第1章電力系統(tǒng)概述《電力系統(tǒng)分析》1.1我國電力工業(yè)的發(fā)展2從摩擦起電到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的演進(jìn)中國電力工業(yè)走過的140多年的光輝歷程31.1.1從摩擦起電到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的演進(jìn)公元前6世紀(jì)古希臘哲學(xué)家泰勒斯發(fā)現(xiàn)了摩擦生電現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，并發(fā)明了世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了由磁到電的重大飛躍。1831年1832年法國人皮克西制造出世界第一臺(tái)手搖式直流發(fā)電機(jī)。愛迪生在紐約建立了第一個(gè)完整的直流電力系統(tǒng)。1879年1882年英國商人在上海創(chuàng)辦了中國第一家公用電業(yè)公司——上海電氣公司。1891年德國建立了第一個(gè)三相交流系統(tǒng)，輸電容量距離迅速擴(kuò)大。畢曉甫在上海利用一臺(tái)7.46kW的柴油發(fā)電機(jī)開啟了我國的用電時(shí)代。1879年41.1.2中國電力工業(yè)走過的140多年的光輝歷程4

1882年上海電氣公司開業(yè)，隨著1890年八國聯(lián)軍的入侵，相繼開辦了一些以解決照明為主的公用電業(yè)。同年華裔商人成立廣州電燈公司，開始了民族資本創(chuàng)辦電力的歷史。1904年比利時(shí)商人與北洋軍閥在天津簽約成立了電車電燈公司，并于1906年開始了中國交流電的歷史。1911年，全國發(fā)電裝機(jī)容量才有2.7萬kW，有電的地方僅是上海、廣州、北京、香港等中心城市和租界內(nèi)，中國電力工業(yè)處于剛剛起步的幼芽狀態(tài)。1936年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到136.59萬kW(不含臺(tái)灣)，當(dāng)時(shí)最大的電力公司上海電力公司，裝機(jī)容量16.1萬kW。1924年江蘇建成了第一條33kV輸電線路。1937年到1945年抗戰(zhàn)期間，中國電力工業(yè)遭受了極大破壞。全國電力裝機(jī)容量只增加9萬kW。這期間，國民政府主要在四川、云南、貴州、陜西、甘肅等后方地區(qū)共籌建了27個(gè)小電廠，總裝機(jī)容量只有2.84萬kW。日本人基本控制了東北與華北的電力。1935年東北出現(xiàn)154kV輸變線路，輸電配電網(wǎng)絡(luò)也相應(yīng)得到發(fā)展1946年到1949年，中國電力工業(yè)基本處于停滯狀態(tài)，僅在1947年在楊樹浦電廠建成了1臺(tái)180t/h高溫高壓鍋爐和一臺(tái)1.765萬kW的汽輪發(fā)電機(jī)組，這是中國第一臺(tái)高參數(shù)火電機(jī)組。1.1.2中國電力工業(yè)走過的140多年的光輝歷程5新中國成立前夕，全國裝機(jī)容量只有185萬kW、發(fā)電量43億kWh，人均年用電量只有9kWh，發(fā)電量容量和發(fā)電量分別居世界第21位和第25位。中國當(dāng)時(shí)的電力工業(yè)處于落后地位。1949~1978年，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5712萬kW，發(fā)電量達(dá)到2566億kWh，分別比1949年增長了29.9倍和58.7倍，裝機(jī)容量的發(fā)電量分別躍居世界第8位和第7位。電網(wǎng)也初具規(guī)模，建成330kV和220kV輸電線路533km和22672km，變電設(shè)備49萬kVA和2479萬kVA。1987年，中國發(fā)電裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)了歷史性的突破，達(dá)到了1億kW。1995年后又僅用5年的時(shí)間，全國發(fā)電裝機(jī)量又跨上3億kW的臺(tái)階。這期間，我國發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量先后躍過法國、英國、加拿大、德國、俄羅斯和日本等發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)大國，于1996年底躍居世界第2位，僅次于美國。

此后，電力工業(yè)連續(xù)每年新投產(chǎn)發(fā)電機(jī)組都超過1000萬kW，從1987年僅用7年時(shí)間，全國發(fā)電裝機(jī)容量翻了一番，跨上2億kW的臺(tái)階。隨著三峽工程正式開工，與之配套的三峽輸變電工程也于1997年1月正式開工，其建設(shè)將確保三峽的電力輸送到華中、華東、廣東及重慶等地區(qū)，同時(shí)也將促進(jìn)中國逐步形成以三峽電站為中心的全國聯(lián)網(wǎng)。61.1.2中國電力工業(yè)走過的140多年的光輝歷程時(shí)間工程名稱特點(diǎn)與意義2009年三峽電站建成，全容量并網(wǎng)總功率18200MW，采用交流+直流混合遠(yuǎn)距離輸電2009年1月晉東南–荊門1000kV特高壓交流工程世界最高電壓等級(jí)，技術(shù)先進(jìn)，輸送能力強(qiáng)2010年7月向家壩–上?！?00kV特高壓直流工程高電壓遠(yuǎn)距離輸電典范，服務(wù)華東負(fù)荷中心2019年9月昌吉–古泉±1100kV特高壓直流工程輸電距離3000km，容量1400萬kW，解決能源逆分布

