《电气工程及其自动化专业导论》课件-第3章电力系统及其自动化

第3章电力系统及其自动化3.1电力系统的发展历程3.2电力系统简介3.3发电厂3.4电力网和变电站3.5电力系统运行与控制3.6电力系统新技术3.1电力系统的发展历程

随着社会生产力的不断发展，人类使用的能源从远古时代钻木取火获得热能，到18世纪蒸汽机将热能转换为机械能开创了具有划时代意义的工业革命，再到19世纪发电机将机械能转变为电能，促使生产力得到了空前发展。热能机械能电能3.1电力系统的发展历程

太阳能、水能、风能等自然界蕴含的资源，以及煤炭、石油、天然气等随自然界演化生成的动力资源，是能量的直接提供者，这样的能源称之为一次能源。而由一种或多种一次能源经过转换或加工得到的能源，称为二次能源。电能就是一种被广泛使用的二次能源。电能可以方便地转换成机械能、光能等其他形式的能量供人们使用。电能的生产和使用具有易于转换、便于输送、控制灵活、生产成本低的优势，因此电能成为工业、农业、交通运输、国防科技以及人民生活等各方面不可缺少的能源。太阳能、水能、风能煤炭、石油、天然气……一次能源能量的直接提供者由一种或多种一次能源经过转换或加工得到的能源——二次能源电能就是一种被广泛使用的二次能源3.1电力系统的发展历程

电力工业是生产和销售电能的行业，是将自然界提供的能源转换为便于人们直接使用的电能的产业。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到重要作用。随着我国经济的不断发展，对电的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电力生产的发展。电力工业自然界提供的能源电能对电的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电力生产的发展。起步阶段（1882-1949）、艰苦创业（1949-1978）、创造辉煌（2003-至今）。3.1电力系统的发展历程中国第一盏灯1882年7月26日，上海外滩6.4公里长的供电线路上串联的15盏弧光电灯亮起。中国第一座发电厂1882年4月，英国人创办的上海电气公司，建设了装机容量为12kW、中国第一个发电厂。1875年巴黎火车站建成世界上第一个火电厂，用直流发电供附近照明。开端几乎与世界同步1879年旧金山建成世界上第一座商用发电厂，两台发电机供22盏电弧灯。1882年9月爱迪生在美国纽约珍珠街建成世界上第一座正规发电厂。起步阶段（1882-1949）、艰苦创业（1949-1978）、高速发展（1978-至今）。从1882年到1949年新中国成立，其间的67年，我国电力工业基本状况是一个十分落后的百孔千疮的破烂摊子，电厂凋零，设备残缺，电网瘫痪，运行维艰，技术水平相当落后，与发达国家差距较大。到1949年新中国成立，全国发电装机容量185万kW，全年发电量43亿kWh，分别位居世界第21位和第25位。在这一阶段我国电力工业的发展处于落后地位。3.1电力系统的发展历程新中国成立后，我国电力工业迅速发展，到1978年，全国电力装机容量已达5712万kW，比1949年增长近30倍；年发电量2566亿kWh，增长近59倍。特别是改革开放以来，我国电力工业得到了迅猛发展。起步阶段（1882-1949）、艰苦创业（1949-1978）、高速发展（1978-至今）。电源建设方面截止2022年底，全国发电装机容量25.6亿kW，发电总量8.849万亿kW·h。3.1电力系统的发展历程电源建设方面1989年，我国第一台60万千瓦亚临界机组在安徽平圩电厂建成投运；1992年，我国第一台60万千瓦超临界机组在上海石洞口电厂建成投运；2000年，我国第一台65万千瓦核电汽轮机研制成功，这是我国自主研制设计的核电机组，用于安装到浙江秦山核电站；2006年，我国首台国产化100万千瓦超超临界机组在浙江玉环电厂建成投产。3.1电力系统的发展历程电源建设方面1998年，当时的万里长江第一坝-葛洲坝水利枢纽工程建成，装机容量271.5万千瓦。2003年三峡左岸1号70万kW机组并网发电，2012年三峡电站32台70万kW和2台5万kW机组全部投入运行，总装机容量达到了2250万kW，年发电量约1000亿度，约占全国年发电总量的3%，占全国水力发电的20%，是世界上最大的水电站。葛洲坝三峡3.1电力系统的发展历程1991年，我国自行设计建造的30万千瓦秦山核电站并网发电，实现中国内地核电零的突破；1994年引进国外技术建成内地第二座核电站大亚湾核电站。电源建设方面此外，还投入了风能、地热能、太阳能、潮汐能等新能源发电电站，形成多种能源互补发展的局面，其中化石能源发电仍然占有大比重，但近5年来新能源发电得到了飞速的发展。秦山大亚湾3.1电力系统的发展历程1954年辽南地区建成我国第一条220kV输电线路；1972年西北地区建成我国第一条330kV高压交流输电线路；1981年东北地区建成我国第一条500kV超高压交流输电线路，至此，500kV超高压交流输电线路逐渐各大区域电网的骨干网架和跨省、跨地区的联络线。1989年9月华中与华东电网之间±500kV超高压直流输电工程投入运行，在中国首次实现非同步跨大区联网。电网建设方面已形成了东北、华北、西北、华东、华中、南方6个跨省区电网。3.1电力系统的发展历程电网建设方面遵循西电东送、南北互供、全国联网、超高压网架、同步电网结构的方针，以三峡为中心，向东西南北四个方向辐射，形成区域电网互联的送电通道为主体、南北电网间多点互联、纵向通道紧密联系的大区电网框架。3.1电力系统的发展历程2009年由我国自主研发、设计、制造和建设的世界第一条商业化运营的1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流工程投运，使华北与华中电网更紧密地连在一起；

