第1講現(xiàn)代電力系統(tǒng)基本概念匯總

第1講現(xiàn)代電力系統(tǒng)基本概念匯總第一頁，共108頁。參考書目

1.倪以信，陳壽孫，張寶霖著，《動態(tài)電力系統(tǒng)的理論和分析》，清華大學(xué)出版社，20022.PRASHAKUNDUR，《PowerSystemStabilityandControl》（英文影印版），中國電力出版社，20013.王錫凡主編，現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析，科學(xué)出版社，20034.余貽鑫，王成山編著，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論與方法，科學(xué)出版社，19995.韓禎祥著，電力系統(tǒng)穩(wěn)定，中國電力出版社，1995第二頁，共108頁。內(nèi)容1電力系統(tǒng)的發(fā)展歷史

2現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點

3電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)

3電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述第三頁，共108頁。電力系統(tǒng)的發(fā)展歷史

自1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律以來，電能逐步成為主要的二次能源，人類也開始步入電的世界。

1875年法國巴黎建成第一座火力發(fā)電廠，由直流發(fā)電機供附近照明用電。這標志著世界電力時代的來臨。第四頁，共108頁。

1882年1月，在英國倫敦建成英國第一個商用發(fā)電廠。

1882年9月，愛迪生在紐約市珍珠街站（PearlStreetStation）建成了世界上第一座較完整的電力系統(tǒng)。裝有6臺蒸汽機帶動的直流發(fā)電設(shè)備，以110V地下電纜供電，最大供電距離1.6km，起初是供1284盞白熾燈，四個月后發(fā)展到5000盞燈。創(chuàng)建了初步的電力工業(yè)技術(shù)體系。

第五頁，共108頁。

1882年9月，在美國威斯康星州亞浦爾頓的富克斯河上，建設(shè)了一座較大的水電站，采用直流發(fā)電機發(fā)電，約25kW。1886年前，主要是直流供電系統(tǒng)。由于直流供電系統(tǒng)的電壓不能很高，限制了供電距離和供電容量，不能滿足日益增長的需要。

第六頁，共108頁。

在發(fā)展直流發(fā)電、輸電系統(tǒng)的同時，一些研究者也在探討和開發(fā)交流電技術(shù)。

1881年，法國巴黎的盧西恩·高拉德和約翰·吉布斯取得“變壓器”和“交流輸電系統(tǒng)”專利。美國發(fā)明家喬治·威斯汀豪斯（GeorgeWestinghouse）買下此專利在美國的使用權(quán)。

1885年，喬治·威斯汀豪斯與威廉姆·斯坦利（WilliamStanley）在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了商用交流發(fā)電機和變壓器。第七頁，共108頁。

1886年他們在馬薩諸塞州（Massachusetts）的大巴林頓（GreatBarrington）建成第一個單相交流送電系統(tǒng)，向150盞燈供電。用變壓器將發(fā)電機側(cè)的電壓升高到3kV，輸送約1.2km，在受電端，又用變壓器降壓為500V。

1889年，在WillametteFalls和Portland間的Oregon建成美國的第一條單相交流輸電線路，全長21km，電壓為4kV。

第八頁，共108頁。

1888年，尼克拉·特斯拉(NikolaTesla)在美國電氣工程師學(xué)會的一次會議上提交了一篇論文，提出并證明了多相交流系統(tǒng)的優(yōu)越性。至1888年，尼克拉·特斯拉已擁有交流發(fā)電機、變壓器、輸電系統(tǒng)和電動機方面的多項專利。

喬治·威斯汀豪斯購買了這些專利，創(chuàng)建了當今交流系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

第九頁，共108頁。1891年，在德國勞芬電廠安裝了世界第一臺三相100kW交流發(fā)電機，并從勞芬電廠至法蘭克富建成世界上第一條三相交流輸電線路，總長175km，電壓15.2kV，輸送功率為200kW。1893年，美國在加利福尼亞建了一條三相交流輸電線路，全長12km，輸電電壓2.3kV。第十頁，共108頁。

在十九世紀九十年代，關(guān)于采用直流輸電還是交流輸電的問題，曾有過激烈的辯論——以愛迪生為代表一方主張直流系統(tǒng)

——以威斯汀豪斯為代表一方主張交流系統(tǒng)

第十一頁，共108頁。1894年，尼亞加拉大瀑布水電站建成，1896年采用交流輸電至布法羅，相距35km。這次送電成功，結(jié)束了自1880年以來交流電與直流電優(yōu)越性的爭論，交流電的優(yōu)勢（如變壓靈活，損耗低，交流電機簡單、經(jīng)濟等）迅速被確認，并迅速取得統(tǒng)治地位。

到世紀之交，交流系統(tǒng)終于贏得了勝利，從此交流系統(tǒng)開始了迅速地發(fā)展。

第十二頁，共108頁。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對電力的需求不斷上漲，使得輸電距離和輸電容量不斷增大。這些推動了交流輸電電壓的不斷提高。早期交流系統(tǒng)采用12kV,44kV和60kV的電壓等級；

