电力系统作业

1、电力系统自动化作业 题目 1 详述电力系统的工作原理，并阐述一下现代电网的发展状况（30分） 2 结合电力系统的工作特点，回答以下问题（70分）1) 详细回顾和规划作为人的微型电力系统的过去轨迹和未来的计划安排。 （提示：可分别从发电机的励磁系统、发电机的有功功率和无功功率、电力系统的输电和用电负荷的无功损耗、配电网和用电的运营、分布式发电和智能电网的概念等方面入手，进行与人的微型电力系统对位来阐述，实现人生追求和生活质量）2) 为什么考试的成绩约定为60分及格，为什么在企业中51%的持股率就任命为董事长？请从发电机的有功功率的功角特性、故障情况下的有功/无功功率补偿裕量等方面进行阐述。答题：

2、1 详述电力系统的工作原理，并阐述一下现代电网的发展状况1. 1 电力系统工作原理 电力系统是指由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。如下为示意图。1 发电环节，利用发电动力装置将水能、石化燃料（煤、油、天然气）的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能，当前主要利用火力发电和水力发电。 火力发电，利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式，在火力发电厂中，采用煤炭作为一次能源，利用皮带传送技术，向锅炉输送经处理过的煤粉，煤粉燃烧加热锅炉使锅炉中的水变为水蒸汽，经一次加热之后，水蒸汽

3、进入高压缸。为了提高热效率，应对水蒸汽进行二次加热，水蒸汽进入中压缸。通过利用中压缸的蒸汽去推动汽轮发电机发电。 水力发电，则是利用水位落差 ，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。2 输电环节，输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。3 变电环节，为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，通过变电站完成。变电站的主要设备是开关和变压器。4 配电环节，电力系统中直接与用户相连、并向用户分配电能的环节。配电系统由配电变电所、高压配电线路(即1千

4、伏及以上电压)、配电变压器、低压配电线路（1千伏以下电压）以及相应的控制保护设备组成。通常将配电变电所到用户入户线以前的部分称为配电系统。配电系统中常用的供电方式有：三相三线制；带中性线的三相四线制；三相二线一地制；单相二线制；直流配电。各种配电方式及其主要应用场合列于表中。 一次配电网络从配电变电所引出线到配电所（或配电变电所）入口之间的网络。在中国又称高压配电网络。电压一般为610千伏。城市多使用10干伏配电,随着负荷密度的增加，配电容量的增长，配电电压有提高的趋势。如日本巳逐渐使用20千伏作为配电电压。中国部分地区也在试行20千伏配电方案。 由配电变电所引出的一次配电线路的主干部分称为干

5、线。由干线分出的部分称作支线。支线上接有配电变压器。一次配电网络普遍使用的接线方式有放射式和环式两种。前者是指配电干线及支线以放射状向其所辖范围供电；后者则是两条配电线路在供电区域内构成环形。显然，无备用的放射式接线投资少，但可靠性较低。为了减少故障停电范围，通常装设分段开关将线路适当地分段。环式线路上也装有联络开关，正常时开环运行。 二次配电网络由配电变压器次级引出线到用户入户线之间的线路、元件所组成的系统。又称低压配电网络。其接线方式除了放射式与环式外，在城市中重要用户可采用双回线接线，用电负荷密度高的市区则往往采用网格式。这种网络是由多条一次配电干线供电，通过配电变压器（又称网络变压器）

6、降压后，经低压熔断器与二次配电网相连（见图）。由于二次系统中相邻的配电变压器初级接到不同的一次配电干线，避免了因一次配电线故障而导致市中心区停电。1.2现代电网的发展状况： 现代社会对电能供应的“安全、可靠、经济、优质”等各种指标的要求越来越高，相应的，电力系统自动化技术也逐渐由低到高由局部到整体的发展。 a.由发、输电自动化向发、输、配电自动化全面发展； b.发展柔性交流输电技术（FACTS）进一步提高发电、输电自动化水平； c.在控制策略上日益向最优化、适应化、智能化、协调花、区域化发展； d.在设计分析上日益要求面对多级系统模型来处理问题； e.越来越多借鉴现代控制理论； f.增多了微机

