，電壓差一般在2倍左右倍左右 。 （3）我國現(xiàn)有電網(wǎng)的電壓等級配置大致分為兩類，即）我國現(xiàn)有電網(wǎng)的電壓等級配置大致分為兩類，即110220500kV或或110330kV。220kV以下的電壓等級的配置為以下的電壓等級的配置為1063220kV及及1035110220kV兩種系列兩種系列 u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)2、電力系統(tǒng)電壓等級、電力系統(tǒng)電壓等級 下表下表給出了電網(wǎng)額定電壓與相應傳輸功率和傳輸距離的關(guān)系給出了電網(wǎng)額定電壓與相應傳輸功率和傳輸距離的關(guān)系電力系統(tǒng)額定電壓/kV輸送方式傳輸功率/MW傳輸距離/km0.38架空線0.10.250.38電纜0.1750.3

22、53架空線0.11316架空線0.221036電纜3小于810架空線0.2320510電纜5小于1035架空線2105020110架空線105015050220架空線100500300100330架空線2001000600200500架空線10001500850250750架空線20002500500以上u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線、變電站及其電氣主接線 什么是變電站？什么是變電站？ 變電站是電力網(wǎng)中的線路連接點，是用以變換電壓、交換功率和變電站是電力網(wǎng)中的線路連接點，是用以變換電壓、交換功率和匯集、分配電能的設(shè)施。變電站中有不同電壓的配電裝置，電力匯集、分配電能的

23、設(shè)施。變電站中有不同電壓的配電裝置，電力變壓器，控制、保護、測量、信號和通信設(shè)施，以及二次回路電變壓器，控制、保護、測量、信號和通信設(shè)施，以及二次回路電源等。源等。 變電站的分類變電站的分類： 按變電站在電力系統(tǒng)中的位置、作用及其特點劃分，變電站的主按變電站在電力系統(tǒng)中的位置、作用及其特點劃分，變電站的主要類型有要類型有樞紐變電站樞紐變電站、區(qū)域變電站區(qū)域變電站、地區(qū)變電站地區(qū)變電站、終端變電站終端變電站、用戶變電站用戶變電站和和地下變電站地下變電站。變電站的名稱通常是按其最高一級電。變電站的名稱通常是按其最高一級電壓來命名的，例如某壓來命名的，例如某500kV變電站等變電站等 。 u 三、輸

24、配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線、變電站及其電氣主接線 什么是變電站電氣主接線？什么是變電站電氣主接線？ 變電站的電氣主接線是由變電站內(nèi)的電氣設(shè)備按照電能輸送和分變電站的電氣主接線是由變電站內(nèi)的電氣設(shè)備按照電能輸送和分配的要求連接組成的電路。配的要求連接組成的電路。 什么是電氣主接線圖？什么是電氣主接線圖？ 電氣主接線圖用以表示電氣設(shè)備相互之間的連接關(guān)系，以及本變電氣主接線圖用以表示電氣設(shè)備相互之間的連接關(guān)系，以及本變電站電站(或發(fā)電廠或發(fā)電廠)與電力系統(tǒng)的電氣連接關(guān)系，通常以單線圖表示。與電力系統(tǒng)的電氣連接關(guān)系，通常以單線圖表示。 主接線圖中表示的主要電氣設(shè)備有哪些？主接線圖中

25、表示的主要電氣設(shè)備有哪些？ 發(fā)電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互發(fā)電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、接地裝置以及各種無功補償裝置等。感器、避雷器、母線、接地裝置以及各種無功補償裝置等。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線、變電站及其電氣主接線 常用的電氣主接線方式有：常用的電氣主接線方式有： 單母線接線，單母線接線， 單母線分段接線，單母線分段接線， 單母線分段帶旁路母線接線，單母線分段帶旁路母線接線， 橋形接線，橋形接線， 雙母線接線，雙母線接線， 雙母線分段接線，雙母線分段接線， 雙母線帶旁路母線接線，雙母線帶

26、旁路母線接線， 雙母線分段帶旁路母線接線，雙母線分段帶旁路母線接線， 一個半斷路器接線，一個半斷路器接線， 三分之四斷路器接線，三分之四斷路器接線， 雙斷路器接線，雙斷路器接線， 多角形接線等。多角形接線等。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線、變電站及其電氣主接線 圖圖7 7 單母線接線單母線接線u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線、變電站及其電氣主接線 下面以單母線接線方式為例來說明斷路器、刀閘等元件的操作原下面以單母線接線方式為例來說明斷路器、刀閘等元件的操作原理，并舉例說明發(fā)電廠及變電站的電氣主接線理，并舉例說明發(fā)電廠及變電站的電氣主接線 。 （

