电力生产概论-第1讲-电力系统与电力生产.pptx

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1、电力生产技术概论电力生产技术概论华北电力大学程瑜开设本课的目的开设本课的目的掌握掌握电力系统结构和特点的基本概念电力系统结构和特点的基本概念对各类发电设备的工作原理和特点有基本的认识对各类发电设备的工作原理和特点有基本的认识掌握电力网络中电力设备及运行的基本知识掌握电力网络中电力设备及运行的基本知识了解国内外电力市场运营的基本情况了解国内外电力市场运营的基本情况具备一定的能源及电力系统基础分析能力具备一定的能源及电力系统基础分析能力考试形式考试形式卷面成绩：卷面成绩：8080分（闭卷，客观题分（闭卷，客观题+分析题）分析题）作业：作业：2020分（基础分分（基础分6 6分分+较好激励分较好激励

2、分6 6分分+出色激励出色激励分分8 8分）分）电力系统与电力生产概述常规及新能源发电技术电网中的电力设备及运行电力市场运营与电力营销课程内容课程内容第1讲 电力系统与电力生产11.1 1 电力工业的重要性电力工业的重要性（1 1）电能是当今世界最为重要的二次能源）电能是当今世界最为重要的二次能源1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性名称名称基本概念基本概念常常见能源品种能源品种一次能源以自然形态存在于自然界并可以利用的能源。煤炭、石油、天然气、水能、风能、核能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等二次能源由一次能源加工转换而来的能源电能、机械能、热能、氢能等常规能源人类能够大规模利用

3、的能源煤炭、石油、天然气、水能、原子裂变能新能源人类尚未能大规模利用的能源风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源用之不竭的能源水能、风能、太阳能、地热能等非再生能源随人类开发利用而逐渐减少的能源煤炭、石油、天然气、原子裂变能等能源的定义：能源的定义：大英百科全书大英百科全书：能源是一个包括所有燃料、：能源是一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量。便可让它为自己提供所需的能量。我国的我国的能源百科全书能源百科全书：能源是可以直接或经：能源是可以直接或经转化提供人类所需的光、热、动力等任一形式能

4、转化提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。量的载能体资源。我国的我国的科学技术百科全书科学技术百科全书：能源是可以获得：能源是可以获得热、光和动力之类能量的资源。热、光和动力之类能量的资源。1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性（1 1）电能是当今世界最为重要的二次能源）电能是当今世界最为重要的二次能源 能源是社会生产力的重要基础。随着能源技术的进步与变迁，能源品种和构成发生了重大变化。薪柴和木炭：人类取火的材料，脱离野蛮，步入文明煤炭的使用：18世纪初，煤炭在西方国家逐渐代替木炭蒸汽机：使第一次工业革命得以大规模开展1712年托马斯纽科门和1769年詹姆斯瓦特改良早

5、期的工业蒸汽机。石油的大规模使用：内燃机、汽车、飞机等改变世界的新技术接踵而至。电力：最具革命性的发明。1831年法拉第发现了电磁感应定律。1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗于1世纪发明的汽转球纽科门的蒸汽机将蒸汽引入气缸后阀门被关闭，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝结时造成真空。最初的真空蒸汽机被用来将矿井里的水抽出来。This atmospheric engine was built by Francis Thompson in.It is now displayed in the Science Museum.应对洪水进入矿井的问

6、题瓦特蒸汽机1807年罗伯特富尔顿第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船第一艘建造用于横渡大西洋的蒸汽船SSGreat Western的处女航1838（1 1）电能是当今世界最为重要的二次能源）电能是当今世界最为重要的二次能源电力：最具革命性的发明。便捷的现代化生活，提供工业动力，并促进工业自动化，信息时代发展的动力基础 1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性发电机燃烧化石燃料蒸汽机热能电能机械能1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性水轮机水的势能发电机机械能电能发电机聚变或裂变核燃料蒸汽机热能电能机械能发电环节基本的能量基本的能量转化流程化流程（1 1）电能是当今世界最为重要的二

