《电力系统与电力网》课件

电力系统与电力网欢迎来到电力系统与电力网课程本课程是电气工程学科的核心专业课，旨在帮助学生全面理解现代电力系统的构成、原理与运行机制通过系统化学习，你将掌握从发电到用电的完整知识链条，为未来在电力行业的工作打下坚实基础什么是电力系统电力系统的定义基本组成部分电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力系统主要由发电环节、输电网络、变电站、配电系统和复杂能量转换与传输网络系统它是现代社会最大的人工系用电设施组成这些部分通过电力线路相互连接，形成一个统之一，承担着将一次能源转换为电能并输送到各类用户的有机整体，实现电能的生产、传输和使用的全过程重要使命电力系统规模庞大、结构复杂，涉及机械、电气、自动控制、通信等多学科知识，是典型的高度集成系统电力网基础概念电网类型划分按区域划分根据电压等级划分，电网可分电网可划分为国家电网、区域为输电网和配电网输电网主电网、省级电网和地区电网要包括超高压（及以中国的国家电网由华北、华1000kV上）、特高压（东、华中、东北、西北、南方750kV-）、超高压六大区域电网组成，各区域电765kV（）和高压网又由多个省级电网互联而500kV（、）电网；成220kV110kV配电网则包括中压（、35kV）和低压10kV（）电网400V/230V强弱电网区别/电能的产生与传输一次能源转换电压转换电能生产始于一次能源（如煤炭、水发电后的电能需通过变压器升压，以能、风能、核能等）的转换在发电便远距离输送高电压可有效减少输厂中，一次能源首先转化为机械能，电线路损耗，提高输电效率再通过发电机转变为电能配电与使用远距离输送电能抵达负荷区后，通过变电站逐级高压电通过输电线路（主要是架空线降压，最终通过配电网络送达各类用路）实现远距离传输，将电能从电源户，完成能量的最终利用点输送到负荷中心区域电力系统的历史发展电力系统初期（）11880s年，爱迪生在纽约建立的珍珠街发电站标志着公共电力系统的诞生早期电力1882系统为直流系统，供电范围仅限于发电站周围几公里范围，且主要用于照明交流系统兴起（）21890s-1920s尼古拉特斯拉和西屋公司推动交流电系统发展，为远距离输电奠定基础这一时期，·单一电压等级的小型交流电网开始兴起，多为孤立运行区域电网形成（）31930s-1960s随着发电技术进步和输电能力提升，区域性电网逐渐建立电力系统开始形成多电压等级结构，电网规模和复杂度显著提高现代电网时代（至今）41970s电力电子技术、计算机技术和通信技术的应用使电网调度自动化水平显著提高，区域电网互联形成国家电网，甚至跨国电网近年来，智能电网技术正引领电力系统进入数字化、智能化新阶段中国电力系统现状6区域电网中国目前形成了华北、华东、华中、东北、西北和南方六大区域电网，基本覆盖全国大部分地区，构成了中国特色的大规模电力系统亿千瓦

2.4装机容量截至目前，中国电力总装机容量已超过亿千瓦，居世界首位其中，火电约占总装机的，水电约，风电、光伏等可再生能源占

2.460%17%比逐年提升亿千瓦

7.5最大负荷中国电网最大负荷已接近亿千瓦，呈逐年增长趋势负荷分布不均，东部地区负荷密度远高于西部地区，南北方负荷峰谷差异明显

7.5万亿千瓦时

1.1年发电量中国年发电量已突破万亿千瓦时，能源消费结构逐步优化，清洁能源发电占比持续提升，积极推动碳达峰碳中和目标实现

1.1世界电力系统概览地区主要特点电网结构发展趋势北美电网高度市场化运营东部互联网、西微电网与智能化部互联网和德克发展萨斯互联网欧洲电网跨国互联程度高欧洲同步互联电可再生能源高比网例接入ENTSO-E俄罗斯电网覆盖跨度大统一电力系统加强与周边国家互联UES印度电网快速发展中五大区域电网解决电力短缺问题日本电网分频运行东部与西应对自然灾害能50Hz部系统力提升60Hz电力系统的重要性经济发展支撑电力是国民经济发展的命脉工业生产基础工业生产的能源保障民生保障提供照明、供暖等基本需求社会运转核心支撑通信、交通等关键基础设施电力系统作为现代社会的关键基础设施，对国民经济和社会发展具有决定性影响它不仅是工业生产的动力源泉，也是人民生活质量的重要保障一个地区的电力供应能力直接反映其经济发展水平，电力可靠性则关系到整个社会的稳定运行随着数字经济时代的到来，电力系统的重要性更加凸显从数据中心到智能制造，从城市管理到应急指挥，几乎所有现代社会功能都建立在稳定可靠的电力供应基础上电力系统的组成发电环节发电厂负责将一次能源转换为电能，包括火电、水电、核电、风电、光伏发电等多种形式发电机组将机械能转化为电能，通过厂用变压器升压后