27、1）單母線接線）單母線接線 單母線接線如圖，進線是電源，出線指線路，如單母線接線如圖，進線是電源，出線指線路，如WL1，WL2，WL3，WL4，進線和出線統(tǒng)稱回路。，進線和出線統(tǒng)稱回路。 匯流母線匯流母線W是進線和出線之間的中間是進線和出線之間的中間 環(huán)節(jié)，起匯集和分配電能的作用，進環(huán)節(jié)，起匯集和分配電能的作用，進 出線在母線上并列工作。每條線路一出線在母線上并列工作。每條線路一 般裝有斷路器般裝有斷路器QF，因為斷路器具有滅，因為斷路器具有滅 弧裝置，可以斷開、閉合負荷電流和弧裝置，可以斷開、閉合負荷電流和 故障電流。故障電流。 單母線接線單母線接線u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)3、變電站

28、及其電氣主接線、變電站及其電氣主接線 （1）單母線接線）單母線接線 斷路器兩側(cè)裝有隔離開關(guān)斷路器兩側(cè)裝有隔離開關(guān)QS，緊靠母線側(cè)的隔離開關(guān)稱為母線隔，緊靠母線側(cè)的隔離開關(guān)稱為母線隔離開關(guān)，靠線路側(cè)的稱為線路隔離開關(guān)。隔離開關(guān)由于沒有滅弧離開關(guān)，靠線路側(cè)的稱為線路隔離開關(guān)。隔離開關(guān)由于沒有滅弧結(jié)構(gòu)，不能開斷負荷電流和短路電流。安裝隔離開關(guān)的目的是在結(jié)構(gòu)，不能開斷負荷電流和短路電流。安裝隔離開關(guān)的目的是在線路停運后用隔離開關(guān)隔開電源，這樣當檢修線路或斷路器時，線路停運后用隔離開關(guān)隔開電源，這樣當檢修線路或斷路器時，形成一個檢修人員也能看見的、明顯的形成一個檢修人員也能看見的、明顯的“斷開點斷開點”

29、。這樣萬一斷。這樣萬一斷路器的合分閘指示器失靈，對檢修人員也是安全的。路器的合分閘指示器失靈，對檢修人員也是安全的。 QF1靠發(fā)電機側(cè)可以不裝隔離開關(guān)，這樣靠發(fā)電機側(cè)可以不裝隔離開關(guān)，這樣QF1檢修，發(fā)電機需停檢修，發(fā)電機需停機。機。QS4又稱接地刀閘，在隔離電源，檢修線路或設(shè)備前將其合又稱接地刀閘，在隔離電源，檢修線路或設(shè)備前將其合上使線路與地等電位，防止忽然來電，確保檢修時的人身安全。上使線路與地等電位，防止忽然來電，確保檢修時的人身安全。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線、變電站及其電氣主接線 （1）單母線接線）單母線接線 運行操作必須嚴格遵守操作順序：運行操作必須

30、嚴格遵守操作順序： 如如WL1送電時，在送電時，在QS4斷開的情況下，先合上斷開的情況下，先合上QS2和和QS3，再投，再投入斷路器入斷路器QF2；如欲停止對；如欲停止對WL1供電，須先斷開供電，須先斷開QF2，如線路或，如線路或斷路器斷路器QF2需檢修，再斷開需檢修，再斷開QS3和和QS2。待線路對方停電后，再。待線路對方停電后，再合上合上QS4接地刀閘接地刀閘 。 單母線接線的特點：單母線接線的特點： 單母線具有簡單、清晰、設(shè)備少的優(yōu)點，但當母線故障或檢修或單母線具有簡單、清晰、設(shè)備少的優(yōu)點，但當母線故障或檢修或隔離開關(guān)檢修時，整個系統(tǒng)全部停電，因此這種接線只適用于單隔離開關(guān)檢修時，整個系

31、統(tǒng)全部停電，因此這種接線只適用于單電源的發(fā)電廠和變電所，且出線回路數(shù)少，用戶對供電可靠性要電源的發(fā)電廠和變電所，且出線回路數(shù)少，用戶對供電可靠性要求不高的場合。對重要的供電用戶一般采用雙母線接線或者帶旁求不高的場合。對重要的供電用戶一般采用雙母線接線或者帶旁路的接線方式。路的接線方式。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)p（二）直流輸電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng) 直流輸電的簡單介紹：直流輸電的簡單介紹： 直流輸電是以直流方式實現(xiàn)電能傳輸?shù)募夹g(shù)。直流輸電與交流輸直流輸電是以直流方式實現(xiàn)電能傳輸?shù)募夹g(shù)。直流輸電與交流輸電相互配合，發(fā)揮各自的特長，構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。在以交電相互配合，發(fā)揮各自的特長，構(gòu)成

