电力系统基本知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,1.1 电力系统的组成,第一章,电力系统基本知识,发电厂,输电线路,升压站,配电线路,枢纽、降压站,照明、动力,配变,太阳能、风能发电,,(1),电力系统,--是由生产、输送、分配和消耗电能的所有电气设备所组成的统一整体它的主要设备是生产电能的发电机、输送和分配电能的变压器和电力线路以及消耗电能的各种用电设备（如电动机等）习惯上称其为,一次系统,；电力系统还包括继电保护装置、安全自动装置、通信设备和调度自动化等辅助系统，一般称为,二次系统,2),电力网,--是电力系统中除去发电机和用户，剩余的变压器和电力线路所组成的输送、分配电能的网络3),动力系统,--是电力系统再加上电厂的原动机等动力部分动力部分主要有：火电厂的锅炉和汽轮机等；水电厂的水库和水轮机等；原子能电厂的反应堆等；风力发电场的风机等电力网,---------------------------------------------|,,|-----------------------,电力系统,--------------------------------------------|,,,,,,,,,图1-1 电力系统的示意图及图例,发电机 、 双绕组变压器、,图例：,三绕组变压器,,电灯、 电动机、 汽轮机、水轮机等,,优点：便于大量生产和远距离输送；方便转换和易于控制；损耗小；效率高；污染小。

缺点：不便大量储存；作为统一、不可分割的系统，它的生产、输送、消费需同步完成；需要维持电压、频率的稳定，系统安全稳定电能是由一次能源经加工转换成的能源，现在是人类最主要的二次能源1875年 ，比利时工程师,格拉姆,将改造后的发电机安装在法国巴黎北火车站发电厂，该厂是世界第一座火电厂 ，专供弧光灯用电1882年,世界上出现第一个电力系统(原动机是蒸气机,电压为1.5-2kV,功率1.5kW)法国人德普勒将,水电厂,发出的电输送到57公里外的慕尼黑,以驱动,水泵M,一、 电力系统发展概况,1.2 电力系统概况,,第一个完整电力系统（直流系统,包括发电机，电缆，熔丝，电表和负荷组成）由爱迪生在纽约城历史上有名的皮埃尔大街站建成，1882年9月投入运行，由1台蒸汽机拖动直流发电机经过110V地下电缆供给半径约1.5km面积内的59盏白炽灯A,A,,1891年第一条三相交流高压输电线路在德国运行，这个系统从拉芬镇到法兰克福全长178公里由1台230kVA的水轮发电机发电、电压为95V，经1台,升压变,升压至25000V、电功率经4毫米的铜线送到法兰克福，在经2台13800/112V,降压变,降112V，其中一台变压器供给一步电动机，电动机驱动75W水泵，另一个供电给照明。

M,,初期直流，1886年后，其无法远距离送电的局限性显露出来，输电要高电压，而发用电不接受高电压，需要基于交流的变压技术19世纪90年代交直流标准之争，爱迪生主张直流，西屋偏好交流，激烈辩论1893年，南加州一条长12公里的2300V电力线路投入运行，这是北美第一条三相电力线路同年，尼亚加拉瀑布选择交流，因为直流不可能将电送往30km以外的布法罗，结束了交直流争论到1995年世界上交流输电的最高电压已达了1150kV,输送距离最长为1900km，最大的单机容量为1300MW二、我国电力工业发展概况,1912,年,4,月，电力工业发展的始端；,,1949,年，电力工业缓慢发展；,,1996,年，我国发电量和装机容量位居世界第,2,1.电力工业发展的阶段：,从1996年起，我国发电机装机容量和年发电量均居世界第二位， 2003年全国总装机容量达到38450万kW，年发电量19080 亿kW·h2008年全国总装机容量达到 65700万kW我国自1882年有电力以来至1949年底，经过67年发展装机容量只达到185万kW，年发电量 43亿 KW·h，分别居世界第 21位和第25位2. 电压等级及电网建设,电压等级：,1974,年建成,330kv,输电线路，由刘家峡水电站到陕西关中,。

