《电力系统基础》课件

《电力系统基础》欢迎来到《电力系统基础》课程本课程将带您深入了解电力系统的核心原理、结构组成和运行特性，揭示这一现代社会命脉的内部工作机制通过系统学习，您将掌握从发电、输电到配电的全流程知识，理解电力系统的运行规律，为未来在电力行业的学习和工作奠定坚实基础课程概述课程目标通过系统学习，使学生全面掌握电力系统的基本原理、组成结构及运行特性，建立电力系统整体概念，为后续专业课程学习打下坚实基础学习重点重点关注电力系统的组成要素、运行特性、分析方法及相关计算技术，培养学生分析和解决电力系统基本问题的能力适用对象本课程主要面向电气工程及其自动化专业的本科生，也适合从事电力系统设计、运行与管理的相关技术人员学习参考先修课程学习本课程前，需先修电路理论、电机学等基础课程，掌握电路分析基本方法和电机基本原理第一章电力系统概述电力系统定义与发展历史从爱迪生的第一个发电站到现代智能电网现代电力系统的特点与挑战大规模、高度互联、复杂性不断提升全球电力系统发展趋势清洁化、数字化、智能化、市场化电力系统是现代社会的基础设施，经历了一百多年的发展，从单一的发电厂发展到今天的大规模互联电网中国电力系统规模庞大，拥有亿千瓦的装机容量，已成为世界上最大的电力系统之一

7.4电力系统的定义系统构成电力系统是由发电厂、变电所、输电线路及用电设备组成的有机统一体，共同实现电能的生产、传输、分配和消费过程同步运行电力系统实现了发电、输电与用电的同时完成，这种高度协调的同步运行是其独特之处，任何环节的故障都可能影响整体运行不可储存性电能生产与消费必须同时进行，这种不可储存性是电力系统的核心特征，也是电力生产与其他工业生产的本质区别运行要求电力系统必须保证安全、可靠、连续运行，任何中断都可能造成严重的经济损失和社会影响，这决定了其高可靠性要求电力系统的组成部分发电厂电力网电力系统的源头，负责将一次能源（如煤炭、水能、核能等）转换为电能负责输送与分配电能的网络系统火力发电厂输电系统••水力发电厂配电系统••核能发电厂变电站••新能源发电站•监控系统用电设备协调与管理电力系统运行的神经中枢消耗电能的各类终端设备调度控制中心工业负荷••自动化系统商业负荷••保护装置居民负荷••发电厂的分类火力发电厂利用煤炭、天然气等化石燃料燃烧产生的热能转化为电能，是目前中国主要的发电形式，占总发电量的约具有建设周期短、运行可靠、调节性能好等优点，但面临环65%保压力水力发电厂利用水位落差产生的势能转化为电能，是清洁的可再生能源发电方式，在中国占总发电量的约具有运行成本低、无污染、可调节等优点，但受地理条件和季节影响大17%核能发电厂利用核裂变反应释放的热能转化为电能，具有能量密度高、运行稳定、无大气污染等特点，在中国占总发电量的约，是未来重要的清洁能源来源5%电力网的构成用户系统（、）380V220V直接向终端用户供电的低压系统配电系统（、、）110kV35kV10kV将电能分配到各区域用户输电系统（、、、）750kV500kV330kV220kV长距离大容量输送电能电力网按电压等级划分为不同层次，形成金字塔结构超高压输电系统是电力网的骨干，负责长距离大容量输电，常用电压等级为、500kV；高压输电系统主要为、，负责区域内电能传输；中压配电系统为、、，负责区域配电；低压系统750kV220kV330kV110kV35kV10kV为，直接面向终端用户供电380V/220V电力系统的生产特点发、供、用同时完成电能不能大规模储存电力生产与消费几乎同时进行，生产的电能必须立即被消费，这尽管有抽水蓄能、电池储能等技术，但电能的大规模储存仍面临是电力系统区别于其他工业生产的根本特点发电机组产生的电技术和经济性挑战目前储能装机容量仅占总装机的很小比例，能通过电网瞬时传输到用户，整个过程在毫秒级时间内完成远不能满足系统平衡需求这一特点使得电力系统必须根据负荷变化实时调整发电出力，形这一特点要求电力系统必须时刻保持生产与消费的平衡，否则将成了复杂的调度运行机制随着可再生能源比例增加，储能技术导致系统频率和电压的波动，严重时可能引发系统崩溃成为关键发展方向电力系统的基本要求安全可靠经济电力系统必须保持稳定运行，电力供应必须持续不间断，供电力系统应以最低成本运行，能够抵御各种故障和干扰，防电可靠性通常要求达到通过经济调度、负荷管理和设