十年間是我國電力工業(yè)發(fā)展最快、規(guī)模最大、提升最顯著的時(shí)期；

解決了能源逆分布問題；

支撐了國家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)持續(xù)發(fā)展。1.1.2中國電力工業(yè)走過的140多年的光輝歷程跨區(qū)輸電與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化清潔能源裝機(jī)全球領(lǐng)先電源結(jié)構(gòu)持續(xù)調(diào)整，非化石能源快速增長跨區(qū)跨省輸電通道加快建設(shè)，區(qū)域電網(wǎng)主網(wǎng)架日益完善；華北、華東特高壓主網(wǎng)架基本形成，華中、東北、西北持續(xù)優(yōu)化；西南川渝形成獨(dú)立同步電網(wǎng)，南方電網(wǎng)的云南電網(wǎng)與主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)。“十三五”期間發(fā)電裝機(jī)年均增長7.6%，其中非化石能源年均增長13.1%；非化石能源占比從34.8%（2015年）提升至44.8%（2020年）；煤電占比從59.0%下降至49.1%，傳統(tǒng)能源比重持續(xù)降低?；痣娧b機(jī)比重較2011年下降15.7個(gè)百分點(diǎn)風(fēng)電、太陽能裝機(jī)比重上升近20個(gè)百分點(diǎn)水電、風(fēng)電、光伏、在建核電裝機(jī)等多項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)居世界第一71.1.2中國電力工業(yè)走過的140多年的光輝歷程面對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)，提出構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)明確“雙碳”背景下我國能源電力轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略路徑和目標(biāo)“十四五”明確能源轉(zhuǎn)型方向風(fēng)電光伏發(fā)展迅猛截至2022年底，全國風(fēng)電和光伏裝機(jī)突破7億千瓦風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模均居世界首位，成為全球綠色能源發(fā)展典范風(fēng)電光伏發(fā)展迅猛81.2我國電力工業(yè)最新技術(shù)9特高壓技術(shù)儲(chǔ)能技術(shù)101.2.1特高壓技術(shù)1.能源資源與需求逆向分布煤炭76%分布在北部、西北部風(fēng)能80%、太陽能90%分布在西部、北部水能80%分布在西南部電力消費(fèi)卻有70%以上集中在東中部，區(qū)域供需矛盾突出2.特高壓促進(jìn)清潔能源大規(guī)模開發(fā)與利用建設(shè)特高壓有助于開發(fā)西部大型煤電、水電、風(fēng)電、光伏基地緩解“棄風(fēng)、棄光、棄水”等清潔能源消納問題通過特高壓輸電，落地電價(jià)比當(dāng)?shù)鼗痣姷?～8分/千瓦時(shí)3.特高壓電網(wǎng)包括1000kV及以上交流系統(tǒng)和±800kV及以上直流系統(tǒng)。4.輸電能力大幅提升一回±800kV特高壓直流線路可送電600萬千瓦是現(xiàn)有500kV線路的5~6倍輸送能力、2~3倍輸電距離提高輸電效率，增強(qiáng)遠(yuǎn)距離輸電能力5.節(jié)省土地、優(yōu)化能源配置同功率輸電條件下，特高壓線路比500kV高壓線路節(jié)省約60%土地資源受端、送端省份雙贏，實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)能源資源的優(yōu)化配置111.2.1特高壓技術(shù)

分類線路輸送電壓線路長度投運(yùn)時(shí)間在運(yùn)交流晉東南-南陽-荊門1000kV6542009淮南-南京-上海1000kV7602016浙北-福州1000kV2*6032014錫盟-山東1000kV7302016蒙西-天津南1000kV2*6082016淮南-浙北-上海1000kV2*6492013錫盟-勝利1000kV2*2402017榆橫-濰坊1000kV2*10502017山東-河北環(huán)網(wǎng)1000kV8162020蘇通GIL綜合管廊1000kV342019北京西-石家莊1000kV2*2212019蒙西-晉中1000kV2*3082020直流云南-廣東（南網(wǎng)）±800kV13732010向家壩-上?！?00kV19072010錦屏-蘇南±800kV20592012糯扎渡-廣東（南網(wǎng)）±800kV14132015哈密南-鄭州±800kV21922014溪洛渡-金華±800kV16532014寧東/靈州-浙江/紹興±800kV17202016滇西北-廣東（南網(wǎng)）±800kV19532018酒泉-湖南±800kV23832017晉北/山西-江蘇/南京±800kV11192017錫盟-泰州/江蘇±800kV16202017上海廟-山東±800kV12302019扎魯特-青州±800kV12342017昌吉-古泉±1100kV32932019烏東德±800kV14522020青海-河南±800kV15632020表1-1我國特高壓項(xiàng)目在運(yùn)及在建情況（截止到2020年）111.2.1特高壓技術(shù)首條特高壓交流工程投運(yùn)（2009年）2009年1月6日，晉東南—南陽—荊門1000kV特高壓交流工程正式運(yùn)行；系全球首條商業(yè)化特高壓交流輸電工程，實(shí)現(xiàn)華北與華中特高壓互聯(lián)；標(biāo)志著我國在特高壓核心技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化方面取得重大突破，對(duì)能源優(yōu)化配置與電力安全保障意義重大。首條±800kV特高壓直流工程建成（2010年）2010年7月8日，國家電網(wǎng)首個(gè)特高壓直流工程向家壩—上海±800kV工程投入運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)清潔能源遠(yuǎn)距離輸送至華東負(fù)荷中心。世界電壓等級(jí)最高的直流工程投產(chǎn)（2019年）2019年9月26日，昌吉—古泉±1100kV特高壓直流工程建成投產(chǎn)；將新疆3000公里外的電能高效輸送至安徽，輸送容量達(dá)1400萬千瓦。特高壓助力“雙碳”目標(biāo)（2020年政策支持）2020年，《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出：新建特高壓通道可再生能源電量比例原則上不低于50%；明確“十四五”特高壓線路將成為支撐新能源大規(guī)模外送與消納的主力通道，為“雙碳”目標(biāo)提供保障。中國在特高壓領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全球引領(lǐng)我國率先實(shí)現(xiàn)從理論研究到工程實(shí)踐的全面突破，完成自主研發(fā)、設(shè)計(jì)與建設(shè)；建立全球首個(gè)全套特高壓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，中國特高壓交流標(biāo)準(zhǔn)被推薦為國際標(biāo)準(zhǔn)電壓；特高壓工程成為我國電力技術(shù)走向世界的重要標(biāo)志和支撐基礎(chǔ)。12131.2.1我國特高壓技術(shù)的創(chuàng)新能力（1）試驗(yàn)?zāi)芰⒘怂拇笤囼?yàn)基地（北京昌平、武漢、霸州、羊八井）和兩個(gè)中心，構(gòu)成完善的特高壓試驗(yàn)研究體系，承擔(dān)科學(xué)研究、設(shè)備試驗(yàn)等任務(wù)。

