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1、1第第5 5章章 电力系统稳态分析电力系统稳态分析 2&电力系统的潮流计算电力系统的潮流计算&电力系统的频率与有功功率电力系统的频率与有功功率&电力系统的电压与无功功率电力系统的电压与无功功率&电力系统经济运行电力系统经济运行35.1 5.1 电力系统的潮流计算电力系统的潮流计算 电力网的功率损耗 电力网环节的功率平衡和电压平衡 开式电力网的潮流计算 两端电源供电网的潮流计算 电磁环网的功率分布与电压计算 4 潮流计算的任务潮流计算的任务 针对具体的电力网络结构，依据给针对具体的电力网络结构，依据给定的定的负荷功率和电源母线电压，计算网络中各负荷功率和电源母线电压，计算网络中各节点的电压和各支
2、路中的功率及功率损耗。节点的电压和各支路中的功率及功率损耗。潮流计算的作用潮流计算的作用 电力网规划设计电力网规划设计 电力系统运行（稳态、短路、稳定电力系统运行（稳态、短路、稳定 等）等）继电爱护、自动装置整定计算继电爱护、自动装置整定计算 5（一）电力线路功率损耗的计算（一）电力线路功率损耗的计算 一、一、电力网的功率损耗线路阻抗支路损耗 变动损耗67线路导纳支路损耗 固定损耗 8（二）变压器功率损耗的计算（二）变压器功率损耗的计算阻抗支路中的功率损耗：导纳支路中的功率损耗：9双绕组变压器的功率损耗双绕组变压器的功率损耗 用变压器铭牌数据计算功率损耗用变压器铭牌数据计算功率损耗 1011三
3、绕组变压器功率损耗计算三绕组变压器功率损耗计算用铭牌数据计算用铭牌数据计算 12二、电力网环节的功率平衡和电压平衡（一）电压着陆、电压损耗及电压偏移（一）电压着陆、电压损耗及电压偏移（二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系（二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系（三）电力网环节中的功率传输方向（三）电力网环节中的功率传输方向 13（一）电压着陆、电压损耗及电压偏移（一）电压着陆、电压损耗及电压偏移 电压着陆：电力网随意两点电压的矢量差。电压着陆：电力网随意两点电压的矢量差。线路电压相量图14则 15由于电压损耗：电力网中随意两点电压的代数差。电压损耗：电力网中随意两点电压的代数差。16
4、 110kV以上电力网电压损耗的计算公式 110kV及以下电压等级的电力网17 工程实际中，线路电压损耗常用线路额定电压UN的百分数表示，即 规程规定规程规定：电力网正常运行时的最大电压损 耗一般不应超过10%；故障运行 一般不超过15%20%。18电压偏移：电力网中随意点的实际电压电压偏移：电力网中随意点的实际电压U同该处同该处网络额定电压网络额定电压UN的数值差。的数值差。19（二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系（二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系20 已知负荷功率已知负荷功率 和线路末端电压和线路末端电压1)功率平衡关系 2)电压平衡关系 选 为参考相量21 已知线路首端
5、功率和线路首端电压已知线路首端功率和线路首端电压 已知线路末端的负荷功率已知线路末端的负荷功率和线路首端电压和线路首端电压 功率平衡计算 22电压平衡计算23应用假设的末端电压和已知的末端功率逐段向首端推算，求出首端功率；再用给定的首端电压和求得的首端功率逐段向末端推算，求出末端电压；用已知的末端功率和计算得出的末端电压向首端推算；如此类推，逐步靠近，直至结果收敛。迭代法的基本步骤迭代法的基本步骤:24功率损耗、电压着陆计算公式应用留意点功率损耗、电压着陆计算公式应用留意点P、Q、U应为同一点的值；当P、Q、U为非同一点值时，一般用线路额定电压替代进行近似计算；P、Q、U的单位。25（三）电力