7、次能源）电能是当今世界最为重要的二次能源 开灯就有电，对很多人来说已成为最理所当然的事。但未来100年，即使现在能用上电的地区也许不再能做到这一点。1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性（1 1）电能是当今世界最为重要的二次能源）电能是当今世界最为重要的二次能源 此外，根据世界银行统计，世界上仍有超过10亿的人口得不到电力供应，生活在狭小、分散、从未有过将来也不会有电线的居所中，尤其实在非洲、拉美和亚洲仍有很高比例的农村人口生活在没有电的世界里。（非洲国家的能源结构示例说明）电力的拥有者和缺乏者之间的差距非常悬殊，而且不断扩大。大城市的

8、贫民窟中的偷电现象严重，引发人身安全和系统安全问题。1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性（1 1）电能是当今世界最为重要的二次能源）电能是当今世界最为重要的二次能源 沿着电线走，你就会发现进入了这世界上最错综复杂的电力网络。1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性简单电力系统示例简单电力系统示例电力系统中电能流示意图发电厂升压变电站降压变电站大用户降压变电站终端用户终端用户复杂电网地理接线图复杂电网地理接线图（2 2）国内外大停电事故回顾）国内外大停电事故回顾数据显示，2012年上半年，中国深圳、海口、南昌、西安等城市发生11

9、起电网停电事件，其中尤以深圳“4.10”停电为最，停电用户数16.8万户。1 1.1.1 电力工业的电力工业的重要性重要性2013年5月马来西亚大停电（2013年5月5日）-马来西亚一些地区停电，大选票数被严重影响。这突破了2012年印度大停电的事故。7月30日，当地时间凌晨02:35，一条400kV电线发生短路，从而引发电网崩溃。所有受影响地区的主要发电站先后关闭。停电影响印度28个邦中的22个邦、超过6亿人（接近印度人口的一半）无电可用。交通瘫痪，超过300列城际列车和通勤线因停电而停止运行。20122012年印度大停电年印度大停电20122012年印度大停电年印度大停电想象一下对于个人生

10、活最糟糕的停电情景。20132013年年 美加大停电美加大停电美国东部美国东部(EDT)时间时间2003年年8月月14日日16:11开始，美国开始，美国东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故纽约纽约:交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地 隧道里、冒酷热步行隧道里、冒酷热步行回家回家停电影响停电影响 美国：美国：俄亥俄州、密歇根州、纽约州、俄亥俄州、密歇根州、纽约州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、宾夕法尼亚州、佛蒙特州（宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州）个州）加拿大：安大略省

11、、魁北克省（加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）个省）20132013年年 美加大停电美加大停电损失负荷：6180万千瓦5000万居民失去电力供应恢复需几天时间 -8月14日19：30 恢复134万千瓦 -8月14日23：00 恢复2130万千瓦 -8月15日11：00 恢复4860万千瓦美国切机20多台（含9台核电机组）美加共计切机百余台美经济学家估计：美损失：300亿美元/天 安大略省损失：50亿美元停电后停电后卫星拍到的美国上空照片卫星拍到的美国上空照片（3 3）我国及全球的电力我国及全球的电力消消q瓦特瓦特 WattWatt，简称瓦，英文缩写，简称瓦，英文缩写 W W。是国际单位制的功

12、率（power）计量单位。电力系统中通常也用“负荷”一词描述“功率”瓦特的定义是1焦耳/秒（1 J/s），即每秒钟转换，使用或耗散的能量的速率。例如，1000MW的发电功率，表明发电机组每秒钟发出1000M焦耳的电能。1kW的用电功率，表明电气设备每秒钟消耗1K焦耳的电能。1 1.1.1 电力工业的电力工业的重要性重要性基本概念基本概念-功率的功率的单位位其它水平的功率单位其它水平的功率单位千瓦千瓦 kWkW1千瓦等于一千（103）瓦特，在中文常合并写成“瓩”。这个单位常用来表示发动机、电动机等机械的输出功率。一个小型家用电热器的功率大约1kW。兆瓦兆瓦 MWMW1兆瓦等于（106）瓦特。一个

13、大型战舰、运输机、潜水艇的功率是兆瓦级的。欧洲之星的高速火车的功率约12MW。吉瓦吉瓦 GWGW1吉瓦等于（109）瓦特。该功率单位常用于表征大型发电厂和电网。例如大型核电站的单机输出功率是吉瓦级，截至2010年德国的风电机组装机容量是25.8GW。太太瓦瓦 TWTW1太瓦等于（1012）瓦特。该功率单位常用于表示全世界用电功率，2006年是16TW。闪电的平均功率是1TW，但通常只持续30微秒。基本概念基本概念-功率的功率的单位位1 1.1.1 电力工业的电力工业的重要性重要性基本概念基本概念-电量的量的单位位其它水平的电量单位其它水平的电量单位千瓦时千瓦时 kWh1千瓦时等于一千（103）