（2）電壓控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)電壓控制，創(chuàng)新無功電壓控制方法及過電壓抑制技術(shù)，過電壓限制在1.5倍以內(nèi)，快速重合閘時(shí)間達(dá)0.7秒。（3）外絕緣配置掌握外絕緣非線性放電特性，建立數(shù)學(xué)模型，提出高效絕緣配合方案，實(shí)現(xiàn)鐵塔重量減64%、造價(jià)降60%。（4）電磁環(huán)境控制系統(tǒng)分析電場(chǎng)分布，優(yōu)化導(dǎo)線布置、電暈與噪聲控制，解決變電站和換流站可聽噪聲問題。（5）設(shè)備研制攻克特高壓設(shè)備多物理場(chǎng)協(xié)同難題，研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備如高效滅弧室、有機(jī)絕緣材料，實(shí)現(xiàn)交直流輸電設(shè)備全套自主化。（6）系統(tǒng)集成提出整套工程設(shè)計(jì)與施工方法，完成特高壓交流、直流輸電的系統(tǒng)集成與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)與成套方案自主化。141.2.1超高壓遠(yuǎn)距離直流輸電2、特超高壓遠(yuǎn)距離直流輸電

直流輸電起源于十九世紀(jì)八十年代

最初采用直流發(fā)電機(jī)，構(gòu)建了第一條電壓為1.5kV的直流輸電線路。早期直流輸電存在技術(shù)瓶頸存在電壓難以變換、功率提升受限、換向困難、可用率低等問題。交流輸電迅速發(fā)展并取代直流隨著交流技術(shù)出現(xiàn)，特別是三相交流系統(tǒng)建立及高壓設(shè)備制造進(jìn)步，交流輸電因其優(yōu)勢(shì)成為主流。交流輸電面臨遠(yuǎn)距離輸電挑戰(zhàn)輸送容量增大、線路加長、電網(wǎng)復(fù)雜化帶來穩(wěn)定性、短路電流控制和調(diào)壓等難題，尤其在遠(yuǎn)距離輸電中投資成本高。直流輸電技術(shù)重新受到重視隨著交直流換流技術(shù)進(jìn)步，高壓直流輸電在提高穩(wěn)定性與輸電能力方面展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，重新成為研究與應(yīng)用重點(diǎn)。151.2.1超高壓遠(yuǎn)距離直流輸電汞弧閥技術(shù)開啟直流輸電應(yīng)用（1950年代）20世紀(jì)50年代，汞弧閥成功用于高壓直流輸電；瑞典建成首條100kV、20MW、96km的直流輸電線路；但換流站成本高，限制了其推廣。晶閘管的發(fā)明與應(yīng)用（1956–1970年代）1956年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明晶閘管，1957年實(shí)現(xiàn)商品化；1972年，加拿大建成全球首個(gè)采用晶閘管的“背靠背”HVDC系統(tǒng)；隨著電壓和容量提升，HVDC廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電。VSC-HVDC技術(shù)提出（1990年）加拿大McGill大學(xué)提出電壓源換流器（VSC-HVDC）概念；1997年，ABB公司在赫爾斯揚(yáng)建成首個(gè)商業(yè)化運(yùn)行項(xiàng)目。IGBT與控制技術(shù)推動(dòng)技術(shù)突破IGBT器件的發(fā)展、PWM與多電平控制技術(shù)成熟；使得VSC-HVDC在調(diào)控性能和適應(yīng)性上快速提升。未來發(fā)展趨勢(shì)隨著電力電子與半導(dǎo)體技術(shù)不斷進(jìn)步；HVDC尤其是VSC技術(shù)將在遠(yuǎn)距離、大容量輸電中發(fā)揮更大作用。161.2.1超高壓遠(yuǎn)距離直流輸電國際直流輸電已廣泛應(yīng)用：全球已有20多個(gè)國家和地區(qū)建成直流輸電工程。我國早期直流輸電起步（1970年代起）1970年代建成舟山群島±100kV跨海直流輸電工程，容量50MW1983年建設(shè)±500kV葛洲壩—上海工程，容量1200MW，主要設(shè)備依賴進(jìn)口、成本高直流輸電一度受設(shè)備國產(chǎn)化制約由于核心設(shè)備不能國產(chǎn)，曾限制我國直流輸電進(jìn)一步發(fā)展三峽工程和“西電東送”推動(dòng)新一輪發(fā)展1990年代中期以來，陸續(xù)建設(shè)天生橋—廣州、三峽—常州、貴州—廣東等多項(xiàng)工程2014年建成哈密南—鄭州±800kV特高壓直流工程，全長2210km，輸送新疆清潔能源并入大電網(wǎng)未來發(fā)展?jié)摿薮箅S著設(shè)備國產(chǎn)化加快及“西電東送”戰(zhàn)略推進(jìn)預(yù)計(jì)2020年前將有10多個(gè)大型直流輸電工程投建，遠(yuǎn)距離輸電中直流比例將持續(xù)上升171.2.2儲(chǔ)能技術(shù)新型電力系統(tǒng)在“雙碳”背景下應(yīng)運(yùn)而生，目標(biāo)是構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。領(lǐng)域變化趨勢(shì)關(guān)鍵詞電源側(cè)新能源占主導(dǎo)→波動(dòng)性大高不確定性、清潔能源負(fù)荷側(cè)需求響應(yīng)增強(qiáng)→用能行為多樣化強(qiáng)隨機(jī)性、主動(dòng)參與源荷關(guān)系單向變雙向→實(shí)時(shí)互動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡、雙向調(diào)節(jié)系統(tǒng)需求靈活性資源成為關(guān)鍵可調(diào)節(jié)性、調(diào)頻調(diào)峰技術(shù)支撐儲(chǔ)能支撐系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行功率支撐、彈性增強(qiáng)181.2.2儲(chǔ)能技術(shù)

