電力工程基礎(chǔ)第三版孫麗華主編第一章課件

2/4/20231河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院第1章概論1.1電力系統(tǒng)的基本概念1.2發(fā)電廠和變電所的類型1.4電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式1.3電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量1.5分布式發(fā)電與微網(wǎng)簡(jiǎn)介2/4/20232河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1電力系統(tǒng)的基本概念

一、電力系統(tǒng)的形成圖1-1從發(fā)電廠到用戶的送電過(guò)程

電力系統(tǒng)：完成電能生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)的統(tǒng)一整體。2/4/20233河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院圖1-2電力系統(tǒng)示意圖工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)2/4/20234河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

發(fā)電廠：生產(chǎn)電能，將一次能源轉(zhuǎn)換成二次能源，分為火、水、核、風(fēng)、太陽(yáng)、地?zé)岬劝l(fā)電廠。電力網(wǎng)：由不同電壓等級(jí)的電力線路和變電所組成，分為地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)及超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)三種類型。輸電線路（220kV及以上）配電線路高壓配電線路（110kV）中壓配電線路（6～35kV）低壓配電線路（380/220V）電力線路電力用戶：消耗電能，將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量。2/4/20235河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

二、建立大型電力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以減少系統(tǒng)的總裝機(jī)容量。可以減少系統(tǒng)的備用容量?？梢蕴岣吖╇姷目煽啃?。可以安裝大容量的機(jī)組。可以合理利用動(dòng)力資源，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)已形成東北、華北、華東、華中、西北、南方共6個(gè)跨省電網(wǎng)，由兩大集團(tuán)分別管理。我國(guó)電網(wǎng)分布圖2/4/20236河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院2.年發(fā)電量：指系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實(shí)際發(fā)出電能的總和，以MW·h、GW·h、TW·h計(jì)。3.最大負(fù)荷：指規(guī)定時(shí)間內(nèi)電力系統(tǒng)總有功功率負(fù)荷的最大值，以MW、GW計(jì)。4.額定頻率：50Hz5.電壓等級(jí)：指系統(tǒng)中電力線路的額定電壓，以kV計(jì)。1MW·h=103kW·h（千度），

1GW·h=103MW·h（100萬(wàn)度）

1TW·h=103GW·h（10億度），1kW·h=1度1.總裝機(jī)容量：指系統(tǒng)中所有機(jī)組額定有功功率的總和，以MW、GW計(jì)。

1GW=103MW（10萬(wàn)千瓦）1MW=103kW（1000千瓦）三、電力系統(tǒng)的基本參量2/4/20237河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

四、電力系統(tǒng)的特點(diǎn)電能不能大量?jī)?chǔ)存。電力系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程十分短暫。與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的關(guān)系密切。

五、對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求保證供電的可靠性。保證良好的電能質(zhì)量。為用戶提供充足的電能。提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。2/4/20238河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2發(fā)電廠和變電所的類型

一、發(fā)電廠的類型火電廠的燃料：煤炭、石油、天然氣等。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能。1．火力發(fā)電廠火電廠的類型：凝汽式火電廠、熱電廠電力系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等。汽輪機(jī)：水蒸汽、循環(huán)水（冷水熱水）火電廠的組成：鍋爐、汽輪機(jī)、電力系統(tǒng)鍋爐：燃料→灰渣，風(fēng)（空氣）→煙氣2/4/20239河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院火電廠是我國(guó)目前最主要的電源，比例大于75%。火力發(fā)電存在的問(wèn)題今后火電建設(shè)的重點(diǎn)采用高參數(shù)、大容量、高效率的設(shè)備。開(kāi)發(fā)清潔煤燃燒發(fā)電、天然氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。安全問(wèn)題：采礦和運(yùn)輸中的安全性災(zāi)難等。環(huán)境問(wèn)題：酸雨、溫室效應(yīng)、可吸入顆粒物等。效率問(wèn)題：凝汽式火電廠效率為40%，熱電廠為60%~70%。江蘇諫壁發(fā)電廠浙江北侖發(fā)電廠張家口發(fā)電總廠2/4/202310河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：水的位能→機(jī)械能→電能。水電廠的總發(fā)電功率：