1922年：165kV1923年：230kV1935年：287kV1953年：345kV1965年：500kV

1966年：765kV電壓等級不斷提高第十三頁，共108頁。

隨著輸電距離、輸電容量的不斷增大的需求，輸電電壓等級不斷提高。電壓（kV）安裝年代2.3441321501652302873455007651893189719161920192219231935195319651969

美國三相交流輸電電壓的發(fā)展：第十四頁，共108頁。

其他國家的輸電電壓發(fā)展：

瑞典于1954年首先建成世界上第一條380kV輸電線，此后美國、加拿大等歐美國家相繼使用330～345kV輸電系統(tǒng)。

原蘇聯(lián)于1964年完成了500kV輸電系統(tǒng)；1965年，建成±400kV直流輸電線路；1989年，建成一條世界上最高電壓1150kV、長1900km交流輸電線路。

加拿大1965年建成765kV輸電線路。第十五頁，共108頁。

西歐、北歐現(xiàn)在是380～400kV；前蘇聯(lián)和東歐是750kV、500kV，1989年建成1150kV交流輸電線路（但一直降壓運行），1900km；美國和加拿大是765kV和500kV。美國于1967年開始研究1500kV特高壓輸電技術(shù)，最后放棄此項研究。日本采用500kV，建有兩條1000kV特高壓輸電線路（降壓運行）。第十六頁，共108頁。

為規(guī)范應(yīng)用，工業(yè)界已將高壓交流輸電的電壓等級標準化，西方國家規(guī)定：

高電壓(HV)：115kV,138kV,161kV,230kV

超高壓（EHV）：345kV,500kV,765kV

特高壓（UHV)：1000kV及以上我國規(guī)定：高電壓(HV)：110kV,220kV,330kV

超高壓（EHV）：500kV,765kV

特高壓（UHV)：1000kV及以上第十七頁，共108頁。

交流電頻率在交流輸電系統(tǒng)發(fā)展早期有25Hz、50Hz、60Hz和133Hz。上世紀30年代，世界的電網(wǎng)頻率基本統(tǒng)一為50Hz和60Hz，其他頻率逐漸被淘汰。采用60Hz為標準頻率的還有北美、加拿大、日本、巴西等；采用50Hz為系統(tǒng)標準頻率的有歐洲、前蘇聯(lián)、南美（除巴西）、印度、日本、中國等。第十八頁，共108頁。

自20世紀50年代開始，隨著汞弧閥換流技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，高壓直流（HVDC)輸電開始在工程界得到應(yīng)用和發(fā)展。

第一個HVDC輸電工程于1954年建在瑞典，它通過高壓直流輸電將Vastervik和Baltic海中的Gotland島電力系統(tǒng)互聯(lián)，電壓為100kV。96km海底電纜互聯(lián)。

隨后的20多年，共投運了10多個基于汞弧閥換流的HVDC輸電工程。第十九頁，共108頁。

晶閘管及其換流技術(shù)的發(fā)展進一步推動了HVDC輸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

1972年，第一條應(yīng)用晶閘管閥的高壓直流系統(tǒng)是在伊爾河(EelRiver)，實現(xiàn)了魁北克(Quebec)和新布如斯維克(Brunswick)電力系統(tǒng)間的背靠背的異步互聯(lián)。隨著直流換流設(shè)備可靠性的提高，價格的降低和尺寸的縮小，HVDC輸電的應(yīng)用逐步擴大第二十頁，共108頁。

直流輸電因在異頻系統(tǒng)互聯(lián)、海底輸電、大容量遠距離輸電和為解決交流系統(tǒng)穩(wěn)定等方面具有獨特的優(yōu)勢，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。所以現(xiàn)代電力系統(tǒng)是交流輸電與直流輸電共存，屬于交直流混合系統(tǒng)。

到2004年，世界上已成功投運95項商業(yè)HVDC工程，總傳輸容量達到70GW，最高電壓等級達到600kV。

第二十一頁，共108頁。

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，為提高效率，降低成本，發(fā)電設(shè)備容量不斷增大。容量（MVA）安裝年代4108158232615718189519411966197319751978容量（MVA）安裝年代5502165069071120191419371953196319691974汽輪發(fā)電機容量水輪發(fā)電機容量美國發(fā)電機單機容量發(fā)展第二十二頁，共108頁。

在火電廠，機組容量越大，效率越高。汽輪機組單機容量的增大是隨蒸汽參數(shù)提高而實現(xiàn)的。

最早的汽輪機組是低溫、低壓機組。逐漸發(fā)展為中溫中壓、高溫高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力機組，現(xiàn)在正發(fā)展超超臨界壓力機組。