14、瓦时，一台小型电热器约持续一小时消耗的能量。兆瓦时兆瓦时 MWh1兆瓦时等于（106）瓦时。一艘战舰约持续一小时消耗的能量。吉瓦时吉瓦时 GWh1吉瓦时等于（109）瓦时。大型核电机组持续一小时发出的能力太太瓦时瓦时 TWh1太瓦时等于（1012）瓦时。该电量指标可用于表征我国一年的用电量的数量级。基本概念基本概念-电量量的的单位位我国电力总消费我国电力总消费 1 1.1.1 电力工业的电力工业的重要性重要性我国人均电力我国人均电力消费消费 1 1.1.1 电力工业的电力工业的重要性重要性我国电力我国电力消费人口消费人口1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性1 1.1.1 电力工业的

15、重要性电力工业的重要性我国我国电力生产量电力生产量我国我国电力生产量电力生产量1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）1 1.1.1 电力工业的重要性电力工业的重要性（4 4）我国）我国及及全球的能源

16、资源分布全球的能源资源分布 整体储量有限，我国油气资源尤其贫乏。整体储量有限，我国油气资源尤其贫乏。能源资源分布与消费能力分布存在不均衡。能源资源分布与消费能力分布存在不均衡。1 1.1.1 电力工业的电力工业的重要性重要性全球煤炭资源全球煤炭资源全球煤炭全球煤炭资源资源全球天然气资源全球天然气资源全球天然气资源全球天然气资源全球核能和水电的开发全球核能和水电的开发全球可再生能源的开发全球可再生能源的开发全球石油资源全球石油资源全球石油全球石油资源资源世界汽车及交通能源消费趋势对石油及电力消费的世界汽车及交通能源消费趋势对石油及电力消费的世界汽车及交通能源消费趋势对石油及电力消费的世界汽车及交

17、通能源消费趋势对石油及电力消费的冲击冲击冲击冲击我国一次能源消费结构（我国一次能源消费结构（20132013年）年）66%18%6%10%煤炭消费总量(万吨标准煤)石油消费总量(万吨标准煤)天然气消费总量(万吨标准煤)水电、核电、风电消费总量(万吨标准煤)我国煤炭资源在地理分布上的总格局是西多西多东少、北富少、北富南南贫。主要集中分布在目前经济还不发达的山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等6省(自治区)，它们的煤炭资源总量为4.19万亿t,占全国煤炭资源总量的82.8%。水资源分布：以昆仑山秦岭大别山一线为界，以南水资源较丰以南水资源较丰富，以北水资源短缺。富，以北水资源短缺。我国水电我国水

18、电我国水电我国水电开发现状及规划开发现状及规划开发现状及规划开发现状及规划我国水力资源的特点决定了水电开发规划呈现流域梯级水电建设全面铺开的格局。我国水力资源主要富集于金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、乌江、长江上游、南盘江红水河、黄河上游、湘西、闽浙赣、东北、黄河北干流以及怒江等水电基地。未来水电开发规划重点是西南地区的大江大河的流域梯级水电。我国水力资源具有年际、年内径流分布不均，丰、枯季节流量相差较大的特点，流域梯级水电开发规划中尤其注重调节性能好的龙头电站建设，以提高水资源的利用效率。我国水电我国水电基地分布图基地分布图我国天然气资源分布图我国天然气资源分布图我国西气东输工程我国西气东输

19、工程我国风资源分布我国风资源分布我国油田分布图我国油田分布图我国城镇化建设对天然气、电力需求的影响我国城镇化建设对天然气、电力需求的影响内容：阐述如何分析我国城镇化建设对居民用电需求的影响？背景材料-国家新型城镇化发展规划(2014-2020)我国城镇化建设目标2012年我国常住人口城镇化率为53.7%，户籍人口城镇化率只有36%左右2020年发展目标是常住人口城镇化率为60%左右，户籍人口城镇化率只有45%左右关于人口和用电量水平的数据可以参考以下信息：国家统计局的年度数据库http:/文献“中国居民生活电力消费的分解分析”中的数据作业（作业（9 9月月3030日交）日交）作业参考数据作业参

