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供配电技术

约 2069 个字 预计阅读时间 8 分钟

智能供配电技术 2023-2024 春 回忆卷 - CC98 论坛

课程信息

  • 课程名称：智能供配电技术
  • 课程教师：杨强

电力系统格局

中国“五大六小”发电集团梳理 - 知乎 起底：中国电力系统企业关系图！ - 知乎 在2002年电力改革厂网分家之前的电力行业(包括发、输、配、售、设计、建设等)都只被一个单位—国家电力公司所垄断。2002年厂网分离改革后，分化成多家单位

政府部门：国家能源局、国家发展和改革委员会

两大电网：国家电网、南方电网（以建设和运营电网为核心业务）

两大 EPC 单位：中国电力建设集团公司 ( 中电建 ) 和中国能源建设集团有限公司 ( 中能建 )

设计采购施工总承包 （EPC：即 Engineering，Procurement，Construction 的组合）是我国推行总承包模式最主要的一种。

发电集团 - 五大电力央企：国家能源投资集团、中国华能集团、中国华电集团、中国大唐集团、国家电力投资集团。 - 六小豪门：国投电力、中广核、三峡集团、华润电力、中节能、中核 - 地方公司：浙能、京能、申能、鲁能

设备制造集团：上海电气、东方电气、哈尔滨电气

一些数据

2014-2023 能源生产结构

2022-2023 能源消费结构

2014-2023 全社会用电量与增速

2023 年非化石能源发电量

2023 年发电结构

2017 年

公司名称 总资产 营收 利润总额 上缴利润 员工总数
国家能源集团 17828 亿元 5423 亿元 735 亿元 895 亿元 34 万人
中国华能 10733 亿元 2786 亿元 144 亿元 255 亿元 135329 人
国家电投 10800 亿元 1438 亿元 76.2 亿元 — 14 万人
中国大唐 7458 亿元 1895 亿元 95.98 亿元 — 96095 人
中国华电 7984 亿元 2006 亿元 — — —

供配电系统简介

1. 发电系统

  • 功能：将一次能源（如煤炭、天然气、水力、核能、风能、太阳能等）转化为电能。
  • 主要设施：
  • 传统电厂：火力发电厂（燃煤、燃气）、水电站、核电站。
  • 可再生能源电厂：风力发电场、光伏电站、生物质能电站等。

2. 输电系统

  • 功能：将发电厂产生的高压电能远距离输送至负荷中心，减少损耗。
  • 关键组成部分：
  • 输电线路：通常采用高压（110kV 及以上）或特高压（如 ±800kV 直流、1000kV 交流），如中国的“西电东送”工程。
  • 变电站：升压（发电厂出口）和降压（靠近用户侧）变压器、断路器、隔离开关等。
  • 区域电网互联：通过主干网连接不同区域，提高供电可靠性和资源调配能力（如欧洲跨国电网）。

3. 配电系统

  • 功能：将输电系统的高压电能降压后分配到终端用户。
  • 结构：
  • 电压等级：中压（10kV~35kV）和低压（220V/380V）。
  • 网络类型：辐射状（树状）、环状或网状，以提高可靠性。
  • 设备：配电变压器、开关柜、电缆 / 架空线路、无功补偿装置等。

4. 用电系统

  • 用户分类：
  • 工业用户：高耗能、对电压稳定性要求高（如钢铁厂）。
  • 商业与居民用户：负荷波动大，需满足日常用电需求。
  • 特殊用户：医院、数据中心等对供电可靠性要求极高。
  • 技术发展：
  • 智能电表、需求响应（用户参与调峰）。
  • 电动汽车充电设施等新型负荷的接入。

电力系统的主要特点

  1. 实时平衡：发电与用电需时刻匹配，否则可能导致频率波动或停电。
  2. 高可靠性：通过冗余设计（如多回线路）、备用电源保障连续供电。
  3. 复杂性与互联性：跨区域互联提高效率，但也增加连锁故障风险。
  4. 动态演化：从集中式向“源 - 网 - 荷 - 储”协同的灵活系统转型。