目前世界上大多數(shù)國家，絕大多數(shù)機組采用亞臨界壓力；采用超臨界壓力機組最多的國家主要是美國、日本和原蘇聯(lián)。

第二十三頁，共108頁。

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，各電力系統(tǒng)間通過聯(lián)絡(luò)線進行互聯(lián)，形成聯(lián)合（互聯(lián)）電力系統(tǒng)，使得電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大和發(fā)展?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)甚至發(fā)展成為了跨國電力系統(tǒng)。美國和西歐等發(fā)達國家的電力系統(tǒng)都實現(xiàn)了全國聯(lián)網(wǎng)，甚至跨國聯(lián)網(wǎng)。第二十四頁，共108頁。北美電力系統(tǒng)——美加電力系統(tǒng)第二十五頁，共108頁。

歐洲互聯(lián)電力系統(tǒng)（UCTE/CENREL）第二十六頁，共108頁。

電力市場化。為了提高電力工業(yè)的營運效率和改善供電服務(wù)，20世紀90年代初英國進行了電力民營化、實行發(fā)、輸、配電分離，在發(fā)電環(huán)節(jié)引入競爭，輸配電環(huán)節(jié)實行價格管制和統(tǒng)一經(jīng)營，售電市場逐步開放的電力體制改革。90年代中期，澳大利亞、南美和北歐一些國家以及美國部分州也相繼進行了以發(fā)、輸電分離，發(fā)電領(lǐng)域引入競爭機制、開放國家電網(wǎng)、建立電力市場等為內(nèi)容的改革。第二十七頁，共108頁。大機組、大電廠、大電網(wǎng)、高參數(shù)、高電壓（超高壓、特高壓）；交直流混合輸電系統(tǒng)；電力工業(yè)的市場化體制改革（電力市場）優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，發(fā)展可再生新能源發(fā)電；電力新技術(shù)應(yīng)用：如空冷技術(shù)、潔凈煤技術(shù)、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等

現(xiàn)代世界電力系統(tǒng)：第二十八頁，共108頁。

中國電力工業(yè)從1882年有電以來，至今已走過了125年的歷程。中國電力的發(fā)展與世界有電的歷史幾乎同步，1879年，中國上海公共租界點亮了第一盞電燈，隨后1882年由英國商人在上海創(chuàng)辦了中國第一家公用電業(yè)公司——上海電氣公司。第二十九頁，共108頁。

1882年至1949年，中國因遭受內(nèi)亂外侵，年年戰(zhàn)事，電力工業(yè)發(fā)展非常緩慢。

1949年，全國裝機容量只有185萬KW、發(fā)電量43億KWh，人均年用電量只有9kWh，裝機容量和發(fā)電量分別居世界第21位和第25位國內(nèi)當時除東北僅有一條220KV線路和幾條154KV線路，其他地區(qū)只有以城市供電區(qū)為中心的發(fā)電廠及直配線。中國當時的電力工業(yè)處于落后地位。第三十頁，共108頁。

1949--1978年,在不到30年的時間里,全國發(fā)電裝機容量達到5712萬KW,發(fā)電量達到2566億KWh,分別比1949年增長了29.9倍和58.7倍,裝機容量的發(fā)電量分別躍居世界第8位和第7位。

1987年，中國發(fā)電裝機容量實現(xiàn)了歷史性的突破，超過了1億KW。此后，電力工業(yè)連續(xù)每年新投產(chǎn)發(fā)電機組都超過1000萬千瓦，從1987年僅用7年時間，全國發(fā)電裝機容量翻了一番，1994年跨上2億千瓦的臺階。第三十一頁，共108頁。1995年后又僅用5年的時間，2000年全國發(fā)電裝機容量又跨上3億千瓦的臺階。

2004年，全國發(fā)電裝機容量達到4個億千瓦。水電裝機容量已突破1億千瓦。

2005年底，全國發(fā)電裝機容量達到5.17億千瓦。

2007年6月，全國發(fā)電裝機容量已超過6.5億千瓦。

2007年底，全國發(fā)電裝機容量達到7.1億千瓦。

第三十二頁，共108頁。

我國發(fā)電裝機容量和發(fā)電量先后躍過法國、英國、加拿大、德國、俄羅斯和日本等發(fā)達國家和經(jīng)濟大國，于1996年底躍居世界第2位，僅次于美國。發(fā)電裝機容量和發(fā)電量已連續(xù)十一年位居世界第二位。2004年水電裝機容量超過1億千瓦，位居世界首位。第三十三頁，共108頁。

實施“優(yōu)先開發(fā)水電，大力發(fā)展火電，適當發(fā)展核電，積極開發(fā)新能源發(fā)電”的方針。2005年末發(fā)電裝機容量構(gòu)成第三十四頁，共108頁。

我國水能資源得到獨厚，總量居世界第一.據(jù)統(tǒng)計，我國河流水能資源蘊藏量6.76億kw,年發(fā)電量5922億kwh；可能開發(fā)水能資源的裝機容量3.78億kw，年發(fā)電量9200億kwh。

水能資源主要分布在西部和中南部。隨著廣蓄、天生橋(高壩)、小浪底、二灘、三峽等一批世界級水電站的建設(shè)，中國已逐步進入世界水電建設(shè)前列.是世界水電發(fā)展最快的國家.第三十五頁，共108頁。

