一、基本引入

1-什么是電力系統(tǒng)？

電力系統(tǒng)：完成電能生產(chǎn)、輸送、分配、消費(fèi)的統(tǒng)一整體。通常由發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和負(fù)荷等電力設(shè)備組成的三相交流系統(tǒng)。

2-電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是什么？

電力系統(tǒng)由一次系統(tǒng)（高電壓），二次系統(tǒng)（低電壓）：保證一次系統(tǒng)安全/可靠/經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的信息系統(tǒng)及其操作機(jī)構(gòu)，組成。

3-一次系統(tǒng)如何組成？

發(fā)電機(jī)：電能生產(chǎn)，一次能源轉(zhuǎn)換成二次能源(電能)，火/水/核/風(fēng)/太陽(yáng)/地?zé)岬取?/p>

電力網(wǎng)絡(luò)（輸配電系統(tǒng)）：電能輸送和分配，包括：輸電網(wǎng)（輸電系統(tǒng)）和配電網(wǎng)（配電系統(tǒng)）。

負(fù)荷（用戶）：電能消費(fèi)，將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量，電動(dòng)機(jī)/照明/電爐等。

4-電力系統(tǒng)通常如何表示？

單線圖，用單線表示電力系統(tǒng)設(shè)備之間的聯(lián)系。

5-電力系統(tǒng)為什么要互相連接？

減少總裝機(jī)容量（錯(cuò)峰效應(yīng)），減少備用容量（同時(shí)故障和檢修概率?。岣吖╇娍煽啃?、電能質(zhì)量（故障和異常時(shí)相互支援），合理利用動(dòng)力資源，可經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（水、小火電、經(jīng)濟(jì)分配）。

但同時(shí)，互聯(lián)也提高了運(yùn)行和自動(dòng)化的難度。

6-電力網(wǎng)絡(luò)有哪些接線方式？

開式接線，一般用于配電網(wǎng)絡(luò)。

閉式接線，一般用去輸電網(wǎng)絡(luò)。

7-電力網(wǎng)絡(luò)為什么要采取高壓輸電線？
高壓能量容量大 S=UI ，高壓可以保證用戶端有足夠的電壓 ΔU=IR ，高壓可以減少傳輸損耗 Plost=I2R 。

考慮絕緣，發(fā)電機(jī)電壓 10?30kV ，變壓器升壓到 110?750kV 。

8-為何要確定額定電壓?

標(biāo)準(zhǔn)化：避免電壓等級(jí)數(shù)量的無限制擴(kuò)大，導(dǎo)致互聯(lián)困難。

最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能：電力設(shè)備需要在額定電壓下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造和使用。

9-如何確定額定電壓?(電壓分布:±5%)？

考慮到線路的損耗，以及漏抗。

假設(shè)1：電壓會(huì)在線路以上損耗 10% ，因此約定在線路起始處的輸入電壓因該是線路額定電壓的 1.05 倍。太高的輸入電壓會(huì)導(dǎo)致線路不絕緣，太低的輸入電壓導(dǎo)致末端電壓不足。

舉例：上圖下部直接連接發(fā)電機(jī)的輸入電壓為 1.05UN 。

假設(shè)2：因?yàn)楸茸儔浩髀┛沟拇嬖冢s定變壓器的二次側(cè)電壓為線路額定電壓的1.05 倍，在考慮的假設(shè)1的損耗，所以變壓器的二次側(cè)電壓為應(yīng)為線路額定電壓的 1.1 倍。通常升壓變壓器漏抗較大，對(duì)二次側(cè)我們考慮乘上 1.1 。降壓變壓器漏抗較小，對(duì)二次側(cè)我們只乘上 1.05 。

一些確定原則：

線路（電網(wǎng)）額定電壓 = 用電設(shè)備額定電壓

發(fā)電機(jī)額定電壓 = 1.05 倍線路額定電壓

升壓變壓器額定電壓：

一次側(cè) = 發(fā)電機(jī)額定電壓(與發(fā)電機(jī)相聯(lián)線路1.05 倍）= 線路額定電壓(若與線路相聯(lián)）

二次側(cè) = 1.1 倍線路額定電壓

降壓變壓器額定電壓：

一次側(cè) = 線路額定電壓

二次側(cè) = 1.05 倍或1.1 倍線路額定電壓(取決于漏抗大小)

10-為何采用高壓直流輸電HVDC?