20、考数据11.2 2电力电力系统的形成历史及发展系统的形成历史及发展基本概念基本概念总装机容量总装机容量系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和以千瓦（kW）、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)计，现场还经常用万千瓦表示1MW=1000 kW;1万千瓦=10MW;1GW=1000MW.1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展当今电能是当今电能是“即插即用即插即用”的，并由一个复杂的大的，并由一个复杂的大系统来保证其生产和供给的。自电能产生以来，系统来保证其生产和供给的。自电能产生以来，电力系统经历了从单个发电机电力系统经历了从单个发电机-简单分布式系统简单分布式系统集中调度管理

21、的大规模系统集中调度管理的大规模系统分布式的微网系分布式的微网系统的发展过程，这与电力工业生产技术的发展密统的发展过程，这与电力工业生产技术的发展密切相关。切相关。1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展单一发电机和单一负荷的简单示例：741 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展发电厂输配电网电力用户火电厂水电厂核电厂风电厂工业用户商业用户居民用户农业用户送电线路变电站开关站换流站大用户中小用户简单电力系统示例简单电力系统示例1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展电力系统(Power System)：由发电机、变压器、输

22、电线路以及用电设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定规律连接而组成的发电、输电、变电、配电和用电相统一的整体。生产：发电机生产：发电机输送分配：变压器、输配电线路输送分配：变压器、输配电线路消费：用电设备消费：用电设备1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展电力网的构成电力网的构成变变、配电、配电所（变压器）所（变压器）：电力：电力系统的中间环节，变换电压、系统的中间环节，变换电压、接受并分配电能接受并分配电能输、配电线路输、配电线路：输送、分配电能：输送、分配电能1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展欧美电力工业发展简史1 1

23、.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展1800年，福特，化学电池；1831年，法拉第，最早的发电机法拉第盘；1866年，西门子，自激式发电机；1875年，火电厂，巴黎北火车站，由直流发电向附近照明供电；1879年，商用发电厂，旧金山；1879年，爱迪生，白炽灯；1881年，小型水电站，英国；1882年，爱迪生，简单的电力系统，美国纽约珍珠街；1英里、直流1882年，慕尼黑世博会，直流输电展示；57km1884年，英国，汽轮机；1885年，交流发电机和变压器；单相1891年，德国，简单三相交流系统；1 1.2.2 电力系统的形成历史及电力系统的形成历史及发展发展1831年：低

24、压直流输电电磁感应定律交、直流发电机直流电动机100-400v低压直流电1882年：高压直流输电电压：直流15002000V输送功率：1.5kW输送距离：57km1891：高压三相交流输电电压：25000V输送功率：75kW输送距离：178km1885年：变压器水轮发电机组95V/25000V 178km25000V/112V 白炽灯电动机 1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展三相交流输电系统三相交流输电系统输电电压输电电压输送距离输送距离输送功率输送功率全国性和跨国性的电力系统全国性和跨国性的电力系统特高压交流输电：交流输电电压1000kV，输电距离超过1000k

25、m，输电功率超过3000MW欧美电力工业发展简史（续）1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展1893年，交流电动机；1894年，尼亚加拉大瀑布水电站、三相交流输电35km；结束了交直流之争1899年，加州柯尔盖特水电站至萨克拉门托112km的40kV交流输电线；1903年，5000kW汽轮发电机；1904年，地热发电装置，意大利；1907年，美国悬式绝缘子，为高压输电开辟了道路：1916年132kV，1922年220kV，1934年287kV；二战期间，德国，440kV高压直流输电；战后，美国30万至130万kW大容量汽轮发电机组；二战期间，苏联和法国，核电机组；欧美

26、电力工业发展简史（续）1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展1954年，前苏联，奥布宁斯克核电站；1964年，美、苏500kV交流输电；1965年，加拿大，765kV交流输电；1965年，前苏联，高压直流输电400kV；1970年，美国，400kV。1989年，前苏联，1150kV特高压交流输电。近年来的发展动向：风力发电、光伏发电等新能源发电和并网技术；第三、四代核能发电技术；电动汽车；超导输电技术；储能技术。中国电力工业的发展1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展建国前：1879年，上海外滩，电照明，直流；1882年，上海电光公司，乍浦路