煤炭資源分布的面較廣，全國2300多個縣市中1458個有煤炭儲存，但90％的儲量分布在秦嶺-淮河以北地區(qū)，尤其是晉陜蒙三省區(qū)，占到全國總量的63.5％。石油、天然氣資源集中在東北、華北（包括山東）和西北，第三十六頁，共108頁。

目前,我國火電廠單機容量已上升到以30萬千瓦、60千瓦為主。到2005年底，30萬千瓦及以上機組占火電裝機總量的42%。

火電主力機組為30萬千瓦、60萬千瓦，參數(shù)達到超臨界、超超臨界，現(xiàn)在已建成單機容量為90萬千瓦、100萬千瓦的機組。

第三十七頁，共108頁。

1985年中國開始興建第一座核電站——浙江秦山核電站，容量30萬千瓦，壓水堆型。1991年12月15日并網(wǎng)發(fā)電，1994年4月1日商業(yè)運行。二期工程二臺國產(chǎn)60萬千瓦核電機組，和三期工程二臺自加拿大引進的重水堆型70萬千瓦核電機組。

第三十八頁，共108頁。

廣東深圳大亞灣核電站，是中國興建的第二座大型核電站，引進英、法兩國設(shè)備，安裝二臺90萬千瓦壓水堆型核電機組。1993一號機組并網(wǎng)發(fā)電，1994年商業(yè)運行；二號機組于1994年5月6日商業(yè)運行。大亞灣第二核電站-嶺澳核電站，安裝四臺壓水堆型100萬千瓦核電機組；江蘇連云港核電站，由俄羅斯引進二臺100萬千瓦核電機組；廣東省第三座核電站，即陽江核電站，安裝6臺100萬千瓦核電機組。第三十九頁，共108頁。電網(wǎng)建設(shè)50年代以前，中國只有東北、京津唐、臺灣省建有規(guī)模不大的地區(qū)高壓電網(wǎng)和上海市的33千伏電壓等級的電網(wǎng)，其他各地大多是以城市為供電中心的孤立電廠和供電區(qū)。

50年代，隨著一批中型電廠的投產(chǎn)，建成一些110千伏、220千伏地區(qū)電力系統(tǒng)。“西電東送,南北互濟,全國聯(lián)網(wǎng)”第四十頁，共108頁。

60年代到70年代末,許多電網(wǎng)發(fā)展成以220千伏為主干的全省統(tǒng)一電力系統(tǒng)或跨省電力系統(tǒng)。

80年代以來，中國電網(wǎng)得到較大發(fā)展，一些500千伏和大量220千伏輸變電工程相繼完成，使原有各電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，提高了輸電能力，擴大了電網(wǎng)覆蓋面積。

由于歷史的原因，中國電網(wǎng)現(xiàn)存兩種電壓等級系列.除西北電網(wǎng)采用750、330、110、35千伏電壓系列外,其他各電網(wǎng)均采用1000、500、220、110、35千伏電壓系列。

第四十一頁，共108頁。

我國的電網(wǎng)建設(shè)也得到了巨大的發(fā)展，形成大區(qū)電網(wǎng),并且全國大區(qū)聯(lián)網(wǎng)和西電東送聯(lián)網(wǎng)建設(shè)不斷加強，相應(yīng)的城鄉(xiāng)電網(wǎng)也得到改造和加強，到2001年底，全國220KV及以上線路達到17.66萬Km,變電容量達到4.73億KVA。

已基本形成了以500千伏（西北區(qū)域為330千伏）為主、220千伏為輔的主網(wǎng)架，加大了跨區(qū)、跨省的電力輸送能力。到2005年底，全國220千伏及以上輸電線路回路長度和變電設(shè)備容量已分別達到25.19萬公里和86680萬千伏安。

第四十二頁，共108頁。電網(wǎng)建設(shè)第四十三頁，共108頁。

西電東送,南北互濟通道第四十四頁，共108頁。

1972年我國第一條330KV超高壓輸變電工程—劉家峽經(jīng)天水到陜西關(guān)中全長534km的線路投產(chǎn)。

1981年建成了從河南平頂山—湖北武漢的我國第一條全長595km的500kV線路。

1985年全部采用國產(chǎn)設(shè)備的遼寧錦州到遼陽的500kV輸變電工程投產(chǎn)。此后，500kv（包括330kv）電網(wǎng)工程在我國許多省份和大區(qū)內(nèi)的省際間迅速發(fā)展。第四十五頁，共108頁。

2005年9月26日，我國第一個750千伏輸變電示范工程正式投入運行，這標志著我國電網(wǎng)建設(shè)和輸變電設(shè)備制造水平跨入世界先進行列。第四十六頁，共108頁。