荆门晋东南南阳电网建设方面3.1电力系统的发展历程2010年向家坝-上海±800kV特高压直流工程投运。

四川宜宾复龙换流站上海奉贤换流站电网建设方面3.1电力系统的发展历程2016年1月开工，2019年9月投运的准东-皖南±1100kV特高压直流输电线路，全长3293km，输电能力达到1200万千瓦，是迄今为止世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最远、技术水平最高的特高压直流线路。

新疆昌吉安徽古泉特高压交流（1000kV）工程3.1电力系统的发展历程直至2022年底我国已建成投运“17交20直”37个特高压输电工程。序号工程投运时间1晋东南-南阳-荆门2009.12淮南-浙北-上海2013.93浙北-福州2014.124淮南-南京-上海2016.115锡盟-山东2016.76蒙西-天津南2016.11序号工程投运时间7

榆横-潍坊2017.88锡盟-胜利2017.89雄安-石家庄2019.610苏通GIL综合管廊2019.911山东-河北环网2020.112张北-雄安2020.8序号工程投运时间13蒙西-晋中2020.914驻马店-南阳2020.1215南昌-长沙2021.1216南阳-荆门-长沙2022.1017荆门-武汉2022.12特高压直流流（±800kV和±1100kV）工程3.1电力系统的发展历程序号工程投运时间1云南-广东2010.62向家坝-上海2010.73锦屏-苏南2012.124哈密南-郑州2014.15溪洛渡-浙江金华2014.76糯扎渡-广东2015.57宁东-浙江绍兴2016.9序号工程投运时间8酒泉-湖南湘潭2017.69晋北-南京2017.610锡盟-泰州2017.911扎鲁特-山东青州2017.1212滇西北-广东深圳2018.513上海庙-山东临沂2019.114准东-皖南2019.9序号工程投运时间15青海-河南2020.1216乌东德-广东、广西2020.1217雅中-江西2021.618陕北-湖北2021.819白鹤滩-江苏2022.720白鹤滩-浙江2022.12±1100kV第3章电力系统及其自动化3.1电力系统的发展历程3.2电力系统简介3.3发电厂3.4电力网和变电站3.5电力系统运行与控制3.6电力系统新技术3.2电力系统简介完成电能的生产、输送、分配以及电能使用等这些设备连在一起构成的系统就是电力系统。电力系统的电能：直流电和交流电直流输电三相交流输电1882年19世纪90年代进入21世纪直流输电