送入电网目前，中国发电装机结构以火电为主，清洁能源占比逐年提升输电环节输电网络负责远距离、大容量电力传输，将电能从电源点输送到负荷中心中国已建成世界上电压等级最高、规模最大的特高压交直流输电网络，实现了大规模能源跨区域优化配置变电环节变电站是电能转换与控制的枢纽，负责电压等级的转换和电力分配通过变压器、断路器、母线等设备，实现电压的升降和系统保护，确保电能安全高效传输配电环节配电系统将电能分配到各类终端用户，包括及以下电压等级网络城市配电网多采用环网结构，农村配电网则多为辐射状，10kV智能配电网建设正成为发展重点用电环节用户侧设备和系统构成电力系统的终端，包括工业、商业、居民等各类用户的用电设施随着分布式发电和电动汽车的普及，用户侧正从单纯的电能消费者转变为产消者发电部分简介火力发电水力发电风力发电光伏发电核能发电其他输电网结构特高压输电（及以上）1000kV跨区域大容量输电骨干网超高压输电（）500kV-750kV区域主干网，省际联网高压输电（）220kV-330kV省内骨干网，区域供电中压输电（）110kV-35kV地区供电网，骨干配电中国的输电网形成了多级电压等级协调发展的格局特高压交直流输电技术是中国电网的重要特色，能够实现能源资源的大范围优化配置，解决能源资源与负荷中心分布不均的问题目前已建成西电东送、北电南送等多条特高压输电通道输电线路主要分为架空线路和电缆线路两种架空线路成本低、散热好，适合长距离大容量输电；电缆线路占地少、美观、不受天气影响，但成本高、散热差，主要用于城市配电和海底输电我国输电线路总长度已超过万公里，居世界首位100变电站作用电压等级转换电能分配与控制系统保护与监测变电站通过变压器实现电压的升降，变电站是电能分配的节点，通过断路变电站装有保护装置和监测系统，能适应不同场景需求发电厂出口设升器、隔离开关等开关设备控制电能流够快速识别和隔离故障，防止故障扩压变电站，将发电机发出的向变电站内的母线系统将电能按需大现代变电站还具备远程控制功10-电压升至进入输分配到各出线回路，保障电网运行的能，可实现无人值守运行，大幅提高30kV110-500kV电网；负荷中心设降压变电站，将输灵活性和可靠性运行效率和安全性电网高电压降至配电网或用户电压配电网及其特点城市配电网农村配电网配网自动化发展城市配电网主要采用环网结构，供电农村配电网以辐射状为主，覆盖范围配电自动化系统是提高配电网运行效可靠性高，自动化程度高典型的城广但可靠性相对较低农村地区常采率和可靠性的关键技术通过故障定市配电网包括线路和用及以下架空线路，建设成本位、隔离与供电恢复技术，10kV10kV FLISR低压配电网，通常采用低但易受天气影响，维护难度大实现配电网故障的快速处理，显著缩400V/230V电缆敷设方式，美观且不易受天气影短停电时间•负荷密度小，供电半径长响•负荷密度大，供电半径短•馈线自动化技术普及•自然环境复杂，故障率高FA•设备运行环境好，故障率低•配电物联网建设加速•备用设备少，抢修难度大•备用容量充足，恢复速度快•配网数字化转型进行中用户用电环节工业用户商业用户居民用户电力消费主体，约占总用包括商场、写字楼、医院分布广泛，单户用电量小电量的特点是负荷等公共设施，用电特点是但总量大负荷特性明显，70%大、连续性强、对电能质日间高晚间低，空调负荷存在早晚高峰，季节性差量要求高大型工业用户比重大对供电可靠性要异大随着家用电器增多直接从高压配电网或甚至求高，很多设有应急电源和新能源汽车普及，居民输电网获取电能，并设有系统用电呈增长趋势专用变电站农业用户主要用于农田灌溉、农产品加工等，用电季节性强，农忙季节用电量大农业生产机械化、设施农业发展使农业用电需求增加电力网典型结构电力网络的拓扑结构直接影响其供电可靠性和经济性辐射式结构是最简单的形式，主干线路从电源向负荷放射状延伸，投资少但可靠性低，多用于农村配电网环网式结构形成闭合回路，使负荷点拥有双电源供电路径，提高了可靠性，适用于城市配电网高压输电网多采用复杂的网状结构，形成多重联络路径，具有最高的可靠性和灵活性，但造价高、保护配置复杂区域互联系统通过联络线将不同区域电网连接起来，实现资源共享和互济互补，提高整体供电可靠性和经济性，是现代大电网的典型特征电力系统运行特性概述安全性经济性电力系统必须确保在各种运行条件下在保障安全的前提下，电力系统追求安全稳定运行，能够承受预期内的扰经济运行，通过优化调度、降低损耗动而不发生崩溃安全运行要求系统等手段减少运行成本经济调度是实各项参数（如电压、频率）保持在允现经济性的重要手段，通过合理分配许范围内，且各设备运行不超过额定各发电机组出力，最小化总发电成容量本环保性可