第一章电力系统的基本概念1

1、第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念 1、电力系统的概念和组成、电力系统的概念和组成 2、对电力系统运行的基本要求、对电力系统运行的基本要求 3、电力系统的电压等级、电力系统的电压等级 4、电力系统的接线方式和中性点接地、电力系统的接线方式和中性点接地 5、电力系统的负荷、电力系统的负荷 思考题 什么是电力系统？什么是电力网？它们都有哪些设备什么是电力系统？什么是电力网？它们都有哪些设备 组成？组成？ 电力网的额定电压时怎样规定的？电力系统各类元件电力网的额定电压时怎样规定的？电力系统各类元件 的额定电压与电力网的额定电压有什么关系？的额定电压与电力网的额定电压有什么关系？ 升压

2、变压器和降压变压器的分接头是怎样规定的？升压变压器和降压变压器的分接头是怎样规定的？ 电能生产的主要特点是什么？对电力系统运行有哪些电能生产的主要特点是什么？对电力系统运行有哪些 基本要求？基本要求？ 根据供电可靠性的要求，电力系统负荷可以分为哪几根据供电可靠性的要求，电力系统负荷可以分为哪几 个等级？各级负荷有何特点？个等级？各级负荷有何特点？ 电能质量的基本指标是什么？电能质量的基本指标是什么？ 电网电网 电站电站电站电站 电站电站 水坝水坝矿山矿山油井油井 1.1 1.1 电力系统的基本概念 一、基本概念一、基本概念 1.1 1.1 电力系统的基本概念 电力系统的组成电力系统的组成 （1

3、 1）电力系统：）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。 （2 2）电力网：）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。电力系统中输送与分配电能的部分。 （3 3）动力系统：）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。动力部分与电力系统组成的整体。 几个基本参量几个基本参量 (1) 总装机容量总装机容量: : 指该系统中实际安装的发电机组额定有指该系统中实际安装的发电机组额定有 功功率的总和，以千瓦（功功率的总和，以千瓦（KWKW）、兆瓦（）、兆瓦（MWMW）、吉瓦（）、吉瓦（GWGW

4、） 为单位计为单位计。 1.1 1.1 电力系统的基本概念 年发电量年发电量指该系统中所有发电机组全年实指该系统中所有发电机组全年实 际发出电能的总和，以千瓦时（际发出电能的总和，以千瓦时（kWhkWh）、兆瓦时）、兆瓦时 （MWhMWh）、吉瓦时（）、吉瓦时（GWhGWh）为单位计。）为单位计。 最大负荷最大负荷指规定时间内，电力系统总有功指规定时间内，电力系统总有功 功率负荷的最大值，以千瓦（功率负荷的最大值，以千瓦（kWkW）、兆瓦）、兆瓦 （MWMW）、吉瓦（）、吉瓦（GWGW）为单位计。）为单位计。 额定频率额定频率按国家标准规定，我国所有交流按国家标准规定，我国所有交流 电力系统的

5、额定功率为电力系统的额定功率为50Hz50Hz。 最高电压等级最高电压等级是指该系统中最高的电压等是指该系统中最高的电压等 级电力线路的额定电压。级电力线路的额定电压。 1.1 1.1 电力系统的基本概念 地理接线图地理接线图主要显示系统中发电厂、变电主要显示系统中发电厂、变电 所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相 互间的联结。互间的联结。 电气接线图电气接线图主要显示系统中发电机、变压主要显示系统中发电机、变压 器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电 器、线路之间的电气接线。器、线路之间的电气接线。 从调度

6、、管理、控制的角度看从调度、管理、控制的角度看 1.1 1.1 电力系统的基本概念 1.1 电力系统的基本概念 二、电力工业的发展史二、电力工业的发展史 1 1、高压输电的出现与电压等级的提高、高压输电的出现与电压等级的提高 18311831年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打 下了基础下了基础 18821882年，爱迪生小型电力系统（年，爱迪生小型电力系统（pearl street power station），），6 6台直流发电机，台直流发电机，16km16km，5959个用户，电压：直个用户，电压：直 流流110V110V。 1885