1981,年建成,500kv,输电线路，由河南姚孟火电厂到武汉,2003,年建成,750kv,输电线路，,由青海官,亭至兰州东输变电工,程2008,年,11,月，我国首条,1000kv,特高压输电线路正式通电运行工程起于山西，途经河南止于湖北，穿越黄河、汉江两条大河，跨越太行、伏牛两座名山，全长,654km,，是世界上第一条投入商业化运行的高压输电线路电网建设：,我国已建成跨省电力系统6个：华东、华北、华中、 东北、西北及南方电网除西北电网采用750/330/220kV网架外，其它电网网架均采用500/220kV3. 现阶段我国电力行业：两网和五大发电集团公司,两网：国家电网和南方电网华能集团；,,大唐集团；,,华电集团 ；,,国电集团；,,中电投集团五大集团：,,,2、额定电压,,为使互联的各电气设备都能运行在较有利的电压下，各设备的额定电压应相互配合一般把电力,线路,和用电设备的额定电压称为系统（网络）的额定电压,U,N,（线电压），常包括3，6，10，35，110，220，330，500，750，1000kV三、 电力系统的额定电压和频率,1、额定频率,,f,N,＝50Hz或60Hz （工频）,我国电力系统的,平均额定电压,电力系统的平均额定电压， 并适当取整，具体为,,3.15，6.3，10.5，37，115，230，345，525 ,787kV。

额定线电压,,根据,功率的流向,规定：,接受功率,的一侧为,一次绕组,，,输出功率,的一侧为,二次绕组, 故双绕组升压变压器，低压绕组为一次绕组，高压绕组为二次绕组；双绕组降压变压器，高压绕组为一次绕组，低压绕组为二次绕组变压器,：,发电机,：1.05,U,N,发电机通常运行在比网络额定电压高5％的状态下，所以发电机的额定电压规定比网络额定电压高5％1）变压器一次绕组相当于用电设备，故其额定电压等于网络的额定电压，但当直接与发电机连接时，就等于发电机的额定电压为了调节电压，变压器的高压绕组以及三绕组变压器的中压绕组一般有不同的分接头抽头，,,用百分数表示，即表示分接头电压与主抽头电压的差值为主抽头电压的百分之几变压器的变比有：,,额定变比：主抽头额定电压之比实际变比：实际所接分接头的额定电压之比2）变压器二次绕组相当于供电设备，再考虑到变压器内部的电压损耗，故：,当变压器的短路电压小于,7,％或直接与用户连接时，则二次绕组额定电压比网络的高,5,％当变压器的短路电压大于等于,7,％时，则二次绕组额定电压比网络的高,10%,变压器的分接头及其变比,,,+5%: 242×1.05kV=254.1kV,,+2.5％ 242×1.025kV＝248.05kV,,主： 242kV,,-2.5％ 242×0.975kV＝235.95kV,,-5%: 242×0.95KV=229.9kV,+5%: 220×1.05KV=231kV,,+2.5％ 220×1.025KV＝225.5kV,,主： 220kV,,-2.5％ 220×0.975KV＝214. 5kV,,-5%: 220×0.95KV=209 kV,例：对于一台10kV,→220kV的升压变，其额定变比为：10.5/242 kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为:,而对于一台220kV,→10kV的降压变，其额定变比为：220/11 kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为:,,网络额定电压,发电机额定电压,变压器额定电压,,,,一次绕组,二次绕组,3,,6,,10,3.15,,6.3,,10.5,3，3.15,,6，6.3,,10，10.5,3.15，3.3,,6.3，6.6,,10.5，11,,13.8,,15.75,,18,,23,13.8,,15.75,,18,,23,,35,,110,,220,,330,,500,,750,,35,,110,,220,,330,,500,,750,38.5,,121,,242,,345，363,,525，550,,788，825,表1-1我国电力系统的额定电压（单位kV）,,各电压级的额定电压及功率输送方向已标明在图中。