靠性现代电力系统越来越重视环境友好运电力系统应具备长期连续供电的能行，减少污染物排放和温室气体排力，即使在部分设备故障或自然灾害放通过提高可再生能源比例、优化情况下也能保持基本功能提高可靠火电机组运行、发展清洁高效发电技性的手段包括设备冗余、自动保护、术等方式实现环保目标快速恢复机制等电压与有功无功分布电压等级设计原则电力系统中的电压等级设计遵循经济传输半径原则，即不同电压等级有其经济适用的传输距离和功率范围电压等级越高，适合的传输距离越远，传输容量越大电压分布特点在正常运行时，电力系统的电压从发电端向负荷端逐渐降低输电线路上的电压变化与功率流向、线路参数和补偿设备有关电压分布必须保持在允许波动范围内（通常为额定值的±）5%有功功率分布有功功率从发电端流向负荷端，其分布由系统结构和各节点的发电量负荷量决定有/功功率流动时会在线路电阻上产生损耗，长距离大容量输电时需采用高电压以降低损耗无功功率特性无功功率主要用于建立和维持电磁场，不直接转化为有用功但对维持电压必不可少无功功率传输会占用线路容量并增加损耗，因此通常采用就地平衡原则，由靠近负荷的电源或无功补偿装置提供电流、电压特性分析距离电压电流km kVA功率流计算基础功率流计算的意义功率流（潮流）计算是确定电力系统稳态运行条件下各节点电压和线路功率分布的重要分析方法它是电力系统分析和运行的基础，为系统规划、经济调度、稳定性分析等提供必要数据节点分类功率流计算中将系统节点分为三类平衡节点（参考节点）、节点（发电节点）和PV PQ节点（负荷节点）每类节点有不同的已知量和未知量，需要通过迭代计算求解计算方法常用的功率流计算方法包括高斯赛德尔法、牛顿拉夫逊法和快速解耦法牛顿拉夫逊---法收敛速度快但计算量大；快速解耦法简化了计算过程，广泛应用于实际系统简易潮流分析对于简单系统，可采用等值电路分析法进行潮流近似计算通过分析送端和收端电压相角差，可估算线路传输的有功功率；通过电压幅值差，可估算无功功率传输频率的调节与管理系统频率定义电力系统频率是系统同步运行的基础频率与功率平衡频率反映系统发电与负荷的平衡状态一次调频机组调速器自动响应频率变化二次调频系统集中控制实现频率恢复AGC电力系统中，频率是衡量系统运行状态的关键指标，反映了系统发电和负荷之间的平衡关系中国电力系统的标准频率为，正常运行允许的波动范围为50Hz当系统发电大于负荷时，频率上升；反之则下降

49.8-

50.2Hz频率调节分为一次调频和二次调频两个阶段一次调频由机组调速器自动快速响应，通过增减机组出力抑制频率变化；二次调频则由自动发电控制系统AGC执行，根据区域控制偏差发出控制信号，将频率恢复到额定值并维持电力交换计划在特殊情况下，还可能启动三次调频或紧急调频措施系统稳定性静态稳定性暂态稳定性电压稳定性静态稳定性是指电力系统在小扰动下暂态稳定性是指系统遭受严重扰动电压稳定性是指系统在扰动后维持系维持原有运行状态的能力当系统受（如三相短路、重要线路跳闸等）统各点电压在可接受范围内的能力到小扰动（如负荷小幅变化）时，如后，能够维持同步运行的能力暂态电压不稳定可能导致电压崩溃，引发果能够自动恢复到原来运行状态或接过程主要反映发电机转子角加速或减大面积停电近状态，则系统具有静态稳定性速的动态过程增强电压稳定性的关键措施影响静态稳定性的主要因素包括提高暂态稳定性的主要措施•合理配置无功补偿设备•系统结构强度•缩短故障清除时间•优化电压控制策略•发电机励磁系统特性•增强网络结构•实施低电压减负荷装置•线路阻抗大小•采用快速励磁系统•加强电压监测与预警•负荷特性•使用自动功率振荡阻尼器PSS•实施紧急控制措施电力系统安全运行要求安全防御体系构建多层次纵深防御保障系统安全实时监测预警全面监测系统运行状态识别潜在风险应急处置能力快速响应并有效控制突发事件恢复重建机制系统故障后的快速恢复与重建电力系统安全运行是保障国家能源安全和经济社会稳定的重要基础系统安全运行需满足安全准则，即任何一个重要元件故障退出运行后，系统仍N-1能保持正常运行在重点区域和特殊时期，甚至需要满足加强型或准则N-1N-2典型电力系统动力事故如年美国东北部大停电和年欧洲联合电网分裂事件，均暴露出电网防御体系的薄弱环节为防范此类事故，现代电力20032006系统采用三道防线防御策略第一道防线为预防措施，确保系统正常运行；第二道防线为紧急控制，防止故障扩大；第三道防线为应急恢复，尽快恢复供电输电方式比较比较项目交流输电直流输电电压变换简单，利用变压器即可复杂，需要大型换流站线路建设通常三相四线或三相三通常双极两线或单极一线线输电损耗受表皮效应、电晕损耗仅有欧姆损耗，远距离影响大损耗小系统控制