水電廠的分類鼓勵(lì)熱電聯(lián)產(chǎn)。加強(qiáng)煤炭基地的礦口電廠建設(shè)。堤壩式引水式混合式抽水蓄能式壩后式：如三門峽、劉家峽、丹江口、三峽水電站河床式：如葛洲壩水電站2．水力發(fā)電廠2/4/202311河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院水電廠是我國(guó)目前最重要的電源之一。水力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是最廉價(jià)的能源之一：無(wú)需燃料、無(wú)環(huán)境污染、生產(chǎn)效率高、發(fā)電成本低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。綜合水利工程：可同時(shí)解決發(fā)電、防洪、灌溉、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等問(wèn)題。特殊的水電廠：抽水蓄能電廠，起“削峰填谷”作用。葛洲壩水電站長(zhǎng)江三峽水電站廣州抽水蓄能電站南美伊泰普水電站水電廠的組成：水庫(kù)、水輪機(jī)、電力系統(tǒng)2/4/202312河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院水力發(fā)電存在的問(wèn)題建設(shè)問(wèn)題：投資大、工期長(zhǎng)，存在庫(kù)區(qū)移民、淹沒(méi)耕地、破壞人文景觀、破壞自然生態(tài)平衡等問(wèn)題。運(yùn)行問(wèn)題：發(fā)電量受氣象、水文、季節(jié)水量變化的影響較大，分豐水期和枯水期，出力不穩(wěn)定，增加電力系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：核燃料的裂變能→熱能→機(jī)械能→電能。核電廠的組成：核反應(yīng)堆、汽輪機(jī)、電力系統(tǒng)3．核電廠2/4/202313河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院核電廠是我國(guó)目前最重要的電源之一。核電迅速發(fā)展的原因核電是一種新型的巨大能源。煤、石油等火電燃料儲(chǔ)量有限，不可再生。發(fā)達(dá)國(guó)家的水資源已基本殆盡。一些資源貧乏國(guó)家“能源危機(jī)”，不得不發(fā)展核電。秦山核電站大亞灣核電站核反應(yīng)堆的分類：輕水堆（包括沸水堆和壓水堆）、重水堆和石墨冷氣堆等。熱力系統(tǒng)由單回路構(gòu)成，有可能使汽輪機(jī)等設(shè)備受放射性污染由雙回路系統(tǒng)構(gòu)成，兩個(gè)回路各自獨(dú)立循環(huán)，不會(huì)造成設(shè)備的放射性污染2/4/202314河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院節(jié)省大量煤炭、石油等燃料，避免燃料運(yùn)輸。不需空氣助燃，可建在地下、水下、山洞或空氣稀薄地區(qū)。比火電廠造價(jià)高，但發(fā)電成本低30%～50%，且規(guī)模越大越合算。存在問(wèn)題：放射性污染。太陽(yáng)能發(fā)電：太陽(yáng)光能或太陽(yáng)熱能→電能風(fēng)力發(fā)電：風(fēng)力的動(dòng)能→機(jī)械能→電能4．其它形式發(fā)電

核能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)2/4/202315河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院地?zé)岚l(fā)電：地?zé)崮堋娔艹毕l(fā)電：海水漲、落潮的動(dòng)能或勢(shì)能→電能西藏羊八井電廠法國(guó)郎斯潮汐電站江廈潮汐電站新疆達(dá)板城風(fēng)電廠能源政策大部分國(guó)家以火電為主以水電為主的國(guó)家是加拿大等（60％以上）以核電為主的國(guó)家是法國(guó)等（78％以上）2/4/202316河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院172/4/2023我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略有序開(kāi)發(fā)水電優(yōu)化發(fā)展煤電大力推進(jìn)核電適度發(fā)展天然氣發(fā)電積極發(fā)展新能源發(fā)電

二、變電所的類型變電所：由電力變壓器和配電裝置所組成，起著變換電壓、交換和分配電能的作用。2/4/202317河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院樞紐變電所：高壓側(cè)電壓為330～750kV。中間變電所：高壓側(cè)電壓為220～330kV。地區(qū)變電所：高壓側(cè)電壓為110～220kV。終端變電所：高壓側(cè)為10～110kV。配電所（開(kāi)關(guān)站）：只接受和分配電能，不變換電壓。工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)：由總降壓變電所（或高壓配電所）、車間變電所、高壓配電線路和低壓配電線路等組成。2/4/202318河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院總降壓變電所：將35～110kV的供電電壓變換為6～10kV的高壓配電電壓。（有室內(nèi)型和室外型）車間變電所：將6～10kV的電壓降為380/220V的。附設(shè)式變電所（1~4）車間內(nèi)變電所（5）獨(dú)立變電所（7）露天變電所（6）地下變電所桿上變電所圖1-3車間變電所的類型配電線路：廠區(qū)高壓配電線、車間低壓配電線。變電所圖片2/4/202319河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院用電設(shè)備的額定電壓：與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同。發(fā)電機(jī)的額定電壓：比同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓高出5%。1.3電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量

一、電力系統(tǒng)的額定電壓電力網(wǎng)的額定電壓：我國(guó)高壓電網(wǎng)的額定電壓等級(jí)有3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。圖1-4供電線路上的電壓變化示意圖2/4/202320河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院二次繞組：變壓器的額定電壓我國(guó)公布的三相交流系統(tǒng)的額定電壓見(jiàn)表1-1。