一般提到的电力系统如无特殊说明均指的是交流电3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成3.2.2电力系统的电气设备3.2.3电气的一次系统和二次系统3.2.4电力系统中性点接地方式3.2.5电力系统运行及参数3.2.6电力系统特点3.2.7电力系统的基本要求3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成电力工业初期电力业发展期电气图单线图母线三相对称现代电力系统具有大电网、大容量、大机组、高电压、远距离的特点。大电网的优势：提高了供电可靠性、可充分利用新能源、减少了容量、提高了系统的经济性能。3.2.1电力系统的组成电力系统就是由发电机、变压器、输电线路和用电设备组成的系统。3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成3.2.2电力系统的电气设备3.2.3电气的一次系统和二次系统3.2.4电力系统中性点接地方式3.2.5电力系统运行及参数3.2.6电力系统特点3.2.7电力系统的基本要求3.2电力系统简介一次设备二次设备3.2.2电力系统的电气设备电力系统的电气设备——直接参与生产、输送和分配电能的高压设备——对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行状况或信号的低压电器设备。一次设备电能生产和转换的设备接通或断开电路的开关设备限制过电流和防御过电压的保护设备载流导体接地装置——发电机、电动机和变压器等。3.2.2电力系统的电气设备一次设备电能生产和转换的设备接通或断开电路的开关设备限制过电流和防御过电压的保护设备载流导体接地装置——发电机、电动机和变压器等。——断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和接触器等。——限制过电流的电抗器和防御过电压的避雷器等3.2.2电力系统的电气设备一次设备电能生产和转换的设备接通或断开电路的开关设备限制过电流和防御过电压的保护设备载流导体接地装置——发电机、电动机和变压器等。——断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器和接触器等。——限制过电流的电抗器和防御过电压的避雷器等——保证系统安全可靠运行的中性点接地或保护人身安全的保护接地。——传输电能或连接电气设备，包括:架空线路、电缆和母线等。测量仪表继电器和自动装置直流电源设备操作电器信号设备控制电缆——测量电路中电气量的测量仪表，包括电压表、电流表、功率表等。——对系统不正常情况进行监控和调节，或作用于断路器跳闸将故障切除。——供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷、事故照明用电的直流电源设备，包括：直流发电机组、蓄电池组和硅整流装置等；——用于连接二次设备。3.2.2电力系统的电气设备二次设备——对电路的操作控制，如各种类型的操作把手、按钮等。——给出信号或显示运行状态标志。3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成3.2.2电力系统的电气设备3.2.3电气的一次系统和二次系统3.2.4电力系统中性点接地方式3.2.5电力系统运行及参数3.2.6电力系统特点3.2.7电力系统的基本要求3.2电力系统简介二次系统是电力系统不可缺少的重要组成部分，是由继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化和DCS自动控制系统等组成的，人与一次系统的联系是通过二次系统实现的，并保证一次系统能安全可靠经济地运行。电气一次系统和二次系统之间通过电压互感器和电流互感器联系起来。3.2.3电气的一次系统和二次系统一次系统，也称一次回路由一次设备相互连接，完成电能生产、输送、分配和消费任务的电气回路。一次系统是电力系统的主体。高电压、大电流是一次系统的主要特征。二次系统，也称二次回路由二次设备相互连接，实现对一次系统的监测、控制、调节和保护的电气回路3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成3.2.2电力系统的电气设备3.2.3电气的一次系统和二次系统3.2.4电力系统中性点接地方式3.2.5电力系统运行及参数3.2.6电力系统特点3.2.7电力系统的基本要求3.2电力系统简介3.2.4电力系统中性点运行方式星形接线中性点角形接线直接接地不接地经消弧线圈接地经小电阻接地在低于1kV低压配电系统中，采用中性点直接接地的运行方式。小电流接地系统大电流接地系统3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成3.2.2电力系统的电气设备3.2.3电气的一次系统和二次系统3.2.4电力系统中性点运行方式3.2.5电力系统运行及参数3.2.6电力系统特点3.2.7电力系统的基本要求3.2电力系统简介描述一个具体电力系统的基本参数：——系统中实际安装的所有发电机组额定有功功率总和，kW、MW、GW。——系统中所有发电机组全年实际发出的电能总和，kW