功率流难以精确控制功率可精确控制，易于调节系统稳定性存在同步稳定问题无同步稳定问题故障电流短路电流大故障电流相对较小适用场景系统内部联网，中短距远距离大容量输电，异离输电步联网变压器在电力系统中的作用电压转换功能隔离与阻抗匹配变压器是电力系统中实现电压转换的变压器提供电气隔离功能，使不同电关键设备，通过电磁感应原理在不同压等级系统之间没有直接电气连接，绕组间传递能量，实现不同电压等级增强系统安全性同时，变压器的阻的转换在发电厂出口设置升压变压抗特性能够限制短路电流，协调系统器，将发电机端电压升阻抗匹配，提高系统稳定性通过调10-20kV高到输电电压；在负整变压器的变比和阻抗，可以优化系220-500kV荷中心设置降压变压器，将高电压逐统的功率分布和电压分布级降低至用户使用电压特殊变压器功能除基本升降压功能外，电力系统中还广泛使用特殊变压器自耦变压器具有高效率和经济性，适用于电压比较接近的场合；三绕组变压器可同时连接三个不同电压等级；调相变压器用于相位调整，优化功率流向；有载调压变压器可在不停电的情况下调整变比，维持电压稳定输电线路设计原则容量确定输电线路设计首先要确定传输容量需求，这基于负荷预测、电源规划和系统安全裕度线路热稳定和静态稳定限制了最大可传输功率，设计时需考虑各种限制条件下的最小容量要求电压等级选择电压等级选择遵循经济传输距离原则输电距离越长，适合选用越高的电压等级通常适合以内，适合以内，适合以内，110kV50km220kV150km500kV500km更远距离则考虑特高压或直流输电线路走廊规划线路走廊选择需综合考虑地理条件、环境影响、土地利用、建设难度和经济性应避开人口密集区、重要生态区和不良地质区域，尽量减少拐点，降低建设和运维成本导线与杆塔设计导线截面选择基于允许电流密度、经济电流密度和电晕控制要求杆塔类型和高度根据电压等级、气象条件和地形特点确定对于重要线路，应采用加强型设计以提高抵御极端天气的能力输配电技术创新数字化变电站输电线路智能监测采用标准实现设备信息利用架空线路在线监测技术和可视化IEC61850一体化与高度集成，使用光纤替代传技术，实时监测导线温度、舞动、覆统铜缆，提高信息传输效率与抗干扰冰等状态，提前发现隐患，提高线路能力，降低运维成本运行可靠性机器人巡检技术故障自愈系统采用无人机、轮式和爬塔机器人等智基于广域测量系统和先进应WAMS能装备代替人工巡检，实现对变电站用软件，实现故障快速定位、隔离和和输电线路的全天候、无死角检测，系统重构，最大限度减少故障影响范大幅提升工作效率和安全性围和恢复时间配电自动化与智能化配电自动化系统架构故障处理能力智能终端技术配电自动化系统具备故障新一代配电终端设备现代配电自动化系统采用定位、隔离与供电恢复集成了DTU/FTU/TTU三层结构主站层（数据功能，能够在故边缘计算能力，支持现场FLISR处理中心）、通信层（数障发生后自动识别故障区智能分析和决策智能开据传输网络）和终端层段，隔离故障点，并为非关设备如柱上断路器、负（现场智能设备）系统故障区域恢复供电，大幅荷开关和环网柜具备通信通过实现对配电减少停电范围和时间和自诊断功能，成为配电SCADA网设备的监视和控制，提物联网的重要节点高配电网运行效率和可靠性配电物联网发展配电物联网通过泛在电力物联网技术，实现配电设备全面感知、互联互通和协同互动结合大数据分析和人工智能技术，构建配电网数字孪生系统，支持精准负荷预测、设备状态评估和主动预防性维护电力系统保护的必要性故障危害防范电力系统中的故障如短路、断线等会产生过电流、过电压等异常状态，危及设备安全和系统稳定保护装置能够快速检测这些异常状态，并采取切除故障的措施，防止故障扩大和连锁反应，保障人身和设备安全快速隔离故障保护装置能在极短时间内（毫秒级）检测并隔离故障，将故障影响范围限制在最小区域，保证大部分系统正常运行这种快速响应是人工操作无法实现的，也是维护电力系统稳定运行的关键提高供电可靠性完善的保护系统通过及时切除故障设备，避免大面积停电，同时通过自动重合闸等功能快速恢复供电，显著提高供电可靠性对于现代社会对电能高度依赖的背景，这一功能尤为重要经济效益保障电力系统保护通过减少设备损坏、缩短故障停电时间和降低系统损失，带来显著的经济效益虽然保护设备投资不小，但与可能造成的巨大损失相比，这种投入是非常必要和经济的主保护与后备保护主保护基本原理后备保护功能保护配合原则主保护是直接负责切除受保护设备故后备保护是在主保护拒动或断路器拒主保护与后备保护之间需要合理配障的保护装置，具有速度快、选择性动时提供的安全保障，其特点是合，确保系统安全可靠运行好的特点常见的主保护类型包括•动作时间较主保护延