7、1885年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础 18901890年，英国从年，英国从DeptfordDeptford到伦敦到伦敦11km11km的的10kV10kV线路（第一线路（第一 条高压交流电力线路）条高压交流电力线路） 18911891年，德国从年，德国从LauffenLauffen到法兰克福到法兰克福170km170km的的15kV15kV线路线路 （第一条三相交流输电线路）（第一条三相交流输电线路） 1.1 电力系统的基本概念 远距离大容量输电是提高输电电压的动力。远距离大容量输电是提高输电电压的动力。 2 2、特高压（特高压（1000kV

8、1000kV及以上）输电的出现与展望及以上）输电的出现与展望 习惯上，习惯上，110110220kV220kV为高压，为高压， 330 330750kV750kV为超高压，为超高压， 1000kV1000kV及以上为特高压。及以上为特高压。 2020世纪世纪6060年代国际上开始特高压输电的研究年代国际上开始特高压输电的研究 19851985年苏联年苏联1228km1228km的的1150kV,1150kV,但至今运行于但至今运行于500kV500kV 2020世纪世纪9090年代日本年代日本426km426km的的1000kV1000kV，但至今运行于，但至今运行于500kV500kV 目前

9、国际上实际投运的最高电压等级目前国际上实际投运的最高电压等级750kV(750kV(加、美、俄、巴加、美、俄、巴 西、南非等国）西、南非等国） 我国西北电网我国西北电网750kV750kV（青海官亭（青海官亭甘肃兰州），甘肃兰州），20052005年投运年投运 20092009年我国首条年我国首条1000kV1000kV（山西长治晋东南变电站南阳湖（山西长治晋东南变电站南阳湖 北荆门变电站）投运，北荆门变电站）投运，645km645km，实现华北和华中电网互连，实现华北和华中电网互连 1.1 电力系统的基本概念 3、直流输电线路、高自然功率的紧凑型线路以及灵活交流直流输电线路、高自然功率的紧凑

10、型线路以及灵活交流 输电（输电（FACTSFACTS）等多种多样输电新技术的研究也取得很大）等多种多样输电新技术的研究也取得很大 进展，有的已进入工程实践。进展，有的已进入工程实践。 1.1 电力系统的基本概念 高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国 500kV500kV紧凑型输电线路北京昌平到房山。紧凑型输电线路北京昌平到房山。 灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国 外已有较广泛应用。外已有较广泛应用。 1.1 电力系统的基本概念 三、我国电力工业和电力系统的发展史三、我国电

11、力工业和电力系统的发展史 1 1、基本发展史、基本发展史 18821882年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂， 一台一台12kW12kW直流发电机直流发电机 1911 1911年，年，杨树浦发电厂动工，杨树浦发电厂动工，19131913年开始发电，到年开始发电，到19241924年，年， 共有共有1212台发电机，装机台发电机，装机121MW121MW。 19541954年，中国自行设计施工的第一条年，中国自行设计施工的第一条220kV220kV输电线路输电线路 （369km369km）建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。这）建成，

12、从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。这 是中国输电线路建设史上的一个里程碑。是中国输电线路建设史上的一个里程碑。 1.1 电力系统的基本概念 1972 1972年，第一条年，第一条330kV330kV超高压输电线路建成，从刘家峡水电超高压输电线路建成，从刘家峡水电 站至汉中，全长站至汉中，全长534534公里。随后公里。随后330kV330kV线路延伸到陕甘宁青线路延伸到陕甘宁青4 4个个 省区，形成西北跨省联合电网省区，形成西北跨省联合电网 。 19811981年，第一条年，第一条500500千伏超高压输电线路投入运行，从河南千伏超高压输电线路投入运行，从河南 平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰

13、山变电所，使中国成为世平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世 界上第界上第8 8个拥有个拥有500500千伏超高压输电的国家。千伏超高压输电的国家。 19891989年，中国第一条年，中国第一条500500千伏直流输电线路（葛洲坝上千伏直流输电线路（葛洲坝上 海，海，10801080公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电 力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。 1.1 电力系统的基本概念 2005 2005年年9 9月月, ,西北电网建成西北电网建成750kV750kV青海

