電力系統(tǒng)概述和基本概念PPT課件

1、2021-11-16第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)概述一、 電力系統(tǒng)的基本概念1. 電力系統(tǒng)的基本概念電力系統(tǒng)： 發(fā)電+變配電+用電電力網(wǎng)絡： 變配電+用電動力系統(tǒng)： 動力部分+電力系統(tǒng)動力部分：火電：鍋爐、汽輪機、用熱設備水電：水庫、水輪機第1頁/共57頁2021-11-16第2頁/共57頁2021-11-162. 世界電力系統(tǒng)發(fā)展概況發(fā)電原理： 電磁感應定律第一座發(fā)電廠： 1882年，英國倫敦1831年，法拉第輸電電壓：100V和400V直流第一個電力系統(tǒng)： 1882年，法國輸電電壓：直流 1500V2000V，功率： 2kw， 距離： 57km單相交流輸電： 1885年，出現(xiàn)變壓器三

2、相交流輸電：1891年，出現(xiàn)三相變壓器及三相異步電動機第一條三相交流輸電線路：輸電電壓：交流 12kV，距離： 180km第3頁/共57頁2021-11-16目前交流輸電電壓：1200kV，1500kV在研究中距離： 1000km，功率： 5000MW目前直流輸電電壓：800kV距離： 1000km，功率： 3000MW3. 我國電力系統(tǒng)發(fā)展概況第一座發(fā)電廠： 1882年，上海目前： 6個跨省電力系統(tǒng)：華東、東北、華中、西北、華南電力裝機總?cè)萘浚?到2011年底達10.4億千瓦,僅次于美國成為全球第二電力大國。 電網(wǎng)規(guī)模超過美國成為全球第一。華中電網(wǎng)：500kV，西北電網(wǎng)： 330kV+ 75

3、0kV第4頁/共57頁2021-11-16 第一條1000kV：2008年11月，我國首條1000kV特高壓輸電線路正式通電運行。 這項工程起于山西，途經(jīng)河南止于湖北，穿越黃河、漢江兩條大河，跨越太行、伏牛兩座名山，全長654km，是世界上第一條投入商業(yè)化運行的高壓輸電線路，實現(xiàn)由輸煤向輸電的轉(zhuǎn)變 。第5頁/共57頁2021-11-16第一條800kV直流輸電工程 ：云廣特高壓直流輸電工程于2010年6月18日正式竣工投產(chǎn)。 是迄今世界電壓等級最高的直流輸電項目。 云南省楚雄州祿豐縣廣東省廣州增城市經(jīng)云南、廣西、廣東。線路全長1373千米。輸送容量500萬千瓦。 寧東-山東660kV直流輸電工

4、程， 2011年2月28日投入運行。 第6頁/共57頁2021-11-16云廣800千伏特高壓直流輸電線路 第7頁/共57頁2021-11-16第8頁/共57頁2021-11-16交流輸電的優(yōu)缺點：優(yōu)點：主要表現(xiàn)發(fā)電和配電方面（1）發(fā)電： 交流發(fā)電機很方便地把機械能、化學能等形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 （2）配電：方便地通過變壓器升壓和降壓 。 缺點：主要表現(xiàn)輸電方面 （1）線路造價高 輸送同樣功率交流電所用導線截面積大于或等于直流輸電所用導線的截面積的1.33倍 。 （2）年運行費用高 直流架空輸電線只用兩根，導線電阻損耗比交流輸電??；沒有感抗和容抗的無功損耗；沒有集膚效應，導線的截面利用充分。

5、（3）存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題交流電力系統(tǒng)中所有的同步發(fā)電機都必須保持同步運行。 第9頁/共57頁2021-11-16直流輸電的優(yōu)缺點：當輸送相同功率時,直流線路造價低,架空線路桿塔結(jié)構(gòu)較簡單。 優(yōu)點：主要表現(xiàn)輸電方面直流輸電的功率和能量損耗小 對通信干擾小 線路穩(wěn)態(tài)運行時沒有電容電流,沒有電抗壓降,沿線電壓分布較平穩(wěn),線路本身無需無功補償； 直流輸電線聯(lián)系的兩端交流系統(tǒng)不需要同步運行缺點：直流輸電的換流站比交流系統(tǒng)的變電所復雜、造價高換流裝置（整流和逆變）運行中需要大量的無功補償，正常運行時可達直流輸送功率的4060 換流裝置在運行中在交流側(cè)和直流側(cè)均會產(chǎn)生諧波，要裝設濾波器。 第10頁/共57頁2