根據(jù)各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)，飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能適合于需要提供短時(shí)較大的脈沖功率場(chǎng)合，如應(yīng)對(duì)電壓暫降和瞬時(shí)停電、提高用戶的用電質(zhì)量，抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等；而抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電化學(xué)電池儲(chǔ)能適合于系統(tǒng)調(diào)峰、大型應(yīng)急電源、可再生能源并入等大規(guī)模、大容量的應(yīng)用場(chǎng)合。儲(chǔ)能技術(shù)舉例說明物理儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等電磁儲(chǔ)能如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等191.2.2儲(chǔ)能技術(shù)抽水蓄能利用上下兩個(gè)不同水位的水庫，在負(fù)荷低谷時(shí)抽水至上水庫，高峰時(shí)放水發(fā)電。其優(yōu)勢(shì)在于儲(chǔ)能容量大、可靈活建造，能量釋放時(shí)間從數(shù)小時(shí)至數(shù)天，效率約為70%～85%。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由壓縮與膨脹兩部分組成。低谷時(shí)壓縮空氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣庫，高峰時(shí)釋放空氣，經(jīng)過加熱與燃燒后驅(qū)動(dòng)膨脹裝置發(fā)電（如燃?xì)廨啓C(jī)）。適合負(fù)荷調(diào)節(jié)需求。飛輪儲(chǔ)能通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)存機(jī)械能，需電時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電力。借助磁懸浮、真空、高溫超導(dǎo)和高性能材料等技術(shù)，飛輪儲(chǔ)能效率和能量密度顯著提升，成為具競(jìng)爭(zhēng)力的短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)之一。物理儲(chǔ)能201.2.2儲(chǔ)能技術(shù)鈉硫電池以鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O，β氧化鋁陶瓷兼作隔膜和電解質(zhì)。目前單體容量達(dá)650Ah，功率超120W，可模塊化用于儲(chǔ)能。該技術(shù)在國外較為成熟，使用壽命達(dá)10～15年。液流電池正負(fù)極活性物質(zhì)均為液態(tài)氧化還原電對(duì)，主要類型包括ZnBr、ZnCl、PSB和全釩液流電池（VRB），其中全釩體系最為主流，適用于大規(guī)模儲(chǔ)能。鋰離子電池的工作原理：通過鋰離子在正負(fù)極材料中的嵌脫實(shí)現(xiàn)充放電，正極為鋰化合物，負(fù)極為碳材料。磷酸鐵鋰因成本低、性能穩(wěn)定，成為主流正極材料。鋰電池現(xiàn)已成為全球汽車企業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的儲(chǔ)能方案?；瘜W(xué)儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能利用電網(wǎng)電流勵(lì)磁超導(dǎo)線圈形成磁場(chǎng)儲(chǔ)能，儲(chǔ)能公式為??=????2/2(其中，L為線圈的電感，I為線圈的勵(lì)磁電流)。在線圈維持超導(dǎo)狀態(tài)下，能量幾乎可無損耗地長期保存。線圈為直流設(shè)備，充電時(shí)需經(jīng)整流，放電時(shí)經(jīng)逆變向電網(wǎng)或負(fù)載供電。超級(jí)電容器基于電化學(xué)雙電層原理工作，電極吸附電解質(zhì)中異性離子形成雙電荷層，可提供強(qiáng)脈沖功率。其電容量大，能儲(chǔ)存較多電荷，適用于快速充放電應(yīng)用場(chǎng)景。電磁儲(chǔ)能1.3電力系統(tǒng)的基本概念及組成21電力系統(tǒng)的組成聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)越性電力系統(tǒng)的基本參數(shù)221.3.1電力系統(tǒng)的組成在電力工業(yè)初期，由于用電需求較小，發(fā)電廠多建于用戶附近，規(guī)模小、彼此獨(dú)立運(yùn)行。隨著工農(nóng)業(yè)發(fā)展和科技進(jìn)步，用電需求和發(fā)電容量不斷增長。

為降低燃料運(yùn)輸成本，發(fā)電廠轉(zhuǎn)向靠近資源產(chǎn)地建設(shè)，但通常遠(yuǎn)離用戶。為減少長距離輸電中的功率和電壓損耗，需要提高輸電電壓，因此在發(fā)電廠和輸電線路之間需設(shè)升壓變電所；電能到達(dá)負(fù)荷中心后，再經(jīng)降壓變電所降壓，配電至用戶。用電量增長也帶來發(fā)電廠數(shù)量增加，同時(shí)用戶對(duì)供電可靠性提出更高要求，促使各發(fā)電廠通過輸電線路和變電所互聯(lián)，逐步形成現(xiàn)代電力系統(tǒng)。231.3.1電力系統(tǒng)的組成圖1-1一個(gè)現(xiàn)代電力系統(tǒng)

在左圖中，該電力系統(tǒng)由大容量的水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠和熱電廠生產(chǎn)電能。

其中，水力發(fā)電廠由于其容量大，輸電距離遠(yuǎn)，因此將電壓升高到500kV后經(jīng)過雙回輸電線路送到變電所-1；

火力發(fā)電廠-1的電能升壓至220kV后由線路送到變電所-3，并通過線路與220kV電網(wǎng)相連；火力發(fā)電廠-2是建設(shè)在燃料產(chǎn)區(qū)的區(qū)域性火電廠，它所生產(chǎn)的電能通過220kV線路送往負(fù)荷中心；

熱電廠位于負(fù)荷附近，它除了發(fā)電外，還向周圍的工廠及用戶供熱。

由圖可見，具體說電力系統(tǒng)就是由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路和用電設(shè)備組成的系統(tǒng)。241.3.1電力系統(tǒng)的組成

交流電力系統(tǒng)都是三相輸送電能的，但為了簡單、清晰地表示設(shè)備之間的連接關(guān)系，同時(shí)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相系統(tǒng)是對(duì)稱的，因此一般情況下常將其接線圖畫成單線的接線圖。為了便于討論分析，常用圖1-2來描述一個(gè)簡單的電力系統(tǒng)。