h、MW

h、GW

h、TW

h。——指系统中最高电压等级的电力线路的额定电压，kV。3.2.5电力系统的运行及参数总装机容量年发电量最大负荷——在规定时间（一天、一月或一年）内，系统总用功功率负荷的最大值，kW、MW、GW。年用电量——接在系统上所有用户全年所用电能的总和，kW

h、MW

h、GW

h、TW

h。额定频率——我国规定的交流电力系统的额定频率为50Hz，国外则有额定频率为60Hz的电力系统。最高电压等级在我国交流额定电压等级0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、和1000kV。3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成3.2.2电力系统的电气设备3.2.3电气的一次系统和二次系统3.2.4电力系统中性点运行方式3.2.5电力系统运行及参数3.2.6电力系统特点3.2.7电力系统的基本要求3.2电力系统简介电能不能大量储存3.2.6电力系统的特点发出电量使用电量损耗电量储能方式化学电池储能抽水蓄能飞轮储能压缩空气储能压缩空气储能飞轮储能抽水蓄能锂电池储能电站全钒液流电池铅酸电池储能电站钠硫电池储能电站电能不能大量储存过渡过程非常迅速与国民经济各部门及人民生活关系极为密切具有明显的地区性特点3.2.6电力系统的特点电能传播速度为光速采用先进的信息控制技术和各种自动装置来完成操作电能是不可或缺的能源。3.2电力系统简介3.2.1电力系统的组成3.2.2电力系统的电气设备3.2.3电气的一次系统和二次系统3.2.4电力系统中性点运行方式3.2.5电力系统运行及参数3.2.6电力系统特点3.2.7电力系统的基本要求3.2电力系统简介3.2.7电力系统的基本要求（1）保证供电可靠性——首要任务保证供电可靠性就是不间断地向用户供电。（2）保证良好的电能质量电压频率电压波形基本指标35kV及以上，偏移±5﹪；10kV及以下，偏移±7﹪低压照明和农业用户，偏移+5～-10﹪。我国的技术标准规定：电力系统的额定频率为50Hz；大容量系统，频率偏差为±0.2Hz；中小容量系统频率偏差为±0.5Hz。电压波形为正弦波形；总畸变率不大于4％；380V／220V线路总畸变率不大于5％。最大限度地满足用户的电力需求，为国民经济的各部门提供充足的电力。最大限度地降低电能成本；对整个系统实施最佳经济调度。3.2.7电力系统的基本要求（3）保证充足的电力（4）保证电力系统运行的经济性基本要求：保证对用户不间断地供给可靠、优质、充足而又价廉的电能。第3章电力系统及其自动化3.1电力系统的发展历程3.2电力系统简介3.3发电厂3.4电力网和变电站3.5电力系统运行与控制3.6电力系统新技术3.3

发电厂3.3.1火力发电厂3.3.2水力发电厂3.3.3核电站3.3.4其他可再生能源发电3.3发电厂火力发电厂（火电厂）——将煤、石油、天然气等作为燃料的发电厂。化学能→→热能→→机械能→→电能凝汽式火电厂热电厂：建在临近热负荷的地区、装机容量大、

热效率不高。（火电厂）：生产电能的同时也生产热能，热效率高。3.3.1火力发电厂3.3.1火力发电厂火电厂热效率不高，可达30﹪～32﹪。热电厂热效率可达60﹪～70﹪。3.3

