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1、第第3章章 电力系统及其自动化技术电力系统及其自动化技术 1电气工程概论3.1 电力系统发展简史电力系统发展简史l一次能源：植物能源（柴草等）、矿物能源（煤、油、天然气等）、可再生能源（水、风、潮汐、地热、太阳能等）及核能（核裂变、核聚变）。l二次能源：由一种或多种一次能源经过转换或加工得到的能源产品，二次能源更具优越性,其利用效率高、清洁、方便。l电能是一种被极其广泛地应用的二次能源。电能可以方便地转换成机械能、光能等其它形式的能量供人们使用。电能已成为工业、农业、交通运输、国防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。2电气工程概论311 电力工业简介电力工业简介电力工业主要生产环节电力工业主
2、要生产环节输电输电电力的输电力的输电力的输电力的输送送送送发电发电利用各种利用各种利用各种利用各种能源资源，能源资源，能源资源，能源资源，生产电能。生产电能。生产电能。生产电能。变电变电电压等级电压等级电压等级电压等级的变换的变换的变换的变换配电配电电能的分电能的分电能的分电能的分配供给配供给配供给配供给用电用电电能消费电能消费电能消费电能消费电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、教育培训、法规标准、电力营销（电力市场）等等。教育培训
3、、法规标准、电力营销（电力市场）等等。3电气工程概论18001800年年伏打发明第一个化学电池，人们开始获得连续的电流伏打发明第一个化学电池，人们开始获得连续的电流18311831年年法拉第制造了最早的发电机法拉第制造了最早的发电机法拉第盘法拉第盘18661866年年西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机18701870年年格拉姆制成了环形电枢自激发电机供工厂电弧灯用电格拉姆制成了环形电枢自激发电机供工厂电弧灯用电18751875年年巴黎北火车站建成世界上第一个火电厂，用直流发电供附巴黎北火车站建成世界上第一个火电厂，用直流发电供附近照明近照明1879
4、1879年年旧金山建成世界上第一座商业发电厂，两台发电机共旧金山建成世界上第一座商业发电厂，两台发电机共2222盏盏电弧灯。同年先后在法国和美国装设了试验性电弧路灯电弧灯。同年先后在法国和美国装设了试验性电弧路灯18791879年年爱迪生发明白炽灯爱迪生发明白炽灯18811881年年英国建成了世界上第一座小型水电站英国建成了世界上第一座小型水电站18821882年年爱迪生在纽约建成世界上第一座正规发电厂爱迪生在纽约建成世界上第一座正规发电厂欧美电力发展史欧美电力发展史4电气工程概论1882年 法法国人国人德普勒在慕尼黑博览会上表演了电压为德普勒在慕尼黑博览会上表演了电压为15001500200
5、0V2000V的直流发电机组经的直流发电机组经57km57km线路驱动电动泵线路驱动电动泵1884年 英国人制造了第一台汽轮机英国人制造了第一台汽轮机1885年 制成交流发电机和变压器，制成交流发电机和变压器，1886年年3月在马萨诸塞州的大月在马萨诸塞州的大巴林顿建立了第一个交流送电系统，电源侧升压至巴林顿建立了第一个交流送电系统，电源侧升压至3000V，经，经1.2km到受端降压至到受端降压至500V，显示了交流输电的优越性，显示了交流输电的优越性1891年 德国在劳芬电厂安装了第一台三相德国在劳芬电厂安装了第一台三相100kW交流发电机，通交流发电机，通过第一条三相输电线路送电至法兰克福
6、过第一条三相输电线路送电至法兰克福1894年 建成利亚加拉大瀑布水电站。建成利亚加拉大瀑布水电站。1896年采用三相交流输电送年采用三相交流输电送至至35km外的布法罗。结束了外的布法罗。结束了1880年来交、直流电优越性年来交、直流电优越性的争论。的争论。1903年 威斯汀豪斯电气公司装设了第一台威斯汀豪斯电气公司装设了第一台5000kW汽轮发电机组，汽轮发电机组，标志着通用汽轮机组的开始。标志着通用汽轮机组的开始。欧美电力发展史（续）欧美电力发展史（续）5电气工程概论1916年美国建成第一条美国建成第一条90km90km的的132kV132kV线路线路1922年美国在加州建成第一条美国在加
