《电力系统基础教程》课件

电力系统基础教程欢迎来到《电力系统基础教程》本课程旨在帮助学生全面掌握电力系统的基础知识与核心原理，从发电、输电、变电到配电的完整链条，建立对现代电力技术的系统理解电力系统是现代社会的命脉，支撑着工业生产、城市运行和日常生活的方方面面随着能源转型和技术革新，电力系统正经历前所未有的变革本课程将带领大家从基础开始，逐步探索这个复杂而又fascinating的技术领域电力系统的定义与组成发电系统输电系统变电系统配电系统将一次能源（煤炭、水力、通过高压或超高压输电线通过变压器改变电压等级，将电能分配到各类终端用核能等）转换为电能的设备路，将发电厂生产的电能远完成电能的变压、分配与控户，由中低压配电网络和终及其辅助设施组成包括各距离输送到用电负荷中心制由各类变电站、开关设端设备组成直接面向用类发电厂和发电机组，是整包括各类架空线路、电缆、备、保护装置等组成，是电户，确保安全可靠地为每一个电力系统的能量来源铁塔以及相关设备力系统的关键节点个用电点供电电力系统发展简史早期探索规模扩张1879-19001950-20001879年，爱迪生发明实用白炽灯；1882年，珍珠街发电站建成，标1965年，美国东北部大停电促使电网安全研究；1970年代，核电站志着电力系统商业化开始；1886年，第一个交流电系统在美国投入规模化发展；1980年代，中国开始电力体制改革；1990年代，可使用再生能源发电开始规模化发展1234基础建设智能化时代至今1900-1950200020世纪初，大型发电厂开始建设；1926年，美国建成首条220kV2000年后，智能电网概念兴起；2006年，中国特高压输电技术取输电线路；1936年，Boulder大坝水电站投入运行；中国在20世纪得突破；2010年后，分布式能源与微电网快速发展；当前，电力系20-30年代开始电力工业起步统朝着更清洁、更智能的方向持续演进电力系统的分类按电压等级分类按用途分类•特高压系统1000kV及以上交流•公用电力系统为社会提供电能的国家电/±800kV及以上直流网•超高压系统500kV-750kV•工业电力系统企业内部电力供应系统•高压系统110kV-330kV•特殊用途电力系统铁路、医院专用电网等•中压系统10kV-35kV•低压系统380V/220V按规模分类•大型电力系统国家级、省级电网•中型电力系统城市电网、区域电网•小型电力系统微电网、独立电力系统电力系统的分类方式多样，不同类别的电力系统在设计、运行和管理方面各有特点电压等级是最基本的分类依据，直接决定了设备的绝缘水平和安全距离；而按用途和规模分类则反映了不同电力系统的服务对象和覆盖范围电力系统基本原理能量转换在发电环节中，一次能源煤炭、水能、核能等转换为机械能，再通过发电机转换为电能这一过程遵循能量守恒定律，但每次转换都会有能量损失电能传输电能通过导体输电线路从发电侧传输到用电侧为减少传输损耗，通常采用高电压、低电流的方式进行远距离输送，再通过变压器降压后供用户使用电力平衡电力系统必须时刻保持发电量与用电量的平衡由于电能难以大规模储存，系统必须根据负荷变化实时调整发电量，这是电力调度的核心任务网络协调现代电力系统是一个庞大的网络，各电气设备必须协调运行系统频率、电压等参数需维持在允许范围内，确保安全稳定运行电力系统的基本原理可概括为同步、平衡、稳定三个关键词同步指系统中所有发电机必须保持同步运行；平衡指系统中的发电与用电需实时平衡；稳定则要求系统各项电气参数维持在正常范围内常用物理量与单位物理量符号基本单位常用倍数单位电压U/V伏特V千伏kV、兆伏MV电流I安培A毫安mA、千安kA电阻R欧姆Ω千欧kΩ、兆欧MΩ有功功率P瓦特W千瓦kW、兆瓦MW、吉瓦GW无功功率Q乏var千乏kvar、兆乏Mvar视在功率S伏安VA千伏安kVA、兆伏安MVA电能W瓦时Wh千瓦时kWh、兆瓦时MWh频率f赫兹Hz千赫kHz、兆赫MHz电力系统中，电压是电位差的度量，表示单位电荷在电场中获得的势能；电流是电荷流动的速率，表示单位时间通过导体截面的电荷量；功率是能量转换率，表示单位时间内产生或消耗的能量电路基础知识欧姆定律电阻上的电压与通过它的电流成正比，公式U=IR，其中U为电压，I为电流，R为电阻这是电路分析的基础定律之一基尔霍夫电流定律KCL在任何节点上，流入节点的电流总和等于流出节点的电流总和这体现了电荷守恒原理，是网络分析的重要工具基尔霍夫电压定律KVL在任何闭合回路中，电压源的代数和等于电压降的代数和这反映了能量守恒原理，与KCL共同构成电路分析的理论基础在电力系统中，串联电路的特点是各元件电流相同，总电阻等于各电阻之和；并联电路的特点是各元件电压相同，总电导等于各电导之和理解这些基础电路规律对分析复杂电网至关重要交流电基础交流电的定义与特点正弦交流电参数交流电是大小和方向随时间周期性变化的电流其最大特点是可以通过变压器改包括频率f、周期T、相位φ、有效值Urms/Irms、峰值Um/Im等参变电压，便于远距离传输，减少损耗现代电力系统主要采用正弦交流电数在中国电网，标准频率为50Hz，周期为20ms交流电路计算交流电优势交流电路分析通常使用相量法和复数表示法，可以将交流电转换为复数域进行计相比直流电，交流电具有变压方便、传输损耗小、断路容易等优点，这也是交流算，简化分析过程电成为电力系统主流的关键原因正弦交流电可以用数学表达式i=Im·sinωt+φ表示，其中Im为峰值电流，ω为角频率ω=2πf，φ为初相位在电力系统分析中，交流电通常用有效值表示，与直流电产生相同热效应的等效值三相电基础三相结构星形连接Y三相电由幅值相等、相位依次相差120°的三三相负载或电源的一端连接在一起形成中性个正弦交流电组成常用字母A、B、C或点，另一端引出相线特点是线电压为相电R、S、T表示三相，在中国也常用U、V、压的√3倍，线电流等于相电流W表示三相优势三角形连接Δ相比单相系统，三相系统功率更稳定、传输三相负载或电源首尾相连形成闭合三角形效率更高、设备利用率更好，这也是工业电特点是线电压等于相电压，线电流为相电流力系统广泛采用三相系统的原因的√3倍三相系统是现代电力系统的基础，具有显著优势功率传输更平稳无零点，线材利用率高可节省25%的导线，大型电机启动性能好，且可以产生旋转磁场，简化电机结构电路元件及等效模型理想电阻理想电感理想电容变压器遵循欧姆定律U=IR的无源元件，将电储存磁场能量的元件，其特性方程为储存电场能量的元件，其特性方程为基于电磁感应原理，可改变交流电压大小能转化为热能在交流电路中，电阻不引U=Ldi/dt在正弦交流电路中，电感i=CdU/dt在正弦交流电路中，电容的设备理想变压器不消耗能量，输入功起相位移动，电压与电流同相上的电压超前电流90°，电感抗XL=ωL上的电流超前电压90°，电容抗率等于输出功率，电压比等于匝数比XC=1/ωC U1/U2=N1/N2发电简介