99.9%止大面积停电事故发生这需以上通过设备冗余配置、网备优化配置，实现资源的高效要完善的安全防护措施和应急络结构优化和先进的保护控制利用经济性要求在保证安全响应机制，确保系统在各种条技术，确保即使在某些设备故可靠的前提下，最大限度降低件下都能维持正常运行状态障情况下，仍能保证用户的电发电成本、输电损耗和运维费力供应用环保电力生产和传输过程应尽量减少对环境的影响，包括减少温室气体排放、降低污染物排放和减少生态破坏这要求提高清洁能源比例，采用先进的环保技术和设备第二章发电厂基础知识发电厂功能与分类能量转换中心，按能源类型和功能分类主要设备与系统发电机组、锅炉汽轮机、辅助系统/厂用电系统保障发电厂自身运行的电力供应系统电气主接线发电厂内部电气连接方式发电厂是电力系统的源头，负责将各种一次能源转换为电能不同类型的发电厂有着各自的技术特点和运行方式，但都需要完善的电气系统和辅助设备来保障安全可靠运行本章将系统介绍发电厂的基本构成和工作原理火力发电厂工作原理燃料燃烧产生热能热能转化为蒸汽能煤炭或天然气在锅炉中燃烧，释放化学锅炉加热水生成高温高压蒸汽°，538C能转化为热能

13.7MPa机械能转化为电能蒸汽能转化为机械能3汽轮机带动发电机旋转，产生电能高压蒸汽推动汽轮机旋转，产生机械能火力发电厂是一个多级能量转换系统，通过燃料蒸汽机械电能的转换链，实现化学能到电能的转化现代超超临界火电机组热效---率可达左右，但仍有大量热能以冷却水或烟气形式散失冷却系统和燃料供应系统是火电厂的重要辅助系统，保障主系统的连续45%稳定运行水力发电厂工作原理水能收集与储存通过水库收集并储存水能，形成上下游水位差水在高处具有势能，这是水力发电的能量来源水库还具有调节功能，可以根据电力需求调整发电量水能转化为机械能高位水流经压力管道到达水轮机，水流冲击水轮机叶片产生旋转力矩不同类型的水轮机如冲击式、反击式、轴流式适用于不同的水头条件，转化效率可达以上90%机械能转化为电能水轮机带动发电机旋转，通过电磁感应原理将机械能转化为电能发电机产生的电能经升压后并入电网水电站的调速器能快速响应负荷变化，具有良好的调节性能核能发电厂工作原理3000MW92%单机容量年利用小时数现代三代核电机组的典型装机规模核电机组的典型年利用率水平年33%60热效率设计寿命核电站的能量转换效率三代核电机组的设计运行年限核能发电厂通过控制核裂变反应释放巨大热能，该热能加热冷却剂（通常是水），产生蒸汽驱动汽轮机发电压水堆是目前最常用的反应堆类型，采用两个独立的水循环系统，一回路水在高压下PWR不沸腾，二回路水汽化驱动汽轮机核电站拥有多重安全屏障和冷却系统，确保在各种条件下安全运行第三代核电技术如、华龙一号等采用了先进的被动安全系统，大幅提高了安全性能第四代核电技术如快堆、高温气冷堆等正在研发中，有望进一步提高燃料利用率和安全性AP1000新能源发电技术风力发电通过风力驱动风轮旋转带动发电机发电，现代大型风电机组单机容量已达，特别是海上风电发展迅速太阳能发3-10MW电主要包括光伏发电（直接将光能转化为电能）和光热发电（聚集太阳热能产生蒸汽发电）两种技术路线生物质能发电利用农林废弃物等有机物质作为燃料，通过直接燃烧或气化等方式产生电能，具有碳中性特点新能源发电的间歇性和波动性是并网的主要技术挑战，需要配合储能技术和先进的电网调控技术来解决随着技术进步和规模扩大，新能源发电成本持续下降，竞争力不断提升发电厂电气系统升压变电站升压变电站将发电机输出的中压电能升压至高压或超高压及以上，便于10-20kV220kV远距离输送主要设备包括主变压器、断路器、隔离开关、互感器和避雷器等现代升压站多采用