14、官亭青海官亭- -甘肃兰州线超高甘肃兰州线超高 压输变电工程（压输变电工程（140.7km140.7km），中国输电技术提高到了一个新的），中国输电技术提高到了一个新的 水平水平. . 20082008年年1212月月3030日，我国首条日，我国首条1000kV1000kV（山西长治晋东南变电站（山西长治晋东南变电站 南阳湖北荆门变电站）投运，南阳湖北荆门变电站）投运，645km645km，实现华北和华中电，实现华北和华中电 网互连。网互连。 800kV800kV特高压直流输电线路（向家坝特高压直流输电线路（向家坝上海）正在建设中。上海）正在建设中。 1.1 电力系统的基本概念 2 2、中国电

15、力工业的现状、中国电力工业的现状 年发电量：年发电量：19801980年以来，平均年增长率年以来，平均年增长率9 9，现为世界第，现为世界第 二位。二位。 表表4 1980年以来中国年发电量年以来中国年发电量 年年 份份19801981198219831984198519861987 发电量发电量/亿亿kW h30063093327735143700410744964973 年年 份份19881989199019911992199319941995 发电量发电量/亿亿kW h545158476213677575428364927810069 年年 份份199619971998199920002

16、00120022003 发电量发电量/亿亿kW h1075011600116701230013250140201654219052 年年 份份20042005200620072008 发电量发电量/亿亿kW h2194324975283443255934669 1.1 电力系统的基本概念 装机容量：装机容量：现居世界第二位。现居世界第二位。 表表5 1980年以来中国发电设备装机容量年以来中国发电设备装机容量 年年 份份19801981198219831984198519861987 装机容量装机容量/ /亿亿kWkW0.6590.6910.7240.7640.8010.8710.9381.0

17、29 年年 份份19881989199019911992199319941995 装机容量装机容量/ /亿亿kWkW1.1551.2661.3791.5151.6651.8291.9992.172 年年 份份19961997199819992000200120022003 装机容量装机容量/ /亿亿kWkW2.3222.462.62.943.143.33.573.91 年年 份份20042005200620072008 装机容量装机容量/ /亿亿kWkW4.425.176.247.417.92 1.1 电力系统的基本概念 电压等级、输电线路长度和变电容量：电压等级、输电线路长度和变电容量： 电

18、压等级电压等级 除西北地区以外除西北地区以外 交流：交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV 直流：直流：500kV 西北地区：西北地区：750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV 截至截至20092009年年7 7月，月，220kV220kV及以上输电线路长度达及以上输电线路长度达 到到37.537.5万公里，跃居世界第一位。万公里，跃居世界第一位。 20082008年，年，220kV220kV及以上变电容量及以上变电容量13.9亿亿kVA。 1.1 电力系统的基本概念

19、 电网规模不断壮大：电网规模不断壮大：我国现有发电装机容量在我国现有发电装机容量在2000MW2000MW以上的以上的 电力网电力网1111个，其中东北、华北、华东、华中区域电网装机容个，其中东北、华北、华东、华中区域电网装机容 量均超过量均超过30000MW30000MW，华东、华中电网甚至超过，华东、华中电网甚至超过40000MW40000MW，西北，西北 电网的装机容量也达到电网的装机容量也达到20000MW20000MW。 3000MW 2500MW 7200MW 3000MW 9000MW 10000MW 1800MW 2000MW Hydro Power Base Thermal

20、Base AC Regional Grids Interconnection in 2005 DC 全国联网基本建成：全国联网基本建成： 1.1 电力系统的基本概念 20102010年前后，建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川年前后，建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川 渝的渝的中部电网中部电网；华北、东北、西北三个电网互联形成的；华北、东北、西北三个电网互联形成的北部北部 电网电网；以及云、贵、广西、广东；以及云、贵、广西、广东4 4省区的省区的南部联合电网南部联合电网。同。同 时，加快北、中、南三大电网之间实现局部互联：华北华时，加快北、中、南三大电网之间实现局部互联：华北华 中加强联

21、网、华中西北联网、川渝西北联网、华东华中加强联网、华中西北联网、川渝西北联网、华东华 北联网、川黔联网等跨区电网工程建设，实现北联网、川黔联网等跨区电网工程建设，实现西电东送、南西电东送、南 北互供北互供，初步形成全国统一的联合电网的格局，实现全国范，初步形成全国统一的联合电网的格局，实现全国范 围内的资源优化配置，满足国民经济发展和全面建设小康社围内的资源优化配置，满足国民经济发展和全面建设小康社 会的要求会的要求 。 3000MW 2500MW 7200MW 3000MW 9000MW 10000MW 1800MW 2000MW Hydro Power Base Thermal Base

