電力工程概論緒論電力工程概論緒論

1、電氣工程學(xué)院電力工程概論 前言 引 言 能量是人民生活和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是戰(zhàn)爭(zhēng)爭(zhēng)奪的主要資源。（伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等），人類(lèi)歷史貫穿著能源的發(fā)展歷史。 十八世紀(jì)蒸汽機(jī)發(fā)明（熱能機(jī)械能）工業(yè)革命 十九世紀(jì)電能開(kāi)始利用人類(lèi)邁進(jìn)“電氣化時(shí)代”。 電能（Electricity)由于轉(zhuǎn)化容易、輸送方便、清潔、高效等優(yōu)點(diǎn)，目前電能已經(jīng)稱(chēng)為人類(lèi)生產(chǎn)、生活不可缺少的部分。 電能是怎樣產(chǎn)生的、電能是怎樣輸送來(lái)的？一、電力系統(tǒng)的構(gòu)成電力系統(tǒng)(power system)是發(fā)電機(jī)(generator)、變壓器(transformer)、輸電線路(transmission line)、負(fù)荷(load)構(gòu)成，發(fā)電、變電、輸電

2、、用電的功能動(dòng)力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)動(dòng)力部分(鍋爐、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、大壩等）電力網(wǎng)絡(luò)變壓器輸電線路二、電力系統(tǒng)的能源構(gòu)成煤炭、石油、天然氣、水利等自然界演化生成的動(dòng)力資源是能源的直接提供者，稱(chēng)為一次能源。電能是由一次能源轉(zhuǎn)化而來(lái)，稱(chēng)為二次能源。根據(jù)一次能源的不同，不同的發(fā)電廠火力發(fā)電廠(Thermal Power Plant)，熱能機(jī)械能電能(鍋爐、汽輪機(jī)等）水利發(fā)電廠(Hydro Power Plant)，機(jī)械能電能（水輪機(jī)、大壩等）核電廠(Nuclear Power Plant)， 原子能熱能機(jī)械能電能（核反應(yīng)堆、汽輪機(jī)等）風(fēng)力發(fā)電廠（Wind Power) 風(fēng)能電能太能能發(fā)電（Solar Po

3、wer) 太陽(yáng)能電能（光電轉(zhuǎn)換）一、電力工業(yè)發(fā)展的歷程1830年法拉第發(fā)明電磁感應(yīng)定律，為未來(lái)電力工業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。1875年第一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組（直流發(fā)電機(jī)）在法國(guó)巴黎火車(chē)站，照明。1879年美國(guó)舊金山實(shí)驗(yàn)電廠開(kāi)始發(fā)電，這是世界上最早出售電力的電廠。1882年美國(guó)愛(ài)迪生紐約珍珠街電力系統(tǒng)，6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，110V，照明。1884年變壓器發(fā)明。為三相交流及大容量、遠(yuǎn)距離輸電奠定基礎(chǔ)。1889年美國(guó)Oregon和Portland 建立長(zhǎng)21公里的交流輸電系統(tǒng)。1891年德國(guó)世界上第一個(gè)三相交流輸電系統(tǒng)，距離179英里、電壓12000伏。1897年電壓為44000KV的輸電線路在美國(guó)Utah 州建成

4、。單機(jī)容量、電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，輸電電壓越來(lái)越高。單機(jī)容量150萬(wàn)KW，美加電網(wǎng)、前蘇聯(lián)統(tǒng)一電網(wǎng)，最高電壓1150KV。發(fā)電形式多種多樣：火力、水利、核、太陽(yáng)能、風(fēng)力、地?zé)?、潮汐等截?002年，全球發(fā)電裝機(jī)容量約為35億千瓦，總發(fā)電量超過(guò)15億千瓦時(shí)。 三、電力工業(yè)發(fā)展的歷程建設(shè)中的陽(yáng)城發(fā)電廠福建安砂水電廠寬縫重力壩建設(shè)中的三峽水電站 我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展1882年英國(guó)商人在上海創(chuàng)辦了上海電氣公司，裝機(jī)容量12KW，5盞電燈。1913年上海楊樹(shù)浦發(fā)電廠發(fā)電，1924年該廠裝機(jī)12臺(tái)，總?cè)萘?21MW，成為當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)東第一大發(fā)電廠。1949年以前，僅東北有220KV和154KV的電網(wǎng)（日本人建造）。8

5、0年代，形成了17個(gè)以220KV為骨干輸電網(wǎng)的跨省地區(qū)電網(wǎng)和省際電網(wǎng)。 1972年由甘肅天水陜西關(guān)中的534KM的我國(guó)第一條330KV輸電線路工程。 1981年由河南平頂山湖北武漢的全長(zhǎng)595KM的我國(guó)第一條500KV輸電線路。1989年建成了我國(guó)第一條遠(yuǎn)距離500KV葛洲壩上海的直流輸電線路 目前，形成7個(gè)跨省區(qū)電網(wǎng)和山東500KV的主干網(wǎng)絡(luò)1997年三峽工程建設(shè)，26臺(tái)700MW ，15回500KV交流及三回500KV直流，連接華東、華中、河南、四川、廣東等電網(wǎng)，中國(guó)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的核心。 三、電力工業(yè)發(fā)展的歷程 我國(guó)電網(wǎng)的電壓等級(jí)和頻率 （50HZ）交流系統(tǒng)的額定電壓等級(jí)：220/380V3K