7、、电子元器件和远程通信的应用。 而电网，是把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体。 近年来，伴随着中国电力发展步伐不断加快，中国电网也得到迅速发展，电网系统运行电压等级不断提高，我国电网规模已居世界第一位1 网络规模也不断扩大，全国已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架。 而对于电网的未来，电力需求越来越强劲的增长，需要充足的能源供应，我国能源资源具有总量多、人均量少、区域分布不平衡的三大特点。因此电能源建设注重多元化发展，多开发新型能源。2.1 详细回顾和规划作为人的微型

8、电力系统的过去轨迹和未来的计划安排。 1 对应发电机的励磁系统 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。 对于人体的微型电力系统来说，励磁电流是人的行动力，而励磁功率单元则是提供行动力的能量，而励磁调节器则是大脑，人体通过摄取能量来提供身体的行动力，而大脑通过摄取能量的类型、容量、性质等方面做出调节来控制行动力。2 对应发电机的有功功率和无功功率发电机在额定状态下运行，可发出的无功功率Q为无功功率，P为有功功率，为功率因数

9、角 所谓的无功功率并不是“无用”的功率，只是它的功率不能转换为机械能和热能。而有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。 对于人体的微型电力系统来说，人体每天都有有功功率和无功功率，比如说学习消耗的功率为有功功率，将身体储存的能量转化为学习获得的知识；而玩游戏休息等是产生无功功率，但是这些活动并不是无用的，休息可以恢复体力和精力，玩游戏可以减轻精神压力，可以让精神放松，因此劳逸结合就是一个产生有有功功率和无功功率的行为。回顾过去的20年，小时候玩闹休息时间多，但都是无功功率；等到开始上学，开始产生有功功率，而相对的无功功率减少，虽

10、然在接受教育的过程中，我们总被要求少玩多学习，但实际上劳逸结合才是合理的行为。3 对应电力系统的输电和用电负荷的无功损耗 电力系统的无功负荷包括异步电动机、同步电动机、电炉和整流设备等。其中异步电动机占的比重较大、消耗的无功功率较多，也就是说，系统中大量的无功负荷是异步电动机，因此，系统无功负荷的电压特性，主要取决于异步电动机的无功静态电压特性。 异步电动机从电网吸收的无功功率,主要用于以下两部分：一部分消耗在漏抗上的无功功率 ；另一部分作为励磁的无功功率 ，即 = +励磁功率与电压的平方成正比，U2/Xm，如果负载功率不变(即异步电动机所消耗的有功功率为常数)，当电压降低时，由于转动力矩减小

11、，转差将增大，定子电流增大，相应地，在漏抗上的无功功率消耗增大。相反当电压升高时，在漏抗上的无功功率消耗将减小。综合以上两部分，得到异步电动机的无功功率与电压的关系曲线如图7.6 所示 而电力系统的无功损耗分为变压器的无功损耗和输电线路的无功损耗。 变压器的无功功率损耗QT 包括两部分：一部分为励磁损耗Q0 ，另一部分为漏抗中的损耗Qk ，即 变压器的无功功率损耗在系统的无功功率需求中占有相当大的比重。 输电线路的无功功率损耗分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功功率与线路电压的平方成正比，呈容性；串联电抗中的无功功率损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。 线路究竟是

12、呈容性以无功电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行，应视具体情况而定。一般来说，当线路较短，电压较低时，线路的充电无功功率较小，这时线路的无功功率损耗为正值，线路要消耗无功功率；当线路较长，电压较高时，线路的充电无功功率很大，可能超过线路电抗所消耗的无功功率，这时线路的无功功率损耗为负值，线路发出无功功率。 而对于人体的微型系统，输电过程是指将行动力作用到实际生活的行为中传递的能量的过程，而用电过程则是指人要进行某些活动所要使用的能量，而输电与用电的无功损耗，比如你走到书架前取要用的书本，然后看书.行走过程就是输电过程的无功损耗，看书过程的损耗则为用电损耗。 4 对应配电网和用电的运营 从