86.34%火电装机占比包括燃煤、燃气、燃油等常规热力发电

17.6%水电装机占比包括大型水电站和小型水电站

2.4%核电装机占比正在快速增长的清洁能源

43.3%新能源装机占比包括风能、太阳能、生物质能等发电是电力系统的源头，将各种一次能源转化为电能发电过程的本质是能量转换，基本原理是电磁感应导体在磁场中运动时，会产生感应电动势几乎所有发电方式都是通过机械能驱动发电机转子旋转，切割磁力线产生电能火力发电概述燃料燃烧水蒸气产生煤炭、天然气等燃料在锅炉中燃烧释放热能热能将锅炉内水加热成高温高压蒸气发电机发电汽轮机驱动汽轮机带动发电机转子旋转，产生电能蒸气推动汽轮机叶片旋转，转化为机械能火力发电是中国电力供应的主体，占全国发电量的约70%近年来，我国火电结构不断优化，超超临界机组比例增加，单机容量提高至1000MW以上，同时淘汰落后产能，使平均供电煤耗从2005年的约370g/kWh降至目前的约305g/kWh火力发电厂构成锅炉系统包括给煤系统、燃烧系统、给水系统、受热面系统等，负责将燃料的化学能转化为水蒸气的热能现代大型锅炉高度可达100米以上，蒸汽温度600℃以上，压力达到30MPa汽轮机系统将蒸汽热能转化为机械能的装置，通常由高、中、低压汽缸组成大型汽轮机转速为3000r/min50Hz电网，效率可达到48%以上发电机系统将机械能转化为电能的设备，主要包括转子、定子、冷却系统和励磁系统大型同步发电机容量达1000MW以上，效率高达98%辅助系统包括冷却系统、除灰系统、脱硫脱硝系统、电气系统等，保障电厂安全稳定运行现代火电厂自动化水平高，可实现集中控制水力发电原理水能积蓄通过筑坝形成水库，积蓄高位势能水流引导水从高处通过压力管道流向水轮机水轮机转动水流冲击水轮机叶片，产生旋转机械能发电机发电水轮机带动发电机旋转，产生电能水力发电是最主要的可再生能源发电方式，具有无污染、运行成本低、启停灵活等特点根据水头高度和工作方式不同，水轮机主要分为冲击式如水斗式和反动式如弗朗西斯式、轴流式两大类，适用于不同的水力条件中国水电资源丰富，理论蕴藏量约

6.8亿千瓦，技术可开发量约

5.4亿千瓦，主要分布在西南地区目前我国已建成世界上最大的水电站——三峡水电站，装机容量2250万千瓦；白鹤滩水电站单机容量100万千瓦，是目前世界上单机容量最大的水轮发电机组水电站结构与运行水工建筑物机电设备控制系统大坝是水电站的关键建筑，常见类型包括混水轮机是将水能转化为机械能的核心设备，现代水电站配备完善的自动化控制系统，可凝土重力坝、拱坝、土石坝等主要功能是根据水头高度选用不同类型高水头300米实现无人值守运行控制系统负责监测水拦蓄水流、提高水位，创造落差，同时也起以上多用冲击式水轮机；中水头70-300位、流量、机组运行状态等参数，并根据电到防洪调度作用其他重要水工建筑还包括米多用混流式水轮机；低水头70米以下主网需求调整出力，确保安全高效运行引水系统、电站厂房等要用轴流式水轮机发电机则将机械能转化为电能水电站具有调峰调频能力强的显著优势，能够快速响应电网负荷变化，启动时间只需几分钟，是电网中重要的调节电源特别是抽水蓄能电站，可以在电网负荷低谷时抽水储能，高峰时发电，实现移峰填谷，提高电网的经济性和稳定性核能发电基础核裂变反应铀-235等重原子核吸收中子后分裂成较轻的原子核，同时释放大量能量和新的中子，形成链式反应单个铀-235原子裂变释放的能量是同质量煤炭燃烧的约300万倍热能转换核反应堆通过控制链式反应速率，保持适当功率水平反应堆冷却剂水或气体带走热量，产生高温高压蒸汽这一环节类似于传统火电厂的锅炉系统发电过程高温高压蒸汽推动汽轮机旋转，带动发电机产生电能这一环节与常规热电厂完全相同核电的独特之处在于热源不是燃料燃烧，而是核裂变反应按照反应堆类型，核电站主要分为压水堆PWR、沸水堆BWR、重水堆PHWR、气冷堆GCR等几种类型其中压水堆是目前应用最广泛的类型，我国正在运行和建设的核电机组绝大多数是压水堆，包括引进的AP