试求：,,(1)发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压；,,(2)各变压器的额定变比;,,(3)设变压器T-1工作于＋5％抽头，T-2工作于主抽头，T-3工作于-2.5％抽头时，T-4工作于+2.5％抽头时，各变压器的实际变比例图1-1,,【,例1-1,】电力系统的部分接线示于例图1-1，,,解：（1）G：10.5kV  T-1：低10.5kV，高242 kV T-2：高220 kV，中121 kV，低38.5 kV T-3：高35 kV，低10.5 kV T-4：高220 kV，低121 kV （2）T-1：242/10.5  T-2：220/121, 220/38.5, 121/38.5 T-3：35/10.5 T-4：220/121 （3）T-1：242（1＋0.05）/10.5 T-2：同（2） T-3：35（1-0.025）/10.5,T-4：220（1+0.025）/121,,,,额定电压与输电距离和传输功率的关系,,传输功率一定，电压高，电流小；反之电压低，电流大。

电压高，绝缘 要加强；电流大，导线截面要大；,,二者都要投资，需要进行经济技术比较来决定电压等级(kV),输送容量(MVA),输送距离(km),3,0.1—1,1—3,6,0.1—1.2,4—15,10,0.2—10,6—20,35,2—10,20—50,110,10—50,50—150,220,100—500,100—300,330,200—800,200—600,500,1000—1500,150—850,750,2000—2500,500以上,,,1、电力系统的特点： 2、供电要求：,1.3 电力系统运行特点和基本要求,1）电能不能大量储藏；,3）安全、可靠、经济供电；,2）暂态过程迅速；,3）与国民经济关系密切1）电力生产的计划性；,2）自动装置的采用；,4）保护生态环境一、 电力系统运行特点,,（1） 电压幅值,对于35kV及以上电压级允许变化范围为额定值的±5％，10kV及以下电压级允许变化范围为±7％电动机：±5％；照明：＋3％～－2.5％; 农电：+7.5%～-10%2）,频率,我国电力系统的额定频率为50Hz，正常运行时允许的偏移为±0.2～±0.5Hz。

3）,谐波,为保证电压质量，要求电压为正弦波形，但由于某种原因总会产生一些谐波，会造成电压波形的畸变为此对电压正弦波形畸变率也有限制（波形畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根对基波有效值的百分比），对于110kV及以上供电电压不超过2％，35－60kV供电电压不超过3％，6－10kV供电电压不超过4％，0.38kV电压不超过5％二、电能质量各项指标,,1.,无备用接线,——,每一个负荷只能靠一条线路取得电能优点是设备费用小，缺点是可靠性差无备用接线主要有以下三种方式：,1.4 电力系统的接线方式和中性点接地方式,电力系统的接线包括发电厂、变电所的主接线和电力网络的接线发电厂、变电所的主接线一般有单母线、单母线分段、双母线、双母线带旁路母线，一个半断路器、桥式、角行等接线方式电力网的接线通常按可靠性分为无备用和有备用两类1）,放射式,（2）,干线式,（3）,树状网络,,图1-2几种无备用接线,一、接线方式,,2．,有备用接线,——负荷可以从两条及以上线路取得电能优点是可靠性高，缺点是设备费用高，且运行调度复杂主要有以下三种方式：,1）,双回线,（2）,环网,（3）,两端供电,,,图1－3几种有备用接线,,,中性点直接接地的电力网络，,其优点：,首先,安全性好,，因为系统单相接地时即为单相短路，保护装置可以立即动作切除故障；其次是,经济性好,，因中性点直接接地系统在任何情况下，中性点电压不会升高，且不会出现系统单相接地时电弧过电压问题，这样网络绝缘水平可按相电压考虑。

