第三章 电力系统及其自动化技术

GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论1四、电力网1.电网的构成和功能电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应的配电装置构成。电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变换。电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结构通常以电压等级进行分层；输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷中心，其额定电压通常为220～750kV，它是电力系统的主干网；配电网将电能通过配电线路送到电能用户，可以分为高压、中压、和低压配电网；高压配电网的电压一般为35～110kV或更高；中压配电网的电压一般为1～35kV；低压配电网的电压一般为380/220V。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论230000MW30000MW10000MW40000MW20000MW10000MW40000MW10000MW四、电力网GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论3四、电力网GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论4四、电力网2.电力线路电力线路分为架空线路和电缆线路。架空线路主要由导线、避雷线（又称架空地线）、杆塔、绝缘子串合金具等部分组成。导线用来传导电流，输送电能；避雷线用来将雷电流引入大地，保护线路免遭直击雷的破坏；杆塔用来支撑导线和避雷线；绝缘子用来使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝缘状态；金具用来固定、悬挂、连接和保护架空线路各主要元件的金属器件的总称。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论5四、电力网GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论6四、电力网2.电力线路电缆是将导电芯线用绝缘层及防护层包裹，敷设于地下、水中、沟槽等处的电力线路。特点：造价高，故障定位和检修困难；占地面积少，供电可靠；不影响城市环境。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论7四、电力网3.变电站的功能和构成变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过变压器将各级电压的电网联系起来。主要设备：变换电压的变压器；开闭电路的开关设备；汇集和分配电能的母线；计量和控制用的互感器、仪表、继电保护装置；防御过电压的防雷装置，如：避雷器、避雷针等；通信装置；无功补偿装置。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论8四、电力网-变电站GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论9四、电力网-变电站GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论10四、电力网—学生到变电站实习参观GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论11四、电力网—变压器GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论12四、电力网4.配电系统的功能和构成配电系统是电力系统的一部分，由电压等级为110kV及以下的线路和设备构成，电力系统通过配电网络直接向用户供电，主要由配电变电站、配电线路等构成。主要包括：1kV以下低压配电；1～35kV中压配电；35～110kV高压配电。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论13四、电力网5.电网调度和运行电能特点：电能目前不能大量存储；暂态过程非常迅速，以10-3～10-6s计；意外供电中断，给国民经济造成重大损失；电能质量要求十分严格。电力系统调度管理是指对电力系统全局安全经济运行和事故处理的问题进行计划、指挥、控制、协调等工作的总称。调度管理的任务保证电网经济、安全可靠运行，提供合格的电能质量。调度管理的内容电力系统分层调度管理：国调、网调、省调、地调、县调。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论14四、电力网—某电力系统地区调度室GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论15四、电力网6.电网的安全稳定控制电力系统安全控制的主要内容包括对电力系统进行安全监视和安全分析，提出安全控制对策并予以实施。安全监视：利用数据采集和传输系统获得电力系统实时信息，供运行人员及时处理。安全分析：在安全分析的基础上，对预想事故的影响进行估算。分为静态安全分析和动态安全分析。安全控制：在电力系统各种运行状态下，为保证系统安全所进行的各种调节、校正和控制。包括：预防性安全控制、紧急状态下的安全控制和事故后的恢复控制。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论16四、电力网—电网的安全稳定控制电力系统故障主要包括单相接地短路、两相接地短路、两相短路、三相短路、断线等；故障可能引起的后果：①短路故障点强大的短路电流及燃起的电弧，可能损毁设备；②部分区域电能质量下降；③短路电流的热效应和电动力效应会损坏设备或缩短设备寿命；④电力系统稳定性遭到破坏，产生振荡，甚至引起系统瓦解。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论17四、电力网—电网的安全稳定控制电力系统非正常运行状态主要包括过负荷、过电压、非全相运行、振荡（非同步运行）、次同步谐振、同步发电机短时失磁异步运行等。故障和非正常运行都能引起系统事故（如电压崩溃事故、频率崩溃事故）。事故是指系统的全部或部分的正常运行遭受破坏，造成对用户停止供电、少送电或电能质量下降，甚至造成人身伤亡、设备损坏等。