13、发电厂发出的电能通过输电网送往消费电能的地区，再由配电网将电能分配至用户。所谓配电网就是从输电网接受电能，再分配给各用户的电力网。 配电网由配电变电站和配电线路组成。 配电变电站是变换供电电压、分配电能并对配电线路及配电设备实现控制和保护的配电设施。它与配电线路组成配电网，实现分配电能的功能。配电变电站进线电压通常较高，经过变压之后以一种或两种较低的电压为出线电压输出电能。对于不具备变电功能而只具有配电功能的配电装置简称为开关站。安装在架空配电线路上，用作配电的变压器，实际上是一种最简单的中压配电变电所，这种变压器接线简单，一路中压进线，经变压后的低压线路沿街道的各个方向分成几路向用户供电。这

14、种变压器通常放在电线杆上(也有放在地面上的)，在变压器的高、低压侧分别装有跌落式熔断器作为过电流保护，装有避雷器作为防雷保护。 配电线路是向用户分配电能的电力线路。我国将110 KV 及以下的电力线路都列为配电线路。按运行电压不同，配电线路可分为高压配电线路(35 KV110KV)、中压配电线路(10KV)和低压配电线路(380/220 V)三类。各级电压的配电线路可以构成配电网，也可以直接以专线向用户供电。按结构不同，配电线路可分为架空配电线路与电缆配电线路；按供电对象不同，可分为城市配电线路与农村配电线路。 至于配电网的特点： a.点多、面广、分散 配电网处于电力网的末端，它一头连着电力系

15、统的输电网，一头连着电能用户，直接与城乡企、事业单位以及千家万户的用电设备和电器相连接，这就决定了配电网是电力系统中分布面积最广、电力设备数量最多和线路最长的一部分。 b.配电线路、开关电器和变压器结合在一起 在输电网和高压配电网中，电力线路从一座变电站(或发电厂)出来接到另一座变电站去，中间除了电力线路以外就不再经过其他电力元件了，而在中压配电网和低压配电网中则不完全是这样。一条配电线路从高压配电变电站出来，往往就进入城市的一条街道，配电线沿街道延伸的同时，会在电线杆上留下一个个杆上变压器、断路器和跌落式熔断器，这些杆上电力元件和配电线结合在一起，成为配电线路的一部分。这些杆上电力元件不仅数

16、量多、分散，而且工作环境恶劣。 用电是被定义为按预定目的使用电能的行为。就是用户自己进行各种活动，比如用电脑，看电视，开空调等都属于用电行为。在人的微型电力系统中，配电网将电能分配到用户的行为，相当于将身体存储的能量在活动过程中合理分配到各个活动中，比如非配给学习、分配给玩耍、分配给睡觉等行为过程，将总的电能分成几份分给不同活动，而用电就是将分配的能量使用的过程。对于这一过程，配电对应着我们未来的规划过程，比如我准备考研、工作等。5 分布式发电和智能电网 分布式发电（Distributed Generation，简称DG），通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦（也有的建议限制在3050兆瓦以下）

17、的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括：以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电（光伏电池、光热发电）、风力发电、生物质能发电等。 分布式电源通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。分布式发电具有分散、随机变动等特点，大量的分布式电源的接入，将对配电系统的安全稳定运行产生极大的影响。 分布式发电的特点是小巧分散但是高效，这一特点在人的电力系统中的体现可以为，分布式发电就好是间断式的学习方式，学习时间分散化，但是学习效率却很高。 智能电网就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进

18、的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。 与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点，其先进性和优势主要表现在：a.具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。b.信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网

19、的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。c.柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。d.通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。e.实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。f.建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电