其缺点是：供电可靠性差,目前我国110kV及以上电力网络采用中性点直接接地方式二、电力网络中性点运行方式及对应的电压等级,电力网络中性点是指星形接线的变压器或发电机的中性点中性点的运行方式或称接地方式可分为两大类：,（1）中性点直接接地；,,（2）中性点不接地或经消弧线圈接地1.中性点直接接地的电力网络,,,2.中性点不接地的电力网络,优点是供电可靠性高,，因为电力网络发生单相接地时，接地电流只是网络电容电流，比较小，不是单相短路，故接地时保护装置不作用于跳闸，只给出信号，电网可继续运行2小时，故提高了供电可靠性缺点是经济性差,，因不接地网络发生单相接地时，使不接地相对地电压变为了线电压，故系统的绝缘水平应按线电压设计，费用较高此外中性点不接地系统发生单相接地时，易出现电弧引起的谐振过电压为了使电弧容易熄灭，在电容电流较大的35kV或10kV电网，采用,中性点经消弧线圈（电感线圈）接地,不接地方式一般用在35kV及以下电网，在电容电流较大的10kV和35kV电网也采用中性点经消弧线圈接地的方式它是利用电感电流与电容电流相互抵消，使电弧容易熄灭3．中性点不接地系统故障时电压电流分析,,,(a)电流分布 (b)电压、电流相量关系,,图1-5 中性点不接地系统的单相接地时的电压电流,结果：,,,,(a)电流分布 (b)电压、电流相量关系,,图1-6 中性点经消弧线圈接地系统的单相接地的电压电流,中性点经消弧线圈接地,结果：出现经消弧线圈的电流,,,,,电力系统的输电方式两种：交流输电方式和直流输电方式。

1.5,电力系统的输电方式,,一、高压交流输电,从较低的6、10kV发展到35、110和220kV，直至当今的500、750和1000kV交流输电主要采用三相制，即三个幅值大小相同，相位相互差,的三相交流电,在低电压输电系统中输电线路采用三相四线制，其中有一根中线，流过不平衡电流在高电压输电系统中输电线路采用三相三线制，即不设中线，但是为了防止雷电通过线路放电，一般在输电线上端架设有地线，以便保护电气设备超、特高压输电线路均采用分裂导线，即一相线路不仅仅使用一根导线，而是使用2根、3根、4根或8根导线，相应的称为2分裂、3分裂、4分裂和8分裂一般330 kV线路采用2～4分裂，500 kV线路采用4分裂，750 kV线路采用8分裂超、特高压输电线路，有大量的容性充电功率，距离愈长充电功率愈大，如100km长的500kV线路容性充电功率约为100～120Mvar，为同样长的220kV线路的6～7倍，这么大的充电功率给电力系统的运行带来了很大的麻烦，,如线路空载或轻载时引起的线路末端电压升高和操作过电压,为了防止上述情况的发生，一般在输电线路两端并接高压电抗器此外，为了提高线路的输送功率，降低线路电抗，在输电线中间串联电容器。

图1-7 超高压输电线路的接线原理图,为了防止上述情况的发生，一般在输电线路两端并接高压电抗器此外，为了提高线路的输送功率，降低线路电抗，在输电线中间串联电容器1）,限制工频电压升高线路空载时，线路中流的是电容电流，路电抗上引起的压降与首端电压接近同方向，故使的末端电压升高，严重时可达首端电压的1.5倍以上当线路末端并联高压电抗器后，路空载时，这电抗器仍接路上，它使得线路中流的容性电流减少，因而降低了末端电压补偿度在60%左右2）,降低操作过电压由于高压电抗器降低了空载线路的电压升高，因而降低了各种操作过程中的电压强制分量，对线路的各种操作过电压都有限制作用3）,避免长距离输送无功功率，降低输电的有功损耗为了减少有功损耗，尽力使无功就地平衡并联电抗器可吸收线路容性无功，避免它输送到远方，降低了整个电网的损耗1)并联高压电抗器作用：,此外，并联高压电抗器还有消除发电机出现自励磁现象和限制潜过电流，有利于单相自动重合闸等2）串联电容器补偿：,高压输电线路长度较长，等值电抗较大，它的静态稳定输送功率与它的电抗成反比：,,式中,,,U,1,,和,U,2,分别为线路首、末端等值电源的电压；,δ,为线路两端电源电压的相角差；,X,为线路电抗和两端等值电源的电抗之和。