气体绝缘设备，占地小，可靠性高GIS发电机及励磁系统发电机是将机械能转换为电能的核心设备，常见类型为同步发电机励磁系统为发电机转子提供直流励磁电流，控制发电机输出电压和无功功率现代发电机采用静态励磁或无刷励磁系统，响应速度快，可靠性高厂用电系统为发电厂自身运行提供电力，电压等级通常为，包括正常厂用电和备用厂用电两部分直流系统提供关键控制和保护设备的可靠电源，通常为或直流，配置蓄电6-10kV220V110V池作为备用电源不间断电源系统为计算机和自动化系统提供高质量电源UPS发电厂电气主接线单母线接线双母线接线断路器接线

1.5结构简单，投资少，但可靠性较低母线设有两条母线和母联断路器，灵活性好，每两回线路共用三台断路器，平均每回线故障或检修时，全站停电适用于小型电可靠性高单母线检修时，另一母线可继路使用个断路器可靠性极高，任何

1.5厂或简单系统主要优点是成本低、结构续运行主要优点是运行灵活，检修方便；断路器或母线故障不影响线路运行主要清晰；缺点是灵活性差，检修需全部停电缺点是投资较大，设备增多适用于中大优点是可靠性高，运行灵活；缺点是投资型发电厂大，结构复杂适用于特别重要的大型发电厂第三章变电站基础知识变电站的功能与分类变电站是电力系统中的关键节点，承担电压变换、电能分配、系统控制等多种功能根据用途可分为升压站、降压站、配电站和开关站等类型，每种类型在系统中发挥不同作用主要设备与系统变电站的核心设备包括变压器、断路器、隔离开关、互感器和避雷器等这些设备共同组成完整的电能转换和控制系统，确保电能安全、可靠地传输和分配一次接线方式变电站一次接线是电气主设备之间的连接方式，常见的有单母线、双母线、桥形接线等多种形式接线方式的选择需要综合考虑可靠性、经济性和运行灵活性等因素二次系统构成二次系统包括保护、测量、控制和通信等子系统，是变电站的神经系统现代变电站普遍采用综合自动化技术，实现设备状态监测、故障处理和远程控制等功能变电站的分类与功能升压变电站降压变电站配电站位于发电厂附近，将发电机产生的中压电将高压电能降至中低压，为区域配电网或将中压电能分配至各低压配电线路，直接能升压至高压或超高压大型用户供电通常设在负荷中心附近，面向终端用户通常采用变10-20kV10kV/

0.4kV及以上，便于远距离输送主要是输电网与配电网的连接点主要设备为压器，设备简单，结构紧凑在城市电网220kV设备为升压变压器，常采用三相三绕组结降压变压器，常采用有载调压技术中数量最多，是离用户最近的变电设施构减小输电损耗连接输电网与配电网直接服务终端用户•••提高输电容量调节系统电压调节低压电网电压•••连接发电厂与输电网分配电能提供短路保护•••变电站主要设备变压器是变电站的核心设备，根据用途分为电力变压器和自耦变压器两大类断路器负责在正常和故障情况下切断电路，主要技术参数包括额定电流通常为和断流容量常见类型有断路器、真空断路器等3150A-5000A40kA-63kA SF6隔离开关用于形成明显断开点，确保检修安全，不具备灭弧能力互感器包括电流互感器和电压互感器，用于测量和保护用途避雷器保护设备免受雷电和操作过电压的危害，现代变电站多采用金属氧化物避雷器，取代了传统的阀型避雷器变电站一次接线方式单母线接线结构最简单的接线方式，所有设备连接到同一条母线上优点是投资少、结构简单、操作方便；缺点是可靠性低，母线故障或检修时全站停电适用于负荷要求不高的小型变电站或终端变电站双母线接线设有两条母线和母联断路器，各回路可灵活切换母线运行双母线可分为双母线单分段和双母线双分段两种结构优点是灵活性好，可靠性高；缺点是设备增多，投资较大适用于重要的中型变电站断路器接线

1.5每两回线路共用三台断路器，平均每回线路使用个断路器可靠性极高，任何一个断路器或一条母线故障都不会影响线路运行优点是可靠性最高；缺点是投资大，结构