后•时间配合后备保护动作时间应晚•差动保护通过比较进出电流差值于主保护•保护范围通常更大检测故障•电流配合确保后备保护灵敏度满•结构相对简单，可靠性高•距离保护通过测量阻抗判断故障足要求后备保护包括本地后备保护（如过电位置•范围配合后备保护覆盖范围应包流保护）和远方后备保护（相邻设备•纵联保护利用通信通道协调两端含主保护的保护装置），构成了多层次保护体保护动作系保护配合需在系统规划阶段全面考主保护动作迅速、选择性好，但依赖虑，并随系统变化及时调整于复杂的测量和通信系统，可靠性存在一定挑战母线与线路保护母线是变电站的核心设备，连接各进出线路和变压器，其保护方案至关重要母线主保护通常采用差动保护原理，通过比较流入和流出母线的电流总和，在内部故障时快速动作低压母线可采用简单的过电流保护，而高压和超高压母线则需要高速差动保护，动作时间通常在毫秒以内20线路保护是电力系统保护的主要部分，需要针对各类故障（相间短路、单相接地等）提供全面保护主要保护类型包括距离保护（通过测量阻抗确定故障位置）、纵联保护（两端协同动作）和过电流保护（检测异常电流）现代线路保护还具备自适应、自检测和通信辅助功能，显著提高了保护性能和适应性变压器与发电机保护变压器主保护变压器后备保护变压器主保护以差动保护为核心，通过比较高低压侧电流检测内部故障现代变压器后备保护包括过流保护、过负荷差动保护具备二次谐波闭锁功能，可有保护和零序保护等这些保护用于应对效识别励磁涌流与短路故障的区别，提外部短路、长时间过载和绕组接地等情高动作可靠性对于大型变压器，还配况后备保护通常采用定时限或反时限置气体保护（如瓦斯保护）检测内部放特性，与系统其他保护协调动作电和油温异常发电机差动保护发电机特殊保护发电机差动保护是检测定子绕组内部故发电机还需要多种特殊保护，如失磁保障的主要手段，通过比较各相进出电流护、反功率保护、过励磁保护、定子接差值实现发电机差动保护要求高精度地保护和转子接地保护等这些保护针电流互感器和快速计算能力，对内部故对发电机特有的运行状态和故障类型，障反应迅速，典型动作时间小于毫30共同构成完整的保护体系秒系统自动化概述自动重合闸技术故障录波与故障信息系统自动重合闸是指在线路故障切除故障录波装置用于记录系统故障过程AR后，自动重新合闸以恢复供电的装置中的各种电气量变化，为故障分析和该技术基于大多数线路故障（尤其是保护装置性能评估提供重要依据现架空线路）为瞬时性故障的特点，在代故障录波器能够同时记录模拟量和故障切除后短时间内尝试恢复线路运开关量，采样率高，存储容量大，并行根据重合闸次数可分为单次和多能通过网络实时传输数据故障信息次重合闸；根据相数可分为三相和单系统将各站点故障信息集中分析，辅相重合闸助运行人员快速定位故障原因自动装置协调控制电力系统中配置了多种自动控制装置，如自动电压控制、自动频率控制AVC、自动功率因数控制等这些装置需要协调配合，避免相互干扰现代电力AFC系统采用分层分区控制策略，通过协调控制系统实现各自动装置的优化配合，提高系统整体运行效果继电保护发展趋势电磁式继电保护机械结构，动作原理简单，可靠性高但功能单一，已基本淘汰微机保护装置基于数字技术，集成多种保护功能，自诊断能力强，目前主流应用智能终端保护融合通信与保护功能，支持自适应调整和远程控制，发展迅速人工智能保护结合大数据和技术，具备学习能力和智能决策，未来发展方向AI继电保护技术正经历从传统电磁式向全数字化、网络化、智能化的转变现代微机保护装置采用数字信号处理技术，具备丰富的保护功能、自检能力和通信接口，大幅提高了保护性能和可靠性基于标准的智能电子设备实现了保护、测量、控制和通信功能的一体化，简化了系统结构IEC61850IED未来继电保护发展将更加注重自适应性、协调性和智能性基于大数据和人工智能的自适应保护能够根据系统运行状态动态调整保护参数；广域保护系统利用同步相量测量技术实现更精准的故障判断；云PMU端保护平台将部分计算和决策功能转移到云端，提供更强大的分析能力和更灵活的功能扩展电力系统调度基本任务负荷预测负荷预测是电力调度的基础工作，通过分析历史数据、天气因素、社会活动等，预测未来不同时段的电力需求预测周期分为超短期（数小时内）、短期（一天至一周）、中期（月度）和长期（年度及以上），为发电计划、机组安排和电网运行提供依据电力电量平衡调度中心需确保系统发电与用电在各个时段保持平衡，满足负荷需求的同时维持频率稳定这包括制定发电计划、协调机组开停、调整出力水平等工作对于可再生能源占比高的系统，还需应对间歇性发电带来的挑战安全经济调度在满足安全约束条件下，优化各发电机组的出力分配，实现发电成本最小化这需要考虑机组特性、网