1977年中國建成一條31千伏直流輸電工業(yè)性試驗電纜線路。浙江省鎮(zhèn)海到舟山島的跨海峽±100千伏直流輸電第一期工程,輸電容量5萬千瓦，海底電纜長11公里，1989年9月投入運行。換流站設(shè)備全部是國產(chǎn)。建成第一條±500千伏、長1080公里的直流輸電線路，西起華中電網(wǎng)葛洲壩水電站的宋家壩變電所，東到華東電網(wǎng)上海市南郊換流站,輸送功率120萬千瓦。第一期單極輸電于1989年8月調(diào)試并投入運行，第二期工程于1990年投入運行。

第四十七頁，共108頁。

目前正在建設(shè)的特高壓試驗項目，其中有山西晉城到湖北荊州1000千伏交流特高壓、云南到廣東±800千伏直流特高壓，現(xiàn)已開工，還有一條是向家壩到上海特高壓直流線路。第四十八頁，共108頁。

隨著三峽工程正式開工，與之配套的三峽輸變電工程也于1997年1月正式開工，其建設(shè)將確保三峽的電力輸送到華中、華東、廣東及重慶等地區(qū)，同時也將促進中國逐步形成以三峽電站為中心的全國聯(lián)網(wǎng)。

2009年三峽電站全部建成后，總功率為18200MW,將通過15回500KV交流輸電線路和3回500KV直流輸電線路向全國輸電。第四十九頁，共108頁。1987年9月國務(wù)院對電力工業(yè)及時提出“政企分開,省為實體,聯(lián)合電網(wǎng),統(tǒng)一調(diào)度,集資辦電”的20字方針,為電業(yè)改革指明道路。

1998年3月，九屆人大一次會議決定批準成立國家電力公司。成立國家電力公司標志著我國電力工業(yè)管理體制由計劃經(jīng)濟向社會主義市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)政企分開的歷史性轉(zhuǎn)折.

管理體制第五十頁，共108頁。2002年以前，中國電力工業(yè)是由國家統(tǒng)一決策、管理、經(jīng)營，下設(shè)有網(wǎng)局、省局、地區(qū)局、縣級等電力部門。第五十一頁，共108頁。2002年12月，以“廠網(wǎng)分開

，競價上網(wǎng)”為標志的電力體制改革正式啟動，原來“大一統(tǒng)”的國家電力公司，被拆分為國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司以及國電、華電、華能、中電投、大唐五大發(fā)電集團，發(fā)電側(cè)的競爭態(tài)勢初步形成。政府設(shè)有發(fā)改委和電監(jiān)會。

由此向建立統(tǒng)一、競爭、有序的電力市場邁進，逐步與國際接軌，與國際電力改革潮流一致。

第五十二頁，共108頁。改革思路實施具體分為四個步驟：

(1)實現(xiàn)政企分開，成立國家電力公司并撤消電力部；

(2)從1998年到2000年，進行省為實體的公司制改組，實行“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”試點，到2000年國家電力公司系統(tǒng)建立現(xiàn)代企業(yè)制度；

(3)從2001年到2010年，基本完成跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)，形成全國聯(lián)合聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)一調(diào)度。實行“廠網(wǎng)分開”，所有電廠不論產(chǎn)權(quán)關(guān)系，都作為具有同等地位的獨立的市場競爭主體參與競爭；

(4)2010年以后，根據(jù)條件實行發(fā)、輸、配三個環(huán)節(jié)分開，建立規(guī)范有序的電力市場，在更大范圍內(nèi)引入競爭機制。第五十三頁，共108頁。

國家電力公司的成立及電力市場的起步，是我國電力工業(yè)在20世紀末所出現(xiàn)的具有歷史性意義的2件大事。第五十四頁，共108頁。中國電力工業(yè)現(xiàn)狀

當今的中國電力工業(yè)已進入大電網(wǎng)、超高壓、大機組、高參數(shù)、西電東送、南北互濟、全國聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展階段，穩(wěn)步實施電力市場、深化電力體制改革，并正向高效、環(huán)保、安全、經(jīng)濟的更高目標邁進。

第五十五頁，共108頁。

我國電力工業(yè)的發(fā)展將以提高能源效率，保護生態(tài)環(huán)境，加強電網(wǎng)建設(shè)，有序發(fā)展水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進核電建設(shè)，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵新能源發(fā)電，帶動裝備工業(yè)的技術(shù)進步，加強國際合作，深化體制改革為基本方針。這也是“十一五”期間我國電力工業(yè)發(fā)展的基本政策取向。

第五十六頁，共108頁。

電源布局從長期來預(yù)測，我國電源領(lǐng)域?qū)⑿纬杀辈恳曰痣姙橹?、西南部以水電為主、東南部以核電為主的三大板塊，并有大量的、廣泛的新能源發(fā)電。

電源發(fā)展

優(yōu)化發(fā)展煤電、有序發(fā)展水電、積極推進核電建設(shè)、積極發(fā)展新能源

第五十七頁，共108頁。

電網(wǎng)建設(shè)：西電東送、南北互濟、全國聯(lián)網(wǎng)，在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