6、网环节中的功率传输方向（三）电力网环节中的功率传输方向 在高压电力网中，一般X R，令R=0Sin0时，P2为正，有功功率从电压超前端向电压滞后端输送。26当不计 U2 重量时 U1U2 时，Q2 为正，感性无功功率是从电压高的一端向电压低的一端输送；而容性无功功率是从电压低的一端向电压高的一端输送。27 线路空载运行时，线路电容功率使末端电压将高于首端电压的现象。法拉第效应法拉第效应(电容效应）电容效应）28三、开式电力网的潮流计算 基本步骤：基本步骤：计算网络各元件参数并做等值电路分析已知条件，进行功率和电压分布计算（一）区域网的潮流计算（一）区域网的潮流计算29变电所的运算负荷变电所的运
7、算负荷等于其低压母线负荷加上变压器的总功率损耗，等于其低压母线负荷加上变压器的总功率损耗，再加上高压母线上的负荷和与高压母线相连的全再加上高压母线上的负荷和与高压母线相连的全部线路电容功率的一半。部线路电容功率的一半。发电厂的运算功率发电厂的运算功率等于其发出的总功率减去厂用电及地方负荷，再等于其发出的总功率减去厂用电及地方负荷，再减去升压变压器中的总功率损耗和与其高压母线相减去升压变压器中的总功率损耗和与其高压母线相连的全部线路电容功率的一半。连的全部线路电容功率的一半。30地方网的特点：（二）地方网的潮流计算（二）地方网的潮流计算 线路较短；电压等级较低；输送容量较小。31 地方网的潮流计
8、算的简化地方网的潮流计算的简化忽视电力网等值电路中的导纳支路；忽视阻抗中的功率损耗；忽视电压着陆的横重量；用线路额定电压代替各点实际电压计算电压损耗。32说明功率分布由末端向首端逐个环节推算；最大电压损耗由首端向末端逐点推算；线路最大电压损耗是比较重要的运行参数。开式地方网一般只需计算功率分布和最大电压损耗以及电压最低点电压；33一般状况下，对于有n个集中负荷的无分支地方电力网，其电源点（假设为A点）的输出功率为 网络总的电压损耗为 34 对于具有分支线的电力网，一般应计算出电源点至各支线末端的电压损耗，然后比较它们的大小，方可确定网络的最大电压损耗和电压最低点。35四、两端电源供电网的潮流计
9、算（一）两端电源电压相等的供电网的功率分布（一）两端电源电压相等的供电网的功率分布3637当 Sa、Sb、Sc 同时存在时，A、B两电源点的输出功率为 38供载功率供载功率 与负荷功率有关的电源输出功率。均一电力网均一电力网 网络中各段线路型号、截面面积和几何均距都相同的电力网。39说明若网络为均一电力网，供载功率的计算可简化为 40对于接近均一网，可用网络拆开法 41（二）两端电压不相等供电网的功率分布（二）两端电压不相等供电网的功率分布 计算步骤 计算供载功率；计算循环功率；在同一支路中迭加供载功率和循环功率；42循环功率按下式计算 算出初步功率分布后，由可校验 和 的计算正确与否。43功
10、率分点功率分点能从两个方向获得功率的节点。能从两个方向获得功率的节点。功率分点分为有功功率分点和无功功率分点，有功功率分点以“”标注，无功功率分点则以“”标注。在功率分点处将闭式电力网拆开为开式电力网，然后应用开式电力网的方法计算其最终功率分布和最大电压损耗。44五、电磁环网的功率分布与电压计算 45由两端供电电压不相等供电网的功率计算方法可得 供载功率为 46循环功率为 环路电势为47（a)参数归算到高压侧时的环路电势；（b)参数归算到低压侧时的环路电势48当 或 未知时，环路电势可分别由下式近似计算 等值变比49 在环网中任选一起点和环绕方向，沿环网环行一周，遇到顺环绕方向起升压作用的变压
11、器时，乘以变比；反之，遇到顺环绕方向起降压作用的变压器时，除以变比，即可求得等值变比。等值变比的确定方法等值变比的确定方法50 电力系统运行中，往往可通过变更变比或接受附加装置来改善电磁环网的功率分布。说明 接受的附加装置主要有附加调压变压器和基于FACTS技术的统一潮流限制器（UPFC）、静止同步串联补偿器（SSSC）、晶闸管限制串联电容器（TCSC）和晶闸管限制移相器（TCPST）等。515.2 电力系统的频率与有功功率&一、频率调整的必要性一、频率调整的必要性&二、电力系统的频率特性二、电力系统的频率特性&三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整&四、综合负荷在发电厂间的合理安排及有