1000、EPR技术和自主开发的华龙一号等核电是一种清洁、高效、稳定的基荷电源，不排放温室气体和大气污染物，能源密度高，供电稳定可靠但同时也面临核安全、放射性废物处理等挑战，需要严格的安全标准和管理制度新能源发电简介新能源发电主要包括风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源发电形式这些能源来源于自然界的循环过程，具有可再生、低碳或零碳排放等特点，是应对气候变化、实现能源转型的重要方向中国的新能源发展迅速，截至2023年，风电和光伏发电装机容量均超过4亿千瓦，稳居世界第一在3060双碳目标2030年碳达峰，2060年碳中和的驱动下，中国正加速构建以新能源为主体的新型电力系统，预计到2025年，风电光伏总装机将达到12亿千瓦以上尽管新能源具有巨大潜力，但也面临间歇性、波动性、随机性等挑战，需要通过电网灵活性资源、先进储能技术和智能电网建设来解决系统消纳问题光伏发电系统光伏组件将太阳光能转换为直流电能逆变器将直流电转换为交流电配电系统连接电网并输送电能监控系统实时监测和管理电站运行光伏发电是基于光电效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转换为电能的技术太阳能电池主要分为晶体硅单晶硅、多晶硅、薄膜非晶硅、CIGS、CdTe等、多结和新兴钙钛矿、有机太阳能电池等几大类目前市场主流是晶体硅电池，占比超过95%中国是全球最大的光伏产品制造国和应用市场，具有完整的产业链从硅料、硅片、电池片到组件和系统集成，中国企业占据全球主导地位截至2023年，中国光伏装机容量突破

4.5亿千瓦，年发电量超过4000亿千瓦时，为全球能源转型作出重要贡献风力发电系统风轮系统传动系统发电系统包括风轮叶片、轮毂包括主轴、齿轮箱直驱包括发电机、变流器等，负责捕获风能并转型风机无此部件等，将等，将机械能转化为电化为旋转机械能现代风轮的低速大扭矩转化能现代风电机组多采大型风机叶片长度可达为高速小扭矩，适合发用双馈异步或永磁同步100米以上，扫风面积电机运行发电机相当于几个足球场控制系统包括偏航系统、变桨系统、监控系统等，确保风机安全高效运行先进的控制算法可提高发电量10%以上风力发电是将风能转化为电能的技术，根据安装位置可分为陆上风电和海上风电海上风电具有风速更高、更稳定，不占用土地，接近沿海负荷中心等优点，但建设和维护成本较高目前中国海上风电装机规模已超过3000万千瓦，居世界第一风电机组单机容量不断增长，从最初几十千瓦发展到如今的15兆瓦以上中国已建成全球单机容量最大的海上风电机组，额定功率为16兆瓦，轮毂高度达146米，叶片长度达123米，单台年发电量可达6680万千瓦时，相当于3万户家庭的年用电量输电系统基础按电压等级分类按传输方式分类•超/特高压输电线路500kV及以上•交流输电AC技术成熟，造价相对低•高压输电线路110kV-330kV•直流输电DC远距离输电损耗低，异步联网•中压配电线路10kV-35kV•低压配电线路380V/220V•柔性交流输电FACTS可控性强，输电能力高按安装方式分类•架空线路成本低，维修方便，易受天气影响•电缆线路美观，不受天气影响，成本高•气体绝缘线路GIL容量大，损耗低，造价高输电系统是电力系统的高速公路，负责将发电厂生产的电能传输到负荷中心随着电力需求增长和能源资源分布不均衡，远距离大容量输电技术日益重要中国的西电东送、北电南送和水火互济战略离不开先进输电技术的支撑中国是特高压输电技术的领先者，已建成世界上最大规模的特高压电网，包括多条±800kV和±1100kV直流输电线路，以及多条1000kV交流输电线路特高压技术大幅提升了输电容量和距离，单条特高压直流输电线路容量可达1400万千瓦，相当于一个特大型发电厂的输出输电线路结构与材料架空线路组成导线材料电缆结构架空输电线路主要由导线、绝缘子、铁塔和金具组常用导线包括铝导线A、钢芯铝绞线ACSR、铝电力电缆由导体、绝缘层、屏蔽层、保护层等构成导线承担输送电能的任务；绝缘子隔离导线与合金导线AAAC、碳纤维复合芯导线ACCC成高压电缆多采用交联聚乙烯XLPE绝缘，具铁塔；铁塔支撑导线和绝缘子；金具连接各部件等高压线路多用钢芯铝绞线，兼具铝的导电性和有电气性能好、热稳定性高等优点钢的机械强度架空线路与地下电缆各有优缺点架空线路造价低、散热好、故障易发现修复，但占地面积大、易受外界干扰；地下电缆不受气象影响、美观安全、占地少，但造价高是同等架空线3-10倍、散热差、故障定位和修复难度大在超高压输电领域，还有气体绝缘金属封闭输电线路GIL技术，采用SF6气体作为绝缘介质，封闭在金属管道内，具有输电容量大、损耗低、安全可靠等优点，适用于地下隧道、江河跨越等特殊场景，但造价极高，应用有限输电损耗与效率电力变电站功能电压转换通过变压器将电压升高或降低，满足输电和配电需求升压站将发电厂输出的中等电压如20kV升至高压或超高压如500kV进行远距离输送；而降压站则将高压电压降至中低压供终端用户使用电能分配变电站是电网的枢纽，通过母线和开关设备将电能分配至不同线路通过合理配置母线分段、联络开关等，可以灵活调整电能流向，提高供电可靠性系统保护变电站配备各类继电保护和安全自动装置，在系统发生故障时快速隔离故障区域，防止故障扩大典型保护装置包括距离保护、差动保护、过流保护等运行监控通过量测、信号和控制系统，实时监视系统运行状态，并进行必要的调整现代变电站普遍采用综合自动化系统，实现少人值守甚至无人值守运行变电站是电力系统中连接发电和用电的关键节点，在保障电力系统安全稳定运行中发挥着至关重要的作用根据电压等级和功能不同，变电站可分为超高压、高压、中压变电站，以及枢纽站、区域站和配电站等多种类型随着技术发展，传统变电站正向智能变电站演进，特点是采用先进的信息和通信技术，实现一次设备与二次系统的数字化、网络化、标准化中国已建成全球最大规模的智能变电站群，显著提高了电网的自动化水平和运行效率变压器工作原理电磁感应变压器原理基于法拉第电磁感应定律交变电流在初级线圈中产生交变磁通，此磁通穿过铁芯传递到次级线圈，在次级线圈中感应出电动势电压变换初、次级电压之比等于初、次级线圈匝数之比U₁/U₂=N₁/N₂若N₁N₂则为降压变压器；若N₁电流传递理想变压器的初、次级电流之比与匝数比成反比I₁/I₂=N₂/N₁这保证3了功率守恒U₁I₁=U₂I₂实际变压器并非理想的，存在铁损铁芯磁滞损耗和涡流损耗和铜损绕组电阻损耗变压器的负载损耗随着负载电流的平方增加，而空载损耗则主要取决于电压大型电力变压器的效率通常在98%以上，是电气设备中效率最高的设备之一按相数分，变压器可分为单相变压器和三相变压器；按冷却方式分，有干式、油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷等类型；按用途分，有电力变压器、配电变压器、特种变压器等特殊类型如自耦变压器可在匝数较少的情况下实现电压变换，而移相变压器则可用于控制电力潮流典型变电站布局户外变电站变电站智能变电站GIS广泛应用于高压和超高压系统，设备布置在室外，占采用SF6气体绝缘金属封闭开关设备，将各种高压电采用先进的电子式互感器、智能终端和网络通信技地面积大，建设成本相对较低，通风散热良好，适用器元件密封在接地金属外壳内，具有占地面积小仅术，实现设备状态全面监测、运行信息高效共享和控于郊区和乡村地区典型布局包括主变压器区、高压为常规站的1/10左右、可靠性高、维护少等优点制命令快速执行特点是数字化、网络化、标准化，设备区、控制楼等功能区域，四周设有围墙和防护措广泛应用于城市中心区、高地价地区和恶劣环境条件可实现高度自动化运行，是现代变电站的发展方向施下变电站布局设计遵循安全第