預(yù)計2020年，西電東送的總?cè)萘繉⑦_到約1億kW。

“西電東送”指開發(fā)貴州、云南、廣西、四川、內(nèi)蒙古、山西、陜西等西部省區(qū)的電力資源，將其輸送到電力緊缺的廣東、上海、江蘇、浙江和京、津、唐地區(qū)。

“西電東送”包括三大通道，即南通道、中通道、北通道。

第五十八頁，共108頁。

南通道——位于云黔桂交界處的天生橋水電站，目標是實現(xiàn)向廣東送電一千萬千瓦的戰(zhàn)略目標。

中通道——目標是實現(xiàn)川渝電網(wǎng)與華中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)三峽至華東輸電線路。中通道要能夠滿足三峽、溪洛渡等大型水電站電力外送的需要。

北通道——在華北電網(wǎng)內(nèi)部，內(nèi)蒙古、山西到京津唐電網(wǎng)的送電線路將得到加強

第五十九頁，共108頁。

我國電網(wǎng)發(fā)展的基本思路與實施步驟：以三峽電網(wǎng)為中心，推進全國聯(lián)網(wǎng)：三峽電網(wǎng)先向北與華北的聯(lián)網(wǎng)，以及與西北的聯(lián)網(wǎng)，向南與華南的聯(lián)網(wǎng)，向西則隨金沙江溪洛渡、向家壩電力外送，使三峽電網(wǎng)繼續(xù)擴展并得到進一步的加強；

配合大型水電站和火電基地的建設(shè)，進一步加大“西電東送”和“北電南送”的力度，實現(xiàn)以送電為主的“送電型”聯(lián)網(wǎng)

第六十頁，共108頁。

不斷加強各大區(qū)自身電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用交流或直流，實現(xiàn)以聯(lián)網(wǎng)效益為主的“效益型”聯(lián)網(wǎng)；把全國聯(lián)網(wǎng)與加強各地區(qū)電網(wǎng)自身網(wǎng)架的建設(shè)結(jié)合起來，最后推進全國聯(lián)網(wǎng)的形成和發(fā)展；

與此同時還要重視發(fā)展我國電網(wǎng)與周邊國家電網(wǎng)的互聯(lián)。

第六十一頁，共108頁。

跨國聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展：

北面與俄羅斯西伯利亞電網(wǎng)互聯(lián)，以實現(xiàn)俄羅斯豐富的水電向中國送電；東面是結(jié)合俄羅斯西伯利亞向我國華北、東北送電，實現(xiàn)與朝鮮半島的聯(lián)網(wǎng)；西面是新疆與吉爾吉斯、哈薩克電網(wǎng)的互聯(lián)，以解決新疆西南部的電力緊缺，并進一步延伸與阿富汗國家電網(wǎng)的互聯(lián)；南面則主要通過開發(fā)瀾滄江景洪水電站經(jīng)過老撾向泰國送電，實現(xiàn)與東南亞的送電聯(lián)網(wǎng)。第六十二頁，共108頁。

總之，21世紀的中國電網(wǎng)，將隨著北部火電，西部、南部水電和東部核電，以及大量的、廣泛的新能源發(fā)電的基礎(chǔ)上，進一步擴大和加強大區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和大區(qū)間的聯(lián)網(wǎng)，逐步形成一個統(tǒng)一而“可靠、高效、靈活、開放”的全國聯(lián)合大電網(wǎng)。與此同時，從中國聯(lián)合大電網(wǎng)出發(fā)，向北與俄羅斯，向東與朝鮮半島和日本，向西與吉爾吉斯、哈薩克電網(wǎng)的互聯(lián)，向南與東南亞諸國和印尼、菲律賓電網(wǎng)的互聯(lián)，逐步形成范圍廣大的亞洲東部聯(lián)合電網(wǎng)。

第六十三頁，共108頁。

深化電力體制改革，穩(wěn)步推進中國特色的電力市場。發(fā)展和規(guī)范中國電力市場。第六十四頁，共108頁。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特點

多種能源發(fā)電大容量、高參數(shù)機組（大電廠）高電壓、遠距離輸電交直流混合輸電電網(wǎng)互聯(lián)（大電網(wǎng)）新技術(shù)、新設(shè)備、新器件廣泛應(yīng)用自動化水平大大提高第六十五頁，共108頁。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特點

更加重視電能質(zhì)量問題電力市場化

打破壟斷、解除管制、引入競爭、建立電力市場，合理配置資源，提高資源利用率，促進電力工業(yè)與社會、經(jīng)濟、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。第六十六頁，共108頁。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特點