络约束、环保要求等多种因素，是一个复杂的优化问题现代调度系统采用先进算法，实现安全与经济的最佳平衡安全稳定控制监视系统运行状态，确保各项指标（如电压、频率、潮流等）在安全范围内，防范系统故障当预期或发生紧急情况时，采取必要的控制措施，如紧急调整发电计划、启动应急备用电源、执行有序负荷管理等，维护系统安全稳定运行典型调度流程年度调度计划基于年度负荷预测和电源规划，制定年度发电计划和电网运行方式，安排机组检修计划，确定跨区域电力交换通常在上一年底完成制定，并在执行过程中根据实际情况进行调整月度调度计划在年度计划框架下，结合最新预测和电网状态，细化月度发电安排和电网运行方式月度计划更加精细，考虑月内负荷变化特点、设备检修计划和水电运行条件等因素日前调度基于次日小时负荷预测，制定详细的机组开停计划和出力曲线，安排电网运行方式，预测可能的安全风险并制定应对措施日前调度通常在前一天下午完成，作为实时调度的主要依据24实时调度4密切监视系统运行状态，根据实际负荷变化和设备状态调整机组出力，维持系统频率稳定和功率平衡遇到突发事件时，迅速响应并采取应急措施，确保系统安全稳定运行实时调度是电力系统调度的核心环节能源管理系统EMS数据采集与处理通过系统实时采集电网运行数据，包括设备状态、电流电压、有功无功EMS SCADA功率等采集的原始数据经过滤波、校正和状态估计处理，形成反映电网实际运行状态的实时数据库，为各应用功能提供基础支持网络分析功能基于处理后的实时数据，执行潮流计算、或有事故分析、安全裕度评估等网络分EMS析功能这些分析结果帮助调度人员了解当前电网安全状况，识别潜在风险点，并为调整控制措施提供依据优化调度计算的优化调度模块实现经济调度、机组优化组合、水火电协调等功能，在满足安全EMS约束的前提下，最小化总发电成本现代还考虑环保约束和可再生能源优先调度EMS要求，实现多目标优化调度员工作站调度员工作站是的人机交互界面，通过图形化显示电网拓扑、设备状态和运行参EMS数，支持调度员发出控制指令先进的可视化技术使复杂电网信息直观呈现，辅助调度决策，提高工作效率调度自动化发展智能化调度平台新能源调度技术数据可视化应用云平台与分布式架构现代调度自动化系统正向智面对风电、光伏等新能源大数据可视化技术使复杂的电调度自动化系统架构正从传能化方向发展，引入人工智规模并网带来的间歇性和不网信息更加直观易懂通过统的集中式向云平台和分布能、大数据和云计算技术确定性挑战，调度系统开发多维度、多层次的图形化展式方向演进云平台为调度智能调度平台能够自动识别了新能源功率预测、实时监示，调度员能够快速掌握系系统提供强大的计算能力和系统风险，预判系统发展趋测和协调控制技术通过与统状态和潜在问题先进的灵活的资源配置，分布式架势，提供优化调度建议，甚常规电源、储能设施和需求可视化工具如地理信息系统构增强了系统可靠性和扩展至在一定条件下实现自主决侧响应的协调调度，保障高集成、三维模型显示和性这种新架构能够更好地GIS策和控制，大幅减轻调度员比例新能源条件下的系统安虚拟现实技术，正在调度中适应智能电网的需求，支持负担全稳定运行心得到应用更多创新应用冗余与应急调度安全准则实施N-1电力调度严格执行安全准则，确保系统中任一重要元件故障时不会导致系统崩N-1溃调度中心通过实时或有事故分析，评估各种可能的设备故障情景，并采取预防措施维持系统安全裕度对于特别重要的设备或特殊时期，甚至执行更严格的准N-2则调度系统冗余设计调度自动化系统自身采用全面的冗余设计，包括硬件冗余（双机热备、双网络、双电源）和软件冗余（数据备份、功能备份）关键应用如系统、能源管理SCADA系统通常配置双平台运行，确保任一系统故障时能无缝切换至备用系统应急预案与演练调度中心制定全面的应急预案，覆盖自然灾害、大面积停电、网络安全事件等多种紧急情况定期开展桌面推演和实战演练，提高调度人员应对突发事件的能力应急预案定期更新，确保与系统变化和新威胁保持一致黑启动能力建设黑启动是指在系统完全瘫痪后，不依靠外部电源重新启动电力系统的过程调度中心确保系统中配置足够的黑启动电源（如水电站、燃气轮机），制定详细的黑启动路径和步骤，并定期进行黑启动测试，确保大停电后能快速恢复供电调度中心典型实例国家级调度中心负责全国电网的统一协调和跨区域电力交换管理，配备最先进的全景式显示系统和高性能计算平台国调中心运行两级二次结构管理模式，通过与区域调度中心的密切配合，实现对全国电力系统的高效管理其电网安全分析系统能够实时评估全网安全状态，预测潜在风险省级调度中心是区域电网运行控制的核心，负责省内电力平衡和安全调度典型省调配置了功能完备的系统，实现EMS、安全分析、经济调度