12、四、综合负荷在发电厂间的合理安排及有功功率的平衡功功率的平衡 52一、频率调整的必要性(1)(1)频率变更的危害频率变更的危害 影响异步电动机转速的变更；影响异步电动机转速的变更；影响各种电子设备的精确性；影响各种电子设备的精确性；使计算机发生误操作；使计算机发生误操作；威逼电力系统自身的正常运行。威逼电力系统自身的正常运行。53(2)(2)负荷与频率的关系负荷与频率的关系 不受频率影响的负荷不受频率影响的负荷 与频率变更成正比的负荷与频率变更成正比的负荷 与频率高次方成正比的负荷与频率高次方成正比的负荷 54(3)(3)实际负荷曲线的组成实际负荷曲线的组成 P1：变更幅度小，变更周期较短（一
13、般为10s以内）的负荷重量；P2：变更幅度较大、变更周期较长（一般为10s3min）的负荷重量；P3：变更缓慢的持续变动负荷。55（一）负荷有功（一）负荷有功-频率静态特性频率静态特性（二）发电机组有功（二）发电机组有功-频率静态特性频率静态特性二、电力系统的静态频率特性56负荷频率特性（一）负荷静态频率特性（一）负荷静态频率特性57负荷调整效应系数的标幺值 说明说明 其值与系统各类负荷的比重和性质 有关，一般取值13；不能人为整定。58发电机组功频特性（二）发电机组的功频特性（二）发电机组的功频特性发电机组的功率静态特性59kG的标幺值为kG可人为调整整定；kG的大小与机组类型、调速机构有关
14、，不同类型机组的 kG取值范围不同 汽轮发电机组kG*2516.7，水轮发电机组kG*5025。说明说明60发电机组调速器的主要组成部分 调速系统的主要组成部分：转速测量元件、放大元件、执行结构和转速限制机构等四部分。同步器的组成 同步器由伺服电动机、蜗轮、蜗杆等装置组成。61离心飞锤式机械液压调速装置工作原理62(4)一次频率调整 63（5）二次频率调整）二次频率调整 64二次调频的概念及特点 二次调频 手动或电动发电机组的同步器来调整其有功功率输出的过程。二次调频的特点 可以实现频率的无差调整。在一次调频的基础上，由一个或数个发电厂 来担当。65电厂的分类 主调频厂:负责全系统的频率调整工
15、作，一般由一个发电厂担当；协助调频厂:帮助主调频厂调频，一般由12个电厂担当；非调频厂：一般按负荷曲线发电，不参与调频。（一）主调频厂的选择（一）主调频厂的选择三、电力系统的频率调整 66具有足够的调整容量和范围 具有较快的调整速度 具有平安性与经济性 (2)主调频厂的选择条件还应留意以下两点：电源联络线上的交换功率；调频引起的电压波动是否在允许偏移范围之内。67300万以上大系统的调度规程规定：频率偏移不超过0.2Hz时由主调频厂调频 频率偏移超过0.2Hz时，协助调频厂参与调频 频率偏移超过0.5Hz时，系统内全部电厂参与调频(3)(3)各电厂的调频职责各电厂的调频职责68枯水季节：水电厂
16、为主调频厂；丰水季节：选择装有中温中压机组的火电厂作为主调频厂。水火电厂并存系统中的主调频厂选择水火电厂并存系统中的主调频厂选择69投入旋转备用容量（或旋转备用机组），快速起动备用发电机组；切除部分负荷；选取合适地点，将系统解列运行；分别厂用电，以确保发电厂能快速复原正常，与系统并列运行。(四四)事故调频的措施与步骤事故调频的措施与步骤70四、综合负荷在发电厂间的合理安排及有功功率的平衡 71(二二)有功功率平衡方程式及备用容量有功功率平衡方程式及备用容量有功功率平衡方程式备用容量的分类及形式负荷备用；检修备用；事故备用；国民经济备用 热备用（或称旋转备用）冷备用（或称停机备用）725.3 5
