1、电力系统概述

电力系统基础梅慧兰电气工程教研室2013.2电力系统基础参考教材电力系统基础（第二版），杨以涵主编，中国电力出版社参考资料陈慈萱，电气工程基础，中国电力出版社范锡普主编，发电厂电气部分，中国电力出版社韩祯祥主编，电力系统稳定，水利电力出版社何仰赞等，电力系统分析，华中科技大学出版社考试方式：闭卷第一章电力系统概述能源---社会生产力的重要基础；其种类以及利用形式多样化：汽轮机发电机热能——机械能——电能电能---现代社会最重要的二次能源；国民经济发展的基础、先行；各行各业的主要动力；人们现代化生活的质量保障。第一章电力系统概述人类为何偏爱电能？-------电能的显著优点：洁净（从使用的角度看）：无污染，保护环境。方便：输送、分配、使用（能量形式转化容易）。电气化：机械化、自动化，提高产品质量和劳动生产率。节能：能耗小，能量转换效率高（一次能源转换为二次能源时）。第一章电力系统概述主要内容1.1电力系统的能源构成--发电厂1.2电力系统的形成1.3电力系统的负荷1.4电力系统运行的特点及要求1.5电力系统的电压等级及确定1.6我国电力工业的发展发电厂（发电站）（powerplant）：将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能(二次能源)的工厂。一次能源：不可再生能源：化石能源--煤炭、石油、天然气；核能—铀。可再生能源：水能、风能、太阳能、地热、潮汐等1.1电力系统的能源构成—发电厂发电厂的种类：火力发电厂水力发电厂核电厂新能源电厂1.1电力系统的能源构成—发电厂1.1电力系统的能源构成—发电厂1.燃料：煤、石油或天然气2.能量转换过程化学能→热能→机械能→电能(经3次转换)3.火电厂的组成：燃料系统、汽水系统、电力系统对应的三大主机：锅炉汽轮机发电机▉火力发电厂—我国目前最主要电源，比例大于70%火电厂生产流程简图4.火力发电厂的分类①凝汽式火电厂凝汽式汽轮发电机组，以煤炭为主燃料，我国主要形式，但效率低（一般约37—50%）。生产过程示意图见图1-1②热电厂同时供应热汽或热水，即有部分热用户，热效率大大提高，可提高至60～70％，但受热负荷限制大（热电厂总是建在热用户附近，即供热距离有限）。▉火力发电厂▉火力发电厂—凝汽式火电厂生产过程示意图由于在凝汽器中大量的热量被带循环水带走，因此，凝汽式火电厂的效率较低。▉火力发电厂相关概念：垃圾焚烧电厂：“环保”，备受关注与争议。坑口电厂③燃气轮机发电厂以天然气为燃料，清洁、启动速度快，适于调峰荷。燃气轮机的工作原理与汽轮机相似，不同仅在于其工质不是蒸汽，而是高温高压气体。广州李坑垃圾焚烧发电厂▉火力发电厂▉火力发电厂5.火力发电存在的问题▉水力发电厂—目前最重要的电源之一，比例大于20%1.能量转换过程水能（势能）→机械能（动能）→电能（只经2次转换）故而水电效率远高于火电，大中型水电厂可达80—90%以上。2.发电容量：取决于流量和水位差（落差/水头）3.水电厂的组成：较火电厂简单水库水轮机电力系统：发电机、变压器、输电线路▉水力发电厂4.水电厂的分类（1）根据集中落差的方式：三大类--（堤）坝式在河流上的适当地方建筑拦河坝，形成水库，抬高上游水位，使坝的上、下游形成大的水位差，称为堤坝式水电站。适于河道坡降较缓且流量大的河段。坝后式：单独筑坝，厂房在坝后，我国应用最多，如三峡、三门峡、丹江口水电厂等；河床式：厂房和坝成一体，如葛洲坝、西津水电厂▉水力发电厂—坝后式水电厂坝后式▉水力发电厂—河床式水电厂▉水力发电厂三门峡水电厂三峡水电站▉水力发电厂葛洲坝葛洲坝大江电厂厂房及机组发电机转子（重792t、直径16.9m）▉水力发电厂引水式修建引水隧洞或渠道，直接引水到河段下游，将天然河道的落差集中进行发电。适于河流上游河床坡降较陡或河道多弯曲时。▉水力发电厂混合式同时采用坝和引水道共同集中落差形成水头的水电开发形式，“坝-引水”混合式。此外相关概念：梯级电站——同一河流上，相邻联系比较紧密、互相影响比较显著、地理位置相对比较靠近的水电站群。