发电厂3.3.1火力发电厂3.3.2水力发电厂3.3.3核电站3.3.4其他可再生能源发电3.3发电厂堤坝式引水式混合式3.3.2水力发电厂称为水力发电厂（水电厂）——利用河流所蕴含的水能资源发电的电厂。水的动能或势能→→机械能→→电能坝后式水电厂河床式水电厂：三峡、三门峡、刘家峡、丰满、白山、丹江口水厂：葛洲坝、西津水电厂就属于河床式水电厂坝后式河床式引水式3.3.2水力发电厂在河段上有若干个不同类型的水电厂，一个接一个，成阶梯状的分布，这类水电厂称为梯级水电厂。目前在金沙江下游已经开始梯级开发建造乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四座大型水电厂，总装机容量将是三峡电站的两倍。一种特殊形式的水电厂——抽水蓄能电厂与火电厂相比，水电厂有如下几个特点：(1)不消耗燃料，不存在环境污染问题；(2)由于水电厂的生产过程简单，因此所需的运行维护人员较少，并且容易实现生产自动化；(3)发电成本低，生产效率高；(4)水电机组从静止状态启动到满负荷运行，正常时只需要4～5分钟，事故是还可以缩短到1分钟左右，水电厂能适应负荷的急剧变化，适于承担系统的峰荷和备用作用；(5)解决了发电、防洪、灌溉、航运等多方面问题，从而实现河流的综合利用，使国民经济取得更大效益。3.3.2水力发电厂3.3

发电厂3.3.1火力发电厂3.3.2水力发电厂3.3.3核电站3.3.4其他可再生能源发电3.3发电厂核燃料核裂变释放出大量热能→水被加热成具有一定压力和温度的蒸汽→发电机旋转→电能3.3.3核电厂反应堆是核电厂的重要核心设备。核反应堆：轻水堆型、重水堆型和石墨气冷堆等。沸水堆型

压水堆型3.3

发电厂3.3.1火力发电厂3.3.2水力发电厂3.3.3核电站3.3.4其他可再生能源发电3.3发电厂3.3.4其他可再生能源发电1.风力发电风能→机械能→电能3.3.4其他可再生能源发电恒速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统风能→→机械能→→需经齿轮箱升速后驱动发电机→→电能风能→→机械能→→通过电力电子技术控制→→电能实现了发电机转速与电网频率的解耦太阳能光发电太阳能热发电3.3.4其他可再生能源发电2.太阳能发电太阳能→热能、电能以及化学能光能→电能太阳辐射能→热能→电能包括：光伏发电、光感应发电、光化学发电和光生物发电太阳辐射能→热能→机械能→电能太阳能槽式发电

太阳能塔式发电

太阳能蝶式发电3.3.4其他可再生能源发电3.地热发电地热能→机械能→电能西藏羊八井3.3.4其他可再生能源发电4.潮汐发电在海水潮涨潮落的过程中，电能均从电站发出来5.生物质能发电包括：燃烧发电、气化发电、沼气发电等6.燃料电池发电3.3.4其他可再生能源发电生物质能——所有来源于植物、动物和微生物、除矿物燃料外的可再生物质，是光合作用而产生的各种有机体的总称，是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式。“燃料”，不同于煤、油、气等传统燃料。第3章电力系统及其自动化3.1电力系统的发展历程3.2电力系统简介3.3发电厂3.4电力网和变电站3.5电力系统运行与控制3.6电力系统新技术3.4

电力网和变电站3.4.1电力网3.4.2变电站3.4.3输电线路3.4电力网和变电站3.4.1电力网作用：输送和分配电能任务配电网输电网电力网简称为电网电网输电网是电力系统的骨架和主干电网3.4.1电力网电网配电网输电网地方电网区域电网超高压远距离电网一般城市、工矿区和农村电网我国大部分省（自治区）电网我国的东北、华北、华中等大区电网高压配电网中压配电网低压配电网地方电力网区域电力网超高压远距离输电网3.4.1电力网1.输电网输电网的额定电压通常在220kV及以上的电压等级，是整个电力系统的骨架或主干电网。——电压不超过110kV、供电半径在20~50km以内的电力网。一般城市、工矿区和农村配电网属于地方电力网。——电压在110~220kV、供电半径超过50km的电力网。我国大部分省（自治区）的电力网属于区域电力网。——电压在330kV以上，由远距离输电线路连接构成的电力网。该类电力网往往联系几个区域性电力网形成跨省（自治区）的电力网，如我国的东北、华北、华中等大区电力系统就属于这一类型。高压配电网：电压一般在35~110kV中压配电网：电压在1~10kV低压配电网：电压为220/380V。2.配电网电力系统中与用户相连并向用户分配电能的电网。3.4