7、州建成第一条220kV220kV线路线路二战后美国于美国于1955、1960、1963、1970和和1973等年份分别等年份分别制成并投运制成并投运30、50、100、115和和130万千瓦汽轮发电万千瓦汽轮发电机组机组1954年瑞典首先建成了瑞典首先建成了380kV线路，采用线路，采用2分裂导线，距离分裂导线，距离960km，将北极圈内的，将北极圈内的Harspranget水电站电力送至水电站电力送至瑞典南部。瑞典南部。1954年前苏联建成第一座核电站，前苏联建成第一座核电站，1973年法国制成年法国制成120万万kW核反应堆核反应堆1964年美国建成第一条美国建成第一条500kV500kV
8、交流输电线路交流输电线路1965年加拿大建成第一条加拿大建成第一条765kV765kV交流输电线路交流输电线路欧美电力发展史（续）欧美电力发展史（续）6电气工程概论1965年苏联建成第一条苏联建成第一条400kV400kV的的470km470km直流输电线路，送电直流输电线路，送电7575万千瓦万千瓦1970年美国建成美国建成400kV400kV的的1330km1330km直流输电线路，送电直流输电线路，送电144144万万千瓦千瓦1989年苏联建成第一条最高电压苏联建成第一条最高电压1150kV1150kV的的1900km1900km交流输电线交流输电线路路减小损耗的最合理的途径就是提高电压
9、。减小损耗的最合理的途径就是提高电压。输电技术全部发展史的特征便是不断提高线路电压输电技术全部发展史的特征便是不断提高线路电压。欧美电力发展史（续）欧美电力发展史（续）7电气工程概论1.1.新中国成立前的我国电力工业新中国成立前的我国电力工业l中国的电力工业始于中国的电力工业始于18821882年，至今年已有年，至今年已有124124年的历史；年的历史；l新中国成立前，全国发电装机容量仅为新中国成立前，全国发电装机容量仅为184.86184.86万千瓦，年发电量只有万千瓦，年发电量只有43.143.1亿亿kWhkWh，分别居当时世界第分别居当时世界第2121位和第位和第2525位；位；l输电电
10、压很低，输电电压等级繁多，全国输电电压很低，输电电压等级繁多，全国没有形成统一的电压级标准。没有形成统一的电压级标准。中国电力工业发展史中国电力工业发展史8电气工程概论18821882年年英籍商人英籍商人R.W.LittleR.W.Little等创办上海电气公司，安装等创办上海电气公司，安装1 1台台1616马力蒸汽发电机组，装设了马力蒸汽发电机组，装设了1515盏弧光灯。盏弧光灯。18821882年年7 7月月2626日下午日下午7 7时，电厂开始发电。时，电厂开始发电。19121912年年 中国第一座水电站在云南昆明石龙坝水电站建成，中国第一座水电站在云南昆明石龙坝水电站建成，装机容量为装
11、机容量为2240kW2240kW。同年建成电压为。同年建成电压为23kV23kV从石龙从石龙坝水电站到昆明的输电线路。坝水电站到昆明的输电线路。19171917年年 建成中国第一台变压器、建成中国第一台变压器、8kW8kW直流发电机、直流发电机、60A60A电镀电镀用直流发电机，用直流发电机，19261926年制成中国第一台年制成中国第一台150kW150kW交流同交流同步三相发电机。步三相发电机。19491949年年前前平津唐地区发电装机共平津唐地区发电装机共14.6614.66万万kWkW，77kV77kV输电线路共输电线路共350km350km，其余为，其余为33kV33kV及以下电压输
12、电和配电。工业最及以下电压输电和配电。工业最集中的华东地区三省一市、华中地区四省全部为孤集中的华东地区三省一市、华中地区四省全部为孤立电网。立电网。9电气工程概论1.1.新中国成立后的我国电力工业新中国成立后的我国电力工业19491949年新中国成立，我国电力工业迅速发展。到年新中国成立，我国电力工业迅速发展。到19781978年，全国电力装机容量已达年，全国电力装机容量已达57125712千瓦，比千瓦，比19491949年增长近年增长近3030倍；年发电量倍；年发电量25662566亿千瓦时，增长近亿千瓦时，增长近5959倍。倍。19871987年，装机容量达亿千瓦；年，装机容量达亿千瓦；1