20、能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用；电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。 由于智能电网的优势，因此智能电网对世界经济社会发展的促进作用，智能电网建设对于应对全球气候变化，促进世界经济社会可持续发展具有重要作用。主要表现在： a.促进清洁能源的开发利用，减少温室气体排放，推动低碳经济发展。b.优化能源结构，实现多种能源形式的互补，确保能源供应的安全稳定。c.有效提高能源输送和使用效率，增强电网运行的安全性、可靠性和灵活性。d.推动相关领域的技术创新，促进装备制造和信息通信等行业的技术升级，扩大就业，促进社会经济可持续发展。e.实现电网与用户的双向互动，革新电力服

21、务的传统模式，为用户提供更加优质、便捷的服务，提高人民生活质量。 智能电网可类比我们的神经系统，能够接受处理信息。人的神经系统包括大脑、神经、皮毛、运动、思维，负责处理外部信息，使我们能对外界的刺激做出很好地反应，包括学习等重要的活动也是在神经系统完成的。 智能电网具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击的特点，因此也可以类比为人体的免疫系统，这个系统由免疫器官（骨髓、脾脏、淋巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结、阑尾、胸腺等）、免疫细胞（淋巴细胞、单核吞噬细胞、中性粒细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞、血小板（因为血小板里有IGG）等），以及免疫分子（补体、免疫球蛋白、干

22、扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等细胞因子等）组成。人体免疫系统有三大功能：一、保护抵抗抗原的侵入，防止疾病的发生维护人体的健康； 二、清除及时清除人体内的衰老的、死亡的、损伤的细胞； 三、修补随时识别和清除人体内产生的异常细胞（如肿瘤细胞）。两者相对比可以看出，智能电网并不具备修补功能，但是防御力强。综上所述，可以将人体器官、系统、以及人的整体性行为都看成一个电力系统的而一部分，具有发电、输电、变电、配电和用电等环节。2.2 为什么考试的成绩约定为60分及格，为什么在企业中51%的持股率就任命为董事长？请从发电机的有功功率的功角特性、故障情况下的有功/无功功率补偿裕量等方面进行阐述。发电机的功

23、角特性： 同步发电机的功角特性 对应于某一固定感应电势Eq值时，发电机输出功率p 是功角 的正弦函数，称为同步发电机的功角特性。当功角 =90时发电机输出功率为最大值为Pm ，该值称为发电机的极限功率。 从理论上讲，只要系统所取用的有功功率 Pm P ，发电机的功角 90，其运行是静态稳定的。否则，发电机就不能稳定运行。从以上分析可知发电机运行的功角 越小，其抗干扰能力越强，运行的静态稳定性越好。另一方面，功角越小发电机输出功率亦越小，发电机的容量不能得到充分利用。 在实际运行时，既要考虑充分发挥发电机效力，又要考虑因系统干扰造成发电机运行不稳定，通常是让发电机运行在功角 = 30 45度。一

24、方面当发电机发出的有功功率P 不变时，增大发电机的感应电势q E ，可使发电机的功角 减小，从而提高发电机运行的稳定性。另一方面，当系统有功负荷增加时，发电机输出的有功功率亦应随之增加，此时，增加发电机的励磁电流，可使发电机的功角 维持不变，从而保证发电机的稳定运行。 因此从发电机的功角特性的角度来看，虽然一百分是最大分数值，大师要考虑到大家水平的不一性，以60分为及格线，就相当是一个临界稳定点，在这个分数之上才能保障我们能够及格：而对于持股率来说，50%是临界稳定状态，超过百分之五十的公司董事会的领导就成为公司的董事长，拥有召开董事会、罢免CEO等最高权力，但他从来不掌握行政权力。 故障情况下的有功/无功功率补偿裕量：曲线1正常运行时的状态曲线2故障时的运行状态曲线3故障切除后的运行状态 当系统正常运行时，发电机工作在a点，发电机输出的有功功率为( P1为系统取用的有功功率)。当系统中某点发生故障时，阻断了发电机与系统之间的部分联系(影响程度与故障点至发电机的电气距离有关)，系统取用功率由P1急剧减小，从而使发电机的输出功率 急剧减小，其