一、技术先进、经济合理的原则，需考虑电气连接方式、设备布置、安全距离、通道宽度、检修空间等因素常见的电气主接线方式有单母线、双母线、环形母线、桥形接线等，根据供电可靠性要求和负荷重要程度选择随着城市化进程加快，变电站向着小型化、智能化、环保化方向发展新一代变电站采用模块化设计，将变压器与开关设备一体化，并应用噪声控制、电磁屏蔽等技术，有效减少对周围环境的影响，更易于融入城市景观配电系统概述放射状配电网环网配电网供电路径单一，结构简单，造价低，但可靠性较差形成闭环结构，可双侧电源供电，可靠性高，但造一般用于农村地区或非重要负荷价较高广泛用于城市区域和重要负荷1树干式配电网网状配电网3主干线较粗，分支线逐渐减小，类似树干结构投各配电站间有多条联络线路，可靠性最高，但结构资适中，维护方便，适用于中等负荷密度区域复杂，造价最高主要用于负荷密集的市中心区配电系统是电力系统的最后一公里，直接面向终端用户，负责将电能分配给各类用电设备从电压等级看，配电系统主要包括中压配电网10kV-35kV和低压配电网380V/220V配电网的特点是网架结构简单、辐射范围有限、用户类型多样输电、变电、配电三级系统的关系是输电系统负责远距离大容量输送，变电系统进行电压转换和电能分配，配电系统则直接供电给终端用户三者环环相扣，共同保障电能从发电厂安全可靠地送到千家万户随着分布式能源的发展，配电网正从传统的单向供电向双向互动的智能配电网转变用户端电能供应居民用电商业用电工业用电特殊用电特点是负荷小而分散，用电设包括商场、办公楼、宾馆等，负荷大而集中，以电动机为包括医院、数据中心、交通枢备以照明、家电为主，负荷率用电设备以照明、空调、电梯主，用电时间长，负荷率高纽等，对供电可靠性要求极低，峰谷差大通常采用为主，日间用电高，夜间低大型工业用户直接从变电站接高通常采用多路电源供电，220V单相供电，安全保护以供电电压多为380V三相，采入，甚至拥有专用变电站，电并配备不间断电源UPS或柴漏电保护为主中国居民年人用智能配电系统，注重供电可压等级从380V到35kV不等油发电机组等备用电源，确保均用电量约900千瓦时，城市靠性和能效管理高级商业建工业用电占社会总用电量的在电网故障时能持续供电居民用电量高于农村筑常设置应急发电系统60%以上，是节能减排重点用电安全是用户端电能供应的首要要求中国居民用电安全标准规定，必须采用三相五线制三相四线+保护地线配电系统，并在用户入口安装剩余电流动作保护装置漏电保护器，保护电流不大于30mA，动作时间不大于