27、发电厂，英商；1888年（清光绪），自建电厂供皇宫用电；1912年，石龙坝水电站。1949年，建国后：装机和发电量迅速增加；1989年，500kV葛洲坝直流输电；1993年，秦山核电站投产；94年，大亚湾投产；2003年，三峡工程投产；2009年，晋东南南阳荆门1000kV特高压交流投运。2010年，向家坝-上海800 kV直流输电工程投运。组成电力系统的意义-发电机并网运行而形成互联电力系统，其在技术、经济上均优势显著：减少总备用容量的比重装机容量需要稍大于最大负荷（即备用容量），以保证故障或检修时的供电。备用容量在系统中是相互通用的。可采用高效率的大型机组备用容量不够时，若采用大机组，一旦

28、事故或检修机组停运，则将引起大范围停电。可充分利用水能资源及具有较大波动性的可再生资源水火电联合运行，丰水期枯水期灵活发电调度，便于调频，优势互补，扬长避短。减少总负荷的峰值不同地区的高峰负荷多会错开出现，故地区联网后，总的最大负荷将小于各区域最大负荷之和。提高供电可靠性所有机组同时事故的概率显然远比单一电厂或机组发生事故的概率小得多，保证了重要用户的供电。现代电力系统的发展趋势和特点现代电力系统的发展趋势和特点（1）现代电力系统在输电电压、输送距离、输送功率等方面有大幅度增长。（2）现代电力系统的电源构成、负荷成分呈现多元化发展。（3）现在电力系统在运行管理上实现高度自动化。包括自动的数据采

29、集、监控、发电控制、经济调度控制等。（4）高压直流输电和柔性交流输电技术的应用，提高了电力系统运行的稳定性以及输送能力。（5）电力市场化进程的逐步推进，改变了传统电力系统的运营和交易模式。1 1.2.2 电力系统的形成历史及发展电力系统的形成历史及发展11.3 3 电力系统结构电力系统结构常规电力系统包括以下四个环节采用电力系统结线图展示系统结构电力系统结构电力系统结构用电配电输电发电电能传输（电压变换+输送）电力系统电力系统结线图结线图电力系统接线图电力系统接线图包括两类：包括两类：地理结线图和电气结线图地理结线图和电气结线图1 1）地理结线图）地理结线图显示系统中发电厂、变电所的地理位置，

30、电力线路的路径以显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径以及相互间的联结。（华中电网地理结线图示例）及相互间的联结。（华中电网地理结线图示例）电力系统结线图电力系统结线图电气结线图电气结线图显示系统中发电机、变显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气电器、线路之间的电气结线。结线。水库GMM电力网电力系统动力系统发电厂水轮机 发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备电力系力系统与与动力系力系统常规电力系统包括以下四个环节为什么要进行电能传输和电压变换？如何实现？电力系统结构电力系统结构用

31、电配电输电发电电能传输（电压变换+输送）为什么要传输电能？发电用的动力资源和电能用户往往不在一个地区，需要远距离输送。电能传输电能传输发电厂电能传输电力用户火电厂水电厂核电厂风电厂工业用户商业用户居民用户农业用户 如何传输电能？交流输电直流输电输输电方式电方式直流电：安装电池的手电筒直流电的电流是恒定的方向。交流电：台灯使用的电大小和方向都发生周期性变化的电流，在一个周期内的运行平均值为零。通常波形为正弦曲线。笔记本电脑的电池输出的是直流电，但是其来自交流供电系统，电脑连接插座上的交流电经过适配器转变为直流电。交流电与直流电的区别交流电与直流电的区别交流电与直流电的区别交流电与直流电的区别 如

32、何传输电能？交流输电通过输电线路传输电能。输电线路按结构分为架空线路和电缆线路；架空线路是将裸导线架设在杆塔上，由导线、避雷器、杆塔、绝缘子和金具等组成（图）；电缆线路一般敷设在地下（埋在土中、沟道、或管道）或水底，主要由导体、绝缘层和保护包皮构成（图）。输输电方式电方式直流输电由于直流输电换流站造价高、直流高压断路器制造困难（直流难熄弧）、换流装置运行要消耗无功功率且产生谐波，因此当前主要采用交流输电。在一些特殊情况，宜于采用直流输电：远距离大功率输电；海底电缆隔海输电或者地下电缆向负荷密度很高的大城市供电；系统间联络线。输输电方式电方式直流输电系统示意输输电方式电方式为什么要进行电压变换？

