6．1．3 电力系统调度
• 由于电能无法大规模储存，它的生产、传输、使用 是在瞬间同时完成的，并要保持产、消平衡。因此， 它需要有一个统一的调度指挥系统。这一系统实行 分级调度、分层控制。其主要工作有： ① 预测用电负荷； ② 分配发电任务，确定运行方式，安排运行计划； ③ 对全系统进行安全监测和安全分析； ④ 指挥操作，处理事故。 完成上述工作的主要工具是电子计算机。
智能电网必须更加经济——智能电网运行在供 求平衡的基本规律之下，价格公平且供应充足。 智能电网必须更加高效——智能电网利用投资， 控制成本，减少电力输送和分配的损耗，电力生产 和资产利用更加高效。通过控制潮流的方法，以减 少输送功率拥堵和允许低成本的电源包括可再生能 源的接入。 智能电网必须更加环境友好——智能电网通过 在发电、输电、配电、储能和消费过程中的创新来 减少对环境的影响。进一步扩大可再生能源的接入。 在可能的情况下，在未来的设计中，智能电网的资 产将占用更少的土地，减少对景观的实际影响。
6．4．2 智能电网的结构
从广义上来说，智能电网包括可以优先使用清 洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量 系统以及通过调整发电、用电设备功率优化、负荷 平衡的智能技术系统。电能不仅从集中式发电厂流 向输电网、配电网直至用户，同时电网中还遍布各 种形式的新能源和清洁能源：太阳能、风能、地热 能、潮汐能、生物质能、燃料电池等等；此外，高 速、双向的通信系统实现了控制中心与电网设备之 间的信息交互，高级的分析工具和决策体系保证了 智能电网的安全、稳定和优化运行。
升压变电站的出线线 路
电流，电压互感器设 备
主变压器
断路器
变压 器
变压 器
美国某230/69 kV 变电站
6．3．2
•
配 电
配电是指电力系统中直接与用户相连并向 用户分配电能的环节。配电系统由配电变电 所（通常是将电网的输电电压降为配电电 压）、高压配电线路（即 1 千伏以上电压）、 配电变压器、低压配电线路（ 1 千伏以下电 压）以及相应的控制保护设备组成。配电电 压通常有35～60千伏和3～10千伏等。
6．4．1 智能电网的发展历史
一、国外发展历史
2005年冬天，加拿大人马克•坎贝尔发明了一种 新的控制技术。他根据群体行为原理，让大楼里的 电器设备互相协调，减少大楼在用电高峰期的用电 量。他设计了一种无线控制器，与大楼的各个电器 相连，并对这些电器实现有效控制。比如，将 A空调 接通电源运转 15 分钟，以把室内温度维持在 24 ℃； 此时 B 、 C 两台空调可能会在保证室内温度的前提下， 将其电源断开停运 15 分钟。这样，在不耽误每台电 器设备执行个体功能的前提下，尽量让全部用电设 备交替使用，整个大楼的节能目标就可以实现。
6．1．5 电力系统研究与开发
• 电力系统的发展是研究开发与生产实践相互 推动，密切结合的过程。是电工理论、电工 技术以及有关科学技术和材料、工艺、制造 等共同进步的集中反映。 • 电力系统的研究与开发，还在不同程度上直 接或间接地对信息、控制和系统理论以及计 算机技术起了推动作用。反之，这些科学技 术的进步又推动着电力系统现代化水平的日 益提高。
6．4．3 智能电网的建设目标
智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、 经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够实现 这些目标，就可以称其为智能电网。 智能电网必须更加可靠——智能电网不管用户 在何时何地，都能提供可靠的电力供应。它对电网 可能出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数 的电网扰动而不会断电。 智能电网必须更加安全——智能电网能够经受 物理的和网络的攻击而不会出现大面积停电或者不 会付出高昂的恢复费用。它更不容易受到自然灾害 的影响。
• 配电系统中常用的交流供电方式有： （1）三相三线制。分为三角形接线（用于高压配电 ， 三相 220 伏电动机和照明）和星形接线（用于高压 配电 、三相380伏电动机）。 （ 2 ）三相四线制。用于 380／ 220 伏低压动力与照明 混合配电 。 （3）三相二线一地制。多用于农村配电。 （ 4 ）单相二线制。主要供应居民用电。配电系统的 直流供电方式有： ①二线制。用于城市无轨电车、地铁机车、矿 山牵引机车等的供电。 ②三线制。供应发电厂、变电所、配电所自用 电和二次设备用电，电解和电镀用电。
火力发电厂原理图
火力发电厂的三大系统
（ 1 ）燃烧系统。燃烧系统括锅炉的燃烧部分 和输煤，除灰和烟气排放系统等。燃烧系统的功 能是将煤的化学能转换成热能，把锅炉里的水加 热变为蒸汽。 （2）汽水系统。汽水系统包括锅炉，汽轮机， 凝汽器及给水泵等组成的汽水循环和水处理系统， 冷却水系统等。新中国成立后，政府对电力工业 发展非常重视，但年均增长速度都处于世界前列。 到 1996 年百万千瓦以上容量的电厂已有 19 座，还 建设了大亚湾和秦山两座核电站。 （3）电气系统。电气系统包括发电机，励磁系 统，厂用电系统和升压变电站等。发电机的机端 电压和电流随其容量不同而变化，其电压一般在 10～20千伏之间，电流可达数千安至20千安。
• 电力系统要实现其功能，需在各个环节和不同管理 层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生 产和传输过程进行测量、调节、控制、保护、通信 和调度，以确保用户获得优质、可靠、安全、经济 的电能。