极限输送功率,,P,max,,当线路中安装了串联补偿电容器后，线路输送功率变为,X,C,为串联补偿电容器的容抗作用：提高线路的极限输送功率二、直流输电的接线与主要工作原理,,1.直流输电的基本原理,１）换流器,,它们完成交－直流和直一交流转换，由阀臂和有抽头切换器的变压器构成 阀臂由晶闸管或可控硅元件串并联构成1.直流输电的基本原理,２）直流平波电抗器,,这些大电抗器具有高达1H 的电感，在每个换流站与每极串联1.直流输电的基本原理,３）谐波滤波器,,换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和谐波电流1.直流输电的基本原理,4）接地电极：为实现以陆地或海水为回路，回流至换流站直流电压中性点而在距每一端换流站一定距离设置的,接地,装置和设施1.直流输电的基本原理,5）直流输电线,,可以是架空线，也可以是电缆除了导体数和间距的要求有差异外，直流线路与交流线路十分相似1.直流输电的基本原理,6）交流断路器,,为了排除变压器故障和使直流联络线停运，在交流侧装有断路器1.直流输电的基本原理,7）无功功率支持,,换流器内部要吸收无功功率，稳态条件下，所消耗的无功功率是传输功率的50 ％左右无功功率源,无功功率源,,,,2. 直流输电系统的分类,１）单极线路方式,,是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作为返回线路组成的直流输电系统,,2 ) 双极线路方式,,双极线路方式有两根不同极性（即正、负极）的导线，可具有大地回路或中性线回路。

Ａ 双极两线中性点两端接地方式,,Ｂ 双极两线中性点单端接地方式,,,,Ｃ 双极中性线方式,,将双极两端的中性点用导线连接起来，就构成双极中性线方式 这种方式由于增加了一根导线．在经济上将增加一定的投资,D “背靠背”( back-to-back ）换流方式,没有直流输电线路，而将整流站和逆变站建在一起的直流系统称为“背靠背”换流站这种方式适用于不同额定频率或者相同额定频率非同步运行的交流系统之间的互联因为没有直流输电线路，所以直流系统可选用较低的额定电压这样，整个直流系统的绝缘费用可降低三、直流输电和交流输电的比较,直流输电线路一般用两根导线，三相交流线路则需要三根导线如每根导线具有相同的截面积(包括分裂导线)和绝缘水平，那么直流线路每根导线输送的功率为,P,d,= U,d,I,d,（1-4）,交流线路每根导线输送的功率为,P,a,= U,a,I,a,cos,φ,(1-5),通过比较计算可得：两根导线的直流线路的输送功率和三根导线的交流线路的输送功率相等因此单位长度的直流线路所需的有色金属和绝缘材料比交流线路节省三分之一，也就是说,路建造费用相同时， 直流线路的输送功率约为交流线路输送功率的1.5倍。

另一方面，由于直流线路少一根导线,在输送功率相同的条件下，直流线路功率损耗也比交流线路小三分之一直流线路的投资和运行费用 < 交流线路,直流输电系统两端的换流站设备比交流输电系统的变电站复杂,其造价比交流变电站高直流输电系统的换流站的不少设备是交流变电站所没有的，如换流器和谐波滤波器以及平波电抗器谐波滤波器主要安装在交流侧，它是用来滤除换流器工作时产生的谐波电流和谐波电压平波电抗器在直流侧的主电路中使的整流后的波形更加平直直流设备投资 > 交流设备,,在输送功率相等的情况下，直流输电和交流输电相比，虽然换流站的费用比变电所的费用贵的多，但是直流输电的单位长度线路的造价比线路低因此输电距离增加到一定值时， 直流线路所节约的费用可正好抵偿换流站所增加的费用，这个输电距离称为交,直流输电的等价距离,目前国际上对架空线路其等价距离约为500-700km，电缆线路约为 20～40km图 交流输电和直流输电线路走廊,,（a）交流输电线路走廊； （b）直流输电线路走廊,占地面积,稳定性问题,不同频率系统相连,除经济问题外，其他考虑的问题,,,四、直流输电的优缺点及其主要使用范,围,1. 直流输电的主要优点,直流输电不存在系统稳定性问题。

