第一章 电力系统概述
(Introduction to Power Systems) (第一讲)
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问
题
1、人类为何偏爱电能？
2、什么是电力系统？如何组成？如何表示？ 3、电力系统运行有何特点和要求？
4、互联电力系统是怎么回事？
5、如何对电力大系统进行控制？
6、电能是如何生产的？
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§ 1 电能与系统 一、 人类为何偏爱电能？

调度自动化
（以国家电网公司为例）
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国调中心
东北
华北
华中
华东
…
…
辽 吉 龙 蒙 宁 林 江 东
地 区京 津 北
地 区
湖 河 江 南 南 西
县 1
县 m
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典型调度中心
国家电力 调度中心
东北电网 调度中心
吉林电网 调度中心
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典型调度自动化系统（二次信息系统）
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电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
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电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
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电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
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电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
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美国互联电力系统的运行风险!
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八、如何对电力大系统运行进行控制？

我国做法：

集中管理（系统的安全、经济性）
分层控制（五级调度）
调度自动 化系统 原理图
深圳站 画面
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§ 2 发电厂：电能生产 一、火力发电

目前最主要电源，比例大于70% 燃料：煤、石油或天然气 化学能→热能→机械能→电能

组成：

燃烧系统：燃料→灰渣，风（空气）→烟
汽水系统：水←→蒸汽，循环水（冷水←→热水）
电力系统：发电机、变压器、输电线路等
心血管 系统 动画
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七、现代互联电力系统
联路线，交换功率，提高可靠性，系统 规模越来越大 Tielines 联络线 输电系统 系统直属电厂 系统直属电厂 输电系统

地区发电厂
配电系统 用户
配电系统 用户 电力系统N
地区发电厂
电力系统1
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电力系统为何要互联？

减少总装机容量（错峰效应）； 减少备用容量（同时故障和检修概率 小） 提高供电可靠性、电能质量（故障和异 常时相互支援）； 合理利用动力资源，可经济运行（水、 小火电、经济分配）


三、电力系统如何组成？ 一次系统（高电压，本课程研 究的内容）


二次系统（低电压）：保证一 次系统安全/可靠/经济运行的 信息系统及其操作机构。
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一次系统如何组成？

发电机：电能生产，一次能源转换成二 次能源 (电能 )，火 /水 /核 /风 /太阳 /地 热等 电力网络（输配电系统）：电能输送和 分配，包括：输电网（输电系统）和配 电网（配电系统）。 负荷（用户）：电能消费，将电能转换 成其他形式能量，电动机/照明/电炉等
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美国电力一次系统物理基本结构
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简单电力系统的三相电路图
配电网
配电线路
发电机
升压变压器
输电线路
降压变压器 降压变压器 负荷
输电网
电力网络
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发电机1
负荷1 电力线路（输/配）
变压器（升/降压） 负荷N 电力网络
发电机N
电力网络与INTERNET（C/S结构）
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二次系统如何组成？ （信息系统，非本课程重点内容）

现代社会最重要能源，应用十分广泛。 美国1996年用电情况：

2.68kW/人（装机容量）


1.3kW/人（用电量）
显著优点：

洁净（从使用的角度看）：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
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二、什么是电力系统？（I）

系统定义：由相互作用、依赖的若干部 分组成的具有特定功能的有机整体，它 又从属于一个更大的系统（《系统 论》）
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什么是电力系统？（ II ）

电力系统：完成电能生产、输送、分配、消 费的统一整体。通常由发电机、变压器、电 力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系 统。 世界上最大的人造机器：人类20世纪最伟大 的20项发明之一，当今社会最庞大的工业之 一，是国民经济的支柱产业（我国1/4国有资 产） 国防资源，电力安全是国防安全的基础（水 库、火电厂、输电线路、核电厂）（战争： 石墨炸弹、恐怖袭击） 5

容量取决于水位差和流量 组成（较火电厂简单）


水库 水轮机 电力系统：发电机、变压器、输电线路等
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水力发电原理
水力发电 原理
通讯
计 算机 或人 控制
电 力 系 统
通讯 量测
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四、复杂电力系统如何表示？

单线图：实际电力系统非常庞大复 杂，为突出重点，用单线代表三 相，反映电力设备间电联系
输电线路
发电机
升压变压器
降压变压器
配电线路
…
降压变压器 负荷
简单电力系统单线图
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五、如何构成更大的系统？

电力系统

发电厂动力部分
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互联带来了什么问题？

超高压互联设备的投资大； 系统规模大而复杂，运行难度大，局部 故障可能危及整个互联系统，安全风险 大。 电网并联回路增多，故障电流大。


随着现代信息技术、控制技术应用，自 动化水平的提高，缺点正在逐步克服。
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电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
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电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
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火力发电原理
火力 发电 原理
火电 原理 （简单）
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国内典型火电厂
上海 外高桥 火电厂
火电厂 夜景
北仑 火电厂
香港 青山 火电厂
台中 火电厂
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国外典型火电厂
日本 横滨 火电厂
德国 火电厂1
德国 火电厂2
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汽轮机-发电机
汽轮机 发电机 外观1
汽轮机 发电机 外观2 汽轮机 发电机 外观3
热力网
动力系统


发电厂动力部分：锅炉、汽轮机、 水库、水轮机、核反应堆等
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单线图常用符号（动力系统）
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六、电力系统运行特点与要求有哪些？

特点


要求

密切性
短促性
可靠性高（第1、 2、3级负荷）
质量高(频率、电 压、波形 ) 经济性好，公司经 济效益
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同时性


电力系统与心血管系统
600MW 汽轮机 安装
600MW 发电机 穿转子
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火力发电存在哪些问题？

安全问题：采矿和运输中的安全性灾难。
社会代价：采矿和运输的基础设施等
环境问题：酸雨、温室效应、可吸入颗粒 物等 效率问题：热电厂（热电联产） 不可再生
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二、水力发电

目前最重要的电源之一，比例大于10% 河流水势能→水动能→机械能→电能