33、1）电力远距离传输的经济技术要求 电力远距离传输，目的是输送功率，因此希望提高输送功率，并提高传输效率，最好100%。然而，实际中传输过程中会产生电能损耗，提高电压等级可以降低损耗。另一方面，还会产生电压降落，而供电质量对电压有要求。此外，从电网建设投资的角度，传输同样的功率，高压线路的电流较小，可以选择较细的导线，但是随电压等级的增高电网设备的绝缘成本上升。电压变换电压变换与电压等级与电压等级传输同样的功率P电压上升，电流下降，损耗下降电压变换电压变换与电压等级与电压等级为什么要进行电压变换？2）发电机、输电线路与用户之间对电压水平要求的不同 发电机：现代发电机电压范围为10.5-31kV（

34、旧式小容量发电机有6.3kV），原因是发电机定子的空间较小，电压太高时绝缘困难。用户：低压 大都是380V、220V，一些大工业用户10kV。电压变换电压变换如何实现电压变换：电力变压器电力系统通过电力变压器升高或降低电压。工作原理：电磁感应原理分类：按相数分单相式和三相式、按每相绕组数分双绕组和三绕组、按绕组耦合方式分普通变压器和自耦变压器。电压变换电压变换 电力系统由不同电压等级的分层子电网共同组成，电压等级分层的原因：1）电网中各线路电能传输要求不同，所以需要不同的电压等级。电能传输需要较高电压等级，到底应该选取多大的电压等级，是越大越好吗？电力线路输送功率一定时，输电电压越高，线路电流

35、越小，导线等载流部分的截面积越小，投资也越小；但电压越高，对绝缘要求越高，杆塔、变压器、断路器等的绝缘投资越大。因此，对应于一定的输送功率与输送距离，应有一最佳的输电电压U，不宜过高或过低。2）并且，从设备制造经济性以及运用时便于代换的角度考虑，有必要规格化、标准化电压等级，且等级不宜过多。电压等级电压等级电压等级电压等级-额定电压额定电压 电力线路、发电机、变压器都需要确定额定电压。额定电压就是用电器正常工作时的电压。电力设备需要在额定电压下进行优化设计、制造和使用。我国国家标准规定的电网额定电压（线电压）等级：交流：3、6、10、（20）、35、（63）、110、220、330、500、7

36、50、1000KV直流：500、800 KV额定电压等级中，相邻电压级差之比不宜过小。根据经验，110kV以下的电压级差一般在3倍左右，110kV以上的电压级差一般在2倍左右最合适。线路电压与输送容量、距离的关系线路电压与输送容量、距离的关系电压等级电压等级交流交流电网及电气设备额定电压电网及电气设备额定电压电压等级电压等级用电设备额定电压的确定各用电设备的额定电压取与其所处线路的额定电压相等，从而使所有用电设备能在额定电压的附近处运行。线路的额定电压即电网的额定电压UN。用电设备容许的电压偏移一般为5%，沿线路的电压降落一般为10%；故在实际运行中，应使线路始端电压为额定值的1.05倍。额定

37、电压的确定额定电压的确定发电机额定电压的确定发电机通常接于电网始端；为了补偿线路上的电压损失，进而帮助维持沿线的电网额定电压，发电机的额定电压应为线路额定电压的1.05倍，即：UGN1.05UN额定电压的确定额定电压的确定变压器额定电压的确定-变压器具有发电机和负荷的双重地位：一次侧接受电能，相当于用电设备；二次侧送出电能，相当于发电机。变压器一次侧（“负荷”）额定电压一般取等于用电设备额定电压，即等于电网额定电压，即：U1NUN但，对于直接和发电机相联的变压器，其一次侧额定电压等于发电机的额定电压，即：U1NUGN1.05UN额定电压的确定额定电压的确定一次侧二次侧变压器二次侧（“发电机”）

