电力系统基本概念.ppt

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1、电力系统基础电力系统基础电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院刘洪刘洪重要性：重要性：是是电气与自气与自动化工程化工程专业的的重要重要的的专业基基础课；是是电力系力系统及其自及其自动化学科的化学科的考研考研课程。程。作用：作用：1、承上：、承上：“数学数学”、“电路路”、“电机机”等等课程程2、启下：、启下：“电力系力系统保保护与控制与控制”等一系列等一系列专业课程程主要内容：主要内容：电力系力系统的基本原理、的基本原理、实用用计算。算。包含三大包含三大计算之二：算之二：潮流、短路潮流、短路和和稳定定计算。算。课程基本情况课程基本情况2课程设置课程设置第一章第一章电力系统基本知识电力系统基本

2、知识 4学时学时第二章第二章元件的等值电路和参数计算元件的等值电路和参数计算 6学时学时第三章第三章简单电力系统的潮流计算简单电力系统的潮流计算12学时学时第四章第四章电力系统的正常运行与控制电力系统的正常运行与控制 8学时学时第五章第五章电力系统故障与短路电流计算电力系统故障与短路电流计算12学时学时电力系力系统的的组成成电力系力系统的的额定定电压和和额定功率定功率电力系力系统特点和特点和对电力系力系统运行的要求运行的要求发电、输配配电和和负荷的基本情况荷的基本情况电力系力系统接接线方式与中性点接地方式方式与中性点接地方式电力系力系统输电方式方式电力系统基本知识电力系统基本知识4电力力线路的

3、等路的等值电路及参数路及参数计算算变压器的等器的等值电路及参数路及参数计算算发电机的等机的等值电路及参数路及参数计算算电力系力系统的等的等值电路及参数路及参数计算（算（标幺幺值）元件的等值电路和参数计算元件的等值电路和参数计算5潮流潮流-网网络中的功率分布及其网中的功率分布及其网损，即各支路，即各支路（变压器和器和电力力线路）中流路）中流过的功率及其的功率及其损耗，耗，还有各个有各个结（节）点的）点的电压幅幅值及其相角。及其相角。在在电路中用的是路中用的是电压电流，在流，在电力系力系统中一中一般是用功率和般是用功率和电压。计算方法有两种：算方法有两种：近似近似计算方法（算方法（简单网网络）：物

4、理意）：物理意义明确，明确，计算方法采用近似方法，算方法采用近似方法，满足工程需要。足工程需要。计算机算机计算（复算（复杂网网络）：）：计算方法精确，算方法精确，计算算量太大，需量太大，需编程用程用计算机算。算机算。电力系统的潮流计算电力系统的潮流计算6无功平衡与无功平衡与电压调整整电压是衡量是衡量电能能质量的重要指量的重要指标。各个各个节点点对电压都有要求，不能太高也不能太低都有要求，不能太高也不能太低维持持电压的本的本质是无功平衡是无功平衡无功无功电源有：源有：发电机、机、调相机、静相机、静电电容器、静容器、静止止补偿器和静止无功器和静止无功发生器。生器。调压方式：逆、常、方式：逆、常、顺

5、调压措施：改措施：改变变压器器变比；改比；改变发电机端机端电压；改改变网网络参数；改参数；改变网网络中的无功分布。中的无功分布。电力系统的正常运行与控制电力系统的正常运行与控制7有功平衡与有功平衡与频率率调整整频率是率是电能能质量的一个重要指量的一个重要指标 （单位：赫位：赫兹）频率影响率影响电力力设备和用和用户产品品质量（量（电机机转速）速）频率率-1秒秒钟变化的次数；周期化的次数；周期-一个周波所需一个周波所需时间发电机装有机装有调速器，改速器，改变进汽汽进水，即有功功率水，即有功功率来来调频。全系全系统有功平衡：有功平衡：发电有功有功=负荷有功和有功网荷有功和有功网损有功平衡有一个平衡到

6、哪一个有功平衡有一个平衡到哪一个频率上的率上的问题运行运行时必必须有有备用（旋用（旋转备用、冷用、冷备用），才能用），才能维持持频率一定。率一定。电力系统的正常运行与控制电力系统的正常运行与控制8短路是一种非正常短路是一种非正常连接，短路接，短路过程程称称电磁磁暂态三相短路三相短路-对称短路称短路单相接地、两相接地短路、两相短路相接地、两相接地短路、两相短路-不不对称短路称短路短路短路电流特大于正常流特大于正常电流，因而流，因而计算算时可近似，可近似，满足工程使用即可足工程使用即可不不对称短路的称短路的计算方法算方法 对称分量法称分量法分成正序、分成正序、负序、零序三个网序、零序三个网络三三组