0.1秒，有效防止触电事故随着用电设备智能化程度提高，智能电表、智能插座、家庭能源管理系统等新技术正在改变传统用电方式这些智能设备可以实时监测用电情况，优化用电行为，提高能源利用效率，也为实施分时电价、需求响应等新型电力交易模式创造了条件电能质量基础电能质量是指电力系统向用户提供的电能质量特性的总称，主要包括电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动与闪变、电压暂降与短时中断等指标良好的电能质量对保障用电设备正常运行、延长设备寿命、提高生产效率具有重要意义电能质量问题主要有两类来源一是电力系统本身的问题，如线路阻抗、系统短路等；二是用户侧的问题，如非线性负载变频器、整流器等产生的谐波干扰随着电力电子设备和敏感负载的广泛应用，电能质量问题日益突出改善电能质量的主要技术包括无功补偿装置如电容器组、静止无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM、谐波治理设备如有源电力滤波器APF、动态电压恢复器DVR和不间断电源UPS等中国标准GB/T12325-2008规定了各项电能质量指标的限值用电负荷分类典型用电设备电动机照明设备电热设备工业用电的主体，约占工业用电量的70%按工作电源分为直流和分为白炽灯、荧光灯、LED灯等LED照明具有高效、长寿命、包括电炉、电锅炉、电熨斗等，直接将电能转化为热能工业电加交流电动机；按结构分为同步、异步电动机等大型电动机启动电响应快等优点，能效是白炽灯的8-10倍，已成为主流中国年照明热设备功率可达几十兆瓦，对电网有较大影响电热设备的能效比流可达额定电流的5-7倍，对电网冲击大，需采取软启动措施先耗电约4000亿千瓦时，全面推广LED可节电60%以上智能照明传统燃煤、燃气加热高，但运行成本较高新型电加热如电磁感应进的变频调速技术可节电15-40%系统结合感应控制、时间控制可进一步提高能效加热、微波加热能效更高随着智能家居的普及，家用电器正向网络化、智能化方向发展智能家电可通过互联网远程控制，根据电价和用户习惯自动调整运行模式，如在电价低谷时段运行洗衣机、热水器等，既方便用户又减轻电网峰值负荷电动汽车作为新型用电负荷，能源转换效率高约为传统燃油车的3倍，但充电功率大家用慢充3-7kW，快充可达数百kW，集中充电会对配电网造成冲击通过电池梯次利用和V2G车网互动技术，电动汽车未来还可作为移动储能装置，为电网提供辅助服务电力系统自动化基础现场层由各类传感器、测量装置和执行机构组成，负责采集系统运行数据及执行控制命令站控层由各种智能终端和控制装置组成，负责数据处理、分析和初步决策通信层提供各层级间的数据传输通道，包括光纤、无线、卫星等多种通信方式调度层由调度中心的SCADA/EMS系统组成，负责全网监控、协调和优化电力系统自动化是指利用计算机、通信和控制技术，实现电力系统的监测、控制和管理自动化主要包括发电厂自动化、变电站自动化、配电自动化和调度自动化等环节这些技术共同构成了现代电力系统的神经网络，保障电力系统安全、可靠、经济地运行SCADA监控与数据采集系统是电力自动化的核心，负责采集实时数据、显示系统状态、执行远程控制等基本功能EMS能量管理系统则基于SCADA数据进行高级应用，如状态估计、潮流计算、安全分析、经济调度等DMS配电管理系统专注于配电网的监控和管理，具有配电网分析、故障处理和负荷管理等功能电力调度与运行管理负荷预测根据历史数据、天气预报、社会事件等因素，预测未来的用电负荷包括短期日前、日内、中期周、月和长期年、多年预测准确的负荷预测是电力系统经济调度和安全运行的基础发电计划与调度在满足安全约束的前提下，合理安排各发电机组的启停和出力，以最经济的方式满足负荷需求随着新能源并网比例增加，调度工作复杂度显著提高，需要更先进的优化算法和智能决策支持实时控制通过AGC自动发电控制和AVC自动电压控制系统，实时调整发电机组出力和电压，保持系统频率和电压稳定这种闭环控制可快速响应负荷变化，维持系统平衡应急处理监控系统状态，在发生故障或异常情况时迅速采取相应措施，如启动备用电源、调整运行方式、必要时实施有序负荷控制等，确保系统安全稳定运行电力调度中心是电力系统的大脑，负责协调整个电力系统的运行中国的电力调度体系分为五级国家电网调度中心、区域电网调度机构、省级电网调度机构、地市级供电调度机构和县级供电调度机构，形成了分级管理、分级负责的调度体系随着能源转型和电力市场化改革，电力调度正从传统的计划调度向计划与市场相结合的新模式转变电力现货市场的建立要求调度机构既要保障系统安全，又要尊重市场出清结果，这对调度技术和管理水平提出了更高要求系统稳态与稳定性±

500.2频率稳定范围Hz正常运行时的系统频率允许偏差±5%电压合格率要求电压允许偏离额定值的百分比°30典型功角稳定裕度系统维持同步运行的相角安全边界300ms关键故障清除时间保持系统稳定所需的最大故障清除时间电力系统稳定性是指系统在受到扰动后维持或恢复到原平衡状态的能力主要分为静态稳定小扰动稳定和暂态稳定大扰动稳定两类静态稳定关注系统在小扰动下的运行特性；暂态稳定则关注系统在短路等大扰动后的动态过程影响系统稳定性的因素很多，包括系统结构、负荷特性、设备参数、运行方式等提高系统稳定性的措施包括增强网架结构、安装动态无功补偿装置、应用快速励磁系统、配置自动安全装置等现代电力系统越来越依赖计算机仿真和智能控制技术来分析和提高系统稳定性电力系统保护基本原理可靠性在规定条件下正确动作选择性只切除故障设备，不影响正常设备速动性3快速隔离故障，减轻故障影响灵敏性能够检测到保护范围内的最小故障继电保护是电力系统的免疫系统，是保障电力系统安全运行的第一道防线当系统发生短路、接地等故障时，继电保护能够迅速切除故障设备，防止故障扩大，保护设备免受损坏，并尽可能减少对正常供电的影响现代继电保护已从传统的电磁型继电器发展为基于微处理器的数字保护装置数字保护具有逻辑功能强、准确度高、自检能力强、通信功能完善等优点，广泛应用于各电压等级的电力设备保护典型的保护类型包括过流保护、距离保护、差动保护、母线保护、变压器保护等，它们根据不同的原理和适用场景共同构成一个完整的保护体系故障类型与分析故障类型特点发生概率危害程度单相接地一相导体与大地接70-80%中等触两相短路两相导体直接接触10-15%严重两相接地两相同时接地5-10%严重三相短路三相导体相互接触3-5%极严重断线导线物理断开5-8%轻微至严重电力系统故障是指系统中的元件或设备偏离正常工作状态的现象故障可能导致供电中断、设备损坏、系统崩溃等严重后果根据故障性质，可分为短路故障、接地故障、断线故障和系统失稳等类型在高压输电系统中，大多数故障约85%是暂时性的，通过自动重合闸可以恢复正常供电故障分析和定位是系统恢复的关键步骤现代电网广泛应用故障录波器、PMU相量测量单元和故障定位系统，结合人工智能技术，能够快速准确地判断故障类型和位置针对不同故障类型，需采取不同的处理措施如短路故障需快速切除；断线故障需检修更换；系统失稳则需实施紧急控制措施，如切机、切负荷等电力系统安全运行措施人员安全管理包括资质认证、安全培训、操作票制度、工作许可制度等电力行业实行三种人值班、检修、监护分工制度和两票三制工作票、操作票和交接班制、巡视制、检修制管理制度，确保各项工作安全规范进行设备安全管理包括设备定期检修、预防性试验、状态监测和寿命评估等通过科学的设备管理延长设备使用寿命，降低故障率，提高供电可靠性现代设备管理已从传统的时间基维护向状态基维护转变应急预案与演练针对各类可能的事故和自然灾害制定详细的应急预案，并定期组织演练中国电网已建立了覆盖各级电力企业的应急体系，能够有效应对台风、地震、冰灾等极端事件智能安全技术应用大数据、人工智能等技术提升安全管理水平如基于AI的电网风险预警系统、无人机巡检技术、VR安全培训系统等，显著提高了安全管理的效率和精准度电力系统安全运行是一项系统工程，涉及技术、管理、文化等多个层面安全生产的核心理念是安全第