等功能现代省调中心采用模块化、可扩展的系统架构，兼顾电网控制和电力市场运营功能，SCADA并持续加强新能源消纳和需求侧管理能力，适应电力系统转型需求电力系统新型发展智能电网能源互联网未来电网展望智能电网是传统电网与现代通信、控能源互联网是更高层次的能源系统形未来电网将向更高水平的智能化、绿制技术深度融合的产物，具有自愈、态，实现电力、热力、燃气等多种能色化和互动化方向发展数字孪生技交互、兼容、经济和集成的特点它源形式的协同优化它以智能电网为术将实现电网的虚实融合，人工智能通过先进传感与测量技术实现电网状基础，融合各种能源网络，构建开放将深度参与电网决策与控制，区块链态全面感知，利用信息通信技术实现共享的能源生态系统，促进能源生产技术可能重构能源交易模式数据高效传输与处理，通过智能控制和消费模式变革发展趋势包括技术实现电网灵活可靠运行能源互联网的核心特征•泛在电力物联网建设智能电网建设重点包括深度信息物理融合••能源数字化转型•电网基础设施智能化分布式能源广泛接入•高比例可再生能源接入••输变电环节状态监测与防御体系•多能互补协同优化•源网荷储协调优化•配电网自动化与智能化•能源交易开放共享•跨行业跨领域融合•智能用电与互动服务体系•用户由消费者转变为产消者可再生能源接入亿千瓦

6.715%可再生能源装机弃风弃光率中国可再生能源装机容量已达到亿千瓦，其中随着消纳能力提升，中国弃风弃光率已从高峰时期

6.7风电和光伏发电装机分别超过亿千瓦和亿千的以上降至约，但西北、东北等地区在特

32.520%5%瓦，位居世界第一可再生能源发电量占总发电量定季节仍存在较高弃电率弃电问题背后是电力系的比例不断提高，在部分时段甚至超过统灵活性不足、跨区域输电通道受限等因素50%±800kV特高压输电特高压直流输电成为解决可再生能源远距离输送的关键技术中国已建成多条特高压输电线路，主要用于将西部和北部地区丰富的风能、太阳能资源输送到东部负荷中心，有效缓解了能源资源与负荷中心分布不均的矛盾大规模可再生能源并网给电力系统带来诸多挑战，包括出力间歇性和波动性导致的系统平衡压力、低电压穿越能力不足导致的稳定性问题、系统惯量减少引发的频率控制困难等应对这些挑战需要多方面措施，如加强可再生能源功率预测、提高常规电源灵活性、发展储能技术、实施需求侧响应和完善电力市场机制等分布式能源系统分布式发电特点微电网技术分布式发电指靠近用户端的小型发电系微电网是由分布式电源、储能装置、负统，主要包括分布式光伏、小型风电、荷和控制系统组成的小型电力系统，能燃气轮机等其特点是装机规模小、接够实现自我控制、保护和管理微电网入电压等级低、就地消纳为主分布式可以并入大电网运行，也可以孤岛运发电具有投资周期短、占地少、网络损行，提高局部供电可靠性和灵活性，是耗低等优势构建弹性电力系统的重要手段互动式用能架构多能互补系统互动式用能架构使用户从被动接受电能多能互补系统整合电能、热能、冷能等转变为主动参与能源生产和消费的产消多种能源形式，通过能源转换和梯级利者通过智能家居系统、电动汽车充放用提高综合能效典型应用如冷热电三电、需求响应等技术，用户可以优化能联供系统，能源综合利用效率可达80%源使用模式，参与电网调节，甚至向电以上，显著高于传统单一能源系统网出售电能或辅助服务储能与调峰技术装机容量发展速度年GW%/电动汽车与电力系统电动汽车发展现状中国已成为全球最大的电动汽车市场，电动汽车保有量超过万辆，年销量占全球一半以1000上随着电池技术进步和成本下降，电动汽车普及速度正在加快，预计到年将占新车销2030量的以上，为电力系统带来机遇与挑战50%充电基础设施建设全国已建成充电桩超过万个，基本形成城际快充网络和城市公共充电网络充电设施正200向智能化、大功率化方向发展，高压平台和超快充技术逐步普及，显著提升用800V350kW户充电体验未来充电网络将与配电网协同规划、协同建设有序充电与技术V2G有序充电通过时间和功率的智能调控，引导电动汽车在电网负荷低谷期充电，避免加剧用电高峰而车网互动技术则使电动汽车不仅是电能消费者，还能在必要时向电网反向放V2G电，提供调峰、调频等辅助服务，增强电网灵活性移动储能应用前景电动汽车作为分布式移动储能，具有数量大、分布广的特点通过聚合控制，大量电动汽车可形成虚拟电厂，参与电力市场交易和辅助服务在应急情况下，电动汽车还能作为移动电源为重要负荷供电，提高系统韧性新型输电技术超导输电技术柔性直流输电新材料提升传输效率超导输电利用特殊材料在极低温条件下柔性直流输电基于电压源新型复合材料在输电线路中的应用不断VSC-HVDC呈现零电阻特性，实现几乎无损耗的电换流器技术，克服了传统直流输电的