優(yōu)點(diǎn)：

適用于大系統(tǒng)互聯(lián)：兩端交流系統(tǒng)無需同步運(yùn)行，無需同頻率，本身不存在穩(wěn)定問題。

直流線路造價(jià)低：費(fèi)用相同時(shí)，架空線輸電容量DC:AC=3:2,電纜比例更高。

能量損耗小。

控制快速簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn)：

換流站造價(jià)高：AC與DC的等價(jià)距離，架空線大約500km，地下或海底電纜大約50km。

換流產(chǎn)生諧波，惡化電能質(zhì)量，干擾通信系統(tǒng)，需要濾波。

電流沒有過零點(diǎn)，熄弧困難，HVDC斷路器研制困難。

二、電力系統(tǒng)復(fù)功率引入

如上圖所示，對(duì)于電力系統(tǒng)的電流來可以拆成連個(gè)部分，一部分為 IR˙ 與 U˙ 相角差為 0 ，產(chǎn)生有功功率；一部分為 IX˙ 與 U˙ 相角差為 90o ，產(chǎn)生無功功率。

i(t)=iR(t)+iX(t)

設(shè) ，i(t)=2Icos(wt?φ)，u(t)=2Ucos(wt) ，我們可以直接寫出 ，iR(t)，iX(t) 的時(shí)域表達(dá)式。

iR(t)=2Icos(φ)cos(wt)

iX(t)=2Isin(φ)cos(wt?π2)

(注：因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)電路一般為感性，電壓領(lǐng)先電流所以 iR(t) 的角度需要減去 π2 )

因此，有功分量 pR(t)=iR(t)u(t)=IUcos(φ)[1+cos(2w)]

可以看出 pR(t)≥0 ，均值為 IUcos(φ) ，是無源網(wǎng)絡(luò)中等效電阻的耗能速率（物理意義）。

同理可得無功分量 pX(t)=iR(t)u(t)=IUsin(φ)sin(2w)

可以看出 pR(t) ，均值為 0 ，峰值為 IUsin(φ) ，是無源網(wǎng)絡(luò)中等效電抗與外電源的電能量交換速率（物理意義）。

總結(jié)一下：

有功功率 P 定義為pR(t)的均值(特征值)： P=UIcos(φ)

無功功率 Q 定義為pX(t)的峰值(特征值)：Q=UIsin(φ)

視在功率 S 定義為 i(t) 與 u(t) 的有效值之積： S=UI

因此我們可以引入了一個(gè)功率三角形， φ 為功率因數(shù)角。

S2=Q2+P2

由功率三角形，也可引入復(fù)功率概念： S˙=U˙I?˙=UI∠φ=P+Qj

我們可以看出復(fù)功率有良好的物理意義和計(jì)算價(jià)值，實(shí)部是有功功率P，虛部是無功功率Q，幅角是功率因數(shù)角φ，模是視在功率S，且在計(jì)算中可以直接相加。

我們還可以得出三項(xiàng)電路的總功率： p(t)=u(t)aI(t)a+u(t)bI(t)b+u(t)cI(t)c=3Pp=3UpIpcos(φ)

因此還可以定義出三項(xiàng)無功為： Q=3UpIpsin(φ)

三項(xiàng)視在功率為： S=3UpIp

對(duì)于 ，Y，Δ 接法都有：

Pp=3ULILcos(φ)

Qp=3ULILsin(φ)

Sp=3ULIL

對(duì)于三項(xiàng)系統(tǒng)的復(fù)功率： S˙=3Up˙Ip?˙=3UL˙IL?˙e?jπ6

注：對(duì)于 ，Y，Δ 接法都有，因?yàn)榫€上的電壓要和相電壓或線電流和相電流的相位差，所以需要乘上 e?jπ6 。

三、電力系統(tǒng)負(fù)荷

定義：電力系統(tǒng)負(fù)荷是電力用戶所需電功率總和，也稱電力系統(tǒng)綜合用電負(fù)荷。

此外也存在負(fù)荷損耗，損耗的來源為1-線路損耗，約占10%，2-發(fā)電站維持自身運(yùn)作的功率消耗，約戰(zhàn)1%-5%。