一、预防为主、综合治理中国电力行业实施严格的安全生产责任制，各级管理人员对各自管辖范围内的安全工作负责，形成了完整的安全责任链条近年来，随着智能电网建设推进，电力安全管理也在向数字化、智能化方向发展利用物联网技术实现设备状态全面感知，通过大数据分析实现风险精准预警，依靠专家系统辅助决策处置，构建起全方位、全过程、全要素的智能安全防护体系，有效提升了电力系统的安全韧性电力市场与电能交易电力市场模式市场参与主体电价机制中国电力市场经历了从计划经济模式向计划+市场的主要包括发电企业、电网企业、售电公司、电力用户、从传统的政府定价逐步向市场化定价转变目前实行发双轨制模式，再向市场主导模式的演进过程目前已建独立系统运营商ISO和市场管理机构等随着市场化电侧市场竞价、输配电价政府定价、零售侧部分市场化立了中长期交易、现货交易、辅助服务和容量市场等多改革深入，售电侧放开力度加大，各类市场主体超过的管住中间、放开两头价格机制大用户直购电、跨层次市场体系，各省市根据自身特点采用不同的市场模10万家，形成多元竞争格局省跨区交易等市场化交易比例持续提高式电力市场化改革是中国能源领域的重要改革2015年中共中央、国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》9号文，确立了三放开、一独立、三加强的改革路径，即放开发电侧和售电侧竞争性环节，有序放开用户侧选择权；推进交易机构相对独立；加强政府监管，强化电力统筹规划，加强电力安全高效运行和可靠供应电力是特殊商品，其实时平衡、不可存储、输送受物理规律约束等特性使电力市场不同于一般商品市场电力市场设计需综合考虑经济效率、安全可靠和环保可持续等多重目标，平衡好短期市场效率与长期投资激励的关系随着新能源比例提高，如何设计适应高比例可再生能源的市场机制是当前研究热点计量与电能表计感应式电能表电子式电能表智能电能表传统机械式电表，利用电磁感应原理工作特点是结构简单，可靠性高，但精采用电子元器件和微处理器设计的现代电表特点是精度高可达

0.2S级，可具备双向通信能力的高级电子表，是智能电网的重要终端除基本计量功能外，度一般

2.0级，且只能单向计量，无附加功能在农村地区仍有一定使用比实现多费率计量、双向计量、负荷记录等功能根据通信方式又分为本地表、还具备用电信息采集、用电行为分析、需求侧响应等高级功能，支持远程费控、例，但正逐步被电子式电能表替代远程表、预付费表等多种类型远程升级等操作电网互联与调峰交直流输电（技术）HVDC交流转直流直流输电整流器将交流电转换为直流电通过直流线路长距离输送电能接入交流电网直流转交流4通过交流滤波和无功补偿并入电网逆变器将直流电转换回交流电高压直流输电HVDC是一种重要的远距离大容量输电技术与交流输电相比，直流输电具有线路走廊窄、线损低、无同步问题、控制灵活等优势特别是在超远距离800公里以上输电时，考虑到交流线路的电抗补偿和稳定问题，直流输电方案通常更具经济性和技术优势中国是HVDC技术的全球领导者，自主建成了多项世界级工程±1100kV昌吉-古泉特高压直流工程是全球电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远的输电工程，输送容量1200万千瓦，输电距离3293公里；±800kV云贵互联直流工程是世界首个多端柔性直流输电工程随着电力电子技术的发展，传统的晶闸管换流器LCC技术已经发展到电压源换流器VSC和模块化多电平换流器MMC技术，大大提高了直流系统的控制灵活性和可靠性这些技术突破为未来构建特高压交直流混合电网和全球能源互联网奠定了基础智能电网简介智能感知通过各类传感器和智能终端，实现电网运行状态的全面实时监测包括PMU相量测量单元、智能电表、电子式互感器等先进测量设备，以及光纤、无线、卫星等多种通信网络，形成覆盖全网的信息采集系统智能控制基于先进计算和控制技术，实现电网的自动化和智能化运行包括自愈控制技术、协调控制技术和自适应保护等，能够在故障发生时快速识别、隔离并恢复供电，大幅提高系统可靠性和运行效率用户互动通过智能电表、能效管理系统和需求响应平台，使用户从被动接受电能的消费者转变为能源的积极参与者用户可以根据电价信号调整用电行为，甚至通过分布式能源向电网反向供电能源整合支持多种能源形式的接入和协调运行，包括大规模集中式新能源和分布式能源，以及各类储能设施通过先进的预测、调度和控制技术，提高可再生能源的消纳能力智能电网是在传统电网基础上，通过集成先进的传感、通信、计算和控制技术，实现电网可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的现代电网智能电网的发展经历了从自动化、信息化到智能化的演进过程，是能源转型和数字经济时代电力系统的必然发展方向中国智能电网建设取得显著成效，已建成世界上规模最大的智能电网特高压骨干网架初具规模，智能变电站和配电自动化覆盖率大幅提升，智能用电服务广泛应用，电网调控水平显著提高未来，智能电网将向能源互联网方向发展，实现源-网-荷-储的全面协调互动，支撑清洁低碳、安全高效的能源体系构建微电网与分布式能源微电网是一个能够自我控制、保护和管理的小型电力系统，包含分布式电源、储能系统、负荷和控制系统微电网可以并网运行，也可以孤岛运行，具有很强的灵活性和自主性典型应用场景包括偏远地区、海岛、大型建筑、工业园区、校园等分布式能源是指分散布置在用户附近的小型能源系统，主要包括分布式光伏、分布式风电、小型水电、生物质能、燃气轮机等与集中式大型电源相比，分布式能源具有损耗小、环保高效、灵活可靠等优势，特别适合能源就地生产、就地消费中国高度重视分布式能源和微电网发展，截至2023年，分布式光伏装机容量超过