继电保护装置就是能迅速反应电力系统中电气元件发生的各种故障及不正常运行状态，并有选择性地动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。此外，自动重合闸、备用电源自动投入装置、按频率自动减负载、自动发电控制装置、自动励磁调节装置、电力系统安全稳定装置等自动装置都是保证电力系统安全稳定运行的重要自动化设备。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论18五、电力应用1.照明照明大致分为两种：①一是由电能转化成热能，然后再转化成光能的光源，如白炽灯等。②另一种是利用放电而转化成光能的光源，如荧光灯、高压汞灯、霓虹灯等。(d)(a)(b)(e)(c)铝蒸镀面钨灯丝灯丝支架石英玻璃Ar气体+卤素化合物钼箔红外反射膜石英玻璃可见光红外线钨灯丝（a）（b）（c）（d）（e）荧光粉水银原子电子氩原子可见光镇流器~启辉器GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论19五、电力应用2.电加热电加热是以电能为能源加热物料，并通过电炉、电焊机等来实现加热的一种方法。电加热大致分为两种：①一是电能在电炉、电热器具上转变成热能后加热物料，如电炉、电弧炉、感应炉、微波炉、光波炉等。②另一种是利用电能驱动热泵，把热能从温度较高的物体输送给温度较低的物体,如热泵等。应用:工业领域：冶炼、热处理、焊接等农业领域：温室培育等家庭生活：烹饪、取暖等GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论20五、电力应用3.电力拖动电力拖动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种拖动方式，又称电气传动或电力传动。电动机功率开关控制器件电源传递机构工作机械机械连接电连接电力拖动的应用领域极其宽广，从一般的家用电器到工业机床设备、电动交通工具等，在国防、国民经济和人民生活的方方面面都有应用，是电能最主要的应用方式之一。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论21五、电力应用3.电力拖动电力牵引就是其中一个较大的应用领域。如：电气化铁路、地下铁道及其他电力牵引城市轨道交通、矿山电力机车、城市公共电车。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论22六、电力市场简介1.电力市场的概念电力市场是采用经济、法律等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各组成员协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场的基本特征：开放性、竞争性、计划性和协调性。电力市场首先是一种管理机制，同时还是体现这种管理机制的执行系统。包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。电价是电力市场的杠杆和核心内容。转运业务是电力市场重要的贸易形式。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论23六、电力市场简介1.电力市场的概念电力市场是采用经济、法律等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各组成员协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场的基本特征：开放性、竞争性、计划性和协调性。电力市场首先是一种管理机制，同时还是体现这种管理机制的执行系统。包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。电价是电力市场的杠杆和核心内容。转运业务是电力市场重要的贸易形式。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论24六、电力市场简介2.电力市场的兴起我国电力体制改革的三个阶段：第一阶段：1985年实施集资办电政策—20世纪90年代初期，解决缺电问题。第二阶段：20世纪90年代初期—1998年撤销电力工业部前，提出逐渐实施电力体制改革，方案为：①政企分开、厂网分开、输供分离、实施公司化改组；②统一开放、竞价上网、建立电力交易市场；③依法管理、竞争有序，建立健全电力市场法规体系和监管体系。第三阶段：1998年撤销电力工业部—目前，实行“厂网分开、竞价上网”试点。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论25六、电力市场简介3.电力市场的基本原则基本目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。电力市场最基本的原则是公平。为保证电力市场公平竞争的原则，必须做到：①电力市场要有公开性（包括成本、定价、计量、计划等），以便监督；②扩大自由选择权力，保证电网的开放；③必须建立有关法律法规、标准、规约，使竞争规范化。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论26六、电力市场简介4.电价和电力市场运行模式制定电价的基本原则为：成本为主，合理利润，公平负担，促进用户合理用电。我国电力市场两种可能的运行模式：统一市场：以个发电厂、供电公司为单位统一在网级电力市场中竞争，为了适应现状，各省设结算中心和调度中心；联合市场：以省为单位参加竞争（分层模式），保留现有的省级电力市场的所有职能（交易中心、调度中心、报价系统），省级电力市场的交易仍然由省网交易中心控制；网级电力市场进行网控发电公司/发电厂、网控负荷和各省网之间的市场竞争。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论27六、电力市场简介5.电力市场下的电力系统电力市场给电力系统的科学研究、发展建设和运营管理等方方面面带来机遇和挑战。主要技术问题：①如何灵活控制潮流？②最优输送？③电网的安全、稳定运行？④如何实现统一调度？GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论28七、电力新技术和发展趋势我国发展能源的指导方针是：大力（优先）发展水电，继续发展火电，适当发展核电，积极发展新能源发电，同步发展电网，促进全国联网。电力技术属于传统技术的范畴，技术创新和出现重大突破的机会要比信息科学、生命科学、材料科学等新兴学科少得多。但是，应该看到，电力技术与其他学科的相互交叉和渗透的趋势越来越明显。电力研究的一些前沿课题反映了这种趋势。以