6、V6KV10KV20KV（僅在蘇州工業(yè)園區(qū)）35KV60KV110KV220KV330KV（西北電網(wǎng)）500KV750KV （西北電網(wǎng)，正在建設(shè)中）1000KV（計(jì)劃建設(shè)中）高壓直流輸電HVDC的電壓等級(jí)： 500KV， 800KV（計(jì)劃建設(shè)中）三、電力工業(yè)發(fā)展的歷程中國(guó)電網(wǎng)500kV220kV330kVThermal PlantHydroPlantNuclearPlant新疆西藏東北華北西北川渝華中華東南方西電東送，南北互供3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydro Power BaseThermal BaseAC2015-2

7、020全國(guó)聯(lián)網(wǎng)示意圖DCPossible International connection北通道中通道南通道2020年每通道傳輸功率近20GW in 2020.西電東送，南北互供截至2003年底，全國(guó)總裝機(jī)總?cè)萘?.845億千瓦，為1980年的5.84倍，居世界第二位，年發(fā)電量19080億千瓦時(shí)，為1980年的6.34倍。預(yù)計(jì)2020年，全國(guó)總裝機(jī)容量將達(dá)到9.51億千瓦，年發(fā)電量超過(guò)45000億千瓦時(shí)。 19802002年全國(guó)發(fā)電量如圖示（億千瓦時(shí)）2001年水電發(fā)電量（2611億千瓦時(shí)）已接近1980年全國(guó)發(fā)電量（3006億千瓦時(shí)）國(guó)際比較（1）全局比較2002年全球發(fā)電裝機(jī)容量約為35億

8、千瓦，其中北美約9億千瓦，西歐約6億千瓦，發(fā)展中國(guó)家約15億千瓦。我國(guó)裝機(jī)3.53億千瓦，居世界第二位。全球人均裝機(jī) 0.5千瓦；人均發(fā)電量2500千瓦時(shí)。2001年我國(guó)人均裝機(jī)0.265千瓦，人均發(fā)電量1150千瓦時(shí)；約為世界平均水平的一半左右。國(guó)際比較（2）與發(fā)達(dá)國(guó)家比較2001年美國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量8.547億千瓦，發(fā)電量為 37790 億千瓦時(shí)，人均裝機(jī) 2.9 千瓦，人均發(fā)電量 13160千瓦時(shí)；同年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量 3.38 億千瓦，發(fā)電量為14838億千瓦時(shí)，人均裝機(jī) 0.265千瓦，人均發(fā)電量 1150千瓦時(shí)；總量不及美國(guó)一半，人均量約為十一分之一。電力工業(yè)發(fā)展的任務(wù)2020年的電

9、源結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 根據(jù)中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)的研究結(jié)果，2000年2010年2020年總裝機(jī)（億千瓦）3.194.93 7.51 水電裝機(jī)（億千瓦）/ %0.79 / 24.91.23 / 25.01.99 / 26.5火電裝機(jī)（億千瓦）/ %2.37 / 74.43.55 / 72.0 5.20 / 69.3核電裝機(jī)（億千瓦）/ %0.02 / 0.660.128 / 2.590.269 / 3.58 電力工業(yè)發(fā)展前途廣闊四、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的構(gòu)成 20世紀(jì)中葉以來(lái)出現(xiàn)的大電力系統(tǒng)，是一切工業(yè)系統(tǒng)中，規(guī)模最大、層次復(fù)雜、資金和技術(shù)密集的人造復(fù)合系統(tǒng)，是人類(lèi)工程科學(xué)史上最重要的成就之一。貨幣流：電能的市場(chǎng)

10、行為交易活動(dòng)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)由電力流、信息流、貨幣流構(gòu)成電力流：是指電能的轉(zhuǎn)化和變換、電能傳輸、分配、使用。信息流：主要是指由傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的，旨在電力系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的監(jiān)控、保護(hù)、自動(dòng)控制、調(diào)度自動(dòng)化等組成的能量管理系統(tǒng)； 五、電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)及基本要求電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)電能不能大量?jī)?chǔ)存，要求電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用幾乎是在同一瞬間內(nèi)完成。電能和社會(huì)的生產(chǎn)、人民的生活、國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)緊密相關(guān)。 電力系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程短促，因此電力系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)與控制非常困難。電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求的發(fā)展趨勢(shì)供電安全可靠性，根據(jù)可靠性要求不同，分為、負(fù)荷。電能的優(yōu)質(zhì)性，頻率、電壓、

11、波形運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，一次能源的消耗、網(wǎng)損和線損美加“8.14”大停電事故紐約一篇漆黑，布什一臉無(wú)奈，與911并提美加“8.14”大停電事故停電損失 265個(gè)電廠（531臺(tái)發(fā)電機(jī)）停運(yùn) 幾十條高壓輸電線路被切除 35個(gè)輸電斷面斷開(kāi) 失去61.8GW負(fù)荷 影響人口：5000萬(wàn)人口， 覆蓋地區(qū)：240萬(wàn)平方公里 每天損失：300億美元 停電時(shí)間29小時(shí)六、電力工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量越來(lái)越大，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)越來(lái)越高（臨界、超臨界）。 電壓等級(jí)越來(lái)越高，特高壓輸電，交流750，1000kv，直流800KV大容量、遠(yuǎn)距離輸電，交直流混合輸電及大型電力系統(tǒng)的互聯(lián)輸電。 美加電網(wǎng)、統(tǒng)一電網(wǎng)、三峽后的全國(guó)聯(lián)網(wǎng)等, 等。 隨著計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)成為各項(xiàng)技術(shù)競(jìng)相引入的交匯點(diǎn)，高度自動(dòng)化和信息化。席卷全球的電力市場(chǎng)化。美國(guó)、英國(guó)電力市場(chǎng)化，我國(guó)正在構(gòu)建中。分布式發(fā)電，太陽(yáng)能、風(fēng)能、燃料電池、地?zé)?、小型燃?xì)廨啓C(jī)新能源發(fā)電形式。500kV交流變電站全景500kV交、