一次繞組：接在電網(wǎng)中時(shí)：其額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓相同。直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，其額定電壓與發(fā)電機(jī)的額定電壓相同。當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較長(zhǎng)時(shí)：應(yīng)比同級(jí)電網(wǎng)額定電壓高10%

當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較短時(shí)：應(yīng)比同級(jí)電網(wǎng)額定電壓高5%其中5%用于補(bǔ)償變壓器滿載供電時(shí)一、二次繞組上的電壓損失；另外5%用于補(bǔ)償線路上的電壓損失，用于35kV及以上線路可以不考慮線路上的電壓損失，只需要補(bǔ)償滿載時(shí)變壓器繞組上的電壓損失即可，用于10kV及以下線路2/4/202321河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院~T1GT2110kV10kV6kVM發(fā)電機(jī)G：UN·G=1.05×10=10.5（kV）變壓器T1：U1N=10.5（kV）

U2N=1.1×110=121（kV）變壓器T2：U1N=110（kV）

U2N=1.05×6=6.3（kV）T1變比：10.5/121kV；T2變比：110/6.3kV例1-1已知下圖所示系統(tǒng)中電網(wǎng)的額定電壓，試確定發(fā)電機(jī)和變壓器的額定電壓。變壓器T1的一次繞組與發(fā)電機(jī)直接相連，其一次側(cè)的額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)的額定電壓相同變壓器T1的二次側(cè)供電距離較長(zhǎng)，其額定電壓應(yīng)比線路額定電壓高10%變壓器T2的二次側(cè)供電距離較短，可不考慮線路上的電壓損失2/4/202322河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

二、電壓等級(jí)的選擇220kV及以上：用于大型電力系統(tǒng)的主干線。110kV：用于中小型電力系統(tǒng)的主干線。35kV：用于大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部電力網(wǎng)。10kV：常用的高壓配電電壓，當(dāng)6kV高壓用電設(shè)備較多時(shí)，也可考慮用6kV配電。3kV：僅限于工業(yè)企業(yè)內(nèi)部采用。380/220V：工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的低壓配電電壓。電力網(wǎng)的額定電壓、傳輸功率和傳輸距離之間的關(guān)系見(jiàn)表1-2。2/4/202323河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院三、電能質(zhì)量頻率偏差額定頻率：50Hz允許偏差：正常允許偏差為±0.2Hz，當(dāng)容量較小時(shí)可放寬到±0.5Hz

電壓偏差：指用電設(shè)備的實(shí)際電壓偏離額定電壓的幅度，即1.電能質(zhì)量的概念2/4/202324河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院電壓偏差的危害白熾燈由于M∝U2，電壓低時(shí)，轉(zhuǎn)矩急劇減小，電流增大，使電動(dòng)機(jī)繞組絕緣過(guò)熱受損，縮短使用壽命。電動(dòng)機(jī)：電壓低：壽命延長(zhǎng)，但發(fā)光效率降低，照度下降；電壓高：發(fā)光效率增加，但使用壽命大大縮短。

電壓波動(dòng)與閃變：電壓波動(dòng)：電網(wǎng)電壓方均根值的連續(xù)快速變動(dòng)。閃變：人眼對(duì)因電壓波動(dòng)引起燈閃的一種主觀感覺(jué)電壓變動(dòng)：指電壓方均根值曲線上相鄰最大值與最小值之差，即2/4/202325河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院電壓波動(dòng)產(chǎn)生的原因：是由負(fù)荷急劇變動(dòng)引起的。電壓波動(dòng)的危害：電壓變動(dòng)頻度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù)。使電動(dòng)機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)；引起同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)；使某些電子設(shè)備無(wú)法正常工作；使照明燈發(fā)生明顯的閃爍現(xiàn)象等。2/4/202326河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院諧波與間諧波：諧波產(chǎn)生的原因：電力系統(tǒng)中存在非線性元件。波形畸變程度的幾個(gè)特征量諧波電壓含有率：諧波電流含有率：諧波：指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，得到的頻率為基波頻率整數(shù)倍的各次分量。諧波電壓總含量：2/4/202327河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