電力工業(yè)面對新的外部環(huán)境制約

(1)環(huán)境污染

(2)能源產(chǎn)地和主要利用能源的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)分布不平衡

(3)電力設(shè)施占用土地資源

(4)民眾的意見第六十七頁，共108頁。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特點

設(shè)備多、系統(tǒng)復(fù)雜、影響因素多大停電事故將帶來災(zāi)難性后果

如2003年發(fā)生的“8·14美加大停電”我國2008年的冰雪之災(zāi)。

第六十八頁，共108頁。

電網(wǎng)互聯(lián)的優(yōu)點

提高了供電可靠性可減少裝機容量和備用容量為大機組、大電廠投運提供了條件可實現(xiàn)能源資源優(yōu)化配置和規(guī)模經(jīng)濟效益互聯(lián)電網(wǎng)為電力市場提供了物質(zhì)基礎(chǔ)電網(wǎng)互聯(lián)可以取得巨大的環(huán)保效益第六十九頁，共108頁。

電網(wǎng)互聯(lián)帶來的問題

系統(tǒng)規(guī)劃與資源配置的優(yōu)化問題互聯(lián)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)組織、運行與管理問題大系統(tǒng)的動態(tài)行為與安全性分析問題潮流控制問題電力市場下相關(guān)支撐技術(shù)問題第七十頁，共108頁。

電網(wǎng)互聯(lián)帶來的問題

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題

由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行方式越來越復(fù)雜多變，特別是很多遠距離大功率輸電線路和系統(tǒng)間弱聯(lián)系的出現(xiàn)，互聯(lián)電網(wǎng)的阻尼作用減小，使得電網(wǎng)穩(wěn)定性問題越發(fā)突出。差不多每一次系統(tǒng)性事故都與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性破壞有關(guān)，因此，保證電力系統(tǒng)安全供電的主要途徑之一是不斷提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第七十一頁，共108頁。

電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)

電力系統(tǒng)的運行條件

用三組方程式來描述：

(1)微分方程式：描述電力系統(tǒng)的動態(tài)行為。

(2)等式約束的代數(shù)方程式：描述功率平衡關(guān)系。

(3)不等式約束的代數(shù)方程式：描述安全約束條件。

第七十二頁，共108頁。

電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)

電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)

正常狀態(tài)警戒狀態(tài)緊急狀態(tài)系統(tǒng)崩潰恢復(fù)狀態(tài)運行條件第七十三頁，共108頁。

電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)第七十四頁，共108頁。

正常狀態(tài)

所有系統(tǒng)變量都在正常范圍，處于安全運行方式，能夠承受正常的干擾而不產(chǎn)生影響正常運行的后果。正常干擾下，系統(tǒng)能從一個正常狀態(tài)連接變化到另一個正常狀態(tài)。

在保證了安全的條件下，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。

第七十五頁，共108頁。

警戒狀態(tài)

所有系統(tǒng)變量仍然在可接受范圍，各種約束條件仍能滿足，但系統(tǒng)的安全儲備大大減少，并低于某一裕度限值。對外界干擾的抵抗能力削弱了。干擾的作用下，，就有可能使某些不等約束條件越限（如設(shè)備過負荷），進入緊急狀態(tài)。足夠嚴重干擾下，甚至直接進行系統(tǒng)崩潰。第七十六頁，共108頁。

警戒狀態(tài)

在警戒狀態(tài)下，應(yīng)及時采取預(yù)防性的控制措施（如增加和調(diào)整發(fā)電機出力，調(diào)整負荷的配置，切換線路等），使系統(tǒng)盡快恢復(fù)到正常狀態(tài)。第七十七頁，共108頁。

緊急狀態(tài)

在遭受一個足夠嚴重的干擾后，運行參數(shù)將偏離正常運行狀態(tài)，某些不等式約束條件已不能滿足，進入緊急狀態(tài)。（1）母線電壓下降，低于允許值。（2）系統(tǒng)頻率超過或低于允許值。（3）線路潮流或其他元件的符合超過極限值。第七十八頁，共108頁。

緊急狀態(tài)

進入緊急狀態(tài)后，應(yīng)及時采取緊急控制方式，迅速抑制干擾及電力系統(tǒng)異常狀態(tài)的發(fā)展和擴大，使系統(tǒng)恢復(fù)到警戒狀態(tài)，并進一步進入正常狀態(tài)。緊急控制有：故障快速切除、勵磁控制、快關(guān)汽門、切機、切負荷、直流調(diào)制等，以及必要的人工干預(yù)。第七十九頁，共108頁。

系統(tǒng)崩潰

在進入緊急狀態(tài)后，如不及時采取相應(yīng)的控制措施，或者這些措施不當，會引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定，甚至系統(tǒng)崩潰，引起大面積停電，帶來嚴重后果。此時應(yīng)采取措施使停電范圍盡可能小。如切負荷，有效解列等第八十頁，共108頁。

恢復(fù)狀態(tài)

采取一系列的操作，使各子系統(tǒng)穩(wěn)定下來，恢復(fù)設(shè)備的相連，恢復(fù)各解列部分的并列運行，恢復(fù)對負荷的供電。根據(jù)電力系統(tǒng)的實際情況確定是恢復(fù)到正常狀態(tài)，還是警戒狀態(tài)。第八十一頁，共108頁。