32、現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。在以交流輸電為主的電力系統(tǒng)中，直流輸電具有特殊的作用。除了在采流輸電為主的電力系統(tǒng)中，直流輸電具有特殊的作用。除了在采用交流輸電有困難的場合必須采用直流輸電外，在電力系統(tǒng)中，用交流輸電有困難的場合必須采用直流輸電外，在電力系統(tǒng)中，它還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)運行性能并方便其運行和管它還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)運行性能并方便其運行和管理。理。 在發(fā)電和用電均為交流電的情況下，要進行直流輸電，必須解決在發(fā)電和用電均為交流電的情況下，要進行直流輸電，必須解決換流問題，即在送端需將交流電變換為換流問題，即在送端需將交流電變換為.直流電直流電(整流整流)，由直流輸，由直流輸電線

33、路送到受端，然后再將直流電變換為交流電電線路送到受端，然后再將直流電變換為交流電(逆變逆變)，送入受，送入受端交流電網(wǎng)使用。集成門極換相晶閘管端交流電網(wǎng)使用。集成門極換相晶閘管(IGTA)和碳化硅等新型半和碳化硅等新型半導體器件的開發(fā)，給直流輸電技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了更好的條件導體器件的開發(fā)，給直流輸電技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了更好的條件 。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)p（二）直流輸電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng) 1、直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成、直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成 直流輸電系統(tǒng)的一次電路主要由直流輸電系統(tǒng)的一次電路主要由整流站整流站、直流線路直流線路和和逆變站逆變站三部三部分組成。送端與受端交流系統(tǒng)與直流輸電系統(tǒng)也有密

34、切的關(guān)系，分組成。送端與受端交流系統(tǒng)與直流輸電系統(tǒng)也有密切的關(guān)系，它們給整流器和逆變器提供實現(xiàn)換流的條件，同時送端電力系統(tǒng)它們給整流器和逆變器提供實現(xiàn)換流的條件，同時送端電力系統(tǒng)作為直流輸電的電源提供所傳輸?shù)墓β?，而受端則相當于負載，作為直流輸電的電源提供所傳輸?shù)墓β剩芏藙t相當于負載，接受由直流輸電送來的功率。接受由直流輸電送來的功率。 直流輸電的控制保護系統(tǒng)與交流輸電不同，它是實現(xiàn)直流輸電正直流輸電的控制保護系統(tǒng)與交流輸電不同，它是實現(xiàn)直流輸電正常啟動和停運、正常運行、運行參數(shù)的改變和自動調(diào)節(jié)以及故障常啟動和停運、正常運行、運行參數(shù)的改變和自動調(diào)節(jié)以及故障處理和保護等必不可少的組成部分。

35、處理和保護等必不可少的組成部分。 u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)p（二）直流輸電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng) 2、直流輸電的基本原理、直流輸電的基本原理 圖圖13 13 直流輸電基本原理簡圖直流輸電基本原理簡圖 圖圖13是直流輸電基本原理簡圖。它包括兩個換流站，直流輸電線是直流輸電基本原理簡圖。它包括兩個換流站，直流輸電線路及兩端交流系統(tǒng)路及兩端交流系統(tǒng)I和和。 當系統(tǒng)當系統(tǒng)I向系統(tǒng)向系統(tǒng)送電時，換流站送電時，換流站1運行于整流狀態(tài)，把系統(tǒng)運行于整流狀態(tài)，把系統(tǒng)I送來送來的三相交流電變換成直流電，經(jīng)直流線路送到換流站的三相交流電變換成直流電，經(jīng)直流線路送到換流站2。此時，換。此時，換流站流站2則運

36、行于逆變狀態(tài)，把直流電變換為三相交流電送入系統(tǒng)則運行于逆變狀態(tài)，把直流電變換為三相交流電送入系統(tǒng)。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)2、直流輸電的基本原理、直流輸電的基本原理 直流輸電電壓和功率的調(diào)節(jié)直流輸電電壓和功率的調(diào)節(jié)： 直流輸電兩端的直流電壓可以通過改變觸發(fā)角來進行快速調(diào)節(jié)。直流輸電兩端的直流電壓可以通過改變觸發(fā)角來進行快速調(diào)節(jié)。通常是由逆變站控制直流電壓，整流站控制直流電流，從而得到通常是由逆變站控制直流電壓，整流站控制直流電流，從而得到一定的輸送功率。為了減小直流線路損耗，取得較好的運行經(jīng)濟一定的輸送功率。為了減小直流線路損耗，取得較好的運行經(jīng)濟性，直流電壓應保持略小于最高允許值運行