諧波電流總含量：電壓總諧波畸變率：電流總諧波畸變率：諧波的危害使變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯損耗增加，縮短使用壽命；使線路的功率損耗和電能損耗增加，并有可能使線路因電壓諧振而產(chǎn)生過(guò)電壓，擊穿設(shè)備的絕緣；2/4/202328河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院使電容器產(chǎn)生過(guò)負(fù)荷而影響其使用壽命；使繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作；使計(jì)算電費(fèi)用的感應(yīng)式電能表的計(jì)量不準(zhǔn)；對(duì)附近的通信線路產(chǎn)生信號(hào)干擾，使數(shù)據(jù)傳輸失真。間諧波：指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，得到的頻率不等于基波頻率整數(shù)倍的分量。間諧波干擾源：變流裝置、交流電弧爐等。簡(jiǎn)諧波的危害：除具有諧波引起的所有危害外，還會(huì)產(chǎn)生閃變；引起顯示器閃爍；造成濾波器諧振、過(guò)負(fù)荷；影響脈沖接收器正常工作等。2/4/202329河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院產(chǎn)生不平衡的原因：三相負(fù)荷不對(duì)稱。三相電壓不平衡的危害三相不平衡：指三相系統(tǒng)中電壓（或電流）的不平衡程度，用負(fù)序分量與正序分量有效值的百分比來(lái)表示，即對(duì)電動(dòng)機(jī)：產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，降低輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)使總電流增大，加速絕緣老化，縮短使用壽命。對(duì)變壓器：使其容量得不到充分利用。2/4/202330河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院對(duì)多相整流裝置：影響多相觸發(fā)脈沖的對(duì)稱性，使整流設(shè)備產(chǎn)生更多的高次諧波，進(jìn)一步影響電能質(zhì)量。對(duì)繼電保護(hù)裝置：使作用于負(fù)序電流的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)。暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓：暫時(shí)過(guò)電壓：包括工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓瞬態(tài)過(guò)電壓：包括操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓過(guò)電壓的危害：使電力設(shè)備故障、影響電力安全運(yùn)行。2/4/202331河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院2．電能質(zhì)量控制技術(shù)電能質(zhì)量的傳統(tǒng)控制技術(shù)：控制頻率偏差、電壓偏差、三相電壓不平衡以及保證供電的可靠性。頻率偏差：依靠電力系統(tǒng)的一、二次調(diào)頻。電壓偏差：配置充足的無(wú)功功率電源；改變發(fā)電機(jī)端電壓、變壓器變比、線路參數(shù)等。三相電壓不平衡：合理分配不對(duì)稱負(fù)荷；將不對(duì)稱負(fù)荷分散接于不同的供電點(diǎn)；采用高一級(jí)電壓供電；加裝三相平衡裝置等。供電可靠性：加強(qiáng)對(duì)設(shè)備質(zhì)量缺陷的檢測(cè)；強(qiáng)化安全生產(chǎn)教育；提前做好電氣設(shè)備的檢修維護(hù)工作；加強(qiáng)二次設(shè)備的管理、維護(hù)；提高系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平等。2/4/202332河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院電能質(zhì)量的現(xiàn)代控制技術(shù)

實(shí)施電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、無(wú)功優(yōu)化、負(fù)荷控制等，減少頻率和電壓的偏差的目標(biāo)。加強(qiáng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)的建設(shè)和改造工程，提高電壓質(zhì)量的目標(biāo)。利用技術(shù)成熟的無(wú)源濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置等，抑制諧波干擾、降低電壓波動(dòng)和閃變等。利用柔性交流輸電技術(shù)，提高系統(tǒng)輸電容量和提高暫態(tài)穩(wěn)定性，對(duì)線路電壓、阻抗、相位進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制潮流、阻尼振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性利用柔性配電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償諧波、抑制電壓下跌等。2/4/202333河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）

：又稱為基于電力電子技術(shù)的靈活交流輸電系統(tǒng)，通過(guò)控制電力系統(tǒng)的基本參數(shù)來(lái)靈活控制系統(tǒng)潮流，使電力傳輸容量更接近線路的熱穩(wěn)定極限。FACTS設(shè)備綜合補(bǔ)償裝置：統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）并聯(lián)補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）晶閘管控制制動(dòng)電阻器（TCBR）串聯(lián)補(bǔ)償裝置晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC）靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）晶閘管控制串聯(lián)電抗器（TCSR）2/4/202334河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院柔性配電技術(shù)（DFACTS）

：將柔性交流輸電系統(tǒng)中的現(xiàn)代電力電子技術(shù)及相關(guān)的檢測(cè)和控制設(shè)備延伸應(yīng)用于配電領(lǐng)域。DFACTS裝置有源電力濾波器（APF）動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）固態(tài)斷路器（SSCB）2/4/202335河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：二、中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)：中性點(diǎn)不接地中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地中性點(diǎn)直接(或低電阻)接地1.4電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式小電流接地系統(tǒng)大電流接地系統(tǒng)一、概述2/4/202336河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院此時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)地電壓圖1-5中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電路圖和相量圖a）電路圖b）相量圖發(fā)生A相接地故障時(shí)：2/4/202337河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