7、相量分相量分别计算，最后合成算，最后合成目的：保目的：保护整定，断路器整定，断路器选择电力系统的短路计算电力系统的短路计算9课程设置课程设置第一章第一章电力系统基本知识电力系统基本知识 4学时学时第二章第二章元件的等值电路和参数计算元件的等值电路和参数计算 6学时学时第三章第三章简单电力系统的潮流计算简单电力系统的潮流计算 8学时学时第四章第四章电力系统的正常运行与控制电力系统的正常运行与控制12学时学时第五章第五章电力系统故障与短路电流计算电力系统故障与短路电流计算12学时学时电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.1 电力系力系统的的组成成11电力系力系统：是由生：是由生产、输送、分配和消

8、耗送、分配和消耗电能的能的所有所有电气气设备所所组成的成的统一整体。一整体。一次系一次系统：生：生产电能的能的发电机、机、输送和分配送和分配电能的能的变压器和器和电力力线路以及消耗路以及消耗电能的各种用能的各种用电设备（如（如电动机等）。机等）。电力系统、电力网和动力系统电力系统、电力网和动力系统12电力系力系统：是由生：是由生产、输送、分配和消耗送、分配和消耗电能的能的所有所有电气气设备所所组成的成的统一整体。一整体。二次系二次系统：继电保保护装置、安全自装置、安全自动装置、通信装置、通信设备和和调度自度自动化等化等辅助系助系统。电力系统、电力网和动力系统电力系统、电力网和动力系统13电力网

9、：是力网：是电力系力系统中除去中除去发电机和用机和用户，剩余，剩余的的变压器和器和电力力线路所路所组成的成的输送、分配送、分配电能的能的网网络。电力系统、电力网和动力系统电力系统、电力网和动力系统14动力系力系统：是：是电力系力系统再再加上加上电厂的原厂的原动机等机等动力部分力部分。动力部分主要有：火力部分主要有：火电厂的厂的锅炉和汽炉和汽轮机等；水机等；水电厂厂的水和水的水和水轮机等；原子能机等；原子能电厂的反厂的反应堆等；堆等；风力力发电场的的风机等。机等。电力系统、电力网和动力系统电力系统、电力网和动力系统15发电系系统：加上：加上发电厂的升厂的升压变输电系系统与配与配电系系统的区的区别

10、：运行方式：运行方式配配电系系统：高、中、低：高、中、低压发电系统、输电系统和配电系统发电系统、输电系统和配电系统16主要电压等级主要电压等级 在我国，通常将在我国，通常将电力系力系统的的电压等等级范范围划分低划分低压、中、中压、高、高压、超高、超高压和特高和特高压见下表。下表。表表1-1 我国我国电压等等级范范围的划分的划分 我国我国输电网的网的电压等等级一般在一般在220-1000kV之之间，基本属，基本属于高于高压、超高、超高压和特高和特高压的范畴。而的范畴。而配配电网的网的电压等等级一一般般选为110kV（或（或35kV）及以下）及以下，大致涵盖了低，大致涵盖了低压、中、中压和高和高压

11、的各种的各种电压等等级。低压低压中压中压高压高压超高压超高压特高压特高压1kV及以下及以下3-20kV35-220kV330-500kV750kV及以上及以上380V/220V3kV、6kV10kV、20kV35kV、66kV、110kV、220kV330kV、500kV750kV、800kV1000kV171000kV 输电线路输电线路181000kV 输电线路杆塔施工输电线路杆塔施工191000kV 输电线路分裂导线输电线路分裂导线20电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.2 电力系力系统概况概况21电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.2.1 电力系力系统发展概况展概况22电力系统的

12、由来电力系统的由来一次能源一次能源 二次能源二次能源 能源使用能源使用时间时间代表人物代表人物国籍国籍行为行为贡献贡献2500年前年前塞利斯塞利斯古希腊古希腊用毛皮摩擦琥珀用毛皮摩擦琥珀电电1734年年杜伐杜伐法国法国用丝绸摩擦玻璃棒用丝绸摩擦玻璃棒用毛皮摩擦松香棒用毛皮摩擦松香棒正电正电负电负电1752年年富兰克林富兰克林美国美国进行风筝实验进行风筝实验电流电流1875年年格拉姆格拉姆比利时比利时法国巴黎北火车站发电厂法国巴黎北火车站发电厂世界上第一座火世界上第一座火电厂电厂1882年年德普勒德普勒法国法国水电厂的电输送到水电厂的电输送到57公里公里外的慕尼黑，专供弧光灯外的慕尼黑，专供弧光