13、9951995年，装机容量达年，装机容量达2 2亿千瓦；亿千瓦；20002000年，装机容量达年，装机容量达3 3亿千瓦；亿千瓦；20042004年，装机容量达年，装机容量达4 4亿千瓦。亿千瓦。10电气工程概论目前基本上进入大电网、大电厂、大机组、目前基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代。高电压输电、高度自动控制的新时代。l全国总装机全国总装机4 4亿亿kWkW（20042004年年4 4月月)，发电量为，发电量为1800018000亿亿kWh kWh（20032003年底）均居世界第二位；年底）均居世界第二位；l20072007年，全国总装机年，全国总装机达达
14、7.137.13亿亿kWkW，发电量发电量达到达到32559 32559 亿亿kWhkWh。11电气工程概论3.2 电力系统简介电力系统简介 1 1、电力系统的功能与作用、电力系统的功能与作用p 电力系统电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组成的一个同一系应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组成的一个同一系统。统。p发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备，也发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备，也称为称为一次设备一次设备，由主设备构成的系统称为主系统，也称为，由主设备构成的系统称为
15、主系统，也称为一一次系统次系统；p测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备称为设备称为二次设备二次设备，二次设备构成的系统称为辅助系统，也，二次设备构成的系统称为辅助系统，也称为称为二次系统二次系统。12电气工程概论 电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民生济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民生活需要。活需要。为了发挥为了发挥电力系
16、统电力系统的功能和作用，应满足以下的功能和作用，应满足以下基本要求：基本要求：满足用户需求；满足用户需求；安全可靠性要求；安全可靠性要求；经济性要求；经济性要求；环保和生态要求。环保和生态要求。13电气工程概论2 2、现代电力系统的特点、现代电力系统的特点p 电力系统技术上的发展是以电力系统技术上的发展是以“大机组、大电网、高电压、大机组、大电网、高电压、高度自动化高度自动化”为特征来描述；为特征来描述；p数字化、网络化、信息化、智能化数字化、网络化、信息化、智能化技术日益提高电力系统的技术日益提高电力系统的自动化水平；自动化水平；p洁净煤技术、水电开发、核电的发展越来越得到重视，洁净煤技术、
17、水电开发、核电的发展越来越得到重视，新能新能源源的开发利用，特别是的开发利用，特别是可再生能源可再生能源的开发利用也是现代电力的开发利用也是现代电力技术的发展趋势；技术的发展趋势；p建立健全的建立健全的电力市场电力市场机制是提高效率、降低成本，促进电力机制是提高效率、降低成本，促进电力资产的合理利用与发展的有效保证。资产的合理利用与发展的有效保证。14电气工程概论3 3、电力资源与负荷、电力资源与负荷p 我国一次能源蕴藏量较为丰富，我国一次能源蕴藏量较为丰富，煤炭煤炭资源总蕴藏量为资源总蕴藏量为2.62.6亿亿万吨，列世界第万吨，列世界第2 2位；位；水力资源水力资源蕴藏量有蕴藏量有6.766
18、.7610108 8kWkW，其中，其中可供开发的就有可供开发的就有3.73.710108 8kWkW，居世界首位，居世界首位；其他如；其他如石油、核石油、核料、风能、太阳能、地热料、风能、太阳能、地热等能源也较丰富。等能源也较丰富。p中国资源的分布（西部为主）、中国能源的结构（水、煤为中国资源的分布（西部为主）、中国能源的结构（水、煤为主）、中国经济的发展格局（东部领先）决定了中国电网的主）、中国经济的发展格局（东部领先）决定了中国电网的发展格局：发展格局：西电东送、南北互供、全国联网西电东送、南北互供、全国联网。15电气工程概论 电力系统的负荷按供电可靠性分为三类：电力系统的负荷按供电可靠
19、性分为三类：一级负荷一级负荷：对一级负荷中断供电，将可能：对一级负荷中断供电，将可能造成生命危险、损坏设备、破坏生产过程，造成生命危险、损坏设备、破坏生产过程，使大量产品报废，给国民经济造成重大损使大量产品报废，给国民经济造成重大损失，使市镇生活发生混乱。失，使市镇生活发生混乱。二级负荷二级负荷：对二级负荷停止供电，将造成：对二级负荷停止供电，将造成大量减产，交通停顿，使城镇居民生活受大量减产，交通停顿，使城镇居民生活受到影响。到影响。三级负荷三级负荷：不属于一、二级负荷的其他负：不属于一、二级负荷的其他负荷。荷。16电气工程概论4 4、电力系统构成、电力系统构成p 电力系统电力系统是由发电厂