电力网和变电站3.4.1电力网3.4.2变电站3.4.3输电线路3.4电力网和变电站区域变电站地方变电站终端变电站又称枢纽变电站，地位重要，电压等级为330kV及以上，进出线回路数多。该变电站一旦停电，将引起整个系统解列，甚至造成部分系统瘫痪。枢纽变电所对电力系统的稳定性和可靠性起重要作用。又称二次变电站，是一个地区或一个中小城市的主要变电站，电压等级一般为110～220kV，主要向地区或城市用户供电。该变电站停电将造成该地区或城市供电的紊乱。又称配电站，是电力系统最末端的用户变电站，多数是工业企业变电站和城市居民小区、商业网点及农村的乡镇变电站，电压等级一般为110kV，直接向一个局部地区用户供电，不承担转送功率任务。该变电所停电将造成用户供电的中断。3.4.2变电站变电站作用：变换和分配电能3.4.2变电站1.变压器（T）——电力系统中的重要电器设备，其功能是将电力系统中的电压升高或降低，以利于电能的合理输送和分配。3.4.2变电站2.高压开关设备——正常及故障情况下电路的开断和闭合。隔离开关（QS）断路器（QF）可以切断和接通负荷电路，以及切断故障电路。具有灭弧能力。又称为刀闸，没有灭弧装置闭合和开断有电压无负荷的线路，不能开断负荷电流和短路电流需要与断路器配合使用3.4.2变电站3.互感器——高压设备上的大电压、大电流转换为各种仪器仪表能接受的小电压、小电流。电压互感器（TV）

电流互感器（TA）二次绕组与被测回路串联相当于短路状态二次侧的额定电流一般为5A或1A。3.4.2变电站限制过电压以保护电气设备避雷针避雷线避雷器4.防雷设备——防止雷电对设备的损害防直击雷最常见的措施，安装在高建筑物的最顶端保护架空电力线路和露天配电装置免受直击雷3.4.2变电站补偿多余的容性电流。补偿线路的容性无功功率，限制了工频过电压。抑制潜供电流，提高线路单相重合成功率，保障系统供电可靠性。5.并联的电容器和并联的电抗器并联的电容器补偿无功功率，提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。优点：结构简单、安装方便、无噪声、维护工作量少、建设运行费用低和有功功率损耗少缺点：U降低发出的Q更少Q=BCU2并联的电抗器3.4.2变电站起到汇集和分配电能的作用。颜色来区分相序6.母线保证电路接线的安全性和灵活性。按照材料分铜母线、铝母线和钢母线。按照结构分为硬母线和软母线。硬母线按截面形式分为:矩形母线、双槽形母线和圆管形母线三相交流：A相—黄色；B相—绿色；C相—红色；直流：正极—红色；负极—蓝色；中性线：接地中性线—紫色；不接地中性线—白色。3.4.2变电站7.SF6全封闭组合电器以SF6气体为绝缘和灭弧介质，以环氧树脂等优质材料绝缘子作支撑的封闭式成套高压电器。——GIS3.4电力网和变电站3.4

电力网和变电站3.4.1电力网3.4.2变电站3.4.3输电线路3.4.3输电线路输电线路按架设方式分为：架空线路和电缆线路。1.架空线路导线——传导电流、输送电能。架空地线（避雷线）——保护电力线路免受雷击。杆塔——支撑导线和避雷线，并使导线之间、导线与大地之间保持安全距离。绝缘子——固定导线并使导线与杆塔之间保持良好的绝缘。2.电缆线路钢芯铝绞线分裂导线金具——连接导线，或将导线固定在绝缘子上以及将绝缘子固定在杆塔上，也用作连接绝缘子或保护绝缘子和导线等。用于架空线路不能通过的特殊区域、自然环境特别恶劣或严重污染地区、城市居民人口稠密区、线路走廊拥挤地段等。第3章电力系统及其自动化3.1电力系统的发展历程3.2电力系统简介3.3发电厂3.4电力网和变电站3.5电力系统运行与控制3.6电力系统新技术3.5电力系统运行与控制3.5