在電力系統(tǒng)中，通常將輸送電能和分配電能的設(shè)備（輸電線路和變電設(shè)備）組成的網(wǎng)絡(luò)稱為電力網(wǎng)（簡稱電網(wǎng)）。由圖1-1可清晰看到電力網(wǎng)由輸電線路以及由其所聯(lián)系起來的各級(jí)變電所構(gòu)成，在電力系統(tǒng)中，擔(dān)負(fù)著對(duì)電能的輸送和分配任務(wù)。251.3.1電力系統(tǒng)的組成地方電網(wǎng)是指電壓不超過110kV、供電半徑在20~50km以內(nèi)的電力網(wǎng)。一般城市、工礦區(qū)和農(nóng)村配電網(wǎng)屬于地方電力網(wǎng)。區(qū)域電力網(wǎng)是指電壓在110~220kV、供電半徑超過50km的電力網(wǎng)。這類電力網(wǎng)聯(lián)系發(fā)電廠較多，目前，我國大部分?。ㄗ灾螀^(qū)）的電力網(wǎng)屬于區(qū)域電力網(wǎng)。超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)是指電壓在330kV以上，由遠(yuǎn)距離輸電線路連接構(gòu)成的電力網(wǎng)。該類電力網(wǎng)往往聯(lián)系幾個(gè)區(qū)域性電力網(wǎng)形成跨省（自治區(qū)）的電力網(wǎng)，如我國的東北、華北、華中等大區(qū)電力系統(tǒng)就屬于這一類型。通常按供電范圍和電壓等級(jí)可將電力網(wǎng)分為三類：地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)和超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)。261.3.1電力系統(tǒng)的組成區(qū)域變電所（又稱樞紐變電所），位于聯(lián)系電力系統(tǒng)各部分的樞紐點(diǎn)，地位重要，電壓等級(jí)為330kV及以上，進(jìn)出線回路數(shù)多，一般匯集多個(gè)電源和大容量聯(lián)絡(luò)線。該變電所一旦停電，將引起整個(gè)系統(tǒng)解列，甚至造成部分系統(tǒng)癱瘓。樞紐變電所對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性起重要作用。地方變電所（又稱二次變電所），是一個(gè)地區(qū)或一個(gè)中小城市的主要變電所，電壓等級(jí)一般為110～220kV，主要向地區(qū)或城市用戶供電。該變電所停電將造成該地區(qū)或城市供電的紊亂。終端變電所，是電力系統(tǒng)最末端的用戶變電所，多數(shù)是工業(yè)企業(yè)變電所和城市居民小區(qū)、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)及農(nóng)村的鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電所，電壓等級(jí)一般為110kV，直接向一個(gè)局部地區(qū)用戶供電，不承擔(dān)轉(zhuǎn)送功率任務(wù)。該變電所停電將造成用戶供電的中斷。變電所在電力網(wǎng)中起著變換和分配電能的作用，其除有升壓和降壓之分外，還可分為：區(qū)域變電所、地方變電所以及終端變電所等。271.3.2聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)越性①減少備用容量的百分比

為了使在發(fā)電機(jī)發(fā)生故障及在機(jī)組檢修時(shí)，系統(tǒng)不中斷對(duì)電力用戶的供電，即為了提高電力系統(tǒng)的供電可靠性，往往機(jī)組裝機(jī)時(shí)都留有備用容量（備用容量是裝機(jī)容量與最大負(fù)荷之差）。由于備用容量在聯(lián)合系統(tǒng)中可以共同享有，因此系統(tǒng)容量越大，備用容量在總裝機(jī)容量中所占的百分比也就越小。②可以采用大容量高效率的發(fā)電機(jī)組

大容量機(jī)組效率高，運(yùn)行費(fèi)用少，占地面積小。從供電可靠性及經(jīng)濟(jì)性考慮，孤立運(yùn)行的電廠由于沒有足夠的備用容量，因此不能采用大容量機(jī)組，否則，一旦機(jī)組因檢修或故障而退出運(yùn)行，將造成電網(wǎng)的大面積停電，給國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失。對(duì)于聯(lián)合電力系統(tǒng)，由于擁有足夠的備用容量，可采用高效率的大容量機(jī)組。