22、Regional Grids Interconnection in 2010 DC Possible International connection AC 1.1 电力系统的基本概念 20202020年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河 上一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海上一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海 核电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施，核电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施， 电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。在全电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联

23、合电网。在全 国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源 优化配置。此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周优化配置。此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周 边电网互联和能源优势互补。边电网互联和能源优势互补。 3000MW 2500MW 7200MW 3000MW 9000MW 10000MW 1800MW 2000MW Hydro Power Base Thermal Base AC Regional Grids Interconnection in 2015-2020 DC Possible International

24、connection 西电东送三大通道：西电东送三大通道： 南部通道南部通道：将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省 区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和贵区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和贵 州坑口火火电厂开发出来送往广东。州坑口火火电厂开发出来送往广东。 中部通道中部通道：将金沙江干支流将金沙江干支流( (雅砻江、大渡河雅砻江、大渡河) )水电站开水电站开 发出来送往华东地区。发出来送往华东地区。 北部通道：北部通道：将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火 电厂开发出来送往京津唐地区电厂开

25、发出来送往京津唐地区 。 1.1 电力系统的基本概念 变电站变电站 电力系统为什么要互联并网运行呢？电力系统为什么要互联并网运行呢？ 1.1.采用高效率大容量机组采用高效率大容量机组减少备用容量 减少备用容量 最大单机容量最大单机容量 最大发电厂最大发电厂 2. 2.合理利用动力资源合理利用动力资源水、火电互补水、火电互补 3. 3.提高供电可靠性提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强系统越大，抗干扰能力越强 4. 4.提高运行的经济性提高运行的经济性装高效率大容量机组、装高效率大容量机组、 合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。 1.1 电力系统的

26、基本概念 巴西依泰普水电站巴西依泰普水电站中国三峡电站中国三峡电站 水电机组水电机组 火电机组火电机组 大亚湾核电站大亚湾核电站 秦山核电站秦山核电站 风力发电厂风力发电厂 太阳能发电太阳能发电光伏发电光伏发电 变压器变压器 输电线路输电线路 500kV变电站变电站 220kV变电站变电站 我国最大单机容量我国最大单机容量 最大火电机组最大火电机组：1000 MW1000 MW（浙江华能玉环电厂，上海外（浙江华能玉环电厂，上海外 高桥第二发电厂高桥第二发电厂900MW900MW） 最大水电机组最大水电机组：700 MW700 MW（三峡电厂）（葛洲坝水电厂（三峡电厂）（葛洲坝水电厂 320 M

27、W320 MW） 最大核电机组最大核电机组：1060MW1060MW（江苏田湾核电厂（江苏田湾核电厂) ) 1.1 电力系统的基本概念 我国最大发电厂我国最大发电厂 最大火电厂最大火电厂：北仑港电厂，北仑港电厂，5 5600 MW600 MW 最大水电厂最大水电厂：三峡电厂三峡电厂2626700 MW700 MW（二滩水电厂（二滩水电厂 6 6550 MW550 MW，溪洛渡水电站，溪洛渡水电站8 8700MW 700MW ） 最大核电厂最大核电厂：秦山（秦山（300+2300+2600+2600+2700MW700MW）, (, (大亚大亚 湾湾2 29090万万KW,KW,江苏田湾江苏田湾

28、2 21060 MW,1060 MW,浙江三门、广东阳浙江三门、广东阳 江江2 21000MW)1000MW) 最大抽水蓄能电厂最大抽水蓄能电厂：广东抽水蓄能电厂广东抽水蓄能电厂8 8300 MW300 MW 1.1 电力系统的基本概念 1.1 电力系统的基本概念 机构改革初显成效：机构改革初显成效：20022002年年1212月，中国电力工业新机构为月，中国电力工业新机构为 适应市场发展应运而生，成立了两家电网公司、适应市场发展应运而生，成立了两家电网公司、5 5家发电家发电 集团公司和集团公司和4 4家辅业集团公司；家辅业集团公司；20032003年年2 2月，国家电力监管月，国家电力监管