通过直流输电线连接两端交流系统，两个交流系统之间不需要保持同步运行输电距离和容量不受两端交流系统同步运行稳定性限制，所以它可以提高交流系统的稳定性；,,线路造价和功率损耗都比交流少，线路愈长经济性愈好；,,直流线路的输送功率容易调节和控制,(,控制阀的开启度,),，直流输电系统的短路电流较小；,,在稳态运行时没有电容电流，线路部分不需要无功功率补偿装置较长的海底电缆交流输电很难实现，直流电缆线路就比较容易；,,在导线几何尺寸和电压水平相当的情况下，电晕现象和无线通信干扰小换流器价格贵,,,在工作时消耗无功功率和产生谐波，因此需装设无功补偿和滤波装置；,,目前尚无适用的直流高压断路器，这是因直流无零点，熄弧困难；,,以大地作为回路时,,,会引起沿途金属构件的腐蚀2. 直流输电的缺点,远距离大功率输电；,,交流系统之间的互联；,,海底电缆输电；,,使用地下电缆向城市输电；,,作为限制短路电流的措施,3. 直流输电的主要用途,,,电力系统的综合用电负荷：,,系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和负荷类型：,,工业、农业、商业、居民用电主要用电设备：,,异步机、同步机、电热装置、整流装置、照明设备等。

电力系统的供电负荷：,,电力系统的综合用电负荷加上电力网的功率损耗电力系统的发电负荷：,,电力系统的供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率1.6 电力系统负荷,一、负荷的组成,,,Ⅰ,级负荷,是指那些停电将造成人身、设备事故，产生废品，使生产秩序长期不能恢复，造成国民经济的重大损失，或产生严重政治影响，使人民生活发生混乱等的负荷如医院、电台、化工冶炼厂、自来水厂、电气化铁路和党政首脑机关等Ⅱ,级负荷,是指那些停电将造成大量减产，使城市居民的正常活动及生活受到影响的负荷Ⅲ,级负荷,是指除那些,Ⅰ,级和,Ⅱ,级负荷以外的负荷，也就是对停电影响不大的其它负荷如工厂的附属车间、小城镇和农村的公共负荷等对于以上三种级别的负荷，可以根据不同的具体情况分别采取适当的技术措施来达到他们对供电可靠性的要求例如，对于一级负荷要求要采用有备用结线而且最好是双电源根据负荷的重要性以及对供电可靠性的要求，又可以把负荷分为:Ⅰ级负荷、Ⅱ级负荷和Ⅲ级负荷具体意义为：,,,1. 负荷曲线,,（1）日负荷曲线 ：描述一天24小时负荷的变化，,,作用：安排日发电计划、确定运行方式图1-10 日负荷曲线,二、负荷曲线和最大负荷利用小时数,,（2）年最大负荷曲线 ：描述一年内每个月最大有功功率负荷变化。

作用：安排发电设备的检修计划图1-11 年最大负荷曲线,,,（3）年持续负荷曲线 ：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列而绘制成作用：安排发电计划、可靠性估算图1-12 年持续负荷曲线,,2．最大负荷利用小时数,如果负荷始终等于最大值,P,max,，经过,T,max,小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则,T,max,称为最大负荷利用小时数，即,表1-3 各类用户的年最大负荷利用小时数,负荷类型,T,max,/h,户内照明及生活用电,2000～3000,一班制企业用电,1500～2200,二班制企业用电,3000～4500,三班制企业用电,6000～7000,农灌用电,1000～1500,,三、负荷特性与负荷模型,负荷特性包括： 静态特性和动态特性；,,电压特性和频率特性在电力系统计算中，经常把连接于一条母线上的所有用户的各种用电设备等值成综合负荷，挂在该母线上，作为计算负荷综合负荷的功率一般是要随运行参数（电压和频率）的变化而变化的，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性静态特性代表稳态下负荷功率与电压和频率的关系；,,动态特性反映暂态下负荷功率随电压和频率急剧变化时的关系。