隨著對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，將孤立運(yùn)行的發(fā)電廠通過電力網(wǎng)連接起來組成聯(lián)合系統(tǒng)，這樣并網(wǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)越性。281.3.2聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)越性③可充分利用水電廠的水力資源水電廠發(fā)電有很強(qiáng)的季節(jié)性，這是因?yàn)樗Y源受季節(jié)的影響大。在夏、秋豐水期水量大，水電廠可多生產(chǎn)電能；在冬、春枯水期水量小，水電廠只能承擔(dān)少量的發(fā)電任務(wù)。如果水、火電廠組成聯(lián)合電力系統(tǒng)，豐水期時(shí)水電廠多發(fā)電，火電廠少發(fā)電，并安排火電廠機(jī)組檢修；枯水期時(shí)火電廠多發(fā)電，水電廠少發(fā)電，并安排水電廠機(jī)組檢修。這樣既充分利用了水力資源，又減少了化石能源的消耗，提高了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)了低碳環(huán)保。另一方面，水電機(jī)組啟動(dòng)方便，宜于作為調(diào)頻電廠，減少火電機(jī)組調(diào)頻時(shí)的啟動(dòng)煤耗，從而也提高火電廠效率。④可減少系統(tǒng)總裝機(jī)容量不同地區(qū)由于生產(chǎn)、生活以及時(shí)間、季節(jié)等各種條件的差異，最大負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)間各不相同，當(dāng)組成聯(lián)合系統(tǒng)后，系統(tǒng)總負(fù)荷的最大值小于系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷最大值之和，從而減少了系統(tǒng)裝機(jī)容量，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。291.3.2聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)越性⑤可提高供電可靠性電力系統(tǒng)中有大量的發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線等電力設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行中不可避免會(huì)發(fā)生故障，單臺(tái)機(jī)組故障對(duì)用戶供電沒有影響或者影響不大，而多臺(tái)機(jī)組同時(shí)故障或系統(tǒng)瓦解的幾率很小。組成聯(lián)合系統(tǒng)后，提高了系統(tǒng)的供電可靠性。由上可知，采用聯(lián)合系統(tǒng)顯著地提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因而，世界各國電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，有的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成了全國統(tǒng)一的電力系統(tǒng)，甚至相鄰國家之間也建立了互聯(lián)的電力系統(tǒng)。但需要指出的是，隨著電力系統(tǒng)的日益增大、聯(lián)系的不斷緊密，也越容易發(fā)生因系統(tǒng)內(nèi)一處故障處理不及時(shí)或處理錯(cuò)誤，而引起其他地區(qū)隨之發(fā)生故障的現(xiàn)象。近二、三十年來世界上發(fā)生的幾次著名大停電事故，都是由于這種事故波及所導(dǎo)致的。可見，系統(tǒng)的規(guī)模并不是在所有場(chǎng)合下都是越大越好，而是應(yīng)該依據(jù)實(shí)際條件以適當(dāng)?shù)姆绞浇⒙?lián)合系統(tǒng)。301.3.3電力系統(tǒng)的基本參數(shù)電力系統(tǒng)基本參數(shù)表序號(hào)參數(shù)名稱描述說明單位示例/備注1總裝機(jī)容量所有發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和kW/MWGW如：100GW2年發(fā)電量全年內(nèi)所有發(fā)電機(jī)實(shí)際發(fā)出的電能總和kWh/MWh/GW/TWh如：8000GWh3最大負(fù)荷一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)總用功功率負(fù)荷的最大值kW/MW/GW如：70GW（年最大值）4年用電量所有用戶全年用電總和kWh/MWh/GWh/TWh如：7500GWh5額定頻率系統(tǒng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)交流頻率Hz我國為50Hz,國外則有額定頻率為60Hz和25Hz的電力系統(tǒng)。6最高電壓等級(jí)系統(tǒng)中電力線路的最高額定電壓等級(jí)kV如：1000kV（特高壓）1.4電力系統(tǒng)的特點(diǎn)及要求31電力系統(tǒng)特點(diǎn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求321.4.1電力系統(tǒng)特點(diǎn)電力系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：電能不能大量儲(chǔ)存：電能生產(chǎn)、輸送、分配與使用需同步進(jìn)行，發(fā)電量必須實(shí)時(shí)與負(fù)荷及系統(tǒng)損耗保持平衡，任一環(huán)節(jié)故障都可能影響系統(tǒng)運(yùn)行。盡管儲(chǔ)能技術(shù)如抽水、飛輪、壓縮空氣、電池等已有進(jìn)展，但經(jīng)濟(jì)高效的大容量儲(chǔ)能問題仍未解決，電能仍無法大規(guī)模儲(chǔ)存。過渡過程非常迅速：電能以光速傳播，系統(tǒng)運(yùn)行變化引發(fā)的電磁和機(jī)電過渡過程極快，常以微秒、毫秒甚至納秒計(jì)。設(shè)備操作與故障響應(yīng)均瞬間完成，需依賴先進(jìn)的信息控制與自動(dòng)化裝置確保系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確調(diào)整和恢復(fù)。與國民經(jīng)濟(jì)各部門及人民生活關(guān)系極為密切：電能因易集中生產(chǎn)、遠(yuǎn)距離輸送及便于轉(zhuǎn)化為其他能量等優(yōu)點(diǎn)，已成為國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中不可或缺的能源。一旦供電不足或突然停電，將對(duì)經(jīng)濟(jì)造成重大損失，給生活帶來諸多不便。具有明顯的地區(qū)性特點(diǎn)：由于各個(gè)電力系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷結(jié)構(gòu)不同，因而各個(gè)電力系統(tǒng)的組成也各不相同，甚至是完全不同。331.4.2電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求電力系統(tǒng)的基本要求可概括為：向用戶不間斷地提供可靠、優(yōu)質(zhì)、充足且經(jīng)濟(jì)的電能。具體包括以下四點(diǎn)：保證供電可靠性：這是首要任務(wù)，要求在發(fā)生設(shè)備故障、自然災(zāi)害或誤操作時(shí)，盡量減少停電范圍和影響。用戶按重要性分為三類：第一類用戶（如醫(yī)院、重要工廠等）需配置兩路以上獨(dú)立電源，確保不停電；第二類用戶（如城市公用事業(yè)）應(yīng)設(shè)專用或雙回路電源，供電緊張時(shí)優(yōu)先保障；第三類用戶（如小工廠、農(nóng)村）允許短時(shí)停電，但其重要性可因?qū)嶋H情況變化而調(diào)整。保證電能質(zhì)量：包括頻率、電壓和波形的穩(wěn)定，必須控制在國家規(guī)定的范圍內(nèi)，以確保設(shè)備正常運(yùn)行和用戶用電安全。保證電力充足：應(yīng)根據(jù)“電力先行”原則，科學(xué)規(guī)劃和優(yōu)先建設(shè)電力系統(tǒng)，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，確保足夠備用容量，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。保證運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性：通過優(yōu)化生產(chǎn)、輸送和調(diào)度，提高效率、降低損耗和成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源資源的節(jié)約和經(jīng)濟(jì)效益的提升。1.5電能的質(zhì)量指標(biāo)34電壓頻率電壓波形351.5電能的質(zhì)量指標(biāo)

良好的電能質(zhì)量是保障電氣設(shè)備正常運(yùn)行和提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和用戶用電正常的基本技術(shù)規(guī)范，也是開展電能質(zhì)量監(jiān)管、推廣控制技術(shù)和保障供用電雙方權(quán)益的重要依據(jù)。全球多數(shù)國家均制定了供電頻率、電壓偏差等指標(biāo)，部分國家還規(guī)定了諧波、電流畸變和電壓波動(dòng)的限值。近年來，發(fā)達(dá)國家陸續(xù)完善了電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)。我國自1988年起頒布并執(zhí)行《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》，明確指出保障電能質(zhì)量是電力企業(yè)和用戶的共同責(zé)任。目前我國已制定多項(xiàng)電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，如：GB/T12325-2008（電壓偏差）GB/T14549-1993（公用電網(wǎng)諧波）GB/T15543-2008（三相電壓不平衡）GB/T15945-2008（頻率偏差）GB12326-2008（電壓波動(dòng)和閃變）GB/T18481-2001（暫時(shí)和瞬態(tài)過電壓）

為保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行及設(shè)備正常使用，我國依據(jù)科學(xué)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定統(tǒng)一、合理的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法，此過程稱為電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。目前電能質(zhì)量的衡量指標(biāo)主要包括：電壓、頻率和波形（電壓：包括偏差、不平衡、波動(dòng)、閃變及過電壓），頻率（依據(jù)頻率偏差評(píng)估），波形（通過諧波含量進(jìn)行評(píng)價(jià)）。361.5.1電壓供電電壓允許偏差

是指在50Hz交流系統(tǒng)正常運(yùn)行下，電壓可偏離額定值的范圍。多數(shù)國家對(duì)35kV及以下電壓規(guī)定了偏差范圍，照明負(fù)荷多為±5%，最大±10%，動(dòng)力負(fù)荷多為±10%。我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T12325-2008規(guī)定：35kV及以上電壓正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10%；20kV及以下三相供電允許偏差為±7%；220V單相供電為+7%~-10%。三相電壓不平衡度