29、 委员会宣告成立。委员会宣告成立。 两家两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限 责任公司；责任公司； 家家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐 集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国 电力投资集团公司；电力投资集团公司； 家家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、 中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司 和中国葛洲坝集团公司。和中国葛洲坝集团

30、公司。 1.1 电力系统的基本概念 缺电问题：缺电问题： 19701970年以来出现缺电问题年以来出现缺电问题 1998 1998年低用电水平下基本实现了电力的供需平衡年低用电水平下基本实现了电力的供需平衡 2001 2001电力再度短缺电力再度短缺 原因：原因：（1 1）电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成 缺电的重要原因缺电的重要原因 1.1 电力系统的基本概念 （2 2）电网的瓶颈制约，网络输送能力不足，输配电电网的瓶颈制约，网络输送能力不足，输配电“卡脖子卡脖子” 问题严重，制约了电力供应。问题严重，制约了电力供应。 发电、输电、配电比例：美国发

31、电、输电、配电比例：美国 1:0.43:0.7 1:0.43:0.7，日本，日本 1:0.47:0.68 1:0.47:0.68 ，英国，英国1:0.45:0.78 1:0.45:0.78 ，我国，我国 1:0.21:0.12 1:0.21:0.12 （3 3）发电机组出力不足（水电来水不足，火电电煤紧张）发电机组出力不足（水电来水不足，火电电煤紧张） （4 4）经济快速增长带动用电需求高涨）经济快速增长带动用电需求高涨 （5 5）居民用电被激活）居民用电被激活 （6 6）高耗能行业发展迅速）高耗能行业发展迅速 1.1 电力系统的基本概念 展望：我国电力工业进入了新一轮的快速发展期展望：我国电

32、力工业进入了新一轮的快速发展期 形成形成以大型清洁高效燃煤发电、大型水电、大型核电、以大型清洁高效燃煤发电、大型水电、大型核电、 多种形式的可再生能源发电和分布式电源构成的多元化发多种形式的可再生能源发电和分布式电源构成的多元化发 电结构。电结构。 形成以特形成以特/ /超高压交直流输电为骨干，区域电网互联，超高压交直流输电为骨干，区域电网互联， 各级电压电网协调发展的各级电压电网协调发展的坚强智能电网坚强智能电网。 1.1 电力系统的基本概念 目前电网和智能电网的比较目前电网和智能电网的比较 目前电网目前电网智能电网智能电网 通讯通讯没有或单向没有或单向双向双向 与用户交互与用户交互很少很少

33、很多很多 仪表型式仪表型式机电的机电的数字的数字的 运行与管理运行与管理人工的设备校核人工的设备校核远方监控远方监控 功率的提供与支持功率的提供与支持集中发电集中发电集中和分布式发电并存集中和分布式发电并存 潮流控制潮流控制有限的有限的普遍的普遍的 可靠性可靠性倾向于故障和电力中断倾向于故障和电力中断自适应保护和孤岛化自适应保护和孤岛化 供电恢复供电恢复人工的人工的自愈的自愈的 网络拓扑网络拓扑辐射状的辐射状的网状的网状的 1.2 电力系统运行特点及基本要求 特点特点 电能不能大量储存电能不能大量储存 暂态过程非常短促暂态过程非常短促（3030万万KM/SKM/S） 与国民经济及日常生活关系密

34、切与国民经济及日常生活关系密切 要求要求 安全安全 优质优质 经济经济 环保环保 安全：安全：保证可靠的供电保证可靠的供电 措施措施 电源与电网的建设（西电东送全国电源与电网的建设（西电东送全国 联网）联网） SCADASCADA数据采集与监视控制系统数据采集与监视控制系统 （SupervisorySupervisory ControlControl AndAnd DataData Acquisition Acquisition ） 设备检修（计划检修设备检修（计划检修状态检修）状态检修） 人员素质人员素质 1.2 1.2 电力系统运行特点及基本要求 负荷负荷（一级一级 二级二级 三级三级） n一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成 人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。 n二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成 大量减产，人民生活受影响。大量减产，人民生活受影响。 n三级负荷：所有不属于一、二级的负荷三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。 1.2 1.2 电力系统运行特点及基本要求 优质优质 指标指标 电压电压： 35kV 5% 10kV 7% (无功功率无功功率） 频率频率： 0.2