6、021-11-16 在電力裝機容量迅速增長的同時，我國的電源結(jié)構(gòu)也在不斷的得到優(yōu)化。第11頁/共57頁2021-11-162010年我國的水電裝機容量達到21340萬千瓦，居世界第一。三峽水電站水庫壩高：185m，水頭：175m，水庫長600多km 32臺發(fā)電機，每臺容量700MW總裝機容量：18.2GW，年發(fā)電量：86.5TWh輸電電壓：500kV， 500kV 它是世界上規(guī)模最大的水電站，也是中國有史以來建設最大型的工程項目。 第12頁/共57頁2021-11-16俯瞰三峽水電站第13頁/共57頁2021-11-16三峽水電站第14頁/共57頁2021-11-16第15頁/共57頁2021

7、-11-16第16頁/共57頁2021-11-16三峽水電站泄洪圖 第17頁/共57頁2021-11-16開發(fā)西南水電基地： 金沙江13個階梯， 瀾滄江14個階梯， 大渡河17個階梯， 雅礱江11個階梯. 在建的巨型項目： 溪洛渡水電站 工程總投資：792億元工程期限：2005年 2015年總裝機容量為1260萬千瓦，(金沙江下游) 年發(fā)電量為571.2億千瓦時，位居世界第三，是中國第二大水電站。向家壩水電站 工程總投資：434億元工程期限：2006年 2015年總裝機容量為600萬千瓦，(金沙江下游) 年發(fā)電量為307億千瓦時，位居世界第四，是中國第三大水電站。第18頁/共57頁2021-1

8、1-16金沙江擬建4座水電站，發(fā)電量為三峽工程兩倍第19頁/共57頁2021-11-162014年6月30日，溪洛渡左岸1號機組進入投產(chǎn)運行狀態(tài)。至此，溪洛渡水電站所有機組全部投產(chǎn)。 第20頁/共57頁2014年7月10日，最后一臺機組正式投產(chǎn)運行。 第21頁/共57頁2021-11-16電站效益 一、發(fā)電效益 通過直流特高壓送往華中、華東地區(qū)，向家壩水電站送出的800千伏直流特高壓是國產(chǎn)化示范工程。 二、防洪效益 向家壩水電站與溪洛渡水電站聯(lián)合運用是解決川江防洪問題的主要工程措施之一，配合三峽水庫進一步提高荊江河段的防洪能力，減少長江中下游地區(qū)的分洪損失。第22頁/共57頁2021-11-1

9、6四、灌溉效益 五、環(huán)境效益 節(jié)約煤炭資源，減少燃煤污染，改善四川盆地環(huán)境質(zhì)量。 三、航運效益 金沙江屬山區(qū)型河流，因河道狹窄，灘多流急，給航運造成困難。 庫區(qū)成為行船安全的深水航區(qū)，同時與溪洛渡水庫聯(lián)合調(diào)度運行，可改善下游枯水期的航運條件。 第23頁/共57頁2021-11-16世界巨型水電站排行表第24頁/共57頁2021-11-16核電突破了1000萬千瓦，風電容量達到了3107萬千瓦。核電站工作原理： 燃料：鈾。 用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。 我國的核電站

10、 秦山核電站： (浙江省海鹽縣) 國產(chǎn)化率70% 大亞灣核電站： (深圳 ) 國產(chǎn)化率70% 第25頁/共57頁2021-11-16風力發(fā)電風力發(fā)電機充電器數(shù)字逆變器 風力發(fā)電機： 把由風輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機構(gòu)均勻運轉(zhuǎn)，把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是1325V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。 第26頁/共57頁2021-11-16風力發(fā)電第27頁/共57頁2021-11-16中國風電區(qū)域發(fā)展狀況（單位：MW）第28頁

11、/共57頁2021-11-16太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電是最理想的新能源。 大約40分鐘照射在地球上的太陽能，便足以供全球人類一年能量的消費。 從太陽能獲得電力，需通過太陽電池進行光電變換來實現(xiàn)。 要使太陽能發(fā)電實用，一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本，二是要實現(xiàn)太陽能發(fā)電同現(xiàn)在的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。 日本已于1992年4月實現(xiàn)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)， 已有一些家庭開始安裝太陽能發(fā)電設備。 第29頁/共57頁2021-11-16光伏發(fā)電第30頁/共57頁2021-11-16國際空間站太陽能電池板 第31頁/共57頁2021-11-16綠色環(huán)保節(jié)能太陽能 第32頁/共57頁2021-11-1