是指三相系統(tǒng)中負(fù)序與正序基波分量的方均根比值，反映電壓不平衡程度。不平衡會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱及壽命縮短。電機(jī)長期在4%負(fù)序電壓下運(yùn)行，其絕緣壽命減半，若某相電壓超額定值，壽命將更大幅下降。

根據(jù)GB/T15543-2008，公共連接點(diǎn)電壓不平衡度在正常運(yùn)行時(shí)不超過2%，短時(shí)不得超過4%；用戶引起的負(fù)序電壓一般不超1.3%，短時(shí)不超2.6%，并可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。電壓波動(dòng)和閃變

電壓波動(dòng)指電壓幅值有規(guī)律地變化，或在0.9～1.1倍額定值間的隨機(jī)波動(dòng)，其波動(dòng)值為電壓最大與最小方均根之差與額定電壓的百分比。371.5.1電壓

任何一個(gè)波動(dòng)負(fù)荷用戶在電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)產(chǎn)生的電壓變動(dòng)，其限值d和電壓變動(dòng)頻度、電壓等級(jí)有關(guān)。對(duì)于電壓變動(dòng)頻度較低（例如r≦1000次/h）或規(guī)則的周期性電壓波動(dòng)，可通過測(cè)量電壓方均根值曲線U(t)確定其電壓變動(dòng)頻度和電壓變動(dòng)值。電壓波動(dòng)限值見表1-2。

r/(次/h）d/%UN≤1kV或1kV＜UN≦35kV35kV＜UN≦220kV或UN＞220kVr≦1431<r≦103*2.5*10<r≦10021.5100<r≦10001.251電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致照明燈照度變化，產(chǎn)生閃變。閃變指人眼對(duì)照度波動(dòng)的主觀感受，用于衡量不同頻率電壓波動(dòng)對(duì)燈閃感知的敏感程度及其刺激性。用戶負(fù)荷引起的閃變限值依據(jù)其用電容量、在供電系統(tǒng)中的占比及電壓等級(jí)確定。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB12326-2008規(guī)定了各電壓等級(jí)下的閃變限值，適用于波動(dòng)負(fù)荷引起的公共連接點(diǎn)電壓快速變化，以及可能引發(fā)燈閃感知的情況。表1-2電壓波動(dòng)限值381.5.1電壓4.暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓

暫時(shí)過電壓是指在電網(wǎng)某點(diǎn)持續(xù)時(shí)間較長、衰減緩慢或不衰減的工頻或其倍數(shù)/分?jǐn)?shù)頻率的振蕩過電壓；瞬態(tài)過電壓則持續(xù)時(shí)間更短（通常幾毫秒以內(nèi)），表現(xiàn)為強(qiáng)阻尼的振蕩或非振蕩波形，并可疊加于暫時(shí)過電壓上。兩者通常由系統(tǒng)操作、雷擊或故障等引起，是電網(wǎng)供電特性的一部分。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18481-2001規(guī)定了這類過電壓對(duì)電氣設(shè)備的要求，包括絕緣水平、保護(hù)方法，并對(duì)相關(guān)術(shù)語和定義進(jìn)行了詳盡說明。391.5.2頻率

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行中，因負(fù)荷和發(fā)電出力不斷變化，以及設(shè)備操作頻繁，導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)頻率產(chǎn)生波動(dòng)，這是一種能量平衡的動(dòng)態(tài)過程。盡管波動(dòng)存在，但在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件下，各節(jié)點(diǎn)頻率變化同步，測(cè)量上可視為一致，因此任一節(jié)點(diǎn)測(cè)得的頻率即為系統(tǒng)頻率。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15945-2008規(guī)定：系統(tǒng)頻率標(biāo)準(zhǔn)為50Hz，正常運(yùn)行時(shí)允許偏差為±0.2Hz，系統(tǒng)容量較小時(shí)可放寬至±0.5Hz。

按《全國供用電規(guī)則》，當(dāng)電網(wǎng)容量≥3000MW，允許偏差為±0.2Hz，容量＜3000MW則為±0.5Hz。401.5.3電壓波形電力系統(tǒng)規(guī)定供電電壓應(yīng)為正弦波，但系統(tǒng)中存在多種諧波源。

諧波來源系統(tǒng)本身的非線性元件如變壓器、換流站及可控硅裝置會(huì)產(chǎn)生諧波，但主要來源是非線性負(fù)荷用戶，如整流設(shè)備、電弧爐、軋鋼機(jī)、電氣拖動(dòng)設(shè)備等。即使供以正弦波電壓，這些設(shè)備的電流也含有諧波，諧波大小取決于設(shè)備本身特性，與系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)，視為諧波恒流源。諧波電流注入系統(tǒng)后，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓波形畸變，影響運(yùn)行安全，因此應(yīng)在設(shè)備制造時(shí)限制其諧波電流含量。公用電網(wǎng)諧波要求為控制電網(wǎng)諧波污染，國家對(duì)諧波電壓、電流畸變及其注入值制定了標(biāo)準(zhǔn)，并要求對(duì)新接入的諧波源負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)與驗(yàn)算。電力用戶應(yīng)將自身設(shè)備產(chǎn)生的諧波控制在規(guī)定范圍內(nèi)，必要時(shí)安裝濾波器等治理裝置。供電部門對(duì)新接入用戶的諧波限值應(yīng)綜合考慮原有系統(tǒng)諧波水平，并預(yù)留裕度，以保證系統(tǒng)和用戶設(shè)備的安全運(yùn)行。1.6電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)和選擇41電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)電力網(wǎng)及電力設(shè)備額定電壓的確定電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的選擇421.6.1電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)

用電設(shè)備額定電壓(kV)交流發(fā)電機(jī)額定電壓(kV)變壓器額定電壓(kV)一次繞組二次繞組33.153，3.153.15，3.366.36，6.36.3，6.61010.510，10.510.5，11.0--13.8，15.75，2013.8，15.75，20--35--3538.563--6369110--110121220--220242330--330363500--500525，550750--750825電力系統(tǒng)中的電機(jī)、電器和用電設(shè)備均按標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)制造，只有在額定電壓下運(yùn)行，才能確保其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)，運(yùn)行安全可靠。額定電壓即為設(shè)備設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)電壓。為實(shí)現(xiàn)電力和電工行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化與統(tǒng)一，許多國家和國際組織制定了額定電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。電壓等級(jí)指電力系統(tǒng)及設(shè)備的額定電壓系列，我國已制定了1000V以上電壓等級(jí)的國家標(biāo)準(zhǔn)，如表1-3所示。表1-3國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）所規(guī)定的額定電壓注：現(xiàn)在正在研究新增設(shè)的1000kV特高壓電壓等級(jí)，以加強(qiáng)西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)。431.6.2電力網(wǎng)及電力設(shè)備額定電壓的確定