1.5复杂适用于系统中特别重要的枢纽变电站变电站二次系统保护装置快速检测并隔离系统故障，防止故障扩大包括线路保护、变压器保护、母线保护等多种类型，根据保护对象和要求配置不同保护方案现代微机保护具有高精度、多功能、自诊断等特点测量系统监测系统运行参数，为操作和分析提供数据测量对象包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率等关键参数现代测量系统多采用数字化技术，实现高精度、多参数测量控制系统执行操作命令，调节系统运行状态包括本地控制和远程控制两种方式，负责断路器、隔离开关等设备的操作控制现代控制系统多采用计算机控制，具有联锁保护功能通信系统实现站内设备通信和站外数据传输常用通信方式包括光纤通信、以太网通信等通信系统是变电站自动化的基础，确保信息快速准确传输智能变电站技术第四章输电线路基础输电线路的分类按电压等级、结构形式、回路数及交直流类型分类架空线路与电缆两种主要输电方式的结构、特点与应用输电线路参数电阻、电感、电容、电导等关键参数分析输电能力与损耗输电容量限制因素与损耗计算方法输电线路是电力系统的血管，负责将电能从发电厂输送到负荷中心不同类型的输电线路具有各自的技术特点和应用场景，线路的设计和运行需要考虑安全、经济、环保等多方面因素输电线路的分类按电压等级分类按结构形式分类超高压、、架空线路导线悬挂于杆塔上空•750kV500kV330kV•高压、电缆线路导线埋于地下或水下•220kV110kV•中压、、气体绝缘线路特殊环境应用•35kV20kV10kV•GIL低压•380V/220V结构形式影响线路的造价、可靠性和环境适应性电压等级决定了输电容量和经济输电距离，超高压线路主要用于远距离大容量输电按回路数分类单回路线路一组三相线路•双回路线路两组三相线路•多回路线路两组以上三相线路•回路数影响线路的输送容量和可靠性，重要线路常采用双回路设计架空输电线路导线类型与选择架空线路常用导线包括铝导线、钢芯铝绞线和铝合金导线等导线选择需考虑载流量、机械强度、经济性等因素大容量线路常用钢芯铝绞线，结合了铝的导电性和ACSR钢的机械强度新型导线如碳纤维复合芯导线具有更高的载流量和耐热性绝缘子与金具绝缘子是架空线路的关键绝缘部件，常见类型有瓷质绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子根据电压等级和污秽程度，选择合适数量的绝缘子组成绝缘子串金具包括线夹、连接器等，用于固定导线和连接绝缘子现代线路多采用防污闪、防震设计杆塔结构与基础杆塔是支撑导线的主要结构，常见类型有铁塔、钢管塔和混凝土杆等杆塔设计需考虑机械强度、气象条件和地形特点等因素基础类型包括掏挖基础、灌注桩基础等，需根据地质条件选择现代杆塔设计注重景观协调和占地减少电力电缆电缆结构与组成敷设方式与环境要求电力电缆主要由导体、绝缘层、屏蔽层、护套和铠装层组成导电缆敷设方式包括直埋、管道、隧道和架空等形式选择敷设方体通常采用铜或铝，绝缘材料随电压等级不同而变化，高压电缆式需考虑环境条件、经济性和维护便利性直埋电缆需要砂垫层多采用交联聚乙烯绝缘屏蔽层控制电场分布，护套和和保护板，管道敷设便于维护和更换，隧道敷设适用于电缆密集XLPE铠装层提供机械保护和防水功能区域随着电压等级升高，电缆结构越复杂，如超高压电缆需特殊的场电缆运行环境对性能影响显著，特别是温度、湿度和机械应力强控制设计现代电缆生产工艺不断提高，特别是绝缘挤出和交高温会加速绝缘老化，湿气渗入会降低绝缘性能在特殊环境如联工艺，显著提升了电缆性能和寿命过海、过江等情况下，需采用专门设计的海底电缆或水下电缆输电线路电气参数输电线路电气特性×310^8m/s电磁波波速输电线路中电磁波传播速度接近光速6000km波长50Hz工频电流在线路中的波长380Ω典型特性阻抗输电线路的特性阻抗值500kV1000MW自然功率500kV双回线路的典型自然功率500kV输电线路具有分布参数特性，可用波动方程描述线路的波长与频率成反比，工频电流波长约公里，远大于一般线路长度，因此中短线路可简化为集6000中参数模型特