13、灯世界上第一个电世界上第一个电力系统力系统1881-1882年年爱迪生爱迪生美国美国建立纽约发电厂、皮埃尔建立纽约发电厂、皮埃尔大街站大街站直流发电厂、完直流发电厂、完整直流发电系统整直流发电系统1888年年蒂斯拉蒂斯拉美国美国建立交流电力传送系统建立交流电力传送系统发电机、变压器发电机、变压器23电力系统的交直流问题电力系统的交直流问题初期直流，初期直流，1886年后，其无法年后，其无法远距离送距离送电的局限性的局限性显露出露出来，来，输电要高要高电压，而，而发用用电不接受高不接受高电压，需要基于交，需要基于交流的流的变压技技术。19世世纪90年代交直流年代交直流标准之争，准之争，爱迪生主迪

14、生主张直流，蒂斯拉直流，蒂斯拉主主张交流，激烈交流，激烈辩论。1893年，南加州一条年，南加州一条长12公里的公里的2300V电力力线路投入运行，路投入运行，这是北美第一条三相是北美第一条三相电力力线路。同年，尼路。同年，尼亚加拉瀑布加拉瀑布选择交流，因交流，因为直流不可能将直流不可能将电送往送往30km以外的布法以外的布法罗，结束了交直流争束了交直流争论。到到1995年世界上交流年世界上交流输电的最高的最高电压已达了已达了1150kV，输送距离最送距离最长为1900km，最大的，最大的单机容量机容量为1300MW。24我国电力系统发展阶段我国电力系统发展阶段1882年年4月，月，电力工力工业

15、发展的始端；展的始端；1949年，年，电力工力工业缓慢慢发展；展；1996年，我国年，我国发电量和装机容量位居世界第量和装机容量位居世界第2。我国自我国自1882年有年有电力以来至力以来至1949年底，年底，经过67年年发展装机容量只达到展装机容量只达到185万万kW，年，年发电量量 43亿 KWh，分，分别居世界第居世界第 21位和第位和第25位。位。从从1996年起，我国年起，我国发电机装机容量和年机装机容量和年发电量均居世量均居世界第二位，界第二位，2003年全国年全国总装机容量达到装机容量达到38450万万kW，年，年发电量量19080 亿kWh。2008年全国年全国总装机容量达到装机

16、容量达到 65700万万kW。25我国电网建设我国电网建设1974年建成年建成 330kV输电线路，由刘家峡水路，由刘家峡水电站到站到陕西关西关中。中。1981年建成年建成 500kV输电线路，由河南姚孟火路，由河南姚孟火电厂到武厂到武汉。2003年建成年建成 750kV输电线路，由青海官亭至路，由青海官亭至兰州州东输变电工程。工程。2008年年11月，我国首条月，我国首条1000kV特高特高压输电线路正式通路正式通电运行。工程起于山西，途运行。工程起于山西，途经河南止于湖北，穿越黄河、河南止于湖北，穿越黄河、汉江两条大河，跨越太行、伏牛两座名山，全江两条大河，跨越太行、伏牛两座名山，全长65

17、4km，是，是世界上第一条投入商世界上第一条投入商业化运行的高化运行的高压输电线路。路。26我国电网现状我国电网现状已建成跨省已建成跨省电力系力系统6个：个：华东、华北、北、华中、中、东北、西北、西北及南方北及南方电网。网。除西北除西北电网采用网采用750/330/220kV网架外，其它网架外，其它电网网架均采用网网架均采用500/220kV。27我国的电网公司和发电集团我国的电网公司和发电集团两大两大电网公司：国家网公司：国家电网公司和南方网公司和南方电网网国家国家电网：网：东北、北、华北、北、华中、中、华东、西北、西北南方南方电网：广网：广东、广西、云南、广西、云南、贵州、海南州、海南五大

18、五大发电集集团：大唐大唐华能能华电国国电中中电投投28电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.2.2 额定定电压与与额定定频率率29额定频率额定频率电力系力系统中的中的许多用多用电设备的运行状况都同的运行状况都同频率率有密切的关系，尤其是有密切的关系，尤其是电动机的机的转速，因此必需速，因此必需规定运行定运行频率。率。世界各国所世界各国所规定的定的频率并不完全相同，目前，主率并不完全相同，目前，主要有要有50Hz(赫赫兹)和和60Hz两种。两种。我国我国电力系力系统的的额定定频率率规定定为50Hz，也就是工，也就是工业用用电的的标准准频率，率，简称工称工频。30额定电压额定电压为使互使互联的各