在數(shù)值上：圖1-6中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障時(shí)的電路圖和相量圖a）電路圖b）相量圖2/4/202338河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院流過(guò)故障點(diǎn)的接地電流（電容電流）為：

數(shù)值上：?jiǎn)蜗嘟拥仉娙蓦娏鞯慕?jīng)驗(yàn)公式：架空線路總長(zhǎng)度（km）電纜線路總長(zhǎng)度（km）2/4/202339河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院特點(diǎn)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓降為零，而非故障相對(duì)地電壓升高到原來(lái)相電壓的倍。單相接地電流等于正常時(shí)一相對(duì)地電容電流的3倍。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行可靠性高。發(fā)生單相故障時(shí)，電力網(wǎng)的線電壓仍然對(duì)稱，用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運(yùn)行一段時(shí)間。但運(yùn)行時(shí)間不能太長(zhǎng)，以免另一相又發(fā)生接地故障時(shí)形成兩相接地短路。2/4/202340河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院?jiǎn)蜗嘟拥仉娏餍∮?0A的3~10kV電力網(wǎng)；單相接地電流小于10A的35kV電力網(wǎng)。

適用范圍缺點(diǎn)：絕緣投資大。單相故障時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升為相電壓的倍，為確保設(shè)備的絕緣安全，系統(tǒng)相對(duì)地絕緣按線電壓設(shè)計(jì)，中性點(diǎn)絕緣按相電壓設(shè)計(jì)。2/4/202341河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)圖1-7中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的電路圖和相量圖a）電路圖b）相量圖消弧線圈中性點(diǎn)對(duì)地電壓2/4/202342河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院特點(diǎn)：運(yùn)行可靠性高，但絕緣投資大。補(bǔ)償度與脫諧度補(bǔ)償度（調(diào)諧度）：

脫諧度：

在電力系統(tǒng)中一般采用過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方式Why?消弧線圈的補(bǔ)償方式全補(bǔ)償：欠補(bǔ)償:過(guò)補(bǔ)償:消弧線圈的補(bǔ)償容量：2/4/202343河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院適用范圍：?jiǎn)蜗嘟拥仉娏鞔笥?0A的3~10kV電力網(wǎng)；單相接地電流大于10A的35kV電力網(wǎng)。四、中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約絕緣投資。發(fā)生單相短路時(shí)，非故障相對(duì)地電壓不變，電氣設(shè)備絕緣水平可按相電壓考慮。2/4/202344河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院說(shuō)明：110kV及以上電網(wǎng)采用中性點(diǎn)直接接地方式是為了降低工程造價(jià)，而在380/220V低壓電網(wǎng)中是為了保證人身安全。

針對(duì)缺點(diǎn)應(yīng)采取的措施加裝自動(dòng)重合閘裝置，以提高供電可靠性。適用范圍110kV及以上電網(wǎng)和380/220V電力網(wǎng)。缺點(diǎn)：供電可靠性不高。單相短路時(shí)，接地相短路電流很大，保護(hù)裝置迅速跳閘，因此系統(tǒng)不能繼續(xù)運(yùn)行。2/4/202345河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院1.5分布式發(fā)電與微網(wǎng)簡(jiǎn)介

一、分布式發(fā)電

分布式發(fā)電的概念與類型

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在的問(wèn)題:

