电力系统简介

浅析电力系统

摘 要：介绍了电力系统的发展历程和国内外研究现状，以及电力系统的特征、组成，电力系统在工程项目的应用和出现的问题。

Abstract: This paper introduced development history and research status of the electrical power system, features and constitution of the electrical power system,its use and problem in engineering project.

关键词： 电力系统，组成 ，工程应用

Key Words: the electrical power system ,constitution,project account

电力系统历史悠久，人们往往会认作为一个系统，它已经很完备，没有特别值

得研究的问题。但随着电力领域新技术和控制方法的产生和发展，人们正致力于将这些新技术和方法应用于电力系统。针对上述现状，为了更好地采取相应对策，必须努力学好和掌握电力系统的基本特性及运行、控制等基础知识。

1. 电力系统发展概况

1.1. 电力系统的形成和发展

1831年法拉第发现了电磁感应定律之后，很快出现了最原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机，电能生产与使用出现在人们面前，开辟了人类发展的新纪元。

1882年。法国的德普勒将位于米斯巴赫煤矿的蒸汽机驱动的发电机发出的电能输送到了57km外的慕尼黑，并用以驱动水泵，这个输电系统虽然很小，却是世界上第一个电力系统。

随着生产的发展，对传输功率和输送距离提出了更高的要求，特别是为了提高输出效率，需采用更高的输电电压，以便减少线路流过的电流，从而降低线路电阻的损耗，但从用电设备来说为了安全又不得不采用较低的电压，而直流输出电压当时却不能满足这种要求。1885年实现的变压器制造技术，开始了单相交流电。1891年实现了三相变压器和三相异步电机的制造技术，开始了三相交流输电。随后三相交流制的优越性很快

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显示出来，运用三相交流制的发电厂迅速发展。再后来汽轮发电组又取代了以蒸汽机为原动力的发电组，发电厂之间出现了并列运行，输电电压、输送距离和输送功率不断增大。

20世纪以后，人们普遍认识到扩大电力系统的规模可以在能源开发、工业布局、负荷调整、系统安全与经济运行等方面带来显著的社会经济效益。于是，电力系统的规模迅速增长。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1000万平方千米的土地。

1.2. 中国电力系统概况

中国发电资源丰富为中国电力工业发展提供了保证。1882年上海建立了第一个发电厂，但直到1949年全国总装机容量也还是很小。解放后，全国总装机容量和年发电量增长迅速自1996年起稳居世界第二位。

20世纪50年代为城市电网发展阶段，60年代逐渐形成以省为单位的电力系统，1970~1990年为区域电力系统发展阶段，90年代以后为区域电网之间的互联阶段并将逐步形成全国统一电网。

自从20世纪90年代开始，我国在电力体制方面进行了重大的改革，实行了电力企业的市场化重组，并出现了多元化投资办电的新格局。

2. 电力系统组成及其特征

2.1. 电力系统的定义

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须

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时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。图1.1表示电力系统的基本概貌。

图1.1 电力系统基本概貌

2.2. 电力系统的组成

电力系统构成有4个基本要素：发电厂、输电网、配电网和用户。电力系统示意图如图1.2。

所谓发电厂就是把其他形式的能转变为电能的工厂。如今在电力系统中运行的发电厂主要是以煤、石油和天然气等作为燃料驱动的火电厂；还有水能电厂；核能电厂。另外就是以可再生能源驱动的发电厂。再就是目前兴起的分布式电厂技术，即微型发电技术。

所谓输电网就是将无法就地使用的电能通过变压器升高电压的形式向负荷中心传输。不同类型的发电厂通过升高电压并入不同层次的网络，达到所有发电机并列运行的目的。输电网中变压器不仅有升压的作用，也有联络的作用。

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图2.1电力系统示意图

所谓配电网网络是将来自输电网络的电能经变压器降压后经过不同的电压等级达到与不同层次负荷链接的目的。配电网的构成视用户层次不同而对应不同的电压等级，因此配电网中变压器不仅有降压的作用，也有联络的作用。

所谓用户即为直接能接受电能并加以利用的单位或个人，电力系统的用户十分广泛，如工业、农业、交通运输等国民经济各个部门和日常生活。

综上可得，电力系统就是发电、输电、配电及用电所构成的整体。其实发电厂和用户中包括大量的动力机械，所以电力系统也可称为动力系统。而一般把输电和配电构成的电能转换载体称为电力网。

2.3. 电力系统的特征

电能和化学能、核能等其他形态的能量相比，具有以下特征：二次能量，电力在自然界不能直接以其可以利用的形式存在，它必须从一次能量转换而来；储存困难，电能不能以其自身的形式储存，为了储存必须转换成其他形式能量；安全、清洁，能够很容易地转换为其它各种形态的能量。

根据以上电能特征，电力的供应具有以下特性：从事系统运行的技术人员必须一边维持规定的电压和频率一边调节发电输出使之与负荷相匹配；由于电力需求正在持续增长，所以电力系统也随之不断扩展；可利用的能源不是局限在电力需求的地点附近。

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3. 电力系统工程中的问题

电力系统如何经济地以足够的可靠度完成前述任务，实现系统本来的目的，是电力系统工程的课题。负荷需求预测，供电可靠度，发电设备的扩充和发电规划，电力系统的构成和输配电设备的扩充，电力系统的连接等问题这些是与开发扩展规划相关的课题。运行调节包括水力火力发电系统的经济运行，火力发电站的起动和停止，电力系统的连接，频率、电压调节等重要课题。系统分析包括时间域的暂态浪涌分析、高次谐波分析、轴的扭振、暂态稳定性、静态稳定性、电压稳定性与电力潮流计算等。

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