37、，而直流功率的改變性，直流電壓應保持略小于最高允許值運行，而直流功率的改變由整流站控制直流電流來實現(xiàn)。由整流站控制直流電流來實現(xiàn)。 因此，直流輸送功率是可控的，這一點與交流輸電有很大的不同因此，直流輸送功率是可控的，這一點與交流輸電有很大的不同 。 u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)2、直流輸電的基本原理、直流輸電的基本原理 直流輸電的無功調(diào)節(jié)直流輸電的無功調(diào)節(jié)： 直流輸電線路不傳輸無功功率。直流輸電線路不傳輸無功功率。u 三、輸配電系統(tǒng)三、輸配電系統(tǒng)2、直流輸電的基本原理、直流輸電的基本原理 直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)： 直流輸電系統(tǒng)可快速方便地進行輸送功率方向的反轉(zhuǎn)直流輸電系統(tǒng)可快

38、速方便地進行輸送功率方向的反轉(zhuǎn)(或稱潮流反或稱潮流反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn))。由于換流閥的單向?qū)щ娦?，直流電流的方向不能改變，直流。由于換流閥的單向?qū)щ娦裕绷麟娏鞯姆较虿荒芨淖?，直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)是通過改變直流電壓的極性來實現(xiàn)的。若從系統(tǒng)輸電的潮流反轉(zhuǎn)是通過改變直流電壓的極性來實現(xiàn)的。若從系統(tǒng)I向系統(tǒng)向系統(tǒng)送電時，直流電壓為正極性，從系統(tǒng)送電時，直流電壓為正極性，從系統(tǒng)向系統(tǒng)向系統(tǒng)I送電時則送電時則為負極性。利用兩端控制系統(tǒng)可方便快速的改變直流電壓的極性，為負極性。利用兩端控制系統(tǒng)可方便快速的改變直流電壓的極性，從而實現(xiàn)潮流反轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)潮流反轉(zhuǎn) 。u 四、負載四、負載 什么是電力系統(tǒng)負載？什么是電力系統(tǒng)負載？

39、 電力系統(tǒng)的負載就是系統(tǒng)中各種用電設(shè)備消耗功率的總和。電力系統(tǒng)的負載就是系統(tǒng)中各種用電設(shè)備消耗功率的總和。 電力系統(tǒng)負載的分類？電力系統(tǒng)負載的分類？ 電力系統(tǒng)負載大致可以分為異步電動機負載、電熱負載、整流負電力系統(tǒng)負載大致可以分為異步電動機負載、電熱負載、整流負載、照明負載等。載、照明負載等。 用電負載的分類？用電負載的分類？ 根據(jù)行業(yè)用電的特點，用電負載也可分為工業(yè)負載、農(nóng)業(yè)負載、根據(jù)行業(yè)用電的特點，用電負載也可分為工業(yè)負載、農(nóng)業(yè)負載、交通運輸業(yè)負載和人民生活用電負載等。交通運輸業(yè)負載和人民生活用電負載等。u 四、負載四、負載p（一）負荷曲線（一）負荷曲線 電力系統(tǒng)負載隨時間變化的情況常用負

40、載曲線來描述。電力系統(tǒng)負載隨時間變化的情況常用負載曲線來描述。 所謂負載曲線，即是電力系統(tǒng)的負載功率所謂負載曲線，即是電力系統(tǒng)的負載功率(有功功率或無功功率有功功率或無功功率)隨時間變化的關(guān)系曲線。隨時間變化的關(guān)系曲線。 按負載種類分，有有功功率負載曲線和無功功率負載曲線，按負載種類分，有有功功率負載曲線和無功功率負載曲線， 按時間長短分，有日負載曲線和年負載曲線等，按時間長短分，有日負載曲線和年負載曲線等， 按計量地點分，有用戶的負載曲線、電力線路的負載曲線、變電按計量地點分，有用戶的負載曲線、電力線路的負載曲線、變電站的負載曲線、發(fā)電廠的負載曲線以及整個系統(tǒng)的負載曲線。站的負載曲線、發(fā)電廠

41、的負載曲線以及整個系統(tǒng)的負載曲線。 u 四、負載四、負載p（一）負荷曲線（一）負荷曲線 下面簡要介紹日負載曲線下面簡要介紹日負載曲線 ： 圖圖a是電力系統(tǒng)典型的日負載曲線。為計算的方便，實際常把連是電力系統(tǒng)典型的日負載曲線。為計算的方便，實際常把連續(xù)變化的曲線繪成階梯形，如圖續(xù)變化的曲線繪成階梯形，如圖b所示：所示： 圖圖14 電力系統(tǒng)負載曲線電力系統(tǒng)負載曲線 (a)典型日負載曲線典型日負載曲線 (b)階梯型負載曲線階梯型負載曲線 第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)分析概論電力系統(tǒng)分析概論u一、概述一、概述 電力系統(tǒng)分析是運用數(shù)字仿真計算或模擬試驗的方法，電力系統(tǒng)分析是運用數(shù)字仿真計算或模擬試驗的方法，對