20、、输配电系统及负荷组成是由发电厂、输配电系统及负荷组成的统一整体，通常覆盖广阔的地域。的统一整体，通常覆盖广阔的地域。发电厂输电线路配电线路变压器变压器用户220kV10kV380V12kV17电气工程概论500kV500kV小型燃小型燃气轮机气轮机水水库库核核岛岛锅锅炉炉23kV23kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV220kV220kV220kV220kV220kV220kV110kV110kV10kV10kV380V/220V380V/220V10kV10kV供
21、配电系统供配电系统区域电力系统区域电力系统18电气工程概论水电厂水电厂核电厂核电厂火电厂火电厂工厂电气铁路风电地区变电所配电变电所居民区输电线路居民配电线路110500变电站变电站500kV10kV枢纽变电所枢纽变电所110kV19电气工程概论5 5、电力系统设备、电力系统设备p一次设备一次设备是指电力系统中发电、变电、输电、配电、用是指电力系统中发电、变电、输电、配电、用电等设备的总称；电等设备的总称；包括：发电设备、输电设备、变电设备、配电设备、用包括：发电设备、输电设备、变电设备、配电设备、用电设备等。电设备等。p二次设备二次设备是指电力系统中用来测量、监视、控制、继电是指电力系统中用来
22、测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备。于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备。包括测量仪表、控制装置、继电保护及自动装置、直流包括测量仪表、控制装置、继电保护及自动装置、直流电源设备等电源设备等。20电气工程概论6 6、交流系统与直流系统、交流系统与直流系统p直流电直流电是指电流的大小相对于时间是恒定的，方向也是指电流的大小相对于时间是恒定的，方向也不改变。不改变。p交流电交流电是指电流的大小及方向随时间做周期性变化。是指电流的大小及方向随时间做周期性变化。通常交流电是指按正
23、弦规律变化的。通常交流电是指按正弦规律变化的。电压时间0-+a.直流电压时间0-+b.交流21电气工程概论三相降压变压器三相降压变压器三相升压变压器三相升压变压器三相发电机三相发电机三相输电线路三相输电线路三相电动机三相电动机简化简化 22电气工程概论交流系统交流系统I I直流输电线直流输电线路路交流系统交流系统IIII换流站换流站I I换流站换流站IIIII Id d+-+-直流输电系统示意图直流输电系统示意图23电气工程概论7 7、电力系统的运行、电力系统的运行p电力系统的基本参量：电力系统的基本参量：电压、电流、阻抗（电阻、电抗、容抗）、功率（有功功电压、电流、阻抗（电阻、电抗、容抗）、
24、功率（有功功率、无功功率）、频率等。率、无功功率）、频率等。电流电压B相波形C相波形A相波形时间024电气工程概论功率电压电流0时间瞬时功率瞬时功率瞬时功率瞬时功率平均功率平均功率平均功率平均功率有功功率有功功率有功功率有功功率无功功率无功功率无功功率无功功率视在功率视在功率视在功率视在功率交流电路的功率交流电路的功率25电气工程概论发电厂类型发电厂类型水力发水力发电厂电厂径流式径流式径流式径流式坝后式坝后式坝后式坝后式河床式河床式河床式河床式抽水蓄能抽水蓄能抽水蓄能抽水蓄能火力发火力发电厂电厂凝汽式凝汽式凝汽式凝汽式热电厂热电厂热电厂热电厂3.3 发电厂发电厂 核电厂核电厂压水堆压水堆压水堆
25、压水堆重水堆重水堆重水堆重水堆新能源新能源发电发电太阳能风太阳能风太阳能风太阳能风力力力力地热地热地热地热潮汐潮汐潮汐潮汐26电气工程概论 火力发电厂火力发电厂火力发电厂火力发电厂 蒸汽管道汽轮机储煤场烟囱输煤皮带升压站锅炉江河或水库冷凝器发电机冷却水 火力发电厂是利用煤、油、天然气、油页岩等为燃料的发火力发电厂是利用煤、油、天然气、油页岩等为燃料的发火力发电厂是利用煤、油、天然气、油页岩等为燃料的发火力发电厂是利用煤、油、天然气、油页岩等为燃料的发电厂。按照发电方式可分为汽轮机发电、燃气轮机发电、内燃电厂。按照发电方式可分为汽轮机发电、燃气轮机发电、内燃电厂。按照发电方式可分为汽轮机发电、燃
