电力系统分析-合成版.pdfVIP

CHAPTER 1 The Power System: an Overview 电力系统简介 OUTLINE 1.1 概述 1.2 电力工业结构 1.3 现代电力系统 1.4 系统保护 1.5 能源控制中心 1.6 计算机分析 1.1 Introduction 概述 电能因为传输效率高、成本合理而成为一种最为广泛使用的能源。1882年，汤姆斯-爱 迪生在纽约市珍珠街电站建立了美国的第一个电力网络。该电站由直流发电机发电，以地 下电缆配电，向曼哈顿地区供应照明直流电。同年，在阿普尔顿-威斯康星州安装了首台 水轮发电机。接下来的几年，在爱迪生专利授权的情况下，成立了许多电力公司，生产照 I 2R 明电能。低压输电时， 损耗巨大，爱迪生公司的电能仅能传输很短的距离。 随着提升输配电交流电压等级的变压器的发明（威廉-史坦利，1885年）以及取代直 流发动机的感应电动机（尼卡拉-铁斯拉，1888年）的出现，交流系统的优点开始显现， 使交流系统开始盛行。交流系统的另一个优点是由于在交流发电机中去掉了换向器，在较 高的电压下易于产生较大的功率。 第一个单相交流系统建于美国俄勒冈市，由两台300马力的水轮发电机发电，并以4kV 的电压等级向波特兰输电。1893年，美国南加利福尼亚爱迪生公司首次采用2.3kV等级的 三相系统。接着全国范围内成立了许多电力公司。最初，私人公司运行在不同频率上，从 25Hz到133Hz不等。然而，由于交互式和并行运行的需求越来越明显，美国和加拿大逐渐 采用了相同的标准频率60Hz 。大部分欧洲国家则选用50Hz 。随着输电电压等级的稳步提 高，商业使用的超高压（EHV ）采用765kV，，并于1969年在美国首次投入运行。 对于长距离输电来说，将交流EHV转换成直流EHV也许更加经 济，而且一般采用两条输电线输电，并在另一端逆变为交流。研究 表明，当传输距离为500km甚至更长时，直流输电比较有利。因为 直流线路没有电抗，能比相同导线尺寸的交流线路传送更大的功率。 当距离较远的两个大型系统相连时，直流输电的优势更为明显。直 流输电连接线就像两个刚性系统间的非同步连接，起到消除交流连 接中固有的不稳定度问题。直流输电的主要缺点是会产生谐波，在 线路两端需要大量的无功补偿。在美国，首条400kV 的直流输电线 于1970年建成，为俄勒冈州和加利福尼亚州之间的太平洋联络电力 线，全长为850英里。 整个美洲大陆相互连接形成一个网络叫做电网（power grid ）。 小部分的网络由联邦或市政府拥有，大多数则为私人拥有。系统被 分为几个地理区域称为电力池（power pools ）。在互联系统中，为 尖峰负荷和热备用预留的发电机数目很少。此外，由于电能可以由 一个区域迅速地传输到另一个区域，所以互联系统使发电和输电更 加经济可靠。有时，公司购买邻近电厂的大量电能反而比自己的老 发电厂发电要便宜很多。 1.2 Electric Industry Structure 电力工业结构 美国大部分电能的生产来自于集体投资人公用事业（IOU-investor-owned utilities ）， 少数发电则为联邦政府拥有，如田纳西河谷管理局（TVA-Tennessee Valley Authority ）和巴 那威利电力管理局（BPA-Bonneville Power Administration ）。目前由两个不同层次的管理部 门管理着美国电力系统。其一为联邦能源管制委员会（FERC-Federal Energy Regulatory Commission ），负责管制电能批发价格、服务项目和运行。另一个为安全与交易委员会 （SEC-Securities and Exchange Commission ），管制电力的商业交易结构。 在美国和加拿大，电力传输系统相互连接形成一个大的电网，通称为北美互联电网。 电网被分成数个电