浅谈电力系统的特征及工程项目

摘要：电力系统可以说是人类构成的系统中最大的系统之一。本文对电力系统是怎样的一个系统，它的特征、构成，以及电力系统工程中涉及的课题进行概要介绍。

关键字：输送电力 系统连接 供电可靠性 高次谐波

中图分类号： F406 文献标识码： A 文章编号：

1 电力系统概述

何为电力系统，它的定义有很多种。可以认为它是“为了实现某种目的，由多个单元设备构成的集合体，通过构成单元设备间的协调和竞争，作为一个集合体来表现各构成元素的固有性质及其它特性与特征。”还可以说，电力系统工程学是借助计算机的作用，将具有这种性质的系统模型，进行适当的分析、规划、设计、应用等的一门技术。

电力系统是以产生、转换、输送电力（电能），并把它分配给用户为目的而组成的系统。更具体地说，电力系统的目的是供给用户这样的电力：①良好的电力质量（电压、频率恒定，高次谐波少的电力），②持续供电，③便宜，④对环境影响小。电力系统的组成也有发电机、变压器、输电线、断路器、配电线等。

发电站有核电站、火力发电厂、水力发电站（包括抽水蓄能电站）、燃气轮机发电站等。输电线大致可分为架空和地埋两种。此外，为了转换输电线电压把电配送到各地，还设有变电站和配电站。还有，在输电线末端通过配电线路（和输电线路一样可分为架空配电线和地埋配电线两种）连接到发动机和发热、照明等各种负荷（用户）上。

在电力系统工程中不仅可按功能把以上所说的电力系统分为发电、输电、变电、配电，还可以按负荷硬件的不同分为发电机、变压器、输电线、断路器、配电线等，也可以作为一个系统来进行规划、运行（调节）、分析等。

2 电力系统的特征

2.1电能、化学能和核能等其它形态的能量相比，具有以下特征：

（1）是二次能量 电力在自然界不能直接以其可以利用的形式存在，它必须从一次能量（水力、煤、石油、液化天然气（LNG）的化石燃料、核能等）转换而来。这种转换的效率，除了水力发电以外都不太高。

（2）储存困难 电能不能以其自身的形式储存，为了储存必须转换成位能（抽水蓄能发电）、动能（飞轮）、化学能（蓄电池）等其它形式。为了储存电能，人们正在进行各种储存方式的研究，但是很难做到储存效率高、成本低。

（3）安全、清洁，能够很容易地转换为其它各种形态的能量 由于这种特征，电在当今社会中的需求量越来越大。不只是电的消耗量增加，在全部能量消耗中电的消耗比率（电力化比率）也在增加。

2.2根据以上电能的特征，电力的供应具有以下特性：

（1）与煤气及自来水不同，电能储存困难，而且电力供应商要调节电力需求（负荷），为满足需求对系统进行干预，这比较困难。因此，从事系统运行的技术人员必须一边维持规定的电压和频率，一边调节发电输出使之与负荷相匹配。

（2）由于电力需求正在持续增长，所以电力系统也随之不断扩展。例如，它不像化工厂那样抛弃陈旧的设备，建设一个全新的工厂（设备更新），电力系统是以不断地在原有系统上增加新设备来扩展的。

（3）可利用的能源不是局限在电力需求的地点附近。通常，水力资源往往存在于距负荷中心（大量需求的地点）很远的地方，输电线路很长。煤矿燃料的产地也远离电力需求地点，这种情况下是先在燃料产地发电再送到需求地点，还是采取什么方法把燃料送到距需求地点近的地方来发电，应当从经济方面和环境方面考虑作出决断。

3 系统连接的意义

欧洲时行了电力系统的跨国连接。系统连接的优点可以概括为提高了供电可靠性与经济性两个方面：

（1）供电可靠性 发电站和输电线出现故障时，能够得到其它系统的支援。

（2）经济性 负荷的变化可以相互抵消，减少了供电的备用容量，可以按经济规模来采用单机容量大的机组经节约固定资产费用，减少瞬间波动的备用容量，可以大范围地进行负荷经济分配从而节约了燃料消耗费用和运行费用等。

如果从上述供电的可靠性和经济性方面来看，简单系统中发电机产生的电和负荷的需求必须是一对一平衡的，一旦由于某种原因而导致发电机脱落，或是负荷过大而导致停电事故，必须采取对策。

如果每一个系统都有备用容量，那么就会加大设备的投资，导致发电成本的提高。如果在负荷端把各个单一系统连接起来，只需要很小的备用容量就可以满足系统的需要，能够提高常用设备的运行效率。

系统这样连接的好处很大，但是如果用低压电连接，连接线上很难流过很大的电功率。现在的电力系统中为了能够把大多数的发电机相互连接，必须在连接上流过很大的电功率。为此在连接线上的电压采用超高压（275kV,500kV）可以确保系统的稳定性。

4 电力系统工程中的问题

电力系统如何经济地以足够的可靠度完成任务，实现系统本来的目的，是电力系统工程课题。它大致可以分为与系统开发扩展规划有关的各种问题和系统的运行调节问题，以及从底层支撑这些的系统分析三部分（如图1所示）。运行和调节有相似之处，但是运行在时间上更强调长期，调节则是以较短时间内的事情和现象为研究对象。

图1 电力系统工程项目分类

与开发扩展规划相关的课题，包括负荷需求预测，供电可靠度，发电设备的扩充和发电规划，电力系统的构成和输配电设备的扩充，电力系统的连接等问题。运行调节包括水力火力发电系统的经济运行，火力发电站的起动和停止，电力系统的连接，频率、电压调节等重要课题。系统分析包括时间域的暂态浪涌分析、高次谐波分析、轴的扭振、暂态稳定性、静态稳定性（长时间内的动特性）、电压稳定性与电力潮流计算等。

参考文献：

[1][日]大泽靖治 电力系统工程[M] 张建华译 北京：科学出版社 2003.02

[2]牟道槐 电力系统工程基础[M] 北京：机械工业出版社2007.01

[3]詹红霞 电力系统继电保护原理及新技术应用[M] 北京：人民邮电出版社2011.09

[4]姚建刚 电力系统工程学[M] 北京：清华大学出版社 2007.04

作者简介:王双玉(1976,1,9~),男,汉族,黑龙江省双城市人,双城市农电公司信息中心信息管理专责,工程师，主要从事信息化建设方面的工作。