12、6太陽能屋頂發(fā)電站 第33頁/共57頁2021-11-16火力發(fā)電 利用煤、石油、天然氣等燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)換成電能。 火電裝機增速也在不斷的下降，火電新增裝機占全年新增裝機的比重也已經(jīng)從2005年的81%下降到了2010年的64.34%。第34頁/共57頁2021-11-16火力發(fā)電第35頁/共57頁2021-11-16二、 電力系統(tǒng)的發(fā)展方向（1）特高壓輸電交流1000千伏、直流800千伏 它的最大特點就是可以長距離、大容量、低損耗輸送電力。 據(jù)測算，1000千伏交流特高壓輸電線路的輸電能力超過500萬千瓦，接近500千伏超高壓交流輸電線路的5倍。 800千伏直流特高

13、壓的輸電能力達到700萬千瓦，是500千伏超高壓直流線路輸電能力的2.4倍。 2011年1月6日，國家發(fā)改委批復了特高壓交流試驗示范工程擴建工程。該工程計劃于年內(nèi)投運，擴建后輸送容量將擴大至500萬千瓦。而這一擴建工程，成為“十二五”期間我國特高壓建設的起步工程。 僅僅相隔20天，1月26日國家電網(wǎng)公司又宣布，要全力推進1100千伏特高壓直流研究，5年內(nèi)將建成示范工程，從而為外送距離超過2400公里的大型能源基地提供支撐。 第36頁/共57頁2021-11-16（2）柔性交流輸電(flexible alternative current transmission systems，F(xiàn)ACTS)

14、將電力電子技術(shù)、微處理機技術(shù)和控制技術(shù)等應用于高壓輸變電系統(tǒng)，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)參數(shù)，如線路阻抗、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗，以提高輸配電系統(tǒng)可靠性、可控性、運行性能和電能質(zhì)量并獲取大量節(jié)電效益的一種新型綜合技術(shù)。 柔性交流輸電系統(tǒng)的建設，并非要毀掉原有的輸電系統(tǒng)，而是在原有的交流輸電系統(tǒng)中根據(jù)需要選擇利用靈活交流輸電系統(tǒng)技術(shù)及功率電子設備，加以逐步改造形成柔性交流輸電系統(tǒng)。 世界上第一臺 500 KV的全可控的串聯(lián)補償裝置（TCSC）已于 1994 年 12 月在美國開始商業(yè)化運行。 目前，我國的電業(yè)部門也在積極研究在超高壓

15、輸電工程中應用TCSC及其他FACTS技術(shù)的可行性和具體實施方案。 第37頁/共57頁2021-11-16（3）智能電網(wǎng)(smart power grids) 就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”， 它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應用， 實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。 主要特征包括自愈、激勵和包括用戶抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。 第38頁/共57頁2021-11-16三、 對電力系統(tǒng)

16、運行的基本要求（1）電力系統(tǒng)的特點與國民經(jīng)濟各部門的關(guān)系密切； 過渡過程非常短促； 電能不能大量儲存。 （2）對電力系統(tǒng)運行的基本要求可靠 保證可靠地持續(xù)供電 事故原因： 設備質(zhì)量 32%， 管理 21.2% ，人員過失 17% ，自然災害 16.6%， 繼電保護誤動作 13.2% 。負荷分級 一級負荷： 雙電源+獨立備用電源 二級負荷： 雙電源三級負荷： 沒有特殊要求第39頁/共57頁2021-11-16優(yōu)質(zhì) 保證良好的質(zhì)量 電壓： 5%頻率： 0.2Hz 0.5Hz波形： 畸變率= 2各次諧波有效值基波有效值經(jīng)濟 投資少，運行費用低。經(jīng)濟指標：煤耗、廠用電率、網(wǎng)損 環(huán)保 污染物排放量少。第

17、40頁/共57頁2021-11-16第二節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級和負荷一、電力系統(tǒng)的電壓等級（kV）用電設備、用電設備、電力線路的電力線路的額定線電壓額定線電壓電力線路的電力線路的平均線電壓平均線電壓 發(fā)電機發(fā)電機額定線電壓額定線電壓變壓器的額定線電壓變壓器的額定線電壓一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組33.153.153 3.153.15 3.366.36.36 6.36.3 6.61010.510.510 10.510.5 1135373538.5110115110121220230220242330345330345500525500525第41頁/共57頁2021-11-16（1）額定電壓