性阻抗是线路的固有特性，与线路长度无关，典型值在之间250-400Ω自然功率是线路在接收端无功功率为零时的传输功率，是衡量线路传输能力的重要指标当线路实际传输功率接近自然功率时，传输效率最高，电压分SIL布最均匀超过自然功率传输时，线路需消耗无功功率，降低了传输效率，也影响了系统稳定性第五章配电系统基础配电网的构成与特点配电变压器连接输电网与用户的桥梁，结构复杂多配电系统的核心设备，降压并分配电能样配电自动化技术配电线路与设备提高配电网运行效率和可靠性的现代技输送电能的通道，包括架空线和电缆术配电系统是电力系统的毛细血管，直接面向终端用户，具有数量多、分布广、类型多样等特点随着城市化进程和用电需求的增长，配电网的重要性日益凸显本章将介绍配电系统的基本构成、技术特点和发展趋势配电网的构成低压配电网（）380V/220V直接向终端用户供电中压配电网（、）10kV35kV区域内电能分配的主要网络配电变压器连接各电压等级的关键设备配电网是电力系统中直接面向用户的部分，负责将电能从输电网分配到各类终端用户中压配电网主要包括和两个电压等级，是区10kV35kV域配电的主要网络低压配电网为，直接连接终端用户，如居民、商业和小型工业用户380V/220V配电变压器是连接不同电压等级的关键设备，如变压器和变压器开关设备主要包括断路器、负荷开关、隔离开关35kV/10kV10kV/

0.4kV等，用于控制电流和保护线路保护装置包括继电保护、熔断器等，保障配电网安全运行现代配电网还配备了各种自动化设备，如智能开关、故障指示器等配电网的接线方式放射式最简单的接线方式，从电源向各负荷单向辐射供电优点是结构简单、投资少、保护简单；缺点是可靠性低，任何一点故障都会导致下游用户停电适用于负荷密度低、可靠性要求不高的农村和郊区配电网环网式将若干放射状线路首尾相连形成闭环，通常开环运行优点是可靠性高，故障隔离后可快速恢复供电；缺点是投资较大，保护配置复杂适用于城市和负荷密度较高的区域，特别是对供电可靠性要求较高的场所网格式多条馈线交叉连接形成网格状结构，具有多电源多通道的特点优点是可靠性最高，供电能力强；缺点是投资大，保护复杂，运行维护难度大适用于负荷密度极高、可靠性要求极高的城市中心区和重要负荷区域配电自动化系统故障检测与定位快速识别故障点位置自动重合闸技术临时性故障自动恢复馈线自动化FA智能化馈线管理与控制配电管理系统DMS全面监控与管理配电网配电自动化系统是提高配电网运行效率和可靠性的关键技术故障检测与定位技术通过故障指示器、暂态录波器等设备，快速准确地确定故障发生位置，大幅缩短故障查找时间自动重合闸技术针对临时性故障如雷击引起的闪络，通过断开后自动重新合闸，快速恢复供电馈线自动化是配电自动化的核心，通过远程监控和控制开关设备，实现故障隔离和供电恢复配电管FA理系统是配电自动化的上层应用，集成了监控、分析、优化和决策功能，实现配电网的智能化管理DMS配电网调度与控制实现了配电网与主网调度的协调，保障系统安全稳定运行第六章电力系统运行特性电力系统稳态运行电力系统在正常条件下的运行状态，包括电压、频率、功率等参数的稳定性稳态运行是系统的基本状态，也是系统分析和优化的基础功率潮流分析研究电力系统各节点电压和线路功率分布的基本方法功率潮流计算是电力系统分析的核心问题，为系统规划、运行和控制提供基础数据暂态过程分析研究系统在扰动或故障条件下的动态响应过程暂态分析关注系统的短时间动态特性，对评估系统安全性至关重要系统稳定性问题电力系统在扰动后维持或恢复平衡状态的能力稳定性是系统安全运行的基本要求，包括角度稳定、频率稳定和电压稳定三个方面电力系统的正常运行状态±±

500.2Hz5%频率范围电压偏差正常运行允许的频率波动范围相对额定电压的允许偏差

98.5%≤5%供电可靠性电压谐波城市配电网年平均供电可靠率要求电网总谐波畸变率限值电力系统正常运行状态要求频率保持在额定值附近波动，国家标准规定电网频率应在±范围内频率是系统有功功率平衡的直接反映，频率偏低表明系统发电不足，偏高则表明发电过剩50Hz