38、额定电压变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，而额定负荷下变压器内部压降约为5%。为使正常时变压器二次侧电压较线路额定电压高5%，变压器二次侧额定电压一般取比线路额定电压高10%，即：U2N1.1UN注意：当二次侧输电距离较短或变压器阻抗较小时，直接取 U2N=UGN=1.05UN额定电压的确定额定电压的确定确定原则小结确定原则小结额定电压的确定额定电压的确定发电机发电机G G的额定电压的额定电压：UNG=1.05UNL1=1.0510=10.5（kV）变压器变压器T1的额定电压：的额定电压：U1NT1=UN.G=10.5（kV）U2NT1=1.1UNL2=1.1110=121(kV)变压器

39、变压器T1的变比为：的变比为：10.5/121kV变压器变压器T2的额定电压：的额定电压：U1NT2=UNL2=110（kV）U2NT2=1.05UNL3=1.056=6.3(kV)变压器变压器T2的变比为：的变比为：110/6.3kV已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。的额定电压。的额定电压。的额定电压。变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。变压器T1的一次绕组与发电机直接相

40、连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压额定电压的确定额定电压的确定电网电网分层结构分层结构输配电网分层结构示意图输配电网分层结构示意图输电网一般有500kV,220kV及以上电压等级的主干电力线路组成，连接大型发电厂、相邻子电力网、特大容量用户；配网：向中等用户和小用户供电，6-35kV一般称高压配电网；1kV以下的称低压配电网。11.4 4 我国电力工业简介我国电力工业简介我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状发电装机容量（截至2013年12月31日）总装机容量：12.47亿千瓦火电：8.62亿千瓦，69.13%水电：2.80亿千瓦，22.45%核电：1461万千瓦，1.17%风电

41、：7548万千瓦，6.05%其他：1490千瓦，1.20%我国电力装机容量我国电力装机容量增长增长火电比例逐年降低火电比例逐年降低%200820092010201120120102030405060708076747372712222222222火电水电我国电源我国电源结构结构电源源类型型20052005年年20062006年年20072007年年20082008年年20092009年年火电75.60%77.82%77.70%75.87%74.49%水电22.90%20.67%20.34%21.64%22.46%核电1.50%1.10%1.25%1.15%1.04%新能源0.41%0.72%1

42、.34%2.01%我国电网发展现状我国电网发展现状新能源电力发展迅速新能源电力发展迅速30000200001000004000050000200520062007200820092010新增装机新增装机累计装机累计装机单位：单位：MW2012 20136142075480截至2013年末，全国发电装机总量达12.47亿千瓦，其中，水电装机2.8亿千瓦，火电8.6亿千瓦，核电1461万千瓦，并网风电7548万千瓦，并网太阳能发电装机容量1479万千瓦。新能源电力发展迅速新能源电力发展迅速我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状发电设备利用小时（2013年）平均：4511小时火电：5012小时水电

43、：3318小时核电：7893小时风电：2080小时我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状全社会用电量（亿千瓦时）全国全社会用电量53223 其中:第一产业用电量1014 第二产业用电量39143 其中:工业用电量38471 其中:轻工业用电量6379 重工业用电量32092 第三产业用电量6273 城乡居民生活用电量6793 2%73%12%13%第一产业第二产业第三产业城乡居民生活我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状电网发展电网发展电压等级：电压等级：750kV750kV，500kV500kV，330kV330kV ，220kV220kV ，110kV110kV ，66kV66kV ，

44、35kV35kV ，10kV10kV特高压：特高压：1000kV1000kV交流，交流，800kV 800kV直流直流 800kV 800kV直流输电工程：云南至广东、四川向家坝至上海直流输电工程：云南至广东、四川向家坝至上海1000kV1000kV交流试验示范工程：晋东南至荆门交流试验示范工程：晋东南至荆门我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状产业组织结构产业组织结构我国的电力产业已实现了厂我国的电力产业已实现了厂网分离。网分离。形成了发电环节独立，输、形成了发电环节独立，输、配、售电环节联合垄断的组配、售电环节联合垄断的组织结构。织结构。输电网络发电厂供电公司普通用户直 购 电用户配电网