42、電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)方式和受到擾動后的暫態(tài)行為進行考察對電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)方式和受到擾動后的暫態(tài)行為進行考察的分析研究。對規(guī)劃、設(shè)計的電力系統(tǒng)，通過電力系統(tǒng)分的分析研究。對規(guī)劃、設(shè)計的電力系統(tǒng)，通過電力系統(tǒng)分析，可選擇正確的系統(tǒng)參數(shù)，制定合理的電力系統(tǒng)方案；析，可選擇正確的系統(tǒng)參數(shù)，制定合理的電力系統(tǒng)方案；對運行中的電力系統(tǒng)，借助電力系統(tǒng)分析，可確定合理的對運行中的電力系統(tǒng)，借助電力系統(tǒng)分析，可確定合理的運行方式，進行系統(tǒng)事故分析和預想，提出防止和處理事運行方式，進行系統(tǒng)事故分析和預想，提出防止和處理事故的技術(shù)措施。故的技術(shù)措施。p（一）電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容（一）電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容 電力系統(tǒng)分析包括電力系

43、統(tǒng)分析包括穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)分析、故障分析故障分析和和暫態(tài)分析暫態(tài)分析三三方面內(nèi)容。方面內(nèi)容。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析主要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式的性能，包括系統(tǒng)有主要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式的性能，包括系統(tǒng)有功功率和無功功率的平衡，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓和支路功率的分布等，解決系功功率和無功功率的平衡，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓和支路功率的分布等，解決系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整，無功功率和電壓控制問題。統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整，無功功率和電壓控制問題。 潮流計算潮流計算是進行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的主要方法。潮流計算的結(jié)果可以是進行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的主要方法。潮流計算的結(jié)果可以給出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

44、運行方式下各節(jié)點電壓相量和各支路功率分布。通過給出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式下各節(jié)點電壓相量和各支路功率分布。通過調(diào)整系統(tǒng)運行方式的給定條件，進行必要的潮流計算，可以研究并從中調(diào)整系統(tǒng)運行方式的給定條件，進行必要的潮流計算，可以研究并從中選擇經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、安全可靠的運行方式，及時發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)選擇經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、安全可靠的運行方式，及時發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)元件如變壓器和線路過負載、母線電壓越限等異常工況并做出適當處理。元件如變壓器和線路過負載、母線電壓越限等異常工況并做出適當處理。潮流計算還是考慮負載電流的短路電流計算和穩(wěn)定計算的基礎(chǔ)，為這些潮流計算還是考慮負載電流的短路電流計算和穩(wěn)定計算的基礎(chǔ)

45、，為這些計算提供初始運行方式。計算提供初始運行方式。 電力系統(tǒng)故障分析電力系統(tǒng)故障分析 電力系統(tǒng)故障分析電力系統(tǒng)故障分析主要研究電力系統(tǒng)中發(fā)生單一或多重主要研究電力系統(tǒng)中發(fā)生單一或多重故障故障(包括短路和非正常操作包括短路和非正常操作)時，故障電流、電壓及其在電時，故障電流、電壓及其在電力網(wǎng)中的分布。力網(wǎng)中的分布。 短路電流計算短路電流計算是故障分析的主要內(nèi)容。短路電流計算是故障分析的主要內(nèi)容。短路電流計算的目的，是通過計算短路電流大小，確定短路故障的嚴重程的目的，是通過計算短路電流大小，確定短路故障的嚴重程度，選擇電氣設(shè)備參數(shù)，整定繼電保護，分析系統(tǒng)中正序、度，選擇電氣設(shè)備參數(shù)，整定繼電保護

46、，分析系統(tǒng)中正序、負序及零序電流的分布，從而確定其對電氣設(shè)備和系統(tǒng)的影負序及零序電流的分布，從而確定其對電氣設(shè)備和系統(tǒng)的影響等。響等。 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析主要研究電力系統(tǒng)受到擾動后的電磁和機電暫態(tài)過主要研究電力系統(tǒng)受到擾動后的電磁和機電暫態(tài)過程，包括程，包括電磁暫態(tài)過程分析電磁暫態(tài)過程分析和和機電暫態(tài)過程分析機電暫態(tài)過程分析。 電磁暫態(tài)過程分析電磁暫態(tài)過程分析主要研究電力系統(tǒng)故障和操作過電壓及諧振過電壓，主要研究電力系統(tǒng)故障和操作過電壓及諧振過電壓，一次與二次系統(tǒng)相互作用的控制暫態(tài)過程，以及電力電子設(shè)備的快速暫一次與二次系統(tǒng)相互作用的控制暫態(tài)過程

