第1章电力系统概述.ppt

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1、1本课程的性质、目的和任务本课程的性质、目的和任务 本课程是电气工程及其自动化专业的电气工程方向学生的专业选修课程专业选修课程。了解对电力系统的组成和运行，并掌握电力系统的稳态运行稳态运行、电力系统的暂态过程暂态过程、电力系统控制的各种分析和计算方法 后续的专业课程和今后的从事电力系统行业的工作奠定扎实的基础理论知识和基本技能。2本课程的教学内容本课程的教学内容电力系统基础、接线电力系统基础、接线电力系统元件参数及等值电路电力系统元件参数及等值电路电力系统潮流计算电力系统潮流计算-稳态运行各母线电压、支路电流稳态运行各母线电压、支路电流与功率及网损与功率及网损 电力系统有功功率平衡与频率调整电

2、力系统有功功率平衡与频率调整电力系统无功功率平衡及电压调整电力系统无功功率平衡及电压调整短路电流的计算与分析短路电流的计算与分析故障分析，三相短路概念故障分析，三相短路概念电力系统的稳定性电力系统的稳定性 静稳、暂态稳定静稳、暂态稳定发、输、变、配发、输、变、配物理元件的数学模型物理元件的数学模型3第一章第一章 电力系统概述电力系统概述 第一节第一节 电力系统中能源的构成电力系统中能源的构成 第二节第二节 电力系统的形成电力系统的形成 第三节第三节 电力系统的负荷电力系统的负荷 第四节第四节 电力系统运行的特点及要求电力系统运行的特点及要求 第五节第五节 电力系统的电压等级和规定电力系统的电压

3、等级和规定 第六节第六节 我国电力工业的发展我国电力工业的发展4第一节第一节 电力系统中能源的构成电力系统中能源的构成能源分类能源分类电能来源电能来源一次能源一次能源：自然界演化生成的动力资源如煤炭、石油、天然气、水能等二次能源二次能源：一次能源转换而成的电能火力发电、水力发电、核发电；太阳能发电、风力发电 5一、火力发电一、火力发电 火电发电火电发电 燃料燃烧燃料燃烧 水水 蒸汽蒸汽 机械能机械能 发电发电 火 电 厂凝汽式效率低（3750%）、容量大，坑口电厂热电厂效率高（6070%）、容量小，城市区6一、火力发电一、火力发电凝汽式火电厂凝汽式火电厂热电厂热电厂（单一生产电能）效率低（单一

4、生产电能）效率低（3750%）（既生产电能，又提供热能）效率高（既生产电能，又提供热能）效率高（6070%）图图1-1 凝汽式火电厂生产过程示意图凝汽式火电厂生产过程示意图7一、火力发电一、火力发电8一、火力发电一、火力发电9呼盟煤电基地 2160锡盟煤电基地 1200晋东南煤电基地 外送规模2000陕北煤电基地 外送规模1440宁夏灵武煤电基地 外送规模1320蒙西煤电基地 外送规模3000我国部分煤电基地建设设想方案我国部分煤电基地建设设想方案10二、水力发电二、水力发电水水 冲击水轮机旋转冲击水轮机旋转 带动发电机发电带动发电机发电 水 电 厂堤坝式引水式：河床坡度较大时坝后式：单独筑坝

5、，厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂11二、水力发电二、水力发电12二、水力发电二、水力发电13二、水力发电二、水力发电水 资 源蕴藏量：6.8亿KW可利用量：3.78亿KW20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW三 峡水位：200m流量：14300m3/s可装机：2500万kW计划装机：70*26=1820万kW，三峡地下电站6台70万千瓦机组中，最后两台计划2012年5月底前投产。届时，三峡工程将全面达到其设计的发电能力14黄黄 河河黑?龙?江 鸭绿江辽河第 二?松 花 江 河河黄黄河淮洪泽湖江长富春江闽江 鄱 阳 湖赣江汉水清

6、 江洞庭湖资水沅水澧水乌江长长江江岷江大渡 河雅砻 江 金沙江黄黄河河大 通 河青海湖洛 河渭 河南?江 盘 红 水 河北江东江澜沧 江怒江雅鲁藏布江通天河塔里木河车尔臣河孔 雀 河葛洲坝271。5隔河岩 120三峡1768天生桥 120天生桥 132岩 滩 120漫 湾 125二 滩 330龙羊峡 128李家峡 200刘家峡 116白 山 150滦河15三、核电厂三、核电厂核 能用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能聚变能：不同轻元素的原子核进

7、行聚合（氘、氚）不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆热中子反应堆：铀铀235为燃料，低中子撞击，目前采用为燃料，低中子撞击，目前采用快中子反应堆快中子反应堆：铀铀238、钚、钚239为燃料，高速、高能中子为燃料，高速、高能中子 撞击，效率高撞击，效率高100倍，个别国家使用倍，个别国家使用1kg铀235相当于2700t煤16核能发电的利弊：核能发电的利弊：(1)(1)核能发电不产生二氧化碳，即没有排放问题；核能发电不产生二氧化碳，即没有排放问题；(2)(2)核能发电的安全性问题；核能发电的安全性问题；（3 3）核裂变放出的能量巨大，但核能也是不再生）核裂变放出的能量巨大，但核

8、能也是不再生能源。能源。切尔诺贝利核电厂：石墨水冷堆切尔诺贝利核电厂：石墨水冷堆三里岛核电厂：压水堆三里岛核电厂：压水堆171951年第一座100kW核电站在美国我国秦山一二三期、大亚湾、岭澳一二期、田湾一期。2020年我国装机达9.5亿kw,其中核电4000万kw未来15年计划修建40座100万kw核电站核电投资大：1.11.65万元/kW；火电：4000元/kW建设周期：核电70个月；火电：30个月核电比火电寿命长30年18三、核电厂三、核电厂19四、分布式可再生能源发电四、分布式可再生能源发电可再生能源发展的可再生能源发展的必然性必然性：(1)(1)大机组、大电网、高电压是当代电力系统的

