1、1,电力系统及其自动化电力系统及其自动化学科主要涉及电能的产生、变换、输送、分配、控制的理论，电力系统的规划、运行规律、以及相应的测量、保护、调节、控制系统的理论和技术。,2,1.电力系统的概念和组成,电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、 分配、消费）,3,从调度、管理、控制的角度看,4,从电压等级的角度看,5,从发电到用户的供电过程,6,电力网和变电所的分类,电力网,超高压电力网,地方电力网,区域电力网,超高压电力网：电压等级在330750kV，输电距离在3001000km。,区域电力网：电压等级在110220kV，输电距离在50300km。,7,变电所,地方电力网：电压等级在3511
2、0kV，输电距离在50km以内的中压电力网。,枢纽变电所,中间变电所,终端变电所,枢纽变电站：处于电力系统的中枢地位，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，并具有多条联络线路。,8,中间变电站：将发电厂或枢纽变电站与负荷中心联系，一般汇集23个电源，起系统交换功率或使长距离输电线路分段的作用。,终端变电站：处于电力网的末端，直接向本地负荷供电，而不再向其他地区输送电能。,9,枢纽 变电站,中间 变电站,终端 变电站,10,电力系统运行的特点及要求,运行特点：,电能不能大量储存,过渡过程非常迅速（30万KM/S）,电力和国民经济各部门关系密切,11,运行要求：,最大限度地满足用户的用电
3、要求,保证供电的可靠性,保证电能质量（电压、频率、波形）,提高电力系统的经济性,12,不同标称电压下传输距离和传输功率范围,13,我 国 电 网 介 绍,14,目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代 。截止2008年7月装机总容量突破7.00亿千瓦。我国现有发电装机容量在20000MW以上的电力系统11个，其中东北、华北、华东、华中电网装机容量均超30000MW，华东、华中电网甚至超过40000MW，西北电网的装机容量也达到20000MW。南方电力联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。其它几个独立省网，如四川、山东、福建等电网和装机容量
4、也超过或接近10000MW。各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大。220KV电网不断完善和扩充。从1988年起连续每年新增投产大中型发电机组超过10000MW。1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV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。,15,全国联网势在必行,现在： 7个跨省电网，5个独立省网,2015年全国联网：,以三峡电站为中心，东西南北四方向联网 东西以送电和联网效益并重 南北以获得联网效益为主，兼顾送电,联网方案：,首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆） 中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开 北部电网：以华北为
5、中心，与东北、山东联网，开发 黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网 南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地,16,全国联网势在必行,北部和中部三纵：,西线：西北与川渝以直流方式相联 中线：华北与华中以直流背靠背相联 东线：山东与华东以直流背靠背相联,南部和中部：,提高水电利用容量，减少弃水 湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电 三峡到广东的远距离直流输电,17,电力系统为什么要互联并网运行,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。
6、,18,变电站的一次接线,输变电设备包括 变换电压的设备：如变压器。 接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。 防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器。 无功补偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。 载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。 接地装置；如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。电气主接线发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路，也称电气一次接线或一次系统。,电力系统的电气设备,19,变电站的二次接线,一次设备及一次系统 一次设备有：发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等。 由这些设
7、备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次系统，它是发电、输变电和配电的主体。二次设备及二次系统 二次设备包括监察测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、蓄电池组或厂（所）用低压电源供电。 表明二次设备互相连接关系的电路称为二次接线或二次系统。二次接线图： 原理接线图、展开接线图和安装接线图。,20,变电站综合自动化简介,变电站综合自动化系统的基本功能： 1监控子系统。包括模拟量、开关量和电能量数据采集；事件顺序记录SOE；故障记录；故障录波和测距；操作控制功能；安全监视功能；人机联系功能；打印功能；数据处理与记录功能；谐波分
8、析与监视。 2微机保护子系统。包括变压器、输电线、电容器组、母线等的保护和不完全接地系统的单相接地选线。 3电压、无功综合控制子系统。包括补偿电容器、电抗和有载调压变压器等的微机电压无功综合控制装置。 4电力系统的低频减负荷控制。 5备用电源自投控制； 6变电站综合自动化系统的通信。包括内部现场级间的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。前者有并行通信、串行通信、局域网络和现场总线等多种方式，后者以部颁通信规约（如POLLING、CDT等规约）与上级调度通信完成遥测、遥信、遥调、遥控等四遥功能。,21,变电站综合自动化简介,22,变电站综合自动化简介,23,配电管理系统DMS-组网结构,配电
9、自动化是集计算机技术、自动控制技术、数据通信技术、数据库技术以及相关电力系统技术于一身的信息管理系统。,24,将一次能源转换为电能的工厂。,二、发电厂,25,发 电 厂,26,电源构成及展望火电73%、水电25%、核电2%燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）21世 纪新能源热核反应不使用放射性材料的核能，2030年 后实用化2050年时，电力供应是现在的23倍（15000亿 KW.h)核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力 储存系统约占15%20%,27,我国的能源结构极不合理,目前电源配置情况,2020年电源配置情况,28,电源构成及展望,29,火力发电:火电厂:是利用煤、石油、天然气作为