47、，以及電力電子設(shè)備的快速暫態(tài)過程，為變壓器、斷路器等高壓電氣設(shè)備和輸電線路的絕緣配合和過態(tài)過程，為變壓器、斷路器等高壓電氣設(shè)備和輸電線路的絕緣配合和過電壓保護的選擇，降低或限制電力系統(tǒng)過電壓技術(shù)措施的制定，以及電電壓保護的選擇，降低或限制電力系統(tǒng)過電壓技術(shù)措施的制定，以及電力電子控制設(shè)備的設(shè)計提供依據(jù)。力電子控制設(shè)備的設(shè)計提供依據(jù)。p（二）電力系統(tǒng)分析的工具（二）電力系統(tǒng)分析的工具 運用電子數(shù)字計算機計算分析軟件對電力系統(tǒng)進行數(shù)值計算和仿運用電子數(shù)字計算機計算分析軟件對電力系統(tǒng)進行數(shù)值計算和仿真是電力系統(tǒng)分析的主要方法。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的進步，真是電力系統(tǒng)分析的主要方法。隨著計算機硬件

48、和軟件技術(shù)的進步，用計算機對電力系統(tǒng)進行分析的方法和應用軟件得到迅速發(fā)展，在應用計算機對電力系統(tǒng)進行分析的方法和應用軟件得到迅速發(fā)展，在應用范圍、分析計算的規(guī)模和速度等方面都達到了前所未有的程度?？捎梅秶⒎治鲇嬎愕囊?guī)模和速度等方面都達到了前所未有的程度?？梢苑治鲇嬎憔哂袛?shù)千條甚至數(shù)萬條母線和線路的電力系統(tǒng)的大型電力以分析計算具有數(shù)千條甚至數(shù)萬條母線和線路的電力系統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)分析軟件已在實際電力系統(tǒng)分析中得到廣泛應用。系統(tǒng)分析軟件已在實際電力系統(tǒng)分析中得到廣泛應用。 隨著計算機技術(shù)的進步，采用先進數(shù)字處理技術(shù)的電力系統(tǒng)實時隨著計算機技術(shù)的進步，采用先進數(shù)字處理技術(shù)的電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置

49、于數(shù)字仿真裝置于20世紀世紀90年代后期開始得到迅速發(fā)展。然而由于計算年代后期開始得到迅速發(fā)展。然而由于計算速度和系統(tǒng)規(guī)模的限制，當前還只適合于小規(guī)模電力系統(tǒng)的仿真，用速度和系統(tǒng)規(guī)模的限制，當前還只適合于小規(guī)模電力系統(tǒng)的仿真，用于電磁暫態(tài)過程的分析和繼電保護等實際裝置性能的校驗等。于電磁暫態(tài)過程的分析和繼電保護等實際裝置性能的校驗等。p （三）電力系統(tǒng)分析方法的發(fā)展（三）電力系統(tǒng)分析方法的發(fā)展 電力系統(tǒng)分析方法的進步與電子數(shù)字計算機在電力系統(tǒng)分析中的應電力系統(tǒng)分析方法的進步與電子數(shù)字計算機在電力系統(tǒng)分析中的應用密切相關(guān)。電力系統(tǒng)是規(guī)模巨大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即使只計算超高壓電力用密切相關(guān)。電力系統(tǒng)是規(guī)

50、模巨大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即使只計算超高壓電力網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)也會達到數(shù)以千計的程度。因此，如何快速、準確地網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)也會達到數(shù)以千計的程度。因此，如何快速、準確地求解網(wǎng)絡(luò)問題的大規(guī)模方程式，是使用計算機分析電力系統(tǒng)的首要難題。求解網(wǎng)絡(luò)問題的大規(guī)模方程式，是使用計算機分析電力系統(tǒng)的首要難題。20世紀世紀60年代后期，發(fā)展了利用電力網(wǎng)絡(luò)導納矩陣的稀疏性，配合電力年代后期，發(fā)展了利用電力網(wǎng)絡(luò)導納矩陣的稀疏性，配合電力網(wǎng)節(jié)點編號優(yōu)化的程序技巧，既能使計算速度顯著提高，又能節(jié)省計算網(wǎng)節(jié)點編號優(yōu)化的程序技巧，既能使計算速度顯著提高，又能節(jié)省計算機存儲容量。這一網(wǎng)絡(luò)方程的求解方法應用于電力系統(tǒng)潮流和穩(wěn)定計算