1.5亿千瓦，分布式风电快速增长，工商业用户光伏自发自用模式日益普及十四五期间，我国将积极推进以微电网为支撑的县域智慧能源体系建设，打造一批示范项目，促进能源生产和消费方式变革先进储能技术电化学储能物理储能新兴储能技术包括锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池、液流电池等锂离包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等抽水蓄能是目包括液态空气储能、重力储能、超级电容器和超导储能等子电池因能量密度高、寿命长等优势，已成为最主流的储能前最成熟、规模最大的储能技术，全球装机容量超过

1.7亿千这些技术各有特点液态空气储能能量密度高；重力储能成技术，在电网调峰、调频和分布式储能中广泛应用中国已瓦，中国装机容量约4500万千瓦，规划到2025年达到本低、寿命长；超级电容器功率密度高，适合短时大功率应建成全球最大的电化学储能装机规模，超过1000万千瓦6200万千瓦，远景规划装机将超过1亿千瓦用；超导储能响应速度极快，适合电能质量控制储能是电力系统的缓冲器和平衡器，能够实现电能在时间上的转移，解决电力生产与消费在时间上的不匹配问题随着可再生能源比例提高，储能在电力系统中的作用日益重要，已成为构建新型电力系统的关键支撑技术中国储能产业发展迅速，政策支持力度不断加大2021年发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出，到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达3000万千瓦以上目前，中国已形成完整的储能产业链，在电池材料、电池制造、系统集成等环节具有全球竞争力电动汽车与电力系统万1501年中国新能源汽车保有量2023占全球新能源汽车总量约60%35%年中国新能源汽车销量占比2023较2022年提升12个百分点千瓦7家用慢充功率一般需6-8小时充满千瓦350超级快充功率15分钟可充电80%电动汽车EV作为电力系统的新型移动负荷，正在快速改变电力负荷特性和用电模式大规模电动汽车的集中充电可能导致配电网过载、电压越限和谐波污染等问题研究表明，若无序充电，电动汽车渗透率达到20%时，将导致配电变压器负载增加30%以上，配电网改造需求巨大然而，通过车网互动V2G技术，电动汽车不仅是电能消费者，还可以成为移动储能单元，为电网提供调峰、调频等辅助服务智能充电策略如低谷充电、延时充电和分时电价机制可以引导电动汽车错峰充电，减轻电网峰值负荷未来，随着电动汽车与可再生能源、储能、智能电网的深度融合，将形成源-网-荷-储-车多元互动的新型电力系统电力系统节能降碳技术能源结构优化大力发展清洁能源发电电力生产高效化提高发电、输电、用电效率电能替代技术3以电代煤、以电代油、以电代气碳捕集与利用4减少碳排放，促进碳循环碳市场体系建设建立完善碳交易和碳定价机制电力行业是能源生产和消费的主战场，也是碳排放的重要领域，在碳达峰碳中和目标实现中具有关键作用中国已提出3060双碳目标力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和围绕这一目标，电力行业正在推进多项节能降碳技术和政策在供给侧，大力发展风电、光伏等可再生能源，提高清洁能源占比；提升煤电机组效率，推广超超临界、IGCC等高效清洁燃煤发电技术；建设智能电网和特高压电网，优化能源资源配置，减少输配电损耗在需求侧，推广电能替代，鼓励以电代煤、以电代油；实施需求侧管理，推行合同能源管理和能效交易；建立全国碳排放权交易市场，引导企业主动降碳减排电力系统标准与规范电力系统标准是保障电力系统安全可靠运行的技术基础，涵盖电力系统规划、设计、施工、运行、维护等各个环节中国电力标准体系包括国家标准GB、行业标准DL、地方标准和企业标准，形成了完整的标准体系其中较为重要的标准包括《电力系统安全稳定导则》、《电网调度管理规定》、《电力系统调度自动化设计技术规程》等国际上，IEC国际电工委员会、IEEE电气电子工程师学会和ISO国际标准化组织是电力领域最主要的标准制定机构中国积极参与国际标准制定工作，已主导或参与制定多项国际标准，如特高压输电、柔性直流输电、智能电网等领域的标准，提升了中国电力技术的国际影响力随着电力技术的发展和能源转型的深入，新领域标准不断完善如分布式能源并网标准、电动汽车充电接口标准、储能系统接入标准等，为新技术的规范应用提供了技术支撑标准不仅是技术规范，也是产业发展的引领者和推动者新兴技术前瞻区块链与能源互联网区块链在电力中的应用能源互联网多能互补区块链具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点，可用能源互联网是以电力系统为核心，融合多种能源形式、多能互补是能源互联网的重要特征，指电力、热力、燃于构建安全可信的电力交易平台典型应用包括分布式信息技术和市场机制的综合能源网络其特点是四个气等多种能源的协同规划和优化运行通过能源站、热能源点对点交易、碳排放权交易、电动