10、燃料生产电 能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃 烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能， 蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然 后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能；,火电发电 燃料燃烧 水 蒸汽 机械能 发电,30,火 电 厂分类：按燃料分：燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电厂、垃圾及工业废料为燃料的电厂 按发电厂装机容量分：小容量发电厂（100MW以下）、中容量发电厂（100250MW）、大中容量发电厂（2501000MW）、大容量发电厂（1000MW以上）；我国目前最大的火电厂：浙江北仑港电厂，装机容量300万KW（即3000MW），5台60万KW（
11、600MW）机组。 按原动机分：凝气式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽燃汽轮机发电厂等 按输出能源分：凝汽式发电厂（只发电）、热电厂（发电兼供热）,31,火电厂图片,32,火电厂图片,33,水利发电：水力发电系利用河川、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动机，推动发电机产生电能。因水力发电厂所发出的电力其电压低，要输送到远距离的用户，必须将电压经过变压器提高后，再由架空输电路输送到用户集中区的变电所，再次降低为适合於家庭用户、工厂之用电设备之电压，并由配电线输电到各工厂及家庭用户。,水 冲击水轮机旋转 带动发电机发电,34,水
12、电厂分类：,水 电 厂,堤坝式,引水式：河床坡度较大时,混合式：兼有堤坝式与引水式,抽水蓄能水电厂,坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）,河床式：厂房与坝一起（葛州坝）,35,水力发电,36,水力发电厂图片,37,水资源：,水 资 源,蕴藏量： 6.8亿KW,可利用量：3.78亿KW,20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，已投980,38,三峡电站：,39,三峡电站：,40,三峡电站：,41,核电厂：,用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统,核 能,反应堆,裂变
13、能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚（bu）,聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘（dao）、氚（chuan）,热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击，目前采用,快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能中子 撞击，效率高100倍，个别国家使用,1kg铀235相当于2700t煤,42,核电站：1951年第一座100KW核电站在美国现在全世界有441座，总装机3.5亿kw我国秦山（30w+2*60w+2*70w），大亚湾（2*90万KW）2020年我国装机达88.5亿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
14、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,43,核电厂：,44,4.其它能源发电,风力发电 地热发电 潮汐发电 太阳能发电,45,风力发电示意图,46,47,48,地热发电示意图,火山,地下水,蒸汽包,汽轮机,发电机,冷却塔,循环水泵,49,50,潮汐发电,潮汐发电：利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电,51,太阳能发电示意图,52,三、电力系统运行的基本要求,1、保证供电的安全可靠性,“安全、可靠、优质、经济”,电力用户的分类 一类用户：煤矿、大型医院；大型冶炼厂，军事基地；国家重要机关，城市公用照明等,53,2、保证电能质量,二类用户：大型影剧院及
15、商场 三类用户：小城镇、小加工厂、农村用电等。,电能质量指标,频率,电压,波形,正弦波的畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根值占基波有效值的百分比。,54,我国规定的额定频率值为50Hz，大容 量系统允许频率偏差0.2Hz，中小容量 系统允许频率偏差0.5Hz；35kV及以上的线路额定电压允许偏差5%；10kV线路额定电压允许偏差7；10kV以上波形畸变率不大于4；380V220V线路波形畸变率不大于5。,55,3、保证电力系统的稳定性,稳定问题是影响大型电力系统运行可 靠性的一个重要因素。,4、保证运行人员和电气设备工作的安全,设计合理、维护及时、严格遵守规章制度,5、保证电力系统运行的经济
16、性,规划设计合理、提高系统调度和管理水平,56,六、我国电力现状和发展前景,1.历史及现状 2.中国电力工业展望 3.电力前沿技术,57,1.历史及现状,1949年，全国装机容量累计只有1850MW，年发电量为4.3109kWh，分别列世界第21位和第25位,新中国成立后，电力工业发展经过的2个阶段： 19501978 年期间 东北、京津唐、华东、华中电网形成了220kV主干网架,58,建成中国第1条330 kV刘天关线路，将陕、甘、青电网互联，初步形成了西北电网 至1978年底，全国发电装机容量达到5712万kW，年发电量达到2566亿kW.h,1978 年后 形成了华北、东北、华东、华中、
17、西北、川渝和南方联营等 7 个跨省区电网以及及 5 个独立的省级电网 除西北电网最高电压等级为 330 kV 外，其它跨省电网和山东电网均以 500 kV 为主网架,59,到2000年3月，全国发电装机容量达到3亿kW，年发电量达到11039亿kW.h，装机容量和发电量跃居世界第2位,60,三峡输变电工程的建成，加上华东、华中、重庆和四川的500kV骨干网架，将形成稳固的三峡电网金沙江下游的巨型电站溪洛渡和向家坝电站及其外送输变电工程建成后，与三峡电网相联，将形成以三峡电站为中心沿长江展开的我国中部电网,61,我国电力工业发展的方针 优先开发水电、积极发展火电、稳步 发展核电、因地制宜地利用其
18、他可再生 能源发电，搞好水电的“西电东送”和火 电的“北电南送”建设。,62,2.中国电力工业展望,装机容量成倍增长 2020年达到900GW 用于发电的能源比重大幅提高发电能源占一次能源消费的比重从目前32%提高到40% 加强电源建设 继续发展火电 大力发展水电 加速核电国产化 加强新能源的开发力度,63,发电能源结构进一步优化开发清洁发电能源，能源结构多元化,64,加强电网建设，实现全国联网，逐步发展跨国电网加快城网、农网改造引入电力市场，建立科学合理的电价机制,65,3.电力前沿技术,大容量交/直流输电技术 柔性交流输电（FACTS）技术 大电网互联运行控制技术 互联电力系统低频振荡控制的研究 全球卫星定位系统（GPS）在电网安全监视和稳定控制中应用的研究防止大面积停电的控制和恢复策略的研究 电力系统分析和仿真技术,