51、機存儲容量。這一網(wǎng)絡(luò)方程的求解方法應用于電力系統(tǒng)潮流和穩(wěn)定計算后，計算速度明顯提高，解題能力大為增強，促使電力系統(tǒng)分析軟件在后，計算速度明顯提高，解題能力大為增強，促使電力系統(tǒng)分析軟件在20世紀世紀60年代末至年代末至70年代初期間全面更新，推動了計算機在電力系統(tǒng)分年代初期間全面更新，推動了計算機在電力系統(tǒng)分析中更為廣泛的應用。析中更為廣泛的應用。 u二、電力系統(tǒng)數(shù)學模型簡介二、電力系統(tǒng)數(shù)學模型簡介 p（一）電力網(wǎng)等值電路與網(wǎng)絡(luò)方程（一）電力網(wǎng)等值電路與網(wǎng)絡(luò)方程 電力網(wǎng)元件等值電路是組成電力網(wǎng)的各元件的計算用等值電電力網(wǎng)元件等值電路是組成電力網(wǎng)的各元件的計算用等值電路。由各元件等值電路連接組成

52、的電力網(wǎng)等值電路用于電力系統(tǒng)路。由各元件等值電路連接組成的電力網(wǎng)等值電路用于電力系統(tǒng)各種穩(wěn)態(tài)和機電暫態(tài)過程的計算分析。輸電線路和變壓器是電力各種穩(wěn)態(tài)和機電暫態(tài)過程的計算分析。輸電線路和變壓器是電力網(wǎng)的主要元件，它們的等值電路是電力網(wǎng)等值電路的主要組成部網(wǎng)的主要元件，它們的等值電路是電力網(wǎng)等值電路的主要組成部分。分。 1. 電力線路的等值電路電力線路的等值電路 三相對稱的電力線路可用單相線路來等值。線路始端三相對稱的電力線路可用單相線路來等值。線路始端(設(shè)標號設(shè)標號為為1)和末端和末端(設(shè)標號為設(shè)標號為2)之間電壓、電流的關(guān)系描述為：之間電壓、電流的關(guān)系描述為：2211IUDCBAIU1. 電力

53、線路的等值電路電力線路的等值電路 長度不超過長度不超過100km的超高壓架空線路可視為短線路。一般短線路的的超高壓架空線路可視為短線路。一般短線路的線路導納可略去不計。等值電路中串聯(lián)的線路總阻抗線路導納可略去不計。等值電路中串聯(lián)的線路總阻抗 Z R + j X（見圖（見圖16）。相應于四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)）。相應于四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)A、B、C和和D為：為： A=1；B=Z；C=0；D=1 圖圖16 短線路等值電路短線路等值電路 1. 電力線路的等值電路電力線路的等值電路 長度為長度為100300 km的超高壓架空線路和不超過的超高壓架空線路和不超過100km的電纜線路的電纜線路為中等長度線路。其等值

54、電路有為中等長度線路。其等值電路有形和形和T形兩種形式，如圖形兩種形式，如圖17a,b所示。所示。其中常用的是其中常用的是形等值電路。在形等值電路。在形等值電路中，除串聯(lián)的線路總阻抗形等值電路中，除串聯(lián)的線路總阻抗 Z = R+ j X外，還將線路的總導納外，還將線路的總導納Y = j B分為兩半，分別并聯(lián)在線路的始分為兩半，分別并聯(lián)在線路的始端和末端。在端和末端。在T形等值電路中，線路的總導納集中在中間，而線路的總形等值電路中，線路的總導納集中在中間，而線路的總阻抗則分為兩半，分別串聯(lián)在它的兩側(cè)。阻抗則分為兩半，分別串聯(lián)在它的兩側(cè)。 形等值電路的四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)為：形等值電路的四端網(wǎng)絡(luò)通用常

55、數(shù)為： A=ZY/2+1；B=Z；C=Y(ZY/4+1)；D= ZY/2+1 T形等值電路的四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)為：形等值電路的四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)為： A=ZY/2+1；B=Z（ZY/4+1）；）；C=Y；D= ZY/2+1 圖圖17 17 長線路的等值電路長線路的等值電路三、電力系統(tǒng)潮流計算三、電力系統(tǒng)潮流計算 潮流計算的定義潮流計算的定義 潮流計算潮流計算是按給定的電力系統(tǒng)接線方式、參數(shù)和運行條件，確定電力系是按給定的電力系統(tǒng)接線方式、參數(shù)和運行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)參量的計算。通常給定的運行條件有系統(tǒng)中各電統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)參量的計算。通常給定的運行條件有系統(tǒng)中各電源和負載節(jié)點