下游各级电站可利用上级电站发电流出的水资源继续发电，如四川的龙溪河梯级水电站（4个梯级）。▉水力发电厂抽水蓄能电站——利用电力系统低谷负荷时的剩余电力抽水到高处蓄存，在高峰负荷时再放水发电的水电站。用作系统的调峰填谷、调频、紧急事故备用电源。在以火电、核电为主的电力系统中，建设适当比例的抽水蓄能电站可以提高系统运行的经济性和可靠性。▉水力发电厂“广蓄”--广州抽水蓄能电站上库惠州抽水蓄能电站“惠蓄”（8×30万KW，2011.6.15竣工）（2）根据运行方式分类：有调节水电厂无调节水电厂抽水蓄能水电厂▉水力发电厂▉水力发电厂水力发电的优势：------调峰调频、事故备用、核电配套▉水力发电厂水力发电的问题：▉水力发电－三峡工程（举世无双的水电工程）坝高185m（坝顶高程，“185平台”），大坝全长2309m，正常蓄水位175m，总库容393亿m3。淹没面积632km2，20个县市，移民人口113万。15回500kv交流输电线和3回±500kv直流输电线路，将成为全国联合电网的中心。03年完成二期目标：6.1下闸初期蓄水，6.16双线五级永久船闸试通航，7.10首台70万千瓦机组并网发电。06年5.20，三峡大坝全线贯通。08.10月底，26台机组全部提前投入商业运行。三峡的建成，奠定全国联网的基础：▉水力发电－三峡工程（举世无双的水电工程）▉核电厂—在总发电量中所占比例不到2%核电厂：采用原子核裂变时释放出来的能量来发电的电厂。目前多建在一次能源短缺的沿海经济发达地区。（生产过程类似火电）可控核裂变装置，核心部分▉核电厂—核电厂生产过程示意图核电机组与普通火力发电机组：区别——仅在于以核反应堆和蒸汽发生器替代了锅炉设备汽轮机、发电机及电气设备与普通火电站基本相同▉核电厂我国已建成的核电站：秦山核电站-我国第一个核电站位于浙江嘉兴杭州湾畔大亚湾核电站—我国目前最大另外还有江苏田湾、岭澳核电站，总共拥有11台核电机组、约870万KW的装机容量。▉核电厂核电在全国总发电量中所占比例超过50%的国家：法国（78.5％）、立陶宛（69.6％）、斯洛伐克（56.1％）、比利时（55.6％）世界核电装机容量最多的国家---“前五名”：美国（约占全世界1/4）法国日本俄罗斯德国（2006年数据）▉核电厂--核电为何发展迅速？▉核电厂--核电的优缺点核电的优势：科技水平的发展，核事故相对概率很低（“百年难遇”）——核电是安全的。▉核电厂--核电的优缺点1986.4.26前苏联（乌克兰）切尔诺贝利核灾难7级—迄今最严重，放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸的400倍以上1979.3.28美国三里岛核事故5级2011.3.12日本福岛第一核电站事故提升至7级▉分布式可再生能源发电（新能源发电）与传统大型集中式发电相补充的一个新兴领域，未来的重要能源形式，当前国际上研究的热点。特点：装机容量小（一般单机容量不超过6MW）分散性大靠近负荷，就地生产，就地消费、灵活性强。-----分布式发电系统(DistributedGeneration，简称DG)▉分布式可再生能源发电DG产业化面临的突出问题：技术和资金目前成本高，技术不完善，缺乏竞争力，需要国家政策性补贴。典型的分布式发电：小水电太阳能、风能、地热、海洋能（潮汐）、生物质能发电▉分布式可再生能源发电－风力发电----目前各种可再生能源技术中发展最快、技术最成熟、最具大规模开发和商业化前景的产业，是最有可能成为主流电源的可再生能源技术之一。▉分布式可再生能源发电－风力发电风力发电的原理：利用风力带动风车（风轮/风机）叶片旋转，把流动空气具有的动能转化为风轮轴的机械能，进而带动发电机旋转发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度，便可以开始发电。风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风电的类型：并网型－－规模大、容量大，与主电网相连，可以得到大电网的功率支撑与补偿，近年风电发展的主方向。