电力系统的发展及其所面临的问题

五、电力系统
电力系统的发展不断地推进着发电、变电、输电、配电等技术的发展，同时各个环节的发展必须建立在使电力系统更加安全、稳定的运行，便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。
中华人民共和国的电力系统从50年代开始迅速发展。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统。
二、变电
电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向远方的电力用户送电，为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高；为了满足电力用户安全的需要，又要将电压降低，并分配给各个用户，这就需要能升高和降低电压，并能分配电能的变电所。所以变电所是电力系统中通过其变换电压、接受和分配电能的电工装置，它是联系发电厂和电力用户的中间环节，同时通过变电所将各电压等级的电网联系起来，变电所的作用是变换电压，传输和分配电能。变电所由电力变压器、配电装置、二次系统及必要的附属设备组成。
在电力系统中安全是放在首要位置的，安全生产是企业取得经济效益的基础，要使供电企业健康、稳定、持续的发展，就要不断强化供电企业的安全管理。根据国家颁布实施的《安全生产法》、《电力法》等法律法规，制定严密的规章制度和严格的安全管理，同时抓制度建设，促进安全生产日常管理规范化，以保障电网的安全运行。例如南方电网公司《现场标准化作业指导书编制导则》及《现场标准化指导书范本》、《安全管理评先考核细则》、《安全生产风险抵押金实施办法》、《反事故斗争工作方案》、《两票管理规定》等管理规定。
三、输电
电能的传输。是电力系统整体功能的重要组成环节。发电厂与电力负荷中心通常都位于不同地区。在水力、煤炭等一次能源资源条件适宜的地点建立发电厂，通过输电可以将电能输送到远离发电厂的负荷中心，使电能的开发和利用超越地域的限制。与其他能源输送方式相比较，输电具有损耗小、效益高、灵活方便、易于调节控制、减少环境污染等优点。
变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装2～3台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5 ～10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的按纽控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中间转换环节多。便使用。
四、配电
配电是指电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节。配电系统由配电变电所（通常是将电网的输电电压降为配电电压）、高压配电线路（即1千伏以上电压）、配电变压器、低压配电线路（1千伏以下电压）以及相应的控制保护设备组成。配电电压通常有35～60千伏和3～10千伏等。
配电系统中的电压等级有220/380V，3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。其中输电网为500 kV、330 kV、220 kV、110kV，高压配电网为110kV、66kV，中压配电网为20kV、10kV、6 kV，低压配电网为220V/380V。
华南理工大学广州学院
电气工程系
《专业概论与发展》课程论文
题目
电力系统的发展及其所面临的问题
系部
电气工程系
专业
电气工程及其自动化
班级
09电气（6）班
姓名
张泽雄
学号
200930084754
指导教师
刘耀丹
评分
2010年 06月 01 日
电力系统的发展及其所面临的问题
1831年，法拉第发现了电磁感应现象并且建造了第一个发电机原型，从此电力的出现改变了人们的生活，随着电力的不断发展、电力需求的增长，人们开始提出建立电力生产中心的设想，通过电力生产中心向各个单元提供电能。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到更广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命，同时电力系统的出现促进了发电、变电、输电、配电和用电等环节的发展，使各个环节独自发展到了一个新高度，同时共同促进电力系统进一步的发展。
十一五规划以来，我国的电源结构持续优化，清洁能源发电比例持续提高。火电机组继续向大容量、高参数、环保型方向发展。截至8月底，全国投运百万千瓦超超临界机组27台，是世界上拥有百万千瓦超超临界机组最多的国家；30万千瓦及以上机组占全部火电机组的比重已从2000年的33.86%提高到2009年底的69.43%。今年水电装机容量突破2亿千瓦，是世界上水电装机规模最大的国家。核电在建施工规模2129万千瓦，在建施工规模居世界首位。截至2010年8月底，全国并网风电装机容量2294万千瓦，并网风电装机和发电量连续四年翻倍增长。