56、的功率、樞紐點電壓、平衡節(jié)點的電壓和相位角。待求的源和負載節(jié)點的功率、樞紐點電壓、平衡節(jié)點的電壓和相位角。待求的運行狀態(tài)參量包括各節(jié)點的電壓及其相位角以及流經(jīng)各元件的功率、網(wǎng)運行狀態(tài)參量包括各節(jié)點的電壓及其相位角以及流經(jīng)各元件的功率、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。絡(luò)的功率損耗等。 潮流計算分為潮流計算分為離線計算離線計算和和在線計算在線計算兩種方式。離線計兩種方式。離線計算主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行中安排系統(tǒng)的運行方式，算主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行中安排系統(tǒng)的運行方式，在線計算用于正在運行中的系統(tǒng)的經(jīng)常監(jiān)視及實時控制。在線計算用于正在運行中的系統(tǒng)的經(jīng)常監(jiān)視及實時控制。p1. 潮流計算的基本要求潮流計算的基

57、本要求 利用電子數(shù)字計算機進行電力系統(tǒng)潮流計算從利用電子數(shù)字計算機進行電力系統(tǒng)潮流計算從20世紀世紀50年代中期年代中期就已開始。此后，各種潮流計算方法的發(fā)展主要圍繞著潮流計算的一些就已開始。此后，各種潮流計算方法的發(fā)展主要圍繞著潮流計算的一些基本要求進行，歸納起來，有以下幾點：基本要求進行，歸納起來，有以下幾點：（1）計算方法的可靠性或收斂性。）計算方法的可靠性或收斂性。潮流計算在數(shù)學上是求解一組潮流計算在數(shù)學上是求解一組多元非線性代數(shù)方程組的問題，無論采用什么計算方法都離不開迭代，多元非線性代數(shù)方程組的問題，無論采用什么計算方法都離不開迭代，所以就有計算方法或迭代格式是否收斂，即能否正確地

58、求解的問題。因所以就有計算方法或迭代格式是否收斂，即能否正確地求解的問題。因此，首先要求所選用的方法能可靠地收斂，并給出正確答案。此，首先要求所選用的方法能可靠地收斂，并給出正確答案。（2）對計算機存儲量的要求。）對計算機存儲量的要求。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大，潮流問隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大，潮流問題的方程式階數(shù)越來越高，加之描述網(wǎng)絡(luò)方程的阻抗矩陣是滿陣而導納題的方程式階數(shù)越來越高，加之描述網(wǎng)絡(luò)方程的阻抗矩陣是滿陣而導納矩陣是稀疏陣，各種計算方法所占計算機內(nèi)存相差很大，因此，必須選矩陣是稀疏陣，各種計算方法所占計算機內(nèi)存相差很大，因此，必須選擇占用內(nèi)存較少的方法才能滿足解題規(guī)模的要求。擇占用內(nèi)存較

59、少的方法才能滿足解題規(guī)模的要求。 p1. 潮流計算的基本要求潮流計算的基本要求 （3）計算速度。）計算速度。在保證可靠收斂的前提下，各種方法的計算速度在保證可靠收斂的前提下，各種方法的計算速度相差也較大，選用速度較快的方法可大大提高計算效率，并為在相差也較大，選用速度較快的方法可大大提高計算效率，并為在線計算創(chuàng)造條件。線計算創(chuàng)造條件。（4）計算的方便性和靈活性。）計算的方便性和靈活性。電力系統(tǒng)潮流不是單純的計算而是電力系統(tǒng)潮流不是單純的計算而是一個不斷調(diào)整運行方式的問題。為了得到一個合理的運行方式，一個不斷調(diào)整運行方式的問題。為了得到一個合理的運行方式，往往需要不斷地修改原始數(shù)據(jù)。因此，要求程

60、序提供方便的人機往往需要不斷地修改原始數(shù)據(jù)。因此，要求程序提供方便的人機聯(lián)系環(huán)境，便于數(shù)據(jù)輸入、校核和修改以及結(jié)果的分析和處理。聯(lián)系環(huán)境，便于數(shù)據(jù)輸入、校核和修改以及結(jié)果的分析和處理。p3. 電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流 電力系統(tǒng)潮流優(yōu)化是指滿足各種安全性約束的條件下合理安排電力系電力系統(tǒng)潮流優(yōu)化是指滿足各種安全性約束的條件下合理安排電力系統(tǒng)運行方式，使總的運行費用最少或其他的目標統(tǒng)運行方式，使總的運行費用最少或其他的目標(如網(wǎng)損等如網(wǎng)損等)最優(yōu)。典型最優(yōu)。典型的經(jīng)濟調(diào)度是以提高經(jīng)濟效益為主，而優(yōu)化潮流則是一種可以綜合安全的經(jīng)濟調(diào)度是以提高經(jīng)濟效益為主，而優(yōu)化潮流則是一種可以綜合安全性和經(jīng)