17、.3 电力系统的电压与无功功率电力系统的电压与无功功率&一、电力系统的无功功率平衡一、电力系统的无功功率平衡&二、电压调整的基本概念二、电压调整的基本概念&三、电压调整的措施及应用三、电压调整的措施及应用73一、一、电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 1.无功功率负荷和无功功率损耗无功功率负荷和无功功率损耗1）异步电动机的无功功率和电压的关系742）变压器的无功功率损耗 3）输电线路中的无功功率损耗752.无功电源无功电源 电力系统的主要无功电源发电机同步调相机电力电容器静止无功补偿器(5)静止无功发生器76发电机发电机发电机在额定参数下运行时发电机的P-Q运行极限1）定子电流额定值
18、（额定视在功率）；2）转子电流额定值（空载电势）；3）原动机出力（额定有功功率）。7778同步调相机同步调相机 相当于空载运行的同步发电机。相当于空载运行的同步发电机。同步调相机的特点同步调相机的特点过励磁运行可作无功电源运行；欠励磁运行可作无过励磁运行可作无功电源运行；欠励磁运行可作无功负荷运行；功负荷运行；可平滑无级地变更无功功率的大小和方向，达到调可平滑无级地变更无功功率的大小和方向，达到调整系统运行电压的目的；整系统运行电压的目的；无功功率的输出受端电压的影响不大；无功功率的输出受端电压的影响不大；运行维护较困难，有功功率损耗较大；运行维护较困难，有功功率损耗较大；单位容量的投资费用较
19、大，只宜集中安装。单位容量的投资费用较大，只宜集中安装。79电力电容器电力电容器电力电容器的特点电力电容器的特点运行维护便利；运行维护便利；有功功率损耗小；有功功率损耗小；单位容量投资小且与总容量的大小几乎无关；单位容量投资小且与总容量的大小几乎无关；既可集中安装，也可分散布置；既可集中安装，也可分散布置；无功功率调整性能差，输出无功功率受端电压影无功功率调整性能差，输出无功功率受端电压影响较大；响较大；只能阶跃式的调压。只能阶跃式的调压。80静止补偿器静止补偿器（SVC）主要部件有：饱和电抗主要部件有：饱和电抗(SR)，固定电容器固定电容器(FC)，晶闸管限制电抗器晶闸管限制电抗器(TCR)
20、晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器(TSC)。自饱和电抗器可控硅限制电抗器型 FC+TCRTSC+TCR81自饱和电抗器型静止补偿器自饱和电抗器型静止补偿器 在额定电压旁边，电抗器吸取的无功功率随电压变更很快，有稳压作用。82优点：运行维护简洁，功率损耗小，响应时间较优点：运行维护简洁，功率损耗小，响应时间较短，对于冲击负荷有较强的适应性，短，对于冲击负荷有较强的适应性，TCR和和TSC型还可以分相补偿，以适应不平衡的负荷型还可以分相补偿，以适应不平衡的负荷变更。变更。缺点：含缺点：含TCR的静止补偿器需装设滤波器以消退高的静止补偿器需装设滤波器以消退高次谐波。次谐波。83(5)静止无功发生器静
21、止无功发生器静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器。优点是响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少，且电压较低时仍能相系统注入较大的无功电流。843.系统的无功功率平衡系统的无功功率平衡 我国关于负荷功率因数的规定我国关于负荷功率因数的规定35kV及以上电压等级干脆供电的工业负荷和装及以上电压等级干脆供电的工业负荷和装有带负荷调压的用户，功率因数不低于有带负荷调压的用户，功率因数不低于0.95；其他用户的功率因数不低于其他用户的功率因数不低于0.9；趸售和农业用户功率因数不低于趸售和农业用户功率因数不低于0.8。854.无功功率平衡和电压水平的关系无功功率平衡和电压水平的关系8687二、