• 世界上覆盖面积最大的电力系统是前苏联的统一电 力系统，它东西横越7000千米，南北纵贯3000千米， 覆盖了约1000万平方公里的土地。 • 到2005年底，电力系统装机容量为5.19亿千瓦，年发 电量为24747亿千瓦时，均居世界第二位。输电线路 以330千伏、500千伏和750千伏为网络骨干，国家电 网公司（下属5个跨省区域电网公司）、南方电网公 司分管全国电网经营管理；五大发电公司及地方发 电企业分管全国电源建设与经营管理。 • 各大区之间的联网工作也已开始，全国联网正在逐 步实现。
走进电世界（6）
武汉大学电气工程学院
6 电力系统简介
引 言 在上世纪震撼世界的蒸汽统治时代已 经结束了，代之而起的不可估量的巨大革 命力量是电气火花。 ——马克思
要
6-1
6-2 6-3 6-4
点
电力系统及其组成 发电厂 变电站
智能电网
6．1 电力系统及其组成
电力系统是由发电厂、变电站、输电网、配电 网和电力用户等环节组成的电能生产与利用系统。 它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力 装置转化成电能，经输电系统、变电系统将电能输 送到负荷中心，再由配电变电站向用户供电，也有 一部分电力不经配电变电站，直接分配到大用户， 由大用户的配电装置为用户进行供电。
• 系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。其中， 正常状态又分为安全状态和警戒状态；异常状态又 分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所 有这些状态及其相互间的转移。各种运行状态之间 的转移需通过不同控制手段来实现。 • 电力系统在保证电能质量、实现安全可靠供电的前 提下，还应实现经济运行。即努力调整负荷曲线， 提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低燃 料消耗、厂用电和电力网络的损耗，以取得最佳经 济效益。
2002年前我 国 电 网 分 布 图
2002年后我国电网分布图
6．1．2 电力系统构成与运行
• 电力系统的主体结构：电源、电力网和负荷中心。 电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能； 电力网由电源的升压变电站、输电线路、负荷中心 变电站、配电线路等构成。它的功能是将电源输出 的电压升高到一定等级后，通过高压输电线路将电 能输送到负荷中心变电站，降压至一定等级后， 经配电线路与用户相联。 • 为确保系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同 层次上按技术要求配置各类自动控制装置与通信系 统，组成信息与控制子系统。
配电自动化系统
6.4 智能电网
所谓智能电网，就是以物理电网为基础，将现 代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计 算机技术、电力电子技术、设备制造技术、控制技 术等与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以 充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保 电力供应的安全性、可靠性和经济性；满足环保约 束、保证电能质量、适应电力市场化发展为目的， 实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和 增值服务。
沸水式核反应器示意图
压水式核反应器示意图
6.3 变 电 站
6．3．1 变电站
• 变电站是电力网的重要组成部分，它的任务是汇 集电源、变换电压、分配电能。它通过变压器将 各级电压的电网联系起来。 • 变电站若按其变换电压的功能划分可分为：升压 变电站、降压变电站；若按其容量和重要性划分 可分为：枢纽变电站、中间变电站和终端变电站。 • 枢纽变电站一般容量比较大，电压等级比较高， 处于电能系统各部分的中枢地位；中间变电站处 于发电厂与负荷中心之间，从这里可以转送或分 配一部分电能；终端变电站一般是降压变电站， 它只负责向某一局部地区用户输送电能，有时也 称为配电站。
电力变电所
高压输电线路 输电变电所 发电厂
变压器
柱式变压器
电力系统构成图
• 输电系统、变电系统和配电系统称为电力网（简称 电网），是电力系统的重要组成部分。 • 在电力系统中，电网按电压等级的高低分层，按负 荷密度的地域分区。不同容量的发电厂和用户应分 别接入不同电压等级的电网。 • 大容量主力电厂应接入主网，较大容量的电厂应接 入较高压的电网，容量较小的可接入较低电压的电 网。 • 由于电能无法大量储存，电能的生产与利用必须时 刻保持平衡。因此，电能的集中生产与分散使用， 以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就对电力 系统的结构和运行方式提出了更高要求。
水力发电示意图
6．2．3 核能发电
• 核能指原子能，是原子结构发生变化时放出的能 量。目前，核能指的是一些重金属元素铀、钚的 原子核发生分裂反应 ( 又称裂变 ) 或者轻元素氘、 氚的原子核发生聚合反应 ( 又称聚变 ) 时，所放出 的巨大能量，前者称为裂变能，后者称为聚变能。 • 通常所说的核能是指受控核裂变链式反应产生的 能量。核能的特点是能量高度集中 。一吨铀 — 235(U235)在裂变反应所放出的能量约等于一吨标 准煤在化学反应中所放出能量的240万倍。