9、主流；大机组、大电网、高电压是当代电力系统的主流；(2)(2)化石燃料是不可再生，并资源有限；化石燃料是不可再生，并资源有限；(3)(3)环境污染、环境保护等。环境污染、环境保护等。可再生能源的可再生能源的特点特点：(1)(1)装机容量小、靠近用户；装机容量小、靠近用户；(2)(2)就地取材、就地消费。就地取材、就地消费。可再生能源发电，有可再生能源发电，有太阳能太阳能、风能风能、地热地热、潮汐潮汐、植植物桔杆物桔杆等。等。20(一一)风力发电风力发电离网型离网型风力发电的特点：风力发电的特点：发电规模小，通过蓄电池等储能装置或者和其发电规模小，通过蓄电池等储能装置或者和其他能源发电技术相结合

10、；他能源发电技术相结合；并网型并网型风力发电的特点：风力发电的特点：发电规模大，可得到大电网的补偿和支撑，更发电规模大，可得到大电网的补偿和支撑，更充分地开发可利用的风能资源。充分地开发可利用的风能资源。21(二二)太阳能发电太阳能发电太阳能：太阳能：“取之不尽，用之不竭取之不尽，用之不竭”光光热转换热转换 光光电转换电转换 光光化学转换化学转换直接转换直接转换间接转换间接转换转换形式转换形式直接转换直接转换直接将太阳能辐射能直接将太阳能辐射能 =电能电能(光伏发电光伏发电)直接将太阳热能直接将太阳热能 =电能电能(半导体材料的半导体材料的温差发电温差发电)22(1)(1)、太阳能电池发电（光

11、伏发电）、太阳能电池发电（光伏发电）图图1-13 离网太阳能光伏电系统离网太阳能光伏电系统太阳能电池是利用半导体太阳能电池是利用半导体P-NP-N结的光伏效应将太阳能结的光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件。直接转换成电能的器件。23图图1-14 并网屋顶太阳能光伏发电系统示意图并网屋顶太阳能光伏发电系统示意图 适应太阳能能量密度较低的特点，易于普及，不适应太阳能能量密度较低的特点，易于普及，不仅节省输配电设备，减少电力损耗，而且具有灵活性仅节省输配电设备，减少电力损耗，而且具有灵活性和经济性。和经济性。24(2)(2)、太阳能热动力发电、太阳能热动力发电 太阳能热动力发电是通过一种集热装置收

12、集太阳太阳能热动力发电是通过一种集热装置收集太阳辐射能，并用于加热工质，然后用高温高压的工质推辐射能，并用于加热工质，然后用高温高压的工质推动热力机械做功，从而带动发电机发电。动热力机械做功，从而带动发电机发电。图图1-15 太阳能热动力发电示意图太阳能热动力发电示意图25电力系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费）2627电力系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费）28从调度、管理、控制的角度看从调度、管理、控制的角度看29厂厂网网分分家家前前电电网网情情况况30重重新

13、新组组合合后后的的大大区区电电网网图图31国家电网主网架示意图 中国国电集团公司、中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国电力投资集团公司 32各区域电网2010年底发电设备容量及分类构成 33 目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高度自动控制的新时代度自动控制的新时代 。截止。截止20052005年底装机总容量已过年底装机总容量已过5 5亿千瓦，到亿千瓦，到2009.82009.8全国拥有的发电装机总容量已过全国拥有的发电装机总容量已过8 8亿千瓦，继续居世界第二。亿千瓦，继续居世界第二。各电网中各电

14、网中500KV500KV（包括（包括330KV330KV）主网架逐步形成和壮大，）主网架逐步形成和壮大，220KV220KV电电网不断完善和扩充，网不断完善和扩充，750KV750KV输电工程（青海官亭输电工程（青海官亭甘肃兰州东）已投甘肃兰州东）已投入试运行，晋东南入试运行，晋东南南阳南阳荆门荆门10001000千伏交流特高压试验示范工程千伏交流特高压试验示范工程已于已于09.109.1试运行。试运行。近十年近十年1994199420042004年，装机由年，装机由1999019990万万kWkW增至增至4407044070万万kWkW，连续，连续1010年平均每年新增发电容量年平均每年新增

15、发电容量24002400万万kWkW，近几年每年新增，近几年每年新增75007500万万KWKW 1990 1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV500KV直直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网，流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网，三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。34我国电网发展的目标：我国电网发展的目标：即加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电即加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、

16、自动化、互动网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。化特征的统一的坚强智能电网。国家电网公司正式公布了其国家电网公司正式公布了其“20202020年全面建成年全面建成以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一的坚强智能电网的坚强智能电网”发展目标，发展目标，3505010015020025030035036电电 网网 图图37兰虚筐内为输电网兰虚筐内为输电网红虚筐内为配电网红虚筐内为配电网38电力系统为什么要互联并网运行呢？电力系统为什么要互联并网运行呢？1.采用高效率大容量机组减少备用容量 2.合理利用动力资源水、火电互补 3.提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强 4.提高运行的经济性装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。3920102010年全国电网互联示意图年全国电网互联示意图华北华北 西北西北 东北东北华东华东 南方电网南方电网 西藏从三峡到华东从三峡到华东的三回直流的三回直流德阳宝鸡德阳宝鸡 直流直流晋城阳城晋城阳城江苏江苏AC(or DC Link)灵宝灵宝背靠背背靠背直