19、的各电气气设备都能运行在都能运行在较有利的有利的电压下，各下，各设备的的额定定电压应相互配合。相互配合。一般把一般把电力力线路和用路和用电设备的的额定定电压称称为系系统（网（网络）的）的额定定电压UN（线电压），常包括），常包括3，6，10，35，110，220，330，500，750，1000kV。（需要（需要记住）住）即：即：网网络的的额定定电压等于等于用用户设备的的额定定电压，也等于也等于母母线的的额定定电压，也等于，也等于线路的路的额定定电压，也就是我也就是我们通常所通常所说的的额定定电压。31额定电压额定电压发电机与变压器发电机与变压器为了了调整网整网络的的实际电压，发电机通常运行在

20、比机通常运行在比网网络额定定电压高高5的状的状态下，所以下，所以发电机的机的额定定电压规定比网定比网络额定定电压高高5。根据功率的流向根据功率的流向规定：接受功率的一定：接受功率的一侧为一次一次绕组，输出功率的一出功率的一侧为二次二次绕组。故：故：对于双于双绕组升升压变压器，低器，低压绕组为一次一次绕组，高，高压绕组为二次二次绕组；对于双于双绕组降降压变压器，高器，高压绕组为一次一次绕组，低，低压绕组为二次二次绕组。32额定电压额定电压变压器变压器变压器的器的一次一次绕组相当于用相当于用电设备，故其，故其额定定电压等于网等于网络的的额定定电压。注意：注意：当直接与当直接与发电机机连接接时应与与

21、发电机的机的额定定电压相相一致，因而就等于一致，因而就等于发电机的机的额定定电压。变压器的器的二次二次绕组相当于供相当于供电设备，再考，再考虑到到变压器内部器内部绕组的等的等值阻抗所引起的阻抗所引起的电压损耗，故：耗，故：a）当）当变压器的短路器的短路电压小于小于7或直接与用或直接与用户连接接时，则二次二次绕组额定定电压比网比网络的高的高5。b）当）当变压器的短路器的短路电压大于等于大于等于7时，则二次二次绕组额定定电压比网比网络的高的高10。33变压器的分接头及其变比变压器的分接头及其变比 两两绕组变压器的高器的高压绕组以及三以及三绕组变压器的高、器的高、中中压绕组一般一般设有抽有抽头，称，

22、称为分接分接头；分接分接头电压与主抽与主抽头电压的差的差值为主抽主抽头电压的的百分之几，即百分之几，即为变压器的档距。器的档距。无无载调压的分接的分接头档距一般档距一般为 ；有有载调压的分接的分接头档距一般档距一般为 。34变压器的分接头及其变比变压器的分接头及其变比【例例】：对于一台于一台10kV 220kV的升的升压变，其，其额定定变比比为：10.5/242 kV，设有有5级高高压侧抽抽头，则每一抽每一抽头的的实际额定定电压分分别为:+5%:2421.05kV=254.1kV+2.5:2421.025kV248.05kV主主:242kV-2.5:2420.975kV235.95kV-5%:

23、2420.95kV=229.9kV35变压器的分接头及其变比变压器的分接头及其变比【例例】：对于一台于一台220kV 10kV的降的降压变，其，其额定定变比比为：220/11 kV，设有有5级高高压侧抽抽头，则每每一抽一抽头的的实际额定定电压分分别为:+5%:2201.05kV=231kV+2.5:2201.025kV225.5kV主主:220kV-2.5:2200.975kV214.5kV-5%:2200.95kV=209 kV升升压变、降、降压变不同的不同的变比比计算需要掌握算需要掌握36我国电力系统的平均额定电压我国电力系统的平均额定电压平均平均额定定电压为有些并适当取整，有些并适当取整

24、，具体具体为3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525、788 kV网网络络额额定定电压电压发电发电机机额额定定电压电压变压变压器器额额定定电压电压一次一次绕组绕组二次二次绕组绕组36103.156.310.53，3.156，6.310，10.53.15，3.36.3，6.610.5，1113.815.75182313.815.751823351102203305007503511022033050075038.5121242345，363525，550788，82537额定电压计算示例额定电压计算示例各各电压级的的额定定电压及功率及功率输送方向如送方向如图。求。求发电机

25、及各机及各变压器高、低器高、低压绕组的的额定定电压；各各变压器的器的额定定变比；比；设变压器器T-1工作于工作于+5抽抽头，T-2和和T-4工作于主抽工作于主抽头，T-3工作于工作于-2.5抽抽头时，各，各变压器的器的实际变比。比。38额定电压计算示例额定电压计算示例解：解：（1）G：10.5kVT-1：低：低10.5kV，高，高242 kVT-2：高：高220 kV，中，中121 kV，低，低38.5 kVT-3：高：高35 kV，低，低10.5 kVT-4：高：高220 kV，低，低12139额定电压计算示例额定电压计算示例解：解：（2）T-1：242/10.5 T-2：220/121,2