离网型：规模较小，结合蓄电池储能或太阳能等其他发电技术，多用于解决偏远地区的供电。▉分布式可再生能源发电－风力发电并网型风力发电系统：恒速恒频和变速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统能量转换：风吹动风机旋转，风能转化为机械能，经齿轮箱升速后带动发电机产生电能。特点：结构简单、成本低、运行可靠等；目前的主流，但机组整体效率较低。基本结构如图示：分布式可再生能源发电－风力发电变速恒频风力发电系统---目前公认的最优化调节方式，未来风电技术发展的主方向。特点：可大范围内调节转速，适应因风速变化而引起的风机功率的变化；实现了发电机转速与电网频率的解耦，相互影响减小，且控制灵活；但控制系统复杂、成本高、技术难度大。▉分布式可再生能源发电－风力发电制约风电商业化最关键因素：单位KW造价高，近年来一直呈下降趋势，前景广阔。分布式可再生能源发电－风力发电内蒙古赤峰赛罕坝风电场——我国最大的风电场，总装机容量17万KW。我国第一个风电场----建于1989年的新疆达坂城风电场。总装机容量14万KW，我国第二大。分布式可再生能源发电－风力发电上海东海大桥10万KW风电场——亚洲第一个海上风电场，已于10年2月底完工，7月全部34台机组并网发电。龙源江苏如东海上风电场——我国最大海上风电场，2011.12.28正式建成，装机容量13.13万KW广东省“十二五”规划：到2015年，风电装机容量达到350万KW，重点开发近海30米水深内的海上风能资源，建设珠海桂山、阳江海陵岛、汕尾甲西（125万kw）等海上风电场。分布式可再生能源发电－太阳能发电光－热：太阳能热水器光－化学：太阳光催化分解水制氢等光－电：直接转换－太阳能电池直接将太阳的辐射能转换为电能，即光伏发电；间接转换－先将太阳辐射能转换为热能，然后驱动热机循环发电，即太阳能热动力发电。太阳能－－取之不尽，用之不竭对太阳能的转换利用方式，主要有三种：光－热、光－电、光－化学转换。（离网型）分布式可再生能源发电－太阳能发电光伏发电（太阳能电池发电）其组成如下图所示：（一）太阳能电池板：核心部分，将太阳的辐射能转换为电能。（二）控制器：控制整个系统的工作状态，对蓄电池起过充电及过放电的保护。（三）蓄电池：储存太阳能电池板所发出的电能，需要的时候再释放。一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。（四）逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的负荷供电，需使用DC-AC逆变器。分布式可再生能源发电－太阳能发电光伏发电的类型：并网和离网两种。（类似风力发电）离网型：多用于偏远的无电地区，以户用和村庄用的中小系统为主。并网型：不需要蓄电池组，与本地负荷及系统均相连，供电更灵活，可靠性更高。2012.10.26《国家电网关于大力支持光伏发电并网工作的意见》：支持光伏并网，简化手续，降低费用。国家电网公司昨天(2013.2.27日)进一步发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，对普通用户自建的发电设施所产生的清洁能源，公司将按国家规定电价予以全额收购。用户可以自行选择全部自用、全部上网或自发自用后的余电上网。3.1日正式实施。分布式可再生能源发电－太阳能发电北京第一例家庭光伏电站：北京顺义一个联排别墅小区内，某业主自建了一套3kw屋顶光伏发电系统，并在今年1月25日正式并网，向国家电网售电。分布式可再生能源发电－太阳能发电太阳能热动力发电系统示意图分布式可再生能源发电－太阳能发电此外还有风力－太阳能互补系统，多简称为风光发电。典型实际应用：风光互补路灯分布式可再生能源发电－地热发电西藏羊八井地热电站----全国首创，世界中温浅层热储资源发电的先列，清洁能源，但热效率较低。利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，与