电能不能储存

电力系统生产特点：发电、供电、用电同时完成。

基本概念

  • 电力系统= 发电厂 + 变电所 + 输电线路 + 用户
  • 动力系统= 电力系统 + 动力装置 + 能源系统
  • 电力网分为：地方电力网（<35kV）、区域电力网 (110-220kV)、超高压输电网 (>330kV)

要做到有功功率和无功功率的平衡

以前是源随荷动，现在是源荷互动，动态平衡

2030 碳达峰 2060 碳中和

发电厂类型

  • 凝气式火电厂：燃烧使汽轮机转动
  • 热电厂：供电 + 供热
  • 水电站：水轮机
  • 核电站：核裂变——汽轮机
  • 风力发电站
  • 潮汐发电站：幅度必须有机密，潮汐行程天然水库
  • 太阳能发电：现在光伏发电效率 24%；塔式、槽式
  • 地热能发电

变电所

升压变电所一般安装在发电厂

为了防止高压危险，距离用户近的时候需要减压；减压变电所是在传递电能的同时降低电压。

规模上分为 - 枢纽变电所：电压等级高，一次电压330or500kV - 地区重要变电所：一次电压220or110，二次35or10kV - 一般变电所

  • 中间变电所：系统功率交换的作用
  • 终端变电所：靠近负荷点，直接给用户供电

供电质量

电压、波形和频率

电压：

  1. 感应电动机影响：电压偏差影响转矩和温升，可能损害绝缘。
  2. 照明设备影响：电压偏差影响发光效率和寿命。
  3. 电子设备影响：电压偏差可能导致系统紊乱、数据损坏和精确控制问题。
  4. 无功补偿影响：电压过低可能降低补偿效率，引起电网问题。

改善措施

  1. 就地进行无功功率补偿
  2. 调整同步电动机的励磁电流
  3. 采用有载调压变压器

电压波动和闪变是指电压在一段时间内急剧变化而偏离额定值的现象。具体来说： - 电压波动 ：周期性电压急剧变化引起电源光通量急剧波动而造成人的视觉感官不舒适的现象。 - 闪变 ：电压波动和闪变是由电弧炉、轧机、电弧焊机等波动负荷引起的。

措施

  1. 采用单独回路供电
  2. 降低共用配电线路阻抗
  3. 提高供电电压
  4. 增加短路容量
  5. 采用静止型无功功率补偿装置

波形

由于电力系统中存在大量的非线性供用电设备，使得电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波畸变。电压波形的畸变程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称为电压谐波畸变率。

波形的改善措施 ： 1. 加强系统承受谐波的能力 2. 提高供、用电设备抗谐波干扰的能力 3. 限制谐波的产生 4. 装设交流滤波器吸收谐波

频率

频率偏差 是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。我国电网的标准频率为 50Hz，又称工频。频率偏差一般不超过 ±0.5Hz，对于大容量电网，频率偏差不超过 ±0.2Hz。

频率偏差改善措施 ：调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机的有功功率。通过调整发电机的输出功率，可以影响电网的频率，从而改善频率偏差。

电压等级

额定电压 500kv,330kv,220kv,110kv,63kv,35kv,10kv

  • 220kV 及以上：为输电电压，用来完成电能的远距离输送。
  • 110kV 及以下：为配电电压，完成降压和电能的分配。
  • 35～110kV 配电网：高压配电网。
  • 10～35kV 配电网：中压配电网。
  • 1kV 以下：为低压配电网。

构成和布置

供配电负荷： - 一类（损失大，有人员伤亡）：两个独立的电源供电 - 二类：两个回路供电（类似高德改路线） - 三类：单回路供电

中心点运行方式

星形接线中性点

需要系数法

二项式系数法

停电事故