26、20/38.5,121/38.5T-3：35/10.5T-4：220/12140额定电压计算示例额定电压计算示例解：解：（3）T-1：242（10.05）/10.5T-2：220/121,220/38.5,121/38.5，同（，同（2）T-3：35（1-0.025）/10.5T-4：220（1+0.025）/12141额定电压、输电距离和传输功率额定电压、输电距离和传输功率网网络电压等等级应与系与系统的容量和供的容量和供电范范围相适相适应。传输功率一定，功率一定，电压高，高，电流小；反之流小；反之电压低，低，电流大。流大。电压高，高，绝缘要加要加强；电流大，流大，导线截面要大；二者都要截面要

27、大；二者都要投投资，需要，需要进行行经济技技术比比较来决定。来决定。电压等级电压等级(kV)输送容量输送容量(MVA)输送距离输送距离(km)30.1113 60.11.2 415100.210 6203521020501101050 501502201005001003003302008002006005001000150015085075020002500500以上以上42电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.3 电力系力系统的特点的特点和和对运行的基本要求运行的基本要求43电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.3.1 额定定电压与与额定定频率率44电力系统运行的特点电力系统运行的特点

28、（1）电能能不能大量存不能大量存储。由于目前。由于目前还没有大量存没有大量存储电能的能的好方法，因而好方法，因而电能的生能的生产、输送、分配和消送、分配和消费实际上是同上是同时进行的，即行的，即电力生力生产的同的同时性。任何性。任何时刻刻发电机所送出机所送出的功率等于用的功率等于用电设备所消耗的功率与所消耗的功率与输送送过程中程中产生的功生的功率率损耗之和。耗之和。（2）电力力生生产的快速性的快速性。电能能输送送过程迅速，其程迅速，其传输速度速度与光速相同，每秒达到与光速相同，每秒达到30万公里，即使相距几万公里，万公里，即使相距几万公里，发、输、用基本上都是同、用基本上都是同时完成的。完成的

29、。电力系力系统的的暂态过程非常程非常短促。从一种运行状短促。从一种运行状态到另一种运行状到另一种运行状态的的过渡极渡极为迅速，迅速，以毫秒甚至微秒以毫秒甚至微秒计。（3）与国民与国民经济和人民生活密切相关和人民生活密切相关。当今社会一切厂。当今社会一切厂矿企企业、事、事业单位和人民生活均离不开位和人民生活均离不开电能，供能，供电的突然中的突然中断会造成很大的断会造成很大的损失以致失以致严重的后果。重的后果。45客户需求（技术角度）对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求 社会需求（发展角度）企业需求（经济角度）配电网应提供安全、可靠、优质的电能，并且未来电网的可靠性和电能质量需求将越来

30、越高。提前预见运营风险并有效应对，提高资产利用水平，最大化经营效益。期望电网生产过程节能环保，接纳分布式电源，实现可控的用电策略。企业需求社会需求客户需求46电能质量的各项指标电能质量的各项指标电压幅幅值：对于于35kV及以上及以上电压级允允许变化范化范围为额定定值的的5，10kV及以下及以下电压级允允许变化范化范围为7。电动机：机：5；照明：；照明：32.5;农电：+7.5%-10%。频率：率：我国我国电力系力系统的的额定定频率率为50Hz，正常运行，正常运行时允允许的偏移的偏移为0.20.5Hz。谐波：波：要求要求电压为正弦波形，但正弦波形，但谐波会造成波会造成电压波形的畸波形的畸变。为此

31、需此需对电压正弦波形畸正弦波形畸变率（指各次率（指各次谐波有效波有效值平平方和的方根方和的方根对基波有效基波有效值的百分比）有所限制，的百分比）有所限制，110kV及及以上供以上供电电压不超不超过2，35-60kV供供电电压不超不超过3，6-10kV供供电电压不超不超过4，0.4kV供供电电压不超不超过5。47电力系统的运行状态电力系统的运行状态一般可以区分一般可以区分为稳态和和暂态。在在电力系力系统运行的某一段运行的某一段时间内，如果运行参数内，如果运行参数只在某一恒定只在某一恒定值的平均的平均值附件附件发生微小的生微小的变化，化，称称这种状种状态为稳态。稳态可以分可以分为正常正常稳态、故障

32、、故障稳态和故障后和故障后稳态。正常正常稳态是指正常三相是指正常三相对称运行状称运行状态，电力系力系统在在绝大多数的大多数的时间里里处于于这种状种状态。48电力系统的运行状态电力系统的运行状态电力系力系统暂态一般是指从一种运行状一般是指从一种运行状态到另一种到另一种运行状运行状态的的过渡渡过程。程。在在暂态中，所有运行参数都中，所有运行参数都发生生变化，有些化，有些则发生激烈的生激烈的变化。化。此外，运行参数此外，运行参数发生振生振荡的运行状的运行状态，也是一种，也是一种暂态。49电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.4 电力系力系统的接的接线方式方式和中性点接地方式和中性点接地方式50各种