26、气轮机发电、内燃电厂。按照发电方式可分为汽轮机发电、燃气轮机发电、内燃机发电、燃气机发电、燃气机发电、燃气机发电、燃气蒸汽联合循环发电、供电又供热的蒸汽联合循环发电、供电又供热的蒸汽联合循环发电、供电又供热的蒸汽联合循环发电、供电又供热的“热电联产热电联产热电联产热电联产”的热电厂的热电厂的热电厂的热电厂。27电气工程概论火电机组现状火电机组现状大机组比重小大机组比重小 20002000年年100MW100MW及以下机组的容量占火电机组容量及以下机组的容量占火电机组容量31.7%31.7%火电厂煤耗高火电厂煤耗高 20032003年供电煤耗率平均为年供电煤耗率平均为380g/kWh380g/k
27、Wh，约比世界先，约比世界先进水平差进水平差50g/kWh50g/kWh火电机组品种单一火电机组品种单一 火电机组中火电机组中95%95%是常规的燃煤火电机组是常规的燃煤火电机组28电气工程概论制约因素制约因素石油、天然气资源量不足石油、天然气资源量不足一次能源消费以煤炭为主，约占一次能源消费以煤炭为主，约占75%75%，煤电占总发，煤电占总发电量的电量的80%80%以上以上环境问题环境问题大气烟尘大气烟尘温室效应温室效应酸雨酸雨29电气工程概论水力发电厂水力发电厂 发电站电力网水库河流大坝进水口发电机水轮机 水力发电厂是利用河流、水库的水位能来发电的水力发电厂是利用河流、水库的水位能来发电的
28、水力发电厂是利用河流、水库的水位能来发电的水力发电厂是利用河流、水库的水位能来发电的电厂。按照取水方式的不同，分为径流式、坝后式、电厂。按照取水方式的不同，分为径流式、坝后式、电厂。按照取水方式的不同，分为径流式、坝后式、电厂。按照取水方式的不同，分为径流式、坝后式、河床式、抽水蓄能电厂。河床式、抽水蓄能电厂。河床式、抽水蓄能电厂。河床式、抽水蓄能电厂。30电气工程概论三峡工程简介三峡工程简介l三峡工程位于长江西陵峡中段，湖北宜昌三斗三峡工程位于长江西陵峡中段，湖北宜昌三斗坪，距宜昌约坪，距宜昌约45kml三峡坝顶高程三峡坝顶高程 185m，初期蓄水位，初期蓄水位 139m，正，正常蓄水位常蓄
29、水位175m，坝顶全长，坝顶全长1983m；l三峡左岸电站三峡左岸电站2003年首批年首批6台机组发电，台机组发电，2004年又有年又有4台机组发电，计划台机组发电，计划2012年全部建年全部建成投产；成投产；l三峡工程是世界最大规模的水电枢纽工程，也三峡工程是世界最大规模的水电枢纽工程，也是治理长江的关键工程，具有防洪、发电、航是治理长江的关键工程，具有防洪、发电、航运、灌溉等综合效益；运、灌溉等综合效益；31电气工程概论l三峡电站分为左岸电站，右岸电站及右岸地下三峡电站分为左岸电站，右岸电站及右岸地下电站等个独立电站；电站等个独立电站；l左岸电站装机左岸电站装机1414台，右岸电站装机台，
30、右岸电站装机1212台，计划台，计划地下电站装机地下电站装机 6 6 台（预留扩建）；台（预留扩建）；l单机容量单机容量 700/756 MW700/756 MW，总装机容量（只计地，总装机容量（只计地上电站）上电站）18.2/19.656 GW18.2/19.656 GW；初期；初期139m139m水位是单水位是单机发电功率机发电功率500MW500MWl供电范围：华东、广东、华中（含重庆以及通供电范围：华东、广东、华中（含重庆以及通过华中电网向华北电网送电）过华中电网向华北电网送电）；l三峡电站年发电量三峡电站年发电量 84.7/91.5 84.7/91.5 TWhTWh （只计地（只计地
31、上电站）上电站）；32电气工程概论热交换器热交换器反应堆核反应堆核心心控制控制棒棒将热量将热量带出反带出反应堆的应堆的冷却剂冷却剂汽轮发电汽轮发电机组机组冷凝器冷凝器电能电能冷却塔排出的冷却塔排出的余热余热核电厂核电厂 原子能发电厂是用核燃料在反应堆中受控核裂变转化为热原子能发电厂是用核燃料在反应堆中受控核裂变转化为热原子能发电厂是用核燃料在反应堆中受控核裂变转化为热原子能发电厂是用核燃料在反应堆中受控核裂变转化为热能，将水变为蒸汽推动汽轮机带动发电机发电的电厂。能，将水变为蒸汽推动汽轮机带动发电机发电的电厂。能，将水变为蒸汽推动汽轮机带动发电机发电的电厂。能，将水变为蒸汽推动汽轮机带动发电机