18、用電設備與線路 UN 發(fā)電機 1.05UN 變壓器 一次側(cè)二次側(cè)接電網(wǎng)UN 發(fā)電機1.05UN 接長線路1.1UN 接短線路1.05UN 說明： 用電設備的容許電壓偏移一般為5%； 沿線路的電壓降落一般為10%； 在額定負荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5% 。第42頁/共57頁2021-11-16（2）額定電壓與輸送功率、輸送距離的關(guān)系額定電壓額定電壓輸送功率輸送功率(kW)輸送距離輸送距離(km)310010001361001200415102002000620352001000020506035003000030100110100005000050150220100000500000100

19、300第43頁/共57頁2021-11-16二、電力系統(tǒng)的負荷總負荷：動力負荷+照明負荷綜合負荷：指工農(nóng)業(yè)、交通、市政等各方面消耗的功率之和。供電負荷：綜合負荷+網(wǎng)損發(fā)電負荷：供電負荷+發(fā)電廠廠用電負荷曲線有功曲線、無功曲線年曲線、月曲線、日曲線、工作班曲線個別用戶、電力線路、變電所、電力系統(tǒng)第44頁/共57頁2021-11-16（1） 有功日負荷曲線 第45頁/共57頁2021-11-16（2） 有功功率年最大負荷曲線 0 2 4 6 8 10 12 t(月)p（3） 年持續(xù)負荷曲線 8760 t(h)pp1t1p2t2p3t3TmaxPmaxTmax： 年最大負荷利用小時數(shù) 87600pd

20、tW全年P(guān)maxTmaxTmax=maxPW全年max87600Ppdt 負荷越均衡， Tmax越大， Tmax可以查手冊。 第46頁/共57頁2021-11-16第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)中性點的接地方式電力系統(tǒng)中性點的接地方式一、電力系統(tǒng)中性點的接地方式電力系統(tǒng)中性點：Y接線的發(fā)電機或變壓器的中性點。關(guān)系到：絕緣、供電可靠性、繼電保護及對通訊干擾。ANXBYCZ大接地電流方式：(1)時： 斷路器跳閘。小接地電流方式：(1)時：短路電弧能自動熄滅，斷路器不跳閘。第47頁/共57頁2021-11-16（1）大接地電流方式ANXBYCZ有效接地：指定點滿足x0/x13和r0/x11適用110kV22

21、0kV全接地：適用330kV經(jīng)低電抗、中阻抗、低阻抗接地特點：(1)時：構(gòu)成短路回路，接地相電流很大，斷路器跳閘。優(yōu)點：安全、經(jīng)濟。絕緣水平可以按相電壓考慮。缺點：可靠性差。措施：加自動重合閘。第48頁/共57頁2021-11-16（2）小接地電流方式(60kV)不接地：經(jīng)消弧線圈接地：適用3kV10kVAXBYCZ適用35kV60kV經(jīng)高電抗接地特點：(1)時：短路回路阻抗大，接地相電流小，斷路器不跳閘。優(yōu)點：(1)后： 線電壓不變，不影響三相設備的繼續(xù)運行。按規(guī)定，(1)后：可以繼續(xù)運行2小時。缺點：不經(jīng)濟。(1)后： 相電壓線電壓絕緣水平需按線電壓考慮。第49頁/共57頁2021-11-

22、16（3）我國電力系統(tǒng)中性點的接地方式原則：110kV的高壓系統(tǒng)380V的低壓系統(tǒng)大接地電流方式110kV、220kV系統(tǒng)：有效接地330kV、500kV系統(tǒng)：全接地60kV 系統(tǒng)小接地電流方式35kV60kV 系統(tǒng)：經(jīng)消弧線圈接地3kV10kV 系統(tǒng)：不接地或經(jīng)消弧線圈接地3kV60kV 系統(tǒng)：Id (1)10A：經(jīng)消弧線圈接地采用中性點不接地方式：6kV ：Id (1)30A10kV ： Id (1)20A35kV ： Id (1)10A超過則經(jīng)消弧線圈接地第50頁/共57頁二、消弧線圈的工作原理設系統(tǒng)為三相對稱平衡系統(tǒng)，各相參數(shù)相等。（1）中性點不接地系統(tǒng)的單相接地設C相單相接地，則各對地電壓ABC+BU+CU+AUNNUCCCAIBICICD0U中性點電壓NCUU 正常相對地電壓ADANUUUDACUUACUBDBNUUUBCUUBCU故障相對地電壓NU結(jié)論：正常相對地電壓變?yōu)榫€電壓。ADUBDU上 頁下 頁返 回各線電壓電壓ABABABUUUUBCBCBCUUUUCACACAUUUU結(jié)論：各線電壓不變。AUCUBUND第51頁/共57頁中性點不接地對地電流