电压静态特性：频率维持额定值不变，负荷功率与电压的关系；,,频率静态特性：电压维持额定值不变，负荷功率与频率的关系；,,负荷的静态电压特性和频率特性,(a) 电压静态特性 (b) 频率静态特性,,图1-13 10 kV电压综合中小工业负荷的静态特性,各类用户的负荷特性依其用电设备的组成情况不同而不同，一般需通过实测确定恒功率负荷,,恒电流负荷,,负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟或数学描述2.负荷模型,负荷模型分为：静态模型和动态模型如：负荷的电压静态模型常用二项式表示：,恒阻抗负荷,有功功率表达式系数,,无功……,,负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟或数学描述2.负荷模型,如果既考虑负荷的电压也考虑频率的静态特性，则二次多项式可变为：,负荷的动态特性,模型常用电动机模型来表示，详细内容会在暂态稳定部分讲解1.7 电力系统电源类型及特点简介,电力系统中的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电场和太阳能电厂等多种类型一特四大”新战略：建设以特高压为骨干网架，各级电网协调发展的坚强国家电网，促进“大煤电、大水电、大核电、大可再生能源基地”集约化开发。

我国现在政策：,发展原则：优化发展火电，大力发展水电，积极发展核电，加快新能源的发展步伐今年新提出：,,火电厂电能生产过程,火力发电厂三大主机,锅炉、汽轮机、发电机矿物燃料,锅炉,汽轮机,发电机,热能,机械能,电能,一、火力发电厂 ：,以煤炭、石油、天然气等为燃料的电厂华能北京热电厂,天津杨柳青发电厂,,凝汽式火力发电厂生产过程示意图,,（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定2）火电厂的一次性建造投资少，仅为同容量水电厂的一半左右3）火电厂耗煤量大，且单位发电成本比水电厂高出3～4倍4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员多于水电厂，运行费用高5）大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时或更长时间，且耗用大量燃料6）火电厂担负急剧升降的负荷时，必须付出增加燃料消耗的代价7）火电厂担负调峰、调频或事故备用，相应的事故增多，强迫停运率增高，厂用电率增高 因此，从经济和供电可靠性考虑，火电厂应当担负较均匀的负荷8）火电厂对空气和环境的污染很大火电厂的特点,,二、水电厂,水电厂是将水的位能和动能转换成电能的场所， 也称水电站水库水势能,水轮机,机械能,发电机,电能,（1）堤坝式：,由于水电厂厂房在水利枢纽中的位置不同，通常这类水电站又细分为,坝后式,和,河床式,两种。

2）引水式水电站；,,（3）抽水蓄能电站,水电厂类型,,坝后式水电站示意图,坝后式水电站,:,发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电,河床式水电站示意图,河床式水电站:,发电机厂房和挡水堤连成一体， 厂房也起挡水作用由于厂房修建在河床中，故称河床式引水式水电站,：建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况引水式水电站示意图,,抽水蓄能电站示意图,三、抽水蓄能电站,：,,抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站，具有水轮机—发电机和电动机—水泵两种可逆的工作方式1）抽水蓄能机组是水电机组，起动快速，适用负荷范围广，在电力系统中能很好地替代火电机组担任调峰作用2）作为水电机组，抽水蓄能机组有很强的负荷跟随能力，承担负荷迅速灵活，在电网中可起调频作用3）抽水蓄能机组的利用时数不很高，随时可以作为系统的备用机组同时还可以作旋转备用，也就是在并列状况下在发电方向空转，必要时能更快地带上负荷，可以在很短的时间内转换为发电并带满负荷4）抽水蓄能机组在夜间负荷低谷时抽水，可使火电机组不必降低出力（甚至停机），这种填谷功能是抽水蓄能机组独具的功能。