投入成本高、運(yùn)行難度大、不能靈活跟蹤負(fù)荷變化、局部事故容易擴(kuò)大、環(huán)境污染日益嚴(yán)重。分布式發(fā)電DG（或分布式電源DR）：利用各種可用和分散存在的能源，將小型發(fā)電設(shè)備分散地安裝在用戶附近進(jìn)行發(fā)電供能的系統(tǒng)，其發(fā)電容量通常50MW以下。2/4/202346河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院風(fēng)力發(fā)電：用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。分布式電源的主要形式離網(wǎng)型：風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)蓄電池儲(chǔ)能，再供應(yīng)給用戶使用。并網(wǎng)型：在風(fēng)力資源豐富地區(qū)，按一定排列方式安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，成為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，發(fā)出的電能全部經(jīng)變壓器送至電網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)：是無(wú)污染、可再生、零成本的清潔能源。缺點(diǎn)：具有很大的隨機(jī)性、不可預(yù)測(cè)性和不可控性，風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)范圍較大。2/4/202347河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院太陽(yáng)能光伏發(fā)電：利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能。優(yōu)點(diǎn)：不消耗燃料、規(guī)模靈活、不受地域限制、安全可靠、無(wú)污染、維護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率較低，輸出功率受天氣、日照強(qiáng)度等因素影響，發(fā)電成本較高。并網(wǎng)運(yùn)行獨(dú)立運(yùn)行需要蓄電池儲(chǔ)能2/4/202348河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院生物質(zhì)能發(fā)電：利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物，甚至城市垃圾等生物質(zhì)，采取直接燃燒或氣化等方式將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能。優(yōu)點(diǎn)：總量豐富、污染小、分布廣泛；可再生能源；發(fā)電成本低；容易控制；環(huán)保綜合利用效果好。缺點(diǎn)：電能轉(zhuǎn)換的效率低，生物質(zhì)燃料的獲取、存儲(chǔ)和穩(wěn)定的供給較困難，發(fā)電容量和規(guī)模較小。燃料電池發(fā)電：工作原理與普通電池相似，將燃料氧化反應(yīng)所釋放的能量直接轉(zhuǎn)換為電能。不同點(diǎn)：燃料（氫）及氧化劑（空氣或氧）可以連續(xù)不斷地供給電池，以維持輸出電能的連續(xù)性。2/4/202349河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電：以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型氣輪機(jī)，其發(fā)電原理與大中型燃?xì)廨啓C(jī)相同。優(yōu)點(diǎn)：效率高、不受負(fù)荷變化的影響、清潔無(wú)污染、噪音低、安裝便捷經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：造價(jià)昂貴。優(yōu)點(diǎn)：體積小、質(zhì)量輕、發(fā)電效率高、污染小、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。2/4/202350河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院分布式發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)節(jié)能效果好：能源合理利用，提高能源利用效率；就近供電減少網(wǎng)損。環(huán)境污染少：采用綠色可再生能源發(fā)電，排放污染物少，減輕環(huán)保壓力。靈活性好：采用性能先進(jìn)的中小型發(fā)電裝置，開(kāi)停機(jī)迅速快捷，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活。經(jīng)濟(jì)性好：安裝位置靠近用戶，送電距離很短，不用架設(shè)遠(yuǎn)距離輸電線路。供電可靠性高：與大電網(wǎng)配合，在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下，維持重要用戶的供電。2/4/202351河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院分布式電源并網(wǎng)對(duì)配電系統(tǒng)的影響對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行的影響：會(huì)改變潮流的大小和方向，使穩(wěn)態(tài)電壓發(fā)生變化。大量分布式電源的接入會(huì)使配電網(wǎng)規(guī)劃人員難以準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)測(cè)負(fù)荷，影響后續(xù)規(guī)劃。對(duì)繼電保護(hù)的影響：使配電網(wǎng)變成多電源系統(tǒng)，影響故障電流的大小及方向，導(dǎo)致原有保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。對(duì)電能質(zhì)量的影響：分布式電源的啟動(dòng)和停運(yùn)會(huì)造成電壓波動(dòng)；電力電子型電源并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響：分布式電源與配電網(wǎng)的繼電保護(hù)配合不好使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性；不適當(dāng)?shù)陌惭b地點(diǎn)、容量和連接方式也會(huì)降低配電網(wǎng)可靠性。2/4/202352河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

二、微網(wǎng)微網(wǎng)的概念微網(wǎng)：由微電源（分布式電源）、電力電子裝置、儲(chǔ)能裝置、和負(fù)荷構(gòu)成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。采用微網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

可解決分布式發(fā)電出力波動(dòng)較大的問(wèn)題?？商岣哒麄€(gè)電網(wǎng)的供電可靠性。可以更加充分地利用電能和熱能。在電網(wǎng)故障、災(zāi)害等特殊情況下，微網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行可保證供電可靠性。2/4/202353河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖1-9微網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)2/4/202354河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院微網(wǎng)組成元素包括：微電源：包括前述各種分布式電源；負(fù)荷：包括敏感負(fù)荷和非敏感負(fù)荷；快速開(kāi)關(guān)：用于將微網(wǎng)與主網(wǎng)分離與再并網(wǎng)；微網(wǎng)控制及調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)模式：正常情況下，微網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行；孤島模式：當(dāng)主網(wǎng)發(fā)生某種擾動(dòng)事故時(shí)，微網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)而獨(dú)立運(yùn)行（平滑切換）。微網(wǎng)的運(yùn)行與控制2/4/202355河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院任何微電源的接入不會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；自主選擇運(yùn)行點(diǎn)；并網(wǎng)與孤島狀態(tài)可自動(dòng)平滑過(guò)渡；可獨(dú)立控制輸出的有功功率、無(wú)功功率；系統(tǒng)存在擾動(dòng)時(shí)仍能保證電能質(zhì)量。微網(wǎng)控制需滿足以下要求