0.2Hz电压应保持在额定值的±范围内，电压水平受系统无功功率平衡影响5%功率平衡是系统正常运行的基本要求，包括有功功率平衡和无功功率平衡有功功率平衡反映为频率稳定，无功功率平衡反映为电压稳定系统参数监测与控制通过系统实现，监测对象包括频率、SCADA电压、功率、电流等关键参数，控制措施包括调频、调压和功率调整等功率潮流计算功率潮流方程节点分类与求解算法功率潮流方程是描述电力系统节点功率与节点电压、网络参数关根据已知参数不同，电力系统节点分为三类平衡节点设定电系的非线性方程组对于个节点的系统，有个方程和个压幅值和相角，求解功率、节点设定有功功率和电压幅值，n2n2nPV未知量，包括节点电压幅值、相角、有功功率和无功功率求解相角和无功功率、节点设定有功和无功功率，求解电PQ压幅值和相角一般形式为Pi=Vi∑VjGij cosθij+Bij sinθij Qi=其中、为节点的有功和无牛顿拉夫逊法是求解功率潮流方程的主要算法，具有快速收敛Vi∑VjGij sinθij-Bij cosθij PiQi i-功功率，、为节点电压幅值，、为导纳矩阵元素，的特点该方法将非线性方程组线性化，通过迭代计算求解对Vi VjGij Bijθij为节点、间的相角差于大型系统，还可采用快速解耦法、校正法等改进算法，提高计i j算效率功率潮流计算广泛应用于系统规划、运行分析、经济调度和安全评估等领域电力系统的非正常运行状态短路故障系统振荡电力系统中最常见的故障类型功率、电压或频率的周期性波动三相短路局部振荡••两相短路区域间振荡•12•单相接地亚同步振荡••孤岛运行过电压系统部分与主网分离独立运行超过设备额定值的电压水平3计划性孤岛操作过电压••非计划性孤岛雷电过电压••微电网孤岛谐振过电压••短路故障分析第七章电力系统继电保护继电保护的原理继电保护基于电量变化检测故障，通过逻辑判断决策，发出控制信号隔离故障保护装置持续监测系统电气量，当检测到异常时，根据预设逻辑迅速做出反应，切断故障部分，防止故障扩大和设备损坏保护装置的组成现代保护装置主要由测量单元、逻辑单元和执行单元组成测量单元通过互感器获取一次系统信息；逻辑单元处理信息并做出判断；执行单元输出控制信号到断路器微机保护采用数字信号处理技术，具有多功能、高可靠性特点主要保护类型根据保护原理不同，主要包括过电流保护、低电压保护、距离保护、差动保护等类型不同的保护类型适用于不同的保护对象和故障类型，在实际应用中常采用多种保护配合使用，形成完整的保护体系继电保护的基本原理测量单元逻辑单元主要保护类型过电流保护距离保护差动保护基于电流增大的保护原理，是最基本的基于阻抗变化的保护原理，通过测量故基于电流差异的保护原理，比较被保护保护类型当线路或设备电流超过设定障点阻抗判断故障位置当测得阻抗小设备进出电流的差值在正常运行或外值时，保护动作根据动作时间特性，于设定值时，保护动作距离保护具有部故障时，进出电流相等，差值为零；分为定时限过电流保护和反时限过电流良好的选择性，不受系统运行方式变化内部故障时，电流差值显著增大，保护保护主要优点是结构简单，配置灵活；影响，是输电线路的主要保护形式通动作差动保护具有绝对选择性和高灵缺点是选择性和灵敏性难以兼顾常采用多段式配置，兼顾保护范围和速敏度，是变压器、母线和发电机的主要动性保护类型保护装置的特点与要求选择性灵敏性速动性保护装置应能正确识别和区分保护装置应能检测到保护范围保护装置应能快速动作，在最故障区域，只切除故障部分，内的最小故障，确保没有保护短时间内切除故障现代保护不影响健康部分正常运行选盲区灵敏性通常用灵敏系数装置动作时间通常在几十毫秒择性是继电保护的基本要求，表示，即保护动作值与最小故内，最快可达速10-20ms可通过时间配合、电流配合或障值的比值，一般要求大于动性对减少设备损坏程度、提