32、发电的电厂。33电气工程概论中国核电站中国核电站p1991年，中国自主设计建设的第一座核电站秦山核电站建成投产；p1994年建成大亚湾核电站；p1996年开始，中国自主设计建设了秦山二期核电站；与国外合作建设了岭澳核电站、秦山三期核电站和田湾核电站。p截至2004年7月，共有9台核电机组投入生产，总功率701万千瓦。34电气工程概论 新能源发电新能源发电 新能源发电是利用太阳能、风能、地热、潮新能源发电是利用太阳能、风能、地热、潮新能源发电是利用太阳能、风能、地热、潮新能源发电是利用太阳能、风能、地热、潮汐、海浪、海洋温差、沼气、垃圾、燃料电池等能源汐、海浪、海洋温差、沼气、垃圾、燃料电池等能
33、源汐、海浪、海洋温差、沼气、垃圾、燃料电池等能源汐、海浪、海洋温差、沼气、垃圾、燃料电池等能源生产电能的发电厂。生产电能的发电厂。生产电能的发电厂。生产电能的发电厂。35电气工程概论太阳能发电太阳能发电p利用太阳光能和热能来生产电能就是太阳能发电。利用太阳光能和热能来生产电能就是太阳能发电。p太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。清洁能源，不产生任何的环境污染。p太阳能发电分光热发电和光伏发电。太阳能发电分光热发电和光伏发电。p在太阳能的有效利用当中，大阳光伏发电技术是近些在太阳能的有效利用当中，大阳光伏发电
34、技术是近些年来发展最快，最具活力的技术研究领域。年来发展最快，最具活力的技术研究领域。p在太阳能光伏技术应用中，尚待解决的技术问题还有在太阳能光伏技术应用中，尚待解决的技术问题还有很多，如：如何降低太阳能电池的生产成本；如何提很多，如：如何降低太阳能电池的生产成本；如何提高太阳能电池的光电转化效率；高效率、低成本的电高太阳能电池的光电转化效率；高效率、低成本的电能储存技术；如何实现太阳能电池的最佳输出匹配等。能储存技术；如何实现太阳能电池的最佳输出匹配等。36电气工程概论太阳能光伏发电太阳能光伏发电p光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太
35、阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。p太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），有太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。
36、37电气工程概论38电气工程概论地热发电厂地热发电厂p地热发电就是利用地表深处的地热能来生产电能。地热发电就是利用地表深处的地热能来生产电能。p地球的内部非常热，其地心温度大约为地球的内部非常热，其地心温度大约为40004000，热，热能持续不断地在流向地面，从地表辐射出去并消失能持续不断地在流向地面，从地表辐射出去并消失在太空中。在太空中。p地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，是一门新兴的能源工业。型发电技术，是一门新兴的能源工业。p地热发电的基本原理与普通火力发电相似，也是根地热发电的基本原理与普通火力发电相似，也是根据能量转
37、换原理，首先把地热能转换为机械能，然据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，然后又把机械能变为电能。后又把机械能变为电能。p现在大量应用的地热发电系统主要有两大类：地热现在大量应用的地热发电系统主要有两大类：地热蒸汽发电系统和双循环发电系统。蒸汽发电系统和双循环发电系统。p另外，在研究的地热发电系统还有全流发电系统和另外，在研究的地热发电系统还有全流发电系统和干热岩发电系统。干热岩发电系统。p目前世界地热发电中多数为地热蒸汽发电，因为它目前世界地热发电中多数为地热蒸汽发电，因为它技术成熟，运行安全可靠。技术成熟，运行安全可靠。39电气工程概论地热发电厂地热发电厂40电气工程概论风力发电风力发
38、电 风力能源是由于太阳对大气层造成的温差和地球风力能源是由于太阳对大气层造成的温差和地球表面不规则而引起。利用风力的动能就叫风力发电。表面不规则而引起。利用风力的动能就叫风力发电。我国风能资源丰富，陆地理论储量亿千瓦，我国风能资源丰富，陆地理论储量亿千瓦，可可 开发的装机容量约开发的装机容量约.亿千瓦，居世界首位，亿千瓦，居世界首位，商业化、规模化发展潜力巨大。全国累计安装小型风商业化、规模化发展潜力巨大。全国累计安装小型风力发电机近万台，用作解决西部无电地区农牧民力发电机近万台，用作解决西部无电地区农牧民生产生活用电。在广东、福建、内蒙古、新疆等地已生产生活用电。在广东、福建、内蒙古、新疆等