為滿足各類電氣設(shè)備對(duì)額定電壓的要求，電力系統(tǒng)規(guī)定其設(shè)備的額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)一致。電力網(wǎng)額定電壓：電網(wǎng)的額定電壓應(yīng)與用電設(shè)備的額定電壓相同。電力線路額定電壓：如圖1-3(a)所示，線路ab有功率通過時(shí)，由于線路阻抗的存在使得線路首、末兩端的電壓不等，且首端電壓Ua高于末端電壓Ub，沿線路ab的電壓分布如圖1-3(a)所示，接在線路中的用電設(shè)備LD1～LD5所承受的電壓各不相同，為使用電設(shè)備所承受的電壓盡量與其額定電壓相接近，應(yīng)取線路的平均電壓Uav=(Ua+Ub)/2等于用電設(shè)備的額定電壓，即線路的額定電壓也與用電設(shè)備的額定電壓相同。

考慮設(shè)備允許±5%的電壓偏差，且線路電壓損耗一般為10%，故常將線路首端電壓設(shè)為比額定值高5%，末端低5%，確保線路任一點(diǎn)設(shè)備所承受電壓均在±5%范圍內(nèi)。圖1-3電力網(wǎng)中電壓的分布441.6.2電力網(wǎng)及電力設(shè)備額定電壓的確定發(fā)電機(jī)額定電壓

發(fā)電機(jī)通常位于線路首端，其額定電壓應(yīng)比所接線路額定電壓高5%。變壓器額定電壓

變壓器在輸變電中既作為用電設(shè)備也作為供電設(shè)備：一次側(cè)接電源或發(fā)電機(jī)，視為用電設(shè)備，其額定電壓應(yīng)等于所接電源或發(fā)電機(jī)的額定電壓；若直接接發(fā)電機(jī)，則兩者額定電壓應(yīng)一致。二次側(cè)接負(fù)荷，作為供電端，其額定電壓指空載電壓。

在額定負(fù)載下，由于內(nèi)部阻抗產(chǎn)生約5%的電壓損耗，為保證輸出電壓達(dá)到系統(tǒng)額定值，規(guī)定其二次側(cè)額定電壓比系統(tǒng)電壓高10%；若阻抗小，損耗低，則只需高出5%。由上述規(guī)定，當(dāng)線路上接有升壓變壓器和降壓變壓器，并在額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，沿線路的電壓分布情況如圖1-3（b）所示。451.6.2電力網(wǎng)及電力設(shè)備額定電壓的確定升壓變壓器(b)降壓變壓器圖1-4變壓器分接頭額定電壓

此外，為適應(yīng)運(yùn)行調(diào)節(jié)需要，變壓器高壓側(cè)通常設(shè)有分接抽頭，用百分比表示相對(duì)主抽頭的電壓偏差。同一電壓等級(jí)下，升壓和降壓變壓器即使分接比相同，實(shí)際電壓也不同。如圖1-4所示為連接于220kV和10kV電壓等級(jí)下具有分接頭（1±2×2.5%）UN的升壓、降壓變壓器分接頭額定電壓。1.6.3電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的選擇

表1-4電力網(wǎng)的額定電壓、輸電距離與傳輸功率的關(guān)系額定電壓(kV)傳輸功率(kW)輸電距離(km)額定電壓(kV)傳輸功率(kW)輸電距離(km)61035110100～1200200～20002000～1000010000～500004～156～2020～5050～150220330500

100000～500000200000～1000000600000～1500000

100～300200～600400～1000

461.7電力系統(tǒng)負(fù)荷及負(fù)荷曲線47負(fù)荷的基本概念負(fù)荷曲線1.7.1負(fù)荷的基本概念電力系統(tǒng)中負(fù)荷的分類與關(guān)系：用電設(shè)備種類繁多

包括異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電爐、整流設(shè)備、電力電子設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備、家用電器和照明設(shè)備等。負(fù)荷的定義與分類

用戶在一定時(shí)間內(nèi)消耗的電功率稱為“負(fù)荷”，按性質(zhì)分為：有功負(fù)荷（提供實(shí)際功）無功負(fù)荷（維持設(shè)備電磁狀態(tài)）綜合用電負(fù)荷

指系統(tǒng)中所有用電設(shè)備消耗功率的總和。供電負(fù)荷（供電量）

綜合用電負(fù)荷+輸電線路與變壓器的功率損耗，表示發(fā)電廠需供出的總功率。發(fā)電負(fù)荷（發(fā)電量）

供電負(fù)荷+發(fā)電廠自身使用的廠用電，表示發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)出的總功率。481.7.2負(fù)荷曲線

用戶用電設(shè)備的啟停對(duì)電力系統(tǒng)是隨機(jī)的，因此負(fù)荷具有隨機(jī)性，但從長時(shí)間看又表現(xiàn)出一定規(guī)律性，如受季節(jié)變化或企業(yè)作業(yè)制度影響。負(fù)荷變化規(guī)律可通過負(fù)荷曲線表示，即用電設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)有功或無功負(fù)荷隨時(shí)間變化的圖形。負(fù)荷曲線按內(nèi)容和用途分類如下：按負(fù)荷類型：有功負(fù)荷曲線、無功負(fù)荷曲線（通常指有功負(fù)荷）按時(shí)間范圍：日負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線等按計(jì)量位置：用戶、線路、變電所、發(fā)電廠或整個(gè)電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線491.7.2負(fù)荷曲線

1.日負(fù)荷曲線

表示一天內(nèi)（0～24小時(shí)）負(fù)荷隨時(shí)間的變化，是制定發(fā)電計(jì)劃和系統(tǒng)調(diào)度的依據(jù)。典型的日負(fù)荷曲線如圖1-6所示，曲線中的最大值為日最大負(fù)荷（峰荷Pmax?），最小值為日最小負(fù)荷（谷荷