电力系统运行与控制3.5.1交流系统与直流系统3.5.2电力系统运行状态3.5.3电力系统安全控制3.5.4电力市场3.5.1交流系统与直流系统不存在同步发电机并列运行的稳定性问题；现代的直流输电系统不同于原来的直流系统。三相交流电直流电3.5.1交流系统与直流系统

换相←电压+大量无功功率“大直流输电，强无功支撑”新一代同步调相机——为系统提供短路容量，增大系统有效短路比，具有更好的无功出力特性，在降低暂态过电压、抑制直流换相失败、利用强行励磁提高系统稳定性等方面具有更强的优势。3.5电力系统运行与控制3.5

电力系统运行与控制3.5.1交流系统与直流系统3.5.2电力系统运行状态3.5.3电力系统安全控制3.5.4电力市场电力系统功率平衡、节点电压和频率均在允许偏差范围内、电源和输配电设备均在规定的限额内。故障：短路、功率严重不平衡、发电机失步。3.5.2电力系统运行状态事故状态事故后状态安全、可靠、经济的运行状态如果不及时采取相应的控制措施或措施不够有效，则电力系统将会失去稳定性。借助继电保护装置、自动装置或人工干预，将故障部分从电力系统中切除，从而使电力系统非故障部分可以继续稳定运行。采取一系列操作和措施恢复电力系统出力和送电能力，尽快恢复对用户的供电，使系统恢复到正常运行状态。正常状态3.5电力系统运行与控制3.5

电力系统运行与控制3.5.1交流系统与直流系统3.5.2电力系统运行状态3.5.3电力系统安全控制3.5.4电力市场需要用恢复控制手段，使其重新进入正常运行状态。3.5.3电力系统安全控制事故状态事故后状态正常状态设备控制设备继保电网调度电力系统安全控制的目的：采取各种措施使系统尽可能运行在正常运行状态。（1）制定运行计划、收集和处理系统运行信息、安全监视和分析.（2）确定各项预防性控制出现故障需要紧急控制来处理。通过紧急控制将系统恢复到正常状态或事故后状态。紧急控制——继电保护装置和自动控制装置。发电设备控制：频率调节和电压调节。继电保护装置：当设备处于故障以及不正常运行状态时能有选择地动作于跳闸或发出报警信号。电网调度：预测负荷、分配发电任务、对电网进行安全监测和分析、处理事故、指挥操作。3.5电力系统运行与控制3.5

电力系统运行与控制3.5.1交流系统与直流系统3.5.2电力系统运行状态3.5.3电力系统安全控制3.5.4电力市场电力市场的基本特征：开放性、竞争性、计划性和协调性。3.5.4电力市场狭义广义：指发电市场、输配电市场、用电市场、电建市场等。概念：采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、配电和用电等各环节的成员，组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力商品不同其他商品的特点：无仓储性、同质性、可预测性、生产资料和生活资料的双重属性。第1阶段：根除缺电和拉闸限电现象，解决最基本的电力短缺问题；第2阶段：成立国家电力公司，实行企业改制和现代企业管理；第3阶段：实行“厂网分开、竞价上网”试点；第4阶段：新组建并成立电网公司、发电公司以及国家电力监管委员会，标志着初级中国电力市场正式启动并实施。电力各企业存在以电能为商品的交易关系。电力体制改革3.5.4电力市场电力市场建设及发展历程模拟市场阶段电厂上网售电的趸售市场阶段——发电市场电网企业向供电企业和大用户售电的趸售市场阶段——输电市场发电市场与输电市场合一，两项交易合并成一次交易的阶段——供电企业和大用户向发电企业直接购电，电网退出电力交易，只承担电力的运输职能，收取“过网费”完全竞争阶段——发电企业向终端用户竞争售电、输电企业和供电企业均退出电力市场交易第3章电力系统及其自动化3.1电力系统的发展历程3.2电力系统简介3.3发电厂3.4电力网和变电站3.5电力系统运行与控制3.6电力系统新技术3.6电力系统新技术3.6