提高了系统的整体效率抽水蓄能机组对改善电网运行的主要作用是：,,水利发电厂拦河大坝,,,三峡左岸厂房外部全貌,三峡左岸电站厂房全貌,,,（1）可综合利用水资源；,,（2）发电成本低，效率高；,,（3）运行灵活，适合于承担调峰、调频和事故备用；,,（4）水能可以储存；,,（5）水电不污染环境；,,（6）水电厂建设投资较大，工期较长；,,（7）受水文气象条件制约；,,（8）可能会淹没土地，移民搬迁，破坏生态平衡水电厂的特点,,核电厂是利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火电厂的方式发电的，它的原子核反应堆相当于火电厂的锅炉反应堆中除核燃料外，并以重水或高压水等作为慢化剂和冷却剂，所以，反应堆可分为重水堆、压水堆等四、核,（原子能）,电厂,世界上使用最多的是轻水堆核电厂，即压水堆核电厂和沸水堆核电厂 我国的核电厂都是压水堆，主要是因为压水堆的投资低，技术最成熟、安全性最好,,核燃料,反应堆,蒸汽发生器,透平机,发电机,电能,,压水堆核电厂的示意图,,核燃料,反应堆,蒸汽发生器,透平机,发电机,电能,沸水堆核电厂的示意图,,,大亚湾核电站,,（2＊90万千瓦）,核电厂外景,,（1）电厂的一次建设投资大，运行费用小。

一座1000MW的核电厂一年仅需130t的天然铀或28t的3%的浓缩铀避免了大量的运输费用2）核电厂反应堆的负荷基本上没有限制，因此，其技术最小负荷主要取决于汽轮机，也为额定负荷的10-15%3）核电厂的反应堆和汽轮机退出和再度投入或承担急剧变化的负荷时，也要额外耗费能量，花费时间，且易于损坏设备因而最好带不变的负荷核电厂的特点是：,,将风能转换成电能的发电方式称为风力发电风能属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复杂五、风力发电场,风力发电装置的示意图,1 —风力机,,2 —升速齿轮箱,,3 —发电机,,4 —控制系统,,5 —改变方向的驱动装置,,6 —底板,,7 —塔架,,8 —控制和保护装置,,9 —基础,,10—电缆线路,,11—配电装置,,风力发电厂,,（1）风力发电是可再生能源，是清洁能源，是绿色能源，应大力提倡，但目前成本较高（08年大型风电厂的成本约为 0.5元/kW），企业利润小甚至无利润，产业化发展受限，这将有待于技术进步和国家对新能源政策的激励（进行补贴）随着技术进步，设备价格的降低，企业也会有利润，而且会增大。

2）受气侯影响大，无风时不能发电，它是间断电源，因而电网需提供备用电源或与其它能源互补配合，如：太阳能光伏发电互补；与水电配合，以及抽水蓄能电站配合；燃气轮机互补；燃料电池互补；分散安装减少影响等3）发有功时从电网吸收无功，因而需装无功补偿装置风力发电的特点是：,,太阳能发电——光伏发电,六、太阳能光伏发电,太阳能光伏发电是由多晶硅太阳能电池组、控制系统、蓄电池及其逆变器等组成它利用半导体材料（如：多晶硅）的光伏效益直接将太阳能转换为电能②,太阳能光发电：,,太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电①,太阳能热发电：,,它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力电厂相似六、太阳能光伏发电,优点：,,不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、清洁无污染、安全可靠、维护简单等缺点：,,成本高（08年约为 2元/kW）、受气候影响大，目前容量还不够大目前世界上实际能利用的地热资源很少，主要限于蒸汽田和热水田，这两者统称为地热田地热电站是清洁的能源，它的发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利用，所以目前地热发电发展很快。

地热发电,地热发电厂,,利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为 潮汐发电即在海湾或河流入海口处筑起堤 坝，涨潮时蓄水，高潮时关闭退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水 放出，驱动水轮发电机发电潮汐发电,潮汐发电示意图潮,,燃料电池工作原理,固体氧化物燃料电池 (SOFC),,质子交换膜燃料电池 (PEMFC),,目前研究重点,,熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC),,再生氢氧燃料电池,燃料电池,,浙江江厦潮汐电站，装机3200千瓦,西藏羊八井地热二分场,青海天峻县生格乡7千瓦太阳能光伏电站,浙江临海括苍山风电场33台600千瓦风电机组,,。