33、接线方式及特点各种接线方式及特点电力系力系统的接的接线包括包括发电厂、厂、变电所的主接所的主接线和和电力网力网络的接的接线。电力网的接力网的接线通常按可靠性分通常按可靠性分为无无备用和有用和有备用。用。无无备用接用接线每一个每一个负荷只能靠一条荷只能靠一条线路取得路取得电能。能。优点是点是设备费用小，缺点是可靠性差。无用小，缺点是可靠性差。无备用接用接线主要有以主要有以下三种方式：下三种方式：（1）放射式）放射式（2）干）干线式式（3）树状网状网络51各种接线方式及特点各种接线方式及特点有有备用接用接线负荷可以从两条及以上荷可以从两条及以上线路取得路取得电能。能。优点是可靠性高，缺点是点是可靠

34、性高，缺点是设备费用高，且运行用高，且运行调度复度复杂。主。主要有以下三种方式：要有以下三种方式：（1）双回）双回线（2）环网网（3）两端供）两端供电52中性点运行方式中性点运行方式电力网力网络中性点是指星形接中性点是指星形接线的的变压器或器或发电机机的中性点。运行方式（或接地方式）可分的中性点。运行方式（或接地方式）可分为两两类：中性点直接接地中性点直接接地优点：首先安全性好，其次是点：首先安全性好，其次是经济性好。性好。缺点：供缺点：供电可靠性差。可靠性差。一般用于一般用于110kV及以上及以上电网。网。中性点不接地或中性点不接地或经消弧消弧线圈或小圈或小电阻接地阻接地优点：供点：供电可靠

35、性高。可靠性高。缺点：缺点：经济性差。性差。一般用在一般用在35kV及以下及以下电网。网。53电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.5 电力系力系统的的输电方式方式54电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.5.1 高高压交流交流输电55高压交流输电高压交流输电从从较低的低的6、10kV发展到展到35、110和和220kV，直至，直至当今的当今的500、750和和1000kV。交流交流输电主要采用三相制，即三个幅主要采用三相制，即三个幅值大小相同，大小相同，相位相互差相位相互差120的三相交流的三相交流电。56超高压输电线路的接线原理超高压输电线路的接线原理为了防止了防止线路空路空载或或轻载

36、时引起的引起的线路末端路末端电压升高和操作升高和操作过电压、以及、以及长距离距离输送无功送无功，一，一般在般在输电线路路两端并接高两端并接高压电抗器抗器。此外，。此外，为了了提高提高线路的路的输送功率，降低送功率，降低线路路电抗，在抗，在输电线中中间串串联电容器容器。57超高压输电线路的接线原理超高压输电线路的接线原理并并联高高压电抗器：抗器：限制工限制工频电压升高；降低操作升高；降低操作过电压；避免避免长距离距离输送无功功率，降低送无功功率，降低输电的有功的有功损耗。耗。此外，此外，还可消除可消除发电机出机出现自励磁自励磁现象和限制潜象和限制潜过电流，有利于流，有利于单相自相自动重合重合闸等

37、。等。58超高压输电线路的接线原理超高压输电线路的接线原理串串联电容器容器补偿：高高压输电线路路长度度较长，等，等值电抗抗较大，它的静大，它的静态稳定定输送功率与它的送功率与它的电抗成反比，串抗成反比，串联电容器容器补偿的作用是提高的作用是提高线路的极限路的极限输送功率。送功率。59电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.5.2 直流直流输电的接的接线与主要工作原理与主要工作原理60直流输电的接线直流输电的接线输电系系统桥式整流器式整流器等等值电路路61直流输电的基本原理直流输电的基本原理换流器：它流器：它们完成交直流和直一交流完成交直流和直一交流转换，由，由阀臂和有臂和有抽抽头切切换器的器的

38、变压器构成器构成。阀臂由晶臂由晶闸管或可控硅元件管或可控硅元件串并串并联构成。构成。62直流输电的基本原理直流输电的基本原理直流平波直流平波电抗器：抗器：这些大些大电抗器具有高达抗器具有高达1H 的的电感，在感，在每个每个换流站与每极串流站与每极串联。63直流输电的基本原理直流输电的基本原理谐波波滤波器：波器：换流器在交流和直流两流器在交流和直流两侧均均产生生谐波波电压和和谐波波电流。流。64直流输电的基本原理直流输电的基本原理接地接地电极：极：为实现以以陆地或海水地或海水为回路，回流至回路，回流至换流站直流站直流流电压中性点而在距每一端中性点而在距每一端换流站一定距离流站一定距离设置的接地装