电力系统新技术3.6.1电能传输新技术3.6.2智能电网3.6.1电能传输新技术1.特高压输电技术交流电压220kV的电网称为高压电网；交流电压为330kV、500kV、750kV，直流电压为±600kV的电网称为超高压电网；交流电压为1000kV及以上、直流电压为±800kV及以上的电网称为特高压电网。3.6.1电能传输新技术2.柔性输电技术用先进的电力电子技术为电网提供灵活的控制手段。可提高可靠性、可控性、运行性能及电能质量。柔性直流输电技术（VSC-HVDC）通过对电压、电抗和相角的控制，提高系统稳定性。通过控制潮流方向，提升电网的输送能力，使电力系统的运行方式更加灵活。又称为灵活交流输电技术。柔性交流输电技术（FACTS）以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。与传统直流输电技术相比具有能够瞬时实现有功和无功功率独立控制、可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信、易于构成多端直流系统等优点。能向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电等。项目常规直流输电柔性直流输电传输功率±800kV/10000MW（上海庙——山东）±420kV/5000MW（渝鄂柔直）无功补偿输送容量的40%-60%不需要，并可以给系统提供无功潮流控制智能控制有功有功、无功分别控制接入特性强交流系统可接弱系统或无源系统构成多端较难容易器件使用晶闸管（6250A）IGBT（3000A）3.6.1电能传输新技术3.半波长输电技术(HWACT)一次能源基地与负荷中心相距甚远，实现超远距离、超大容量的电力输送的一种输电方法。u=3×108m/s，f=50Hz，T=0.02s，λ/2=3×106m→→

工频半波距离3000kmu1，i1u2，i2

φφ电源与负荷间的电气距离近似为零。对无损半波输电线路，有功和无功都无损耗地从首端传到末端。优点：较低的相间电压。轻巧的杆塔结构。较窄的线路走廊。大功率输送能力。易于与三相现存系统协调兼容运行。对高压断路器触头断流容量的要求较低等。3.6.1电能传输新技术4.多相输电方式现有的多相输电方式的研究，限于相数为3的倍数相。多于三相的输电方式可以称之为多相输电。具有3个直流极输电的新型直流输电技术。提高线路输电容量，有效利用输电走廊。成本低、可靠性高、过负荷能力强、融冰性好。3.6.1电能传输新技术利用高密度载流能力的超导材料发展起来的新型输电技术。电缆由超导材料、绝缘材料和维持超导状态的低温容器构成。具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的特点。超导输电新技术多端直流输电技术（Multi-terminalHVDC,MTDC）系统由3个或3个以上换流站及连接换流站之间的高压直流输电线路组成。与交流系统有3个或3个以上的连接端口，能够实现多个电源区域向多个负荷中心供电。三极直流输电技术（TripoleHVDC）3.6电力系统新技术3.6

电力系统新技术3.6.1电能传输新技术3.6.2智能电网3.6.2智能电网小型电网19世纪后期—20世纪中期互联大电网20世纪中期到20世纪末坚强智能电网进入21世纪中国电网总体规划发电量小，装机规模少，电压等级低，自动化水平低、电网间联系弱。以城市或局部区域电力配置为主的小型孤立电网。发电机容量和装机容量不断提高，电网电压等级提高、电网联系较强。逐步向具有全国或跨国电力配置能力的大型同步电网发展。电网规模上国家级或跨国跨洲的主干输电网与地方电网、微电网协调发展。电压等技术以1000kV及以上特高压交流和800kV及以上特高压直流输电推广应用。基于信息网络和智能控制技术，电网智能化水平也全面提升。我国国家电网公司提出的坚强智能电网：以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化的特征，包含发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”高度一体化融合的现代电网。主要内涵是：坚强可靠、经济高效、清洁