多扩展碳纤维复合芯导线和铝合ACCC能传输高温超导体的发现使工程应用项限制它能独立控制有功和无功功率，金导线等新型导线具有强度高、AAAC门槛降低，目前多个国家已开展千米级支持无源系统启动，易于构建多端直流重量轻、耐热性好等特点，在相同塔架高温超导电缆示范工程超导输电具有网络柔性直流技术在海上风电并网、条件下可提升以上的输送容量同50%传输容量大、损耗小、占地少的优势，城市电网互联和弱电网支撑等领域具有时，纳米材料和表面处理技术的应用也但仍面临冷却系统复杂、成本高等挑战广阔应用前景，正成为智能电网的关键有效降低了导线的电晕损耗和冰雪附着技术之一电力系统信息化数字化/数字孪生应用虚实映射、全景感知、智能分析1人工智能赋能预测优化、决策推荐、自主控制大数据分析3海量数据、多维挖掘、价值创造泛在物联支撑全面感知、可靠传输、精准执行电力系统数字化转型正在全面推进，泛在电力物联网构建了端边云应用的全链路架构设备侧传感器实现电网状态全面感知，边缘计算处理时延敏---感数据，云平台提供强大计算能力支持复杂分析，各类应用则将数据价值转化为业务价值数字孪生技术为电力系统提供了虚实融合的新范式，通过建立物理实体的数字映射，实现全生命周期的可视化、可分析和可优化人工智能技术在负荷预测、故障诊断、设备状态评估等领域已取得显著成效，未来将向自主决策和闭环控制方向发展这些技术共同支撑电力系统向更高水平的智能化演进，实现全感知、全连接、全分析、全优化的未来电网形态课程复习提纲电力系统基础知识•电力系统组成及基本特性•电力系统标准与规范体系•各电压等级作用与应用场景•交流/直流输电原理与比较•电能质量定义与评价指标电力系统核心计算•潮流计算原理与基本方法•电力系统暂态稳定分析•短路电流计算原理•电磁暂态仿真基础•系统频率与电压稳定性分析关键设备与技术•发电机组基本参数与特性•变压器原理及类型比较•断路器、隔离开关等主要设备•继电保护与安全自动装置•电力电子技术在电网中的应用系统运行与管理•电力系统调度基本流程•电力市场基本机制与模式•电网安全稳定控制策略•智能电网与能源互联网概念•分布式能源与微电网技术典型考试题型讲解选择题考查基础概念和简单计算填空题测试关键参数和标准规范计算题验证核心计算方法掌握程度分析题评估综合应用能力和工程思维电力系统与电力网课程考试通常包括四种题型选择题主要考查基本概念、原理和判断能力，如电力系统各组成部分功能、电压等级划分标准等填空题侧重测试对关键参数、标准规范的记忆，如标准频率、各电压等级允许偏差范围等计算题是考核的重点，主要包括简单潮流计算、短路电流计算、稳定性分析等，需要掌握基本计算方法和技巧分析题则考查综合应用能力，通常给出一个电网运行工况或故障情景，要求分析可能的原因、后果和处理方法考试中将理论与实际工程问题相结合，既考查基础知识掌握情况，也评估分析解决问题的能力扩展阅读及资源推荐推荐教材学术期刊与论文在线学习平台《电力系统分析》（何仰赞、温增银编推荐关注《中国电机工程学报》、《电网中国大学平台提供多所高校的电力MOOC著）系统介绍电力系统基本概念和分析技术》等国内核心期刊，以及系统课程，包括视频讲解和练习题IEEE IEEE方法，适合入门学习《电力系统稳定性、（电力与能源学会）网站提供丰富的Transactions onPower SystemsPES分析》（李群湛编著）深入讲解电力系等技术资料和网络研讨会国家电网技术学IEEE Transactionson SmartGrid统静态稳定、暂态稳定和电压稳定性问国际顶级期刊这些期刊发表最新研究成院和南方电网培训中心的公开课程也值得题，理论与实践结合《电力系统继电保果和技术进展，有助于了解学科前沿同关注、等PSS/E MATLAB/Simulink护原理》（贺家李编著）全面介绍各类时，国家电网、南方电网等企业的技术报软件的官方教程有助于掌握仿真分析工保护装置原理与应用，是保护领域经典教告也是了解行业实践的重要窗口具材课程总结与展望知识体系建构能力培养本课程系统介绍了电力系统的基本组通过理论学习和案例分析，培养了电成、运行特性和关键技术，构建了从力系统分析、设计和运行管理能力，发电到用电的完整知识链条，为后续提升了解决复杂工程问题的思维方法专业学习和工作实践奠定了坚实基和技术手段，为未来职业发展做好准础备未来学习方向行业发展趋势建议深入学习电力系统稳定分析、电电力系统正经历深刻变革，高比例可力市场机制、智能电网技术、能源系再生能源接入、电力电子设备广泛应统集成等方向，关注跨学科融合，培用、源网荷储协调互动等趋势重塑着养综合创新能力，适应行业快速发展行业形态，数字化、智能化将成为未需求来发展主线。