運行狀態(tài)分類的好處

人為分類。

清楚地了解電力系統(tǒng)安全運行的概念及在各種情況下進行控制的特點。針對不同的狀態(tài)，可開發(fā)有效的控制策略和運行人員操作。

第八十二頁，共108頁。

電力系統(tǒng)控制

對電力系統(tǒng)的基本要求

(1)保證供電可靠性，達到可靠性水平要求。

(2)能適應(yīng)負荷的發(fā)展需求。

(3)保證良好的電能質(zhì)量。

(4)在保證安全可靠優(yōu)質(zhì)運行的條件下，提高運行的經(jīng)濟性。

(5)對生態(tài)環(huán)境的影響最小。

第八十三頁，共108頁。

電力系統(tǒng)控制

設(shè)備級控制

(1)發(fā)電機組控制：原動機控制和勵磁控制。

原動機控制調(diào)發(fā)電機轉(zhuǎn)速有功出力調(diào)頻動力系統(tǒng)參數(shù)勵磁控制電壓控制無功出力控制第八十四頁，共108頁。

電力系統(tǒng)控制

設(shè)備級控制

(2)輸配電控制：包括功率和電壓控制設(shè)備：

SVC，同步調(diào)相機，投切電容器和電抗器，有載調(diào)壓變壓器，移相變壓器，HVDC輸電控制，超導(dǎo)儲能，F(xiàn)ACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）設(shè)備等。第八十五頁，共108頁。

電力系統(tǒng)控制

設(shè)備級控制

(2)輸配電控制：包括功率和電壓控制設(shè)備：

SVC，同步調(diào)相機，投切電容器和電抗器，有載調(diào)壓變壓器，移相變壓器，HVDC輸電控制，超導(dǎo)儲能，F(xiàn)ACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）設(shè)備等。第八十六頁，共108頁。

電力系統(tǒng)控制

系統(tǒng)級控制

(1)

電網(wǎng)自動化

SCADA，狀態(tài)估計，自動發(fā)電控制，廣域量測系統(tǒng)，高等應(yīng)用軟件等。

(2)系統(tǒng)級保護第八十七頁，共108頁。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制?Generatorexcitationcontrols?Primemovercontrolsincludingfastvalving?Generatortripping，generationrescheduling?Fastfaultclearing?Highspeedreclosing,andsingle-poleswitching?Dynamicbraking?Loadtrippingandmodulation?Reactivepowercompensationswitchingormodulation(seriesandshunt)?Currentandvoltageinjectionsbyvoltagesourceinverterdevices(STATCOM,UPFC,SMES,batterystorage)?Fastvoltagephaseanglecontrol?HVDClinksupplementarycontrols?Adjustable-speed(doubly-fed)generation?Controlledseparationandunderfrequencyloadshedding第八十八頁，共108頁。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述1基本概念和定義

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)在正常運行條件下當受到一個干擾后能維持在某一運行平衡（穩(wěn)態(tài)）狀態(tài)或重新達到一個可接受的平衡狀態(tài)的特性。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定是指同步穩(wěn)定或功角穩(wěn)定問題，即維持同步運行的能力。它受發(fā)電機轉(zhuǎn)子角動態(tài)和功角關(guān)系的影響。

第八十九頁，共108頁。

電壓穩(wěn)定性問題：在電力系統(tǒng)正常運行條件下或受到干擾后維持電力系統(tǒng)所有母線電壓在允許水平的能力。例如：同步發(fā)電機通過輸電線路向感應(yīng)電動機負荷供電所組成的系統(tǒng)，功角穩(wěn)定不是問題，但可能因干擾的作用，負荷電壓崩潰。

第九十頁，共108頁。

電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定的原因：干擾小干擾：負荷波動等大干擾：短路故障、切除發(fā)電機、聯(lián)絡(luò)線斷線等穩(wěn)定的：某一運行條件下，受到干擾后，憑借本身固有的能力和控制設(shè)備的作用，最后回復(fù)到原始運行方式下的正常值，或達到一個新的穩(wěn)態(tài)值。

第九十一頁，共108頁。

電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性

功角穩(wěn)定性：電力系統(tǒng)中互聯(lián)的同步發(fā)電機維持同步運行的能力。這一問題涉及到電力系統(tǒng)固有的機電暫態(tài)（振蕩）的研究。其基本因素是同步發(fā)電機輸出功率（電磁功率）隨轉(zhuǎn)子角的變化規(guī)律——功角特性作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩：機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩。

第九十二頁，共108頁。電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性

單機——無窮大系統(tǒng)

高度非線性的

互聯(lián)的同步發(fā)電機組是通過恢復(fù)力來維持彼此同步。

第九十三頁，共108頁。電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性

穩(wěn)定現(xiàn)象

穩(wěn)態(tài)條件下

受擾下的穩(wěn)定受擾下的失去穩(wěn)定（一機對系統(tǒng)，機群之間）

第九十四頁，共108頁。電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性

同步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的變化