45、络发电厂电力公司我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状发电发电根据根据国务院关于印发电力体制改革方案的通知国务院关于印发电力体制改革方案的通知（国发（国发2002520025号）的要求，原国家电力公司管理的发电资产重号）的要求，原国家电力公司管理的发电资产重组形成了五大发电集团。组形成了五大发电集团。我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状发电发电近年来地方资本、民营资本对电源投资热情高涨，电源投近年来地方资本、民营资本对电源投资热情高涨，电源投资主体不断多元化。资主体不断多元化。国有发电公司：国有发电公司：93%93%，其中五大发电集团，其中五大发电集团48%48%其他（民营、外资）：其他

46、（民营、外资）：7%7%我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状电网电 网资产国家电网南方电网华 北区 域电网东 北区 域电网华 东区 域电网西 北区 域电网华 中区 域电网广东电网广西电网云南电网贵州电网海南电网京津冀鲁晋黑吉辽陕甘青宁新疆沪苏浙皖闽赣鄂湘川渝豫西藏电网内蒙电网五大分部电力工业发展前景电力工业发展前景发电新能源发电的发展燃煤机组：大容量高参数机组（1000MW）分布式发电：屋顶太阳能、后院风电电网特高压互联微网负荷主动负荷电动汽车智能电网1.5 1.5 电力系统运行电力系统运行特点和要求特点和要求电能生产、输送、消费的特点电能生产、输送、消费的特点与国民经济各个部门的关系密切

47、与国民经济各个部门的关系密切电能不能大量经济储存电能不能大量经济储存，生产的整体性生产的整体性生产、输送、消费电能各环节同时进行，生产的同时性生产、输送、消费电能各环节同时进行，生产的同时性电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速，生产的随机性电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速，生产的随机性对电能质量的高要求对电能质量的高要求对电力系统的基本要求对电力系统的基本要求1 1、保证可靠地持续供电、保证可靠地持续供电事故原因设备质量差32%；自然灾害16.6%；保护误动13.2%；人员过失17%；管理不善21.2%供电可靠性分级 1、2、3类负荷第1类负荷：停电将造成人身事故、设备严重损坏、生活严

48、重混乱；第2类负荷：停电造成用户大量减产，人民生活受到影响；第3类负荷：不属于第1类和第2类的负荷。可中断负荷 对电力系统的基本要求对电力系统的基本要求2 2、保证良好的电能质量、保证良好的电能质量 电能质量包含电压质量、频率质量和正弦波形质量三方面。电能质量包含电压质量、频率质量和正弦波形质量三方面。电压质量：电压质量：35kV及以上电压供电的，电压正负偏差的绝对值之和不超过额定值的10%；10kV及以下三相供电的，电压正负偏差的绝对值之和不超过额定值的7%；220V单相供电的，电压正偏差不超过额定值的7%，负偏差不超过额定值的10%；频率质量：频率质量：允许频率偏移为允许频率偏移为+0.2

49、0.20.50.5HzHz。实际运行中，跨省电力系。实际运行中，跨省电力系统频率偏移统频率偏移 +0.1Hz0.1Hz波形质量：波形质量：以以380380、220V220V供电时畸变率供电时畸变率5%5%；以以10kV10kV供电畸变率供电畸变率4%4%。电压，也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压的单位是伏特（V V）。1伏特等于对每1库仑的电荷做了1焦耳的功。频率，是单位时间内某事件重复发生的次数。频率的单位是赫兹（Hz）。）。1赫兹（Hz）表示事件每一秒发生一次。思考：我国电力系统频率是50Hz，代表发电机的转速？波形，正弦波是交流电的波形

50、特性。电压、频率和波形的基本概念电压、频率和波形的基本概念三相交流电流波形示意三相交流电流波形示意1）对照明设备的影响。电压低，照明度显著降低；电压升高，寿命显著减少2）对电动机的影响。用户大量使用的异步电动机。异步电动机的最大转矩（功率）与端电压的平方成正比。如电压降低过多，电动机可能停止运转，进而使由它带动的生产设备运行不正常。3）对电力系统运行的影响。具有造成系统电压崩溃的风险，加大了系统损耗。电压偏移的影响电压偏移的影响电压偏移的影响电压偏移的影响1）频率偏低，使用户电动机转速下降，功率降低，造成机械出力下降；2）频率偏高，使用户电动机转速上升，增加功率消耗；3）频率偏离额定值，不论偏