1.5方向元件等方式实现良好的灵敏性要求保护能在故障初期高系统稳定性至关重要，特别选择性能够最大限度减小故障就能及时响应，防止故障发展是对于高压系统和重要设备的影响范围，保障系统稳定性扩大保护可靠性保护装置应在需要动作时可靠动作，不需要动作时绝对不动作可靠性包括动作可靠性和拒动可靠性两个方面现代保护装置采用冗余设计、自诊断技术等提高可靠性，对重要设备通常配置主保护和后备保护两套系统第八章电力系统自动化电力系统自动化是指利用计算机、通信和控制技术，实现电力系统监控、分析、控制和管理的自动化电力监控系统是自动SCADA化系统的基础，实现对系统运行状态的实时监视能量管理系统在基础上增加了分析和优化功能，提供调度决策支持EMS SCADA变电站自动化系统实现了变电站内各设备的一体化监控，提高了运行效率和可靠性配电自动化系统面向配电网运行管理，提高供电可靠性和服务质量随着信息技术发展，电力系统自动化正向智能化、分布式、协同化方向发展，成为智能电网的重要支撑电力系统监控体系国家调度中心统筹全国电网运行区域电网调度中心2管理跨省电网运行省级调度中心负责全省电网运行地市级调度中心管理地区电网运行县级调度中心负责县域电网运行中国电力系统监控体系采用五级调度结构，形成了完善的层级管理体系系统监控与数据采集系统是调度自动化的基础，实现对电力系统的实时监视和控制系统主要SCADASCADA包括远程终端单元、通信系统、前置处理机和调度主机等组成部分RTU系统能量管理系统在基础上增加了状态估计、潮流计算、安全分析等高级应用功能，为调度员提供决策支持数据采集与处理流程包括现场数据采集、远程传输、数据处EMSSCADA理和应用分析四个环节，通过标准化协议实现各级系统的无缝衔接变电站综合自动化二次系统一体化设计保护、测控一体化装置通信协议应用IEC61850变电站二次系统一体化设计将保护、测控、通保护、测控一体化装置是变电站自动化的核心是专为变电站自动化设计的国际IEC61850信等子系统在功能和物理上高度集成，实现资设备，集成了继电保护、测量、控制和通信功标准通信协议，实现了设备间的互操作性该源共享和协同工作采用统一的硬件平台、软能基于高性能数字信号处理器和现场可编程协议采用面向对象的数据模型和基于以太网的件环境和通信协议，降低了系统复杂度和维护门阵列技术，实现了多功能、高可靠性和小型通信架构，支持高速采样值传输、消GOOSE难度一体化设计还大幅减少了二次设备数量化一体化装置采用模块化设计，便于维护和息和服务等多种通信方式通过MMS IEC和电缆用量，提高了系统可靠性和经济性扩展，同时具备完善的自诊断功能，能及时发协议，不同厂家的设备可实现无缝集61850现并处理内部故障成，大幅提高了系统开放性和灵活性配电管理系统DMS配电网监控与管理系统实时监测配电网运行状态，包括电压、电流、开关状态等参数通过图形化DMS界面直观显示网络拓扑和设备状态，支持放大、缩小、漫游等操作系统支持手动和自动控制，可远程操作开关设备，实现配电网灵活调控配电网运行优化系统提供多种优化功能，如无功优化、网络重构和负荷均衡等无功优化通过合DMS理调节电容器组和调压设备，维持电压合格率并减少线损网络重构通过改变开关状态，优化网络拓扑，降低运行成本和提高可靠性故障处理与恢复系统具备故障定位和隔离功能，快速识别故障区段并隔离通过自动分析网络拓DMS扑，计算最优供电恢复方案，最大限度减少停电范围和时间系统还支持故障信息统计分析，为设备维护和网络规划提供依据负荷控制与管理系统提供负荷预测、监测和控制功能基于历史数据和气象信息，预测短期和中DMS期负荷变化趋势通过需求侧管理和负荷控制技术，平衡电网峰谷差，提高设备利用率系统还支持分时电价和负荷削峰填谷策略，实现经济高效运行第九章电力系统稳定与控制电力系统稳定类型系统稳定控制装置电力系统稳定性是系统在扰动后维持或恢复正常运行状态的能力系统稳定控制装置是保障电力系统稳定运行的专用设备，包括发根据物理机制和时间尺度，可分为角度稳定、频率稳定和电压稳电机励磁系统、调速系统、电力系统稳定器、自动电压调PSS定三大类角度稳定关