39、地已建成个风电场，总装机容量近万千瓦。建成个风电场，总装机容量近万千瓦。41电气工程概论潮汐发电站潮汐发电站p潮汐运动中蕴藏着巨大的能量。潮汐能的大小与水体潮汐运动中蕴藏着巨大的能量。潮汐能的大小与水体大小及潮差大小有关；大小及潮差大小有关；p实验表明，潮汐能量和海面的面积及潮差高度的平方实验表明，潮汐能量和海面的面积及潮差高度的平方成正比；成正比；p目前，利用潮汐发电是开发利用潮汐的主要方向。目前，利用潮汐发电是开发利用潮汐的主要方向。p潮汐发电与水力发电的原理相似，潮汐发电是利用潮潮汐发电与水力发电的原理相似，潮汐发电是利用潮差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发电机发电；差来推动水轮机转动
40、，再由水轮机带动发电机发电；p潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电；涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电；p单库单向型，只能在落潮时发电。单库单向型，只能在落潮时发电。单库双向型：单库双向型：在涨、落潮时都能发电。在涨、落潮时都能发电。双库双向型：可以连续发双库双向型：可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。电，但经济上不合算，未见实际应用。42电气工程概论p全国潮汐能资源的理论蕴藏量为全国潮汐能资源的理论蕴藏量为1.91.910108 8kwkw，可开发，可开发利用的装机容量为利用的装机容量为215721
41、5710104 4kwkw，可开发的年电量为，可开发的年电量为618xl0618xl08 8kwkwh h，占世界潮汐能总量的，占世界潮汐能总量的1 11010。p中国沿海已建成中国沿海已建成9 9座小型潮汐电站，座小型潮汐电站，19801980年建成的江年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目前世厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目前世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量为界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量为32003200千千瓦，年发电量为瓦，年发电量为10701070万度。万度。p江厦潮汐试验电站位于浙江省温岭县江厦港的下游。江厦潮汐试验电站位于浙江省温岭县江厦港
42、的下游。该港为乐清湾北端的一个封闭式半日浅海潮港，平均该港为乐清湾北端的一个封闭式半日浅海潮港，平均潮差为潮差为5.08m5.08m，最大潮差达，最大潮差达8.39m8.39m。它是我国最大的一。它是我国最大的一座单库双向开发、生产和科研相结合的中间试验电站。座单库双向开发、生产和科研相结合的中间试验电站。43电气工程概论3.4 电力网电力网 1.电网的构成和功能电网的构成和功能p电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应的配电装置构成。相应的配电装置构成。相应的配
43、电装置构成。相应的配电装置构成。p电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变换。换。换。换。p电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结构通常以电压等级进行分层；构通常以电压等级进行分层；构通常以电压等级进行分层；构通常以电压等级进行分层；p输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷输电网将发电厂的电能通
44、过高压输电线送到负荷输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷中心，其额定电压通常为中心，其额定电压通常为中心，其额定电压通常为中心，其额定电压通常为220220220220750kV750kV750kV750kV，它是电力系，它是电力系，它是电力系，它是电力系统的主干网；统的主干网；统的主干网；统的主干网；44电气工程概论l l配电网将电能通过配电线路送到电能用户，可配电网将电能通过配电线路送到电能用户，可以分为高压、中压、和低压配电网；以分为高压、中压、和低压配电网；l l高压配电网的电压一般为高压配电网的电压一般为35110kV或更高；或更高；l l中压配电网的电压一般为中压配电网的电压