：微網(wǎng)的控制策略按整體控制策略分：主從控制：一個(gè)DG為主電源來(lái)檢測(cè)各種電氣量，并通過(guò)通訊線路協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制其他從屬DG的輸出。2/4/202356河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院對(duì)等控制：各個(gè)DG釆用相同的控制，關(guān)系平等，微電源之間不需任何通訊環(huán)節(jié)，都釆用本地變量進(jìn)行控制。按分布式電源逆變型接口控制策略分：PQ控制（恒功率控制）：使分布式電源輸出的無(wú)功功率和有功功率等于其期望功率；下垂控制：利用分布式電源輸出的有功功率與頻率、無(wú)功功率與電壓幅值各成線性關(guān)系的原理而進(jìn)行控制；V/f控制（恒壓恒頻控制）：使分布式電源輸出的電壓和頻率保持不變。微網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望（略）2/4/202357河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院江蘇諫壁發(fā)電廠始建于1959年，于1987年9月全部建成，共安裝10臺(tái)機(jī)組，總?cè)萘?62.5萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量在100億度左右，成為80年代末到90年代初國(guó)內(nèi)最大的火力發(fā)電廠。2/4/202358河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院浙江北侖發(fā)電廠是我國(guó)目前最大的現(xiàn)代化火力發(fā)電廠，總裝機(jī)容量為300萬(wàn)千瓦(5×600MW)，工程于1988年1月正式開(kāi)工建設(shè)，2000年9月全部建成發(fā)電。年發(fā)電量167億度，為浙江省各類發(fā)電廠發(fā)電總量的四分之一，其中兩臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量就能滿足寧波市全部用電所需。2/4/202359河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院發(fā)電廠主控制室發(fā)電廠汽輪機(jī)房2/4/202360河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

張家口發(fā)電總廠成立于1988年8月，由下花園發(fā)電廠和沙嶺子發(fā)電廠合并而成，位于張家口市東南14km，距首都北京170km，距煤都大同180km。發(fā)電廠總裝機(jī)容量240萬(wàn)千瓦（8×300MW），通過(guò)500kV雙回線向北京供電，同時(shí)兼顧地方用電，擔(dān)負(fù)著北京地區(qū)1/4電力負(fù)荷的供電任務(wù)。張家口發(fā)電總廠夜景廠區(qū)景色汽輪機(jī)房2/4/202361河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院葛洲壩27孔泄洪閘葛洲壩水電站葛洲壩水電站是長(zhǎng)江干流上修建的第一座大型水電工程，是三峽工程的反調(diào)節(jié)和航運(yùn)梯級(jí)。電站始建于1970年，共有機(jī)21臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量271.5萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量157億度。電站以500kV和220kV輸電線路并入華中電網(wǎng)，并通過(guò)500kV直流輸電線路向距離1000km的上海輸電120萬(wàn)千瓦。2/4/202362河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院南美伊泰普水電站是二十世紀(jì)最大的水電站

，位于巴西和巴拉圭交界處的巴拉那河上，從1974年5月開(kāi)始修建，于1991年5月竣工，由巴西與巴拉圭共建?？傃b機(jī)容量12.6GW（18×700MW），年發(fā)電量790億度。水電站壩身長(zhǎng)7.7公里，壩高196米（相當(dāng)于65層樓的高度）。2/4/202363河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院642/4/2023三峽水電站效果圖

長(zhǎng)江三峽水電站壩長(zhǎng)2309m，壩高185m，水頭175m，總庫(kù)容393億立方米，總裝機(jī)容量2250萬(wàn)kW（32臺(tái)700MW和2臺(tái)50MW）；庫(kù)區(qū)將淹沒(méi)耕地36萬(wàn)畝，淹沒(méi)城鎮(zhèn)129座，需安置遷移人口113萬(wàn)；電站于93年起步，首批機(jī)組于2003年10月發(fā)電，以后每年投產(chǎn)4臺(tái)機(jī)組（280MW），2009年全部機(jī)組建成投產(chǎn)。三峽電站發(fā)出的強(qiáng)大電力將送往華中、華東地區(qū)和廣東省。電站將引出15條超高壓交流輸電線路，其中3條線路通過(guò)換流站將交流電轉(zhuǎn)換成直流電后，再通過(guò)500kＶ直流輸電線路，2條送往華東、1條送往廣東。2/4/202364河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院652/4/2023三期導(dǎo)流圖三峽大壩模型