39、置的接地装置和置和设施。施。65直流输电的基本原理直流输电的基本原理直流直流输电线：可以是架空可以是架空线，也可以是，也可以是电缆。除了。除了导体体数和数和间距的要求有差异外，直流距的要求有差异外，直流线路与交流路与交流线路十分相似。路十分相似。66直流输电的基本原理直流输电的基本原理交流断路器：交流断路器：为了排除了排除变压器故障和使直流器故障和使直流联络线停运，停运，在交流在交流侧装有断路器。装有断路器。67直流输电的基本原理直流输电的基本原理无功功率支持：无功功率支持：换流器内部要吸收无功功率，流器内部要吸收无功功率，稳态条件下，条件下，所消耗的无功功率是所消耗的无功功率是传输功率的功率

40、的50左右。左右。无无功功功功率率源源无无功功功功率率源源68直流输电的分类直流输电的分类1.单极极线路方式：是用一根架空路方式：是用一根架空导线或或电缆线，以，以大地或海水作大地或海水作为返回返回线路路组成的直流成的直流输电系系统。69直流输电的分类直流输电的分类2.双极双极线路方式：有两根不同极性（即正、路方式：有两根不同极性（即正、负极）极）的的导线，可具有大地回路或中性，可具有大地回路或中性线回路。回路。双极两双极两线中性点两端接地方式中性点两端接地方式双极两双极两线中性点中性点单端接地方式端接地方式70直流输电的分类直流输电的分类3.双极中性双极中性线方式：将双极两端的中性点用方式：

41、将双极两端的中性点用导线连接起来，就构成双极中性接起来，就构成双极中性线方式方式。这种方式由种方式由于增加了一根于增加了一根导线在在经济上将增加一定的投上将增加一定的投资。4.“背靠背背靠背”(back-to-back）换流方式：没有流方式：没有直流直流输电线路，而将整流站和逆路，而将整流站和逆变站建在一起的站建在一起的直流系直流系统称称为“背靠背背靠背”换流站。流站。这种方式适用种方式适用于不同于不同额定定频率或者相同率或者相同额定定频率非同步运行的率非同步运行的交流系交流系统之之间的互的互联。因。因为没有直流没有直流输电线路，路，所以直流系所以直流系统可可选用用较低的低的额定定电压。这样，

42、整，整个直流系个直流系统的的绝缘费用可降低。用可降低。71电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.5.3 交直流交直流输电的比的比较72输送功率输送功率直流直流输电线路一般用两根路一般用两根导线，三相交流，三相交流线路路则需要三根需要三根导线。通通过比比较计算可得：两根算可得：两根导线的直流的直流线路的路的输送送功率和三根功率和三根导线的交流的交流线路的路的输送功率相等。因送功率相等。因此此单位位长度的直流度的直流线路所需的有色金属和路所需的有色金属和绝缘材材料比交流料比交流线路路节省三分之一，也就是省三分之一，也就是说,在在线路建路建造造费用相同用相同时，直流，直流线路的路的输送功率送功率约

43、为交流交流线路路输送功率的送功率的1.5倍。倍。73投资与运行费用投资与运行费用另一方面，由于直流另一方面，由于直流线路少一根路少一根导线,在在输送功率送功率相同的条件下，直流相同的条件下，直流线路功率路功率损耗也比交流耗也比交流线路路小三分之一。小三分之一。直流直流线路的投路的投资和运行和运行费用用 交流交流设备74等价距离等价距离在在输送功率相等的情况下，直流送功率相等的情况下，直流输电和交流和交流输电相比，相比，虽然然换流站的流站的费用比用比变电所的所的费用用贵的多，但是直流的多，但是直流输电的的单位位长度度线路的造价比路的造价比线路低。因此路低。因此输电距离增加到一定距离增加到一定值时

44、，直流直流线路所路所节约的的费用可正好抵用可正好抵偿换流站所增加流站所增加的的费用，用，这个距离称个距离称为交直流交直流输电的的等价距离等价距离。目前国目前国际上上对架空架空线路其等价距离路其等价距离约为300-500km，电缆线路路约为 2040km。75占地和稳定性问题占地和稳定性问题占地占地问题（a）交流）交流输电线路走廊路走廊（b）直流）直流输电线路走廊路走廊稳定性定性问题：不同：不同频率系率系统相相连76电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.5.4 直流直流输电的的优缺点缺点及其主要适用范及其主要适用范围77直流输电的优点直流输电的优点直流直流输电不存在系不存在系统稳定性定性问题。