当各个环节组成一个系统，那么系统的运行中所有环节都处于执行其功能的状态，由于电力负荷的随机变化以及外界的各种干扰（如雷击等）会影响电力系统的稳定，导致系统电压与频率的波动，从而影响系统电能的质量，严重时会造成电压崩溃或频率崩溃。因而系统需要一个瞬间完成的，并需保持平衡统一的调度指挥系统。这一系统实行分级调度、分层控制。其主要工作有：①预测用电负荷；②分派发电任务，确定运行方式，安排运行计划；③对全系统进行安全监测和安全分析；④指挥操作，处理事故。
输电线路按结构形式可分为架空输电线路和地下输电线路。前者由线路杆塔、导线、绝缘子等构成，架设在地面上；后者主要用电缆，敷设在地下（或水下）。输电按所送电流性质可分为直流输电和交流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电，后因受电压提不高的限制（输电容量大体与输电电压的平方成比例）19世纪末为交流输电所取代。交流输电的成功，迎来了20世纪电气化时代。20世纪60年代以来，由于电力电子技术的发展，直流输电又有新发展，与交流输电相配合，形成交直流混合的电力系统。输电电压的高低是输电技术发展水平的主要标志。到20世纪90年代，世界各国常用输电电压有220千伏及以下的高压输电330～765千伏的超高压输电，1000千伏及以上的特高压输电。
一、发电
19世纪70年代，欧洲进入了电力革命时代。不仅大企业，就连小工厂也都纷纷采用新的动力──电能。最初，一台发动机设备只供应一栋房子或一条街上的照明用电，人们称这种发电站为 “住户式”电站，发电量很小。随着电力需求的增长，人们开始提出建立电力生产中心的设想——发电厂。
1882年，爱迪生在美国纽约珍珠街建立拥有6台发动机的发电厂，供应圣马厂邮局，桥西的城市大教堂和桥头旅馆等用电，发电厂利用蒸汽机驱动直流发电机，电压为110伏，电力可供1000个爱迪生灯泡用。同年末纽约珍珠街爱迪生公司发电厂也装上了同型机组，这是美国的第一座发电厂，内装6台发动机，可供6000个爱迪生灯泡用电，于是，后来在俄国彼得堡的芬坦克河上出现了水上发电站，发电站建在驳船上，为涅夫斯基大街照明供电。
随着城市配网的不断壮大，配网中遇到的问题也越来越多，同时如何保证一个如此庞大的配电网在一个安全、稳定的前提下运行，今年随着电子技术的发展，提出了建立配电自动化及管理系统。利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。它是实时的配电自动化与配电管理系统集成为一体的系统。配电自动化及管理系统具有实时性好、自动化水平高、管理功能强之特点，能提高供电可靠性和电能质量、改善对用户的服务，具有显著的经济优越。
随着电网的日益庞大，输电不断面临新的问题，比如架空线路架设及维修比较方便，成本也较低，但容易受到气象和环境如大风、雷击、污秽等的影响而引起故障，同时还有占用土地面积，造成电磁干扰等缺点。地下线路没有上述架空线路的缺点，但造价高，发现故障及检修维护等均不方便。目前我国用架空线路输电是最主要的方式，地下线路多用于架空线路架设困难的地区，如城市或特殊跨越地段的输电。未来输电也将成为电力系统发展中研究的重要课题。
在电力系统的主体结构方面，燃料、动力、发电、输变电、负荷等各个环节的研究开发，大大提高了电力系统的整体功能。同时传感测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，各种先进技术在电网中的广泛应用，智能化已经成为电网发展的必然趋势。
2009年5月，在北京召开的“2009特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司正式发布了“坚强智能电网”发展战略。智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。
传统的发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂、原子能发电厂、地热能发电厂、垃圾发电厂等等。目前在我国电力结构中，火力发电占75.6%，水力发电占23.5%，核能发电占0.9%，还有少量是利用风能、太阳能、地热能和海洋能等新能源及可再生能源发电。从我国发电能源结构中可以看出，我国的发电主要是依靠火力发电，在前期粗放型的经济发展中，火力发电为经济的发展提供了巨大的动力，但是随着经济的发展，可持续发展战略的提出，火力发电这一高耗能、高污染的发电方式以不能满足日益严格的环境要求，因而国家需要不断地优化发电能源结构，实现能源的多样化。拒不完全统计，小功率发电机组在生产一度电时将消耗360克煤，而大功率机组在在生产一度电时消耗290克煤，因而压缩小机组以提高发电效率，小机组将由大机组代替，同时把发展水电摆在重要位置，还要把天然气发电、其他新能源发电提到重要议程上来。