三峽大壩由多個(gè)功能模塊組成，從左至右（面向下游）依次為永久船閘、升船機(jī)、泄沙通道（臨時(shí)船閘）、左岸大壩及電站、泄洪壩段、右岸大壩及電站、山體地下電站等。升船機(jī)的最大提升高度為113米，供3000噸以下船只通過(guò)大壩，用時(shí)約40分鐘；永久船閘是雙線五級(jí)船閘，供3000噸以上船只從這里翻過(guò)大壩，用時(shí)約3小時(shí)。2/4/202365河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院三峽工程綜合效益防洪：三峽水庫(kù)正常蓄水位175米，總庫(kù)容393億立方米，防洪庫(kù)容221.5億立方米，能有效地控制長(zhǎng)江上游洪水，保護(hù)長(zhǎng)江中下游荊江地區(qū)1500萬(wàn)人口、2300萬(wàn)畝土地，是世界上防洪效益最為顯著的水利工程。發(fā)電：三峽水電站裝機(jī)總?cè)萘繛?250萬(wàn)kW，年均發(fā)電量847億kW·h。以直線距離1000公里為半徑，全國(guó)除遼寧、吉林、黑龍江、新疆、西藏、海南、臺(tái)灣7省區(qū)外，其余地區(qū)的主要城市和工業(yè)基地都在這個(gè)范圍內(nèi)。航運(yùn)：它將改善航運(yùn)里程660公里，使重慶至宜昌航道通行的船隊(duì)噸位由現(xiàn)在的3000噸級(jí)提高至萬(wàn)噸級(jí)，年單向通過(guò)能力由1000萬(wàn)噸提高到5000萬(wàn)噸。供電范圍圖2/4/202366河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院三峽雙線五級(jí)船閘

三峽船閘全長(zhǎng)6.4公里，可通過(guò)萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)，單向年通過(guò)能力5000萬(wàn)噸。船閘主體段閘首和閘室分南北兩線，每線船閘主體段由6個(gè)閘首和5個(gè)閘室組成，每個(gè)閘室長(zhǎng)280米、寬34米。而船閘人字門是名副其實(shí)的“天下第一門”，單扇門寬20.2米，高38.5米，厚度3米，面積有兩個(gè)籃球場(chǎng)那么大，重達(dá)850多噸。2/4/202367河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院廣州抽水蓄能電站為目前世界上最大的抽水蓄能電站，是為大亞灣核電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而建設(shè)的配套工程，同時(shí)還承擔(dān)著廣東、香港電網(wǎng)的調(diào)峰填谷和事故備用的任務(wù)。電站總裝機(jī)總裝機(jī)容量2.4GW（8×300MW），分兩期建設(shè)，每期4臺(tái)，設(shè)計(jì)水頭535m，電站一期工程于1989年5月25日開(kāi)工且1993年6月29日1號(hào)機(jī)投產(chǎn)，二期工程于1994年9月12日開(kāi)工，至2000年3月14日8號(hào)機(jī)投產(chǎn)。2/4/202368河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院三峽的供電范圍2/4/202369河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院秦山核電站位于東海之濱美麗富饒的杭州灣畔，是中國(guó)第一座依靠自己的力量設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的壓水堆核電站，總裝機(jī)容量2×300MW。1985年3月動(dòng)工，1991年12月首次并網(wǎng)發(fā)電。它的建成使我國(guó)成為繼美、英、法、前蘇聯(lián)、加拿大、瑞典之后世界上第七個(gè)能夠自行設(shè)計(jì)、建造核電站的國(guó)家。2/4/202370河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院核電站主控制室核電站汽輪機(jī)房2/4/202371河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

大亞灣核電站位于深圳市東部大亞灣畔，為我國(guó)目前最大的核電站。大亞灣核電站是我國(guó)引進(jìn)國(guó)外資金、設(shè)備和技術(shù)建設(shè)的第一座大型商用核電站。核電站安裝有兩臺(tái)單機(jī)容量為900MW的壓水堆反應(yīng)堆機(jī)組。1987年8月7日工程正式開(kāi)工，1994年2月1日和5月6日兩臺(tái)機(jī)組先后投入商業(yè)營(yíng)運(yùn)。大亞灣核電站每年發(fā)電量超過(guò)100億度，其中七成電力供應(yīng)香港，三成電力供應(yīng)廣東電網(wǎng)。大亞灣核電站電站設(shè)備2/4/202372河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽(yáng)能電池板：將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)能控制器：控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。蓄電池：在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。逆變器：將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。

光電板控制器逆變器配電線路負(fù)載蓄電池2/4/202373河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院達(dá)板城風(fēng)力發(fā)電廠成立于1989年，是中國(guó)第一個(gè)大型風(fēng)電廠，發(fā)電量占全國(guó)的30%。2/4/202374河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院

羊八井電廠是我國(guó)最大的地?zé)犭姀S，總裝機(jī)容量為25.18MW，水溫約150℃，擔(dān)負(fù)拉薩地區(qū)50%的供電任務(wù)。電站由5眼地