45、通。通过直流直流输电线连接两接两端交流系端交流系统，两个交流系，两个交流系统之之间不需要保持同步运行不需要保持同步运行。输电距离和容量不受两端交流系距离和容量不受两端交流系统同步运行同步运行稳定性限制，所定性限制，所以它可以提高交流系以它可以提高交流系统的的稳定性；定性；线路造价和功率路造价和功率损耗都比交流少，耗都比交流少，线路愈路愈长经济性愈好性愈好；直流直流线路的路的输送功率容易送功率容易调节和控制和控制(控制控制阀的开启度的开启度)，直流直流输电系系统的的短路短路电流流较小小；在在稳态运行运行时没有没有电容容电流流，线路部分路部分不需要无功功率不需要无功功率补偿装置。装置。较长的海底的

46、海底电缆交流交流输电很很难实现，直流，直流电缆线路就比路就比较容易；容易；78直流输电的缺点直流输电的缺点在在导线几何尺寸和几何尺寸和电压水平相当的情况下，水平相当的情况下，电晕现象和无象和无线通信干通信干扰小小。换流器价格流器价格贵，在工作，在工作时消耗无功功率和消耗无功功率和产生生谐波，因此波，因此需需装装设无功无功补偿和和滤波装置波装置；目前尚目前尚无适用无适用的的直流高直流高压断路器断路器，这是因直流无零点，熄是因直流无零点，熄弧困弧困难；以大地作以大地作为回路回路时，会引起沿途金属构件的腐，会引起沿途金属构件的腐蚀。79直流输电的主要用途直流输电的主要用途远距离大功率距离大功率输电；

47、交流系交流系统之之间的互的互联；海底海底电缆输电；使用地下使用地下电缆向城市向城市输电；作作为限制短路限制短路电流的措施。流的措施。80电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.6 电力系力系统负荷荷81电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.6.1 负荷的荷的组成和分成和分类82负荷的组成负荷的组成电力系力系统负荷（荷（综合用合用电负荷）：系荷）：系统中所有中所有电力用力用户的的用用电设备所消耗的所消耗的电功率功率总和。和。主要用主要用电设备：异步机、同步机、：异步机、同步机、电热装置、整流装置、装置、整流装置、照明照明设备等。等。电力系力系统的供的供电负荷：荷：电力系力系统的的综合用合用电负

48、荷加上荷加上电力力网的功率网的功率损耗。耗。电力系力系统的的发电负荷：荷：电力系力系统的供的供电负荷再加上荷再加上发电厂厂厂用厂用电消耗的功率。消耗的功率。83负荷的分类负荷的分类按行政区域分：按行政区域分：单位、位、县、市、省、区域、全国、市、省、区域、全国按用按用电性性质分：有工分：有工业、农业、商、商业和人民生活和人民生活按按负荷重要性及荷重要性及对供供电可靠性的要求分：可靠性的要求分：级负荷是指那些停荷是指那些停电将造成人身、将造成人身、设备事故，事故，产生生废品，使生品，使生产秩序秩序长期不能恢复，造成国民期不能恢复，造成国民经济的重的重大大损失，或失，或产生生严重政治影响，使人民生

49、活重政治影响，使人民生活发生混乱生混乱等的等的负荷。荷。级负荷是指那些停荷是指那些停电将造成大量减将造成大量减产，使城市居民，使城市居民的正常活的正常活动及生活受到影响的及生活受到影响的负荷。荷。级负荷是指除那些荷是指除那些级和和级负荷以外的荷以外的负荷，也荷，也就是就是对停停电影响不大的其它影响不大的其它负荷。荷。84电力系统的基本知识电力系统的基本知识1.6.2 负荷曲荷曲线和和最大最大负荷利用小荷利用小时数数85负荷曲线负荷曲线日日负荷曲荷曲线：描述：描述负荷一天内荷一天内24小小时变化化规律的律的曲曲线。作用：安排日作用：安排日发电计划、确定运行方式。划、确定运行方式。86负荷曲线负荷

50、曲线年最大年最大负荷曲荷曲线：描述：描述负荷在一年内每月（或每荷在一年内每月（或每周、或每日）最大有功功率周、或每日）最大有功功率负荷荷变化化规律的曲律的曲线。作用：安排作用：安排发电设备的的检修修计划划87负荷曲线负荷曲线年最大持年最大持续负荷曲荷曲线：按一年中系：按一年中系统负荷的数荷的数值大小及其持大小及其持续小小时数数顺序排列而成的曲序排列而成的曲线。作用：安排作用：安排发电计划、可靠性估算。划、可靠性估算。88最大负荷利用小时数最大负荷利用小时数如果如果负荷始荷始终等于最大等于最大值 ，经过 小小时后所消耗的后所消耗的电能恰好等于全年的能恰好等于全年的实际耗耗电量，量，则称称 为最大