45、一般为135kV；l l低压配电网的电压一般为低压配电网的电压一般为380/220V。45电气工程概论2.电力线路电力线路p电力线路分为架空线路和电缆线路电力线路分为架空线路和电缆线路p架空线路主要由导线、避雷线（又架空线路主要由导线、避雷线（又称架空地线）、杆塔、绝缘子串合金称架空地线）、杆塔、绝缘子串合金具等部分组成。具等部分组成。p导线用来传导电流，输送电能。导线用来传导电流，输送电能。p避雷线用来将雷电流引入大地，保避雷线用来将雷电流引入大地，保护线路免遭直击雷的破坏。护线路免遭直击雷的破坏。p杆塔用来支撑导线和避雷线。杆塔用来支撑导线和避雷线。p绝缘子用来使导线与导线、导线与绝缘子用
46、来使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝缘状态。杆塔之间保持绝缘状态。p金具用来固定、悬挂、连接和保护金具用来固定、悬挂、连接和保护架空线路各主要元件的金属器件的总架空线路各主要元件的金属器件的总称称。46电气工程概论pp电缆是将导电芯线用绝缘层及防护层包裹，敷设于地电缆是将导电芯线用绝缘层及防护层包裹，敷设于地电缆是将导电芯线用绝缘层及防护层包裹，敷设于地电缆是将导电芯线用绝缘层及防护层包裹，敷设于地下、水中、沟槽等处的电力线路。下、水中、沟槽等处的电力线路。下、水中、沟槽等处的电力线路。下、水中、沟槽等处的电力线路。pp特点：特点：特点：特点：造价高，故障定位和检修困难；造价高，故障定位和检修
47、困难；造价高，故障定位和检修困难；造价高，故障定位和检修困难；占地面积少，供电可靠；占地面积少，供电可靠；占地面积少，供电可靠；占地面积少，供电可靠；不影响城市环境。不影响城市环境。不影响城市环境。不影响城市环境。47电气工程概论3.变电站的功能和构成变电站的功能和构成pp变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过变压器将各级电压力的流向和调整电压的电力设施，它通过变压器将各级电压力的流向和调整电压的电
48、力设施，它通过变压器将各级电压力的流向和调整电压的电力设施，它通过变压器将各级电压的电网联系起来。的电网联系起来。的电网联系起来。的电网联系起来。pp主要设备：主要设备：主要设备：主要设备：变换电压的变压器；变换电压的变压器；变换电压的变压器；变换电压的变压器；开闭电路的开关设备；开闭电路的开关设备；开闭电路的开关设备；开闭电路的开关设备；汇集和分配电能的母线；汇集和分配电能的母线；汇集和分配电能的母线；汇集和分配电能的母线；计量和控制用的互感器、仪表、继电保护装置；计量和控制用的互感器、仪表、继电保护装置；计量和控制用的互感器、仪表、继电保护装置；计量和控制用的互感器、仪表、继电保护装置；防
49、御过电压的防雷装置，如：避雷器、避雷针等；防御过电压的防雷装置，如：避雷器、避雷针等；防御过电压的防雷装置，如：避雷器、避雷针等；防御过电压的防雷装置，如：避雷器、避雷针等；通信装置；通信装置；通信装置；通信装置；无功补偿装置。无功补偿装置。无功补偿装置。无功补偿装置。48电气工程概论4.配电系统的功能和构成配电系统的功能和构成p配电系统是电力系统的一部分，由电压等级为配电系统是电力系统的一部分，由电压等级为配电系统是电力系统的一部分，由电压等级为配电系统是电力系统的一部分，由电压等级为110kV110kV110kV110kV及以下的线路和设备构成，电力系统通过配及以下的线路和设备构成，电力系
50、统通过配及以下的线路和设备构成，电力系统通过配及以下的线路和设备构成，电力系统通过配电网络直接向用户供电，主要由配电变电站、配电电网络直接向用户供电，主要由配电变电站、配电电网络直接向用户供电，主要由配电变电站、配电电网络直接向用户供电，主要由配电变电站、配电线路等构成。线路等构成。线路等构成。线路等构成。p主要包括：主要包括：主要包括：主要包括：1kV1kV1kV1kV以下低压配电；以下低压配电；以下低压配电；以下低压配电；1 1 1 135kV35kV35kV35kV中压配电；中压配电；中压配电；中压配电；35353535110kV110kV110kV110kV高压配电。高压配电。高压配电