22、电压调整的基本概念二、电压调整的基本概念（1）我国规定的电压偏移范围）我国规定的电压偏移范围 35kV及以上供电电压：及以上供电电压：5%10kV及以下三相供电电压：及以下三相供电电压：7%220kV单相供电电压：单相供电电压：+5%-10%农村电网农村电网 正常运行状况：正常运行状况：+7.5%-10%事故运行状况：事故运行状况：+10%-15%88（2）中枢点的电压管理）中枢点的电压管理 1）电压中枢点 对电力系统电压进行监视、限制和调整的主要的供电点。2）电压中枢点的选择 区域性发电厂的高压母线；枢纽变电所的高压母线和二次母线；有大量地方负荷的发电机电压母线；城市直降变电所的二次母线。8
23、9 顺调压顺调压最大负荷运行方式时，中枢点的电压不应低于线路额定电压的102.5%；最小负荷运行方式时，中枢点的电压不应高于线路额定电压的107.5%。3）中枢点电压的调整方式）中枢点电压的调整方式90逆调压逆调压最大负荷运行方式时，中枢点的电压要比线路额定电压高5%；最小负荷运行方式时，中枢点的电压要等于线路额定电压。恒调压恒调压 最大和最小负荷方式时保持中枢点电压为线路额定电压的1.021.05倍。914）电压调整的基本原理）电压调整的基本原理电压调整措施：电压调整措施：变更发电机的励磁电流调压；变更发电机的励磁电流调压；变更变压器的变比调压；变更变压器的变比调压；变更网络的无功功率分布调
24、压；变更网络的无功功率分布调压；变更网络的参数调压。变更网络的参数调压。92三三.调压措施及应用调压措施及应用1.发电机调压发电机调压在干脆用机压母线供电的小型系统中，变更发电机在干脆用机压母线供电的小型系统中，变更发电机的励磁电流可实现逆调压，是一种最经济、最干的励磁电流可实现逆调压，是一种最经济、最干脆的调压手段。脆的调压手段。在多级电压供电系统中，发电机调压只能作为一种在多级电压供电系统中，发电机调压只能作为一种协助调压措施。协助调压措施。932.变更变压器分接头的调压方法变更变压器分接头的调压方法94降压变压器分接头的选择降压变压器分接头的选择 降压变压器示意图95最大负荷时分接头电压
25、的计算最小负荷时分接头电压的计算应用步骤：应用步骤：96分接头电压的平均值计算 标准分接头电压的选择 97最大、最小负荷时变压器低压侧实际运行电压的校验98升压变压器分接头的选择升压变压器分接头的选择 两点差异：U2N取值；“”号变“”号。99（3 3）一般三绕组变压器分接头的选择）一般三绕组变压器分接头的选择 以高压侧有电源的三绕组降压变压器探讨其分接头电压的选择：先选择高压侧分接头电压；再选择低压侧分接头电压。1001)有载调压变压器的类型(4)(4)有载调压变压器分接头的选择有载调压变压器分接头的选择101L102103计算最大负荷时的Ultmax；计算最小负荷时的Ultmin；分别选择
26、最大、最小负荷时的标准分接头电压；依据调压要求校验所选分接头电压是否满足要求。2)2)有载调压变压器的分接头计算步骤有载调压变压器的分接头计算步骤留意：在无功不足的电力系统中，不宜接受变更 变比调压。1041053.3.利用无功补偿调压利用无功补偿调压106 求出无功补偿容量求出无功补偿容量QCQC为为:降压变压器的变比降压变压器的变比 107高压侧的分接头电压应为 选最接近Ultmin的标准分接头电压为Ult0电力电容器容量的选择电力电容器容量的选择变压器的实际变比108应装设的电容器容量109最大负荷过激运行时的调相机容量 最小负荷欠激运行时的调相机容量 同步调相机容量的选择同步调相机容量
27、的选择110确定变压器的计算变比为 确定变压器分接头电压 选最接近Ult的标准分接头电压Ult0。111按实际变比确定调相机容量按实际变比确定调相机容量 112无功补偿装置都可连接于须要进行无功补偿的变电所或直流输电换流站的母线上；负荷密集的供电中心集中安装大、中型无功补偿设备；配电网中，依据无功功率就地平衡的原则，安装中、小型电容器组进行就地补偿。4.4.无功补偿装置与电力网的连接无功补偿装置与电力网的连接 113我国的电力技术导则规定：我国的电力技术导则规定：330330550kV550kV电网应按无功分层就地平衡的电网应按无功分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器。一般状基本要求配