汽车充电服务、互联互通能源生产互联互通、能量传输互联互通、电联产、电制氢等技术，实现不同能源形式的高效转换可再生能源证书等区块链技术可降低交易成本，提高能源消费互联互通和能源市场互联互通能源互联网将和利用，提高能源系统整体效率，促进可再生能源消纳系统透明度，激发市场活力彻底改变传统能源供应方式区块链与能源互联网是能源数字化转型的两大技术支柱区块链提供了去中心化的信任机制和交易框架，能源互联网则提供了物理基础设施和运行模式二者结合，可以构建一个更加开放、高效、共享的能源生态系统中国提出建设全球能源互联网的倡议，旨在通过特高压和智能电网技术，将世界各地的清洁能源连接起来，实现能源资源的全球优化配置这一愿景包含一个目标、两个替代、三个阶段一个目标是满足全球电力需求；两个替代是清洁替代和电能替代；三个阶段是国内互联、洲内互联和全球互联主要知识点回顾电力系统新技术电力系统运行与控制了解智能电网、微电网与分布式能源、先进发电、输电与配电理解电力系统自动化基础，掌握电力调度与储能技术、电动汽车与电力系统的关系以及电力系统基础了解各类发电方式的原理与特点，包括火电、运行管理要点，了解系统稳态与稳定性概念，节能降碳技术等前沿知识这些将引领电力掌握电力系统的定义、组成和基本原理，理水电、核电和新能源发电；掌握输电线路的熟悉电力系统保护原理和故障类型这些知系统未来发展方向，代表行业最新技术趋势解电路基础知识、交流电、三相电等基本概类型、结构和损耗特性；理解变电站的功能识是确保电力系统安全稳定运行的关键念，熟悉常用物理量与单位这些是理解整和布局；熟悉配电系统的结构和特点这四个电力系统的基础知识，也是后续学习的前大环节构成了完整的电力系统链条提掌握电力系统知识需要建立系统思维，既要了解各环节具体技术细节，又要理解各部分间的关联和整体协调运行的原理在学习过程中，应注重理论与实践结合，加强直观认识，深入理解各种电力设备的工作原理和运行特性复习过程中，建议以典型案例为引导，将抽象概念与具体应用相结合例如，通过分析实际故障案例理解保护原理，通过电网调峰实例掌握电力调度要点，通过新能源消纳问题理解储能技术价值系统化的学习和多角度的思考将帮助你更好地掌握电力系统知识课程复习与答疑易错知识点电压与电流的相位关系易错知识点有功功率与无功功率易错知识点三相系统中的电压和电流学生常混淆电感性负载和电容性负载中电压与电流的有功功率P单位:W是真正做功的功率；无功功率在三相平衡负载中，线电压UL与相电压UP的关系相位关系记住在感性负载中，电流滞后于电压Q单位:var用于建立电磁场但不消耗能量；视在功为Y接法，UL=√3UP；Δ接法，UL=UP线电90°；在容性负载中，电流超前于电压90°这是理率S单位:VA是有功功率和无功功率的矢量和，流IL与相电流IP的关系为Y接法，IL=IP；Δ接解功率因数和无功功率的基础S²=P²+Q²功率因数cosφ=P/S，反映电能利用效法，IL=√3IP理解这些关系对分析三相系统至关率重要学习电力系统时，许多学生对电力潮流计算感到困难需要明确的是，潮流计算是求解非线性方程组的过程，通常采用牛顿-拉夫森迭代法计算中，每个节点可能有四个变量有功功率P、无功功率Q、电压幅值V和相角θ，根据已知两个变量求解另外两个发电机节点通常已知P和V，负荷节点已知P和Q，平衡节点已知V和θ关于保护配合，学生经常混淆时限和电流配合原则时限配合是指不同级别保护动作时间有明确间隔，确保选择性；电流配合是指上下级保护动作电流具有一定倍比关系，确保灵敏性在实际系统中，常综合应用这两种原则，确保保护既能正确动作又能保持选择性对于容易混淆的概念，如调频与调峰、AGC与AVC等，建议制作对比表格加深理解如需更多帮助，请利用教学资源网站上的在线模拟软件进行实操练习，巩固理论知识展望与结束语新型电力系统能源数字化跨学科人才中国正加快构建以新能源为主体的新型电力系统，这一数字技术与能源系统深度融合是未来趋势人工智能、未来电力系统对人才提出更高要求，不仅需要扎实的电系统以高比例可再生能源为特征，需要更强的灵活性资大数据、物联网等技术将彻底改变电力系统的规划、运力专业知识，还需要计算机、通信、经济、管理等多学源、更先进的调度技术和更智能的电网架构到2030行和管理方式虚拟电厂、需求响应平台、能源区块链科背景电力+复合型人才将成为行业热点，能够在年，中国可再生能源装机有望超过12亿千瓦，占总装等新业态将蓬勃发展，推动电力行业商业模式创新传统电力与新兴领域之间架起桥梁的人才更具竞争力机的一半以上电力系统是现代社会的命脉，也是能源转型的主战场随着双碳目标的推进，电力系统正经历前所未有的变革，从传统的集中式发电、单向流动的系统，向分布式、智能化、互动化方向迈进这一转变不仅是技术层面的更新迭代，更是能源生产和消费模式的根本性变革学习电力系统知识，不仅为相关专业的就业创业打下基础，更能培养系统思维和跨界视野电力行业的人才需求持续旺盛，特别是在电网规划、智能电网、新能源并网、电力市场等新兴领域希望同学们能够将所学知识与时代发展紧密结合，抓住能源革命带来的历史机遇，为中国乃至世界的清洁能源转型贡献力量电力系统的未来，期待着你们的创新与实践！。