注同步发电机转子角的平衡，频率稳定关节器等这些装置通过调节发电机输出或系统参数，抑制AVR注系统频率的维持，电压稳定关注系统电压水平的保持系统振荡，提高稳定裕度现代电力系统还采用广域监测系统和特殊保护系统WAMS不同类型的稳定性问题需要不同的分析方法和控制措施电力系等先进技术，实现大范围协调控制稳定控制技术的发展SPS统稳定性是确保系统安全可靠运行的基础，随着系统规模扩大和趋势是向智能化、协调化和预防性方向发展，提前识别并消除潜新能源并网比例提高，稳定性问题日益复杂化和多样化在的稳定性风险电力系统稳定性分类静态稳定暂态稳定电压稳定静态稳定是指电力系统在小干扰下维持同步运暂态稳定是指电力系统在大干扰后维持同步运电压稳定是指电力系统在扰动后维持所有母线行的能力小干扰通常是指负荷缓慢变化、小行的能力大干扰包括短路故障、线路跳闸、电压在可接受范围内的能力电压不稳定的主范围操作调整等正常波动静态稳定主要关注大型发电机或负荷突变等暂态稳定问题的本要原因是系统无功功率供需不平衡，可能导致同步发电机转子角与电磁功率的关系，当存在质是发电机转子动能与电磁功率之间的平衡关电压崩溃电压稳定分析方法包括曲线、PV足够的同步力矩和阻尼力矩时，系统具有良好系暂态稳定分析主要采用时域仿真方法，模曲线分析和连续潮流法等随着大电网互QV的静态稳定性静态稳定分析通常采用特征值拟系统在扰动后的动态响应过程联和长距离输电的发展，电压稳定问题日益突法或小信号分析法出频率调节与控制一次调频二次调频机组调速器自动响应频率变化系统中央协调控制AGC2负荷频率控制三次调频通过调整负荷维持频率3调度员人工干预调整频率调节是维持电力系统稳定运行的关键措施，通过调整发电机出力或控制负荷，保持系统频率在允许范围内一次调频由机组调速器自动完成，根据频率偏差调整机组输出功率，响应时间在几秒内，是频率调节的第一道防线二次调频通过自动发电控制系统实现，基于区域控制偏差计算，协调控制多台机组输出，消除频率和交换功率偏差，响应时间为几分钟三次调AGC ACE频由调度员根据系统情况手动调整机组出力或启停备用机组，补充和替代调节负荷频率控制是应急措施，通过低频减载装置在严重频率降低时自动切除AGC部分负荷，防止系统崩溃电压调节与无功补偿发电机端电压调节变压器有载调压设备应用FACTS发电机是系统主要的无功电源，通过调节励磁有载调压变压器能在不停电的情况下改变变比，柔性交流输电系统设备是现代电力FACTS电流控制发电机端电压和无功输出现代发电调节二次侧电压通过调整变压器抽头位置，系统电压控制的先进技术静止无功补偿器机配备自动电压调节器，根据端电压偏实现±左右的电压调节范围有载调压通过调节电抗器和电容器组合，实现连AVR10%SVC差自动调整励磁电流，响应速度快，调节范围技术广泛应用于系统关键节点的电压控制，如续的无功功率调节静止同步补偿器大大型发电机还配备功率系统稳定器，大型变电站、主干线路和重要负荷点，是电压基于电压源换流器技术，具有更PSS STATCOM在调压的同时抑制系统振荡调节的重要手段快的响应速度和更好的低电压性能这些设备能有效提高系统电压稳定性和传输能力总结与展望电力系统基础知识回顾本课程系统介绍了电力系统的基本构成、工作原理和运行特性，包括发电、输电、变电、配电等环节的核心知识，以及系统分析、保护与控制的基本方法，为后续深入学习奠定了基础未来电力系统发展趋势未来电力系统将向清洁化、数字化、智能化方向发展可再生能源占比将大幅提高，分布式能源广泛应用，电力电子技术深度融入系统各环节，人工智能和大数据技术将革新系统运行与控制方式新型电力系统架构与技术新型电力系统将形成源网荷储协调互动的新型架构，大规模储能成为系统重要组成部分，柔性直流输电技术广泛应用，需求侧响应和虚拟电厂等新型商业模式蓬勃发展智能电网与能源互联网发展方向智能电网将进一步发展为能源互联网，实现电力与热力、燃气等多种能源形式的协同优化互联网智慧能源将重塑能源生产和消费模式，形成开放共享的能源生态系统+。