28、置高、低压并联电抗器。一般状况下，并联电抗器的总容量应达到超高压线况下，并联电抗器的总容量应达到超高压线路充电功率的路充电功率的9090以上。以上。较低电压等级的配电网络要配置必要的并较低电压等级的配电网络要配置必要的并联电容补偿。联电容补偿。114电压损耗计算公式电压损耗计算公式 四、变更电力网参数调压四、变更电力网参数调压变更网络参数的常用方法 按允许电压损耗选择合适的地方网导线截面；在不降低供电牢靠性的前提下变更电力系统的运行方式；在高压电力网中串联电容器补偿。115（1 1）串联电容器补偿）串联电容器补偿图 543 串联电容器补偿原理(a)串联电容前；(b)串联电容后116串联电容器个
29、数的选择串联电容器个数的选择117串补能自动跟踪负荷调压；串补多用于负荷常常波动、功率因数不高的35kV及以下电压的配电网中；串联电容器的安装地点与负荷、电源的分布有关；超高压电网中串联电容补偿主要用于提高高压电力网的输送容量和稳定性。说明说明118四、电力系统经济运行四、电力系统经济运行 1.1.电力网中的能量损耗电力网中的能量损耗 2.2.火电厂间有功功率经济安排火电厂间有功功率经济安排1191.1.电力网中的能量损耗电力网中的能量损耗 1 1）能量损耗的计算方法）能量损耗的计算方法最大负荷损耗时间法120假定电压恒定，则最大负荷损耗时间121122假如一条线路上有几个负荷点：假如一条线路
30、上有几个负荷点：123最大负荷损耗时间法的缺点最大负荷损耗时间法的缺点:适用范围适用范围:精确度不高 不能对误差作出有依据的分析 电力网规划设计中的计算 不宜计算已运行电网的能量损耗124等值功率法等值功率法 125126形态系数形态系数K K的取值范围的取值范围 等值功率法的优点等值功率法的优点方法简洁，要求的原始数据也不多；不能对误差作出有依据的分析；能够推广应用于随意困难网络的电能损耗计算。1272)2)降低网损的常用技术措施降低网损的常用技术措施 提高用户的功率因数，削减电力网中无功功率的传送组织变压器的经济运行 合理组织或调整电力网的运行方式 对原有电网进行技术改造 削减电力网中无功
31、功率的传送128对于简洁电力网络对于简洁电力网络:129 提高功率因数的主要措施提高功率因数的主要措施:合理选择异步电动机的容量合理选择异步电动机的容量 接受并联无功补偿装置接受并联无功补偿装置 合理组织或调整电力网的运行方式 13035kV及以上的输电网，适当提高运行电压可以降低网损 610kV的农村配电网，应适当降低运行电压以降低网损合理确定电力网的运行电压水平合理确定电力网的运行电压水平131对环网中比值R/X特殊小的线段进行串联电容补偿 在环网中装设混合型加压调压变压器 改善功率分布改善功率分布132依据负荷的变更适当变更投入运行的变压器台数 组织变压器的经济运行组织变压器的经济运行
32、n台相同变压器并联运行的总功率损耗为 n-1台并联运行时的总功率损耗为 133得到变电所的临界负荷功率 v当负荷功率大于临界负荷功率时，宜投入n台变压器并联运行；v否则，宜投入n-1台变压器并联运行 1342.2.火电厂间有功功率经济安排火电厂间有功功率经济安排 135效率曲线和微增率曲线效率曲线和微增率曲线136使目标函数最小两台并联运行的机组，在满足有功功率平衡约束条件下 137138负荷在两台机组间安排时，如它们的燃料消耗微增率相等，则总的燃料消耗量将最小，等微增率准则也适用于多台机组（或多个发电厂）间的负荷安排 结论结论等微增率准则等微增率准则电力系统中的各发电机组按相等的耗量微增率运行，从而使得总的能源损耗最小，运行最经济。139本章小结本章小结 人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。