电力系统

英文：power system

由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。如图《电力系统图》所示。

建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。

电力系统的出现，使用高效、无污染、使用方便、易于控制的电能得到广泛应用，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。电力系统的规模和技术高低已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

供电可靠性

用户要求供电系统有足够的可靠性，特别是连续供电，用户要求供电系统能在任何时间内都能满足用户用电的需要，即便在供电系统中，局部出现故障情况，仍不能对某些重要用户的供电有很大的影响，因此，为了满足供电系统的供电可靠，要求电力系统至少具备10%-15%的备用容量。

供电质量合格

供电质量的优、劣，直接关系到用电设备的安全经济运行和生产的正常运行，对国民经济的发展也有着重要的意义。如以上所述，无论是供电的电压、频率以及不问断地供电，哪一方面达不到标准都会对用户造成不良的后果。因此，要求供电系统应确保对用户供电的电能质量。

安全、经济、合理性

供电系统要安全、经济、合理地供电，这同时也是供、用电双方要求达到的目标。为了达到这一目标，就需要供、用电双方共同加强运行管理，术管理工作，同时还要求用户积极配合，密切协作，提供必要的方便条件。例如负荷的管理、电压、无功的管理工作等等。

电力网运行调度的灵活性

对于一个庞大的电力系统和电力网，必须做到运行方式灵活、调度管理先进。只有如此，才能做到系统的安全可靠运行，只有灵活的调度，才能解决对系统局部故障时检修的及时而达到系统的安全、可靠、经济和合理地运行。

• 电力系统是担负生产、分配电能的一个整体，电能的生产、供给、分配和消费是同时进行的。电力系统的生产必须保证连续性和平衡性，也就是在电力的供、需过程中，要求始终保持功率的平衡，始终保证不间断的供电。
• 电力系统的生产具有先行性，在国民经济发展中电力生产应该先行，没有充足的电力工业发展，国民经济的发展是不可能的。
• 电力系统的集中统一调度，使得供用电之间的关系密不可分。

在电能应用的初期，电力通常是经过小容量发电机单独向灯塔、轮船、车间等供电。这已经可以把其看作是一种简单的住户式供电系统。直到白炽灯发明后，才出现了中心电站式供电系统，如1882年T.A.托马斯·阿尔瓦·爱迪生在纽约主持建造的珍珠街电站。它装有6台发电机(总容量约670千瓦)，用110伏电压供1300盏电灯照明。19世纪90年代，三相交流供电系统研制成功，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑。

20世纪以后，人们普遍认识到扩大电力系统的规模可以在能源开发、工业布局、负荷调整、系统安全与经济运行等方面带来明显的社会经济效益。于是，电力系统的规模迅速增长。世界上覆盖面积最大的电力系统是前苏联的统一电力系统。它东西横越7000千米，南北纵贯3000千米，覆盖了约1000万平方千米的土地。

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，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989年，台湾建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统。

电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能;电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户连接。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。

系统的运行指组成系统的所有环节都处于执行其功能的状态。系统运行中，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。系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。其中，正常状态又分为安全状态和警戒状态;异常状态又分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移。各种运行状态之间的转移需通过不同控制手段来实现。

电力系统在保证电能质量、实现安全可靠供电的前提下，还应实现经济运行，即努力调整负荷曲线，提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低燃料消耗、厂用电和电力网络的损耗，以取得最佳经济效益。

根据电力系统中装机容量与用电负荷的大小，以及电源点与负荷中心的相对位置，电力系统常采用不同电压等级输电(如高压输电或超高压输电)，以求得最佳的技术经济效益。根据电流的特征，电力系统的输电方式还分为交流输电和直流输电。交流输电应用最广。直流输电是将交流发电机发出的电能经过整流后采用直流电传输。

由于自然资源分布与经济发展水平等条件限制，电源点与负荷中心多处于不同地区。由于电能目前还无法大量储存，输电过程本质上又是以光速进行，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就成为制约电力系统结构和运行的根本特点。

电力系统是由发电、输电和配电系统组成。

发电

所使用的电能多是由发电厂提供的，发电是将水力、火力、原子能、风力和沼气等自然资源(非电能)转换成电能的过程。我国以水力和火力发电为主，近几年也在发展原子能发电。水力发电厂是利用水流的能量，火力发电厂是利用煤炭或油燃烧的热能量，原子能发电厂是利用核裂变产生的能量来进行发电。发电机组发出的电压一般为6kV、10kV或13.8kV。大型发电厂一般都建于能源的蕴藏地，距离用电户几十到几百公里，甚至几千公里以上。

输电

输电是将发电厂发出的电能经铁塔上的高压线输送到各个地方或直接输送到大型用电户。其输送的电功率
由上式可知，当输送的电功率P和功率因数COS都一定时，电网电压u越高，则输送的电流，越小，使输电线路的能量损耗下降，而且可以通过减小输电线的截面积，节省造价。这就需要将发电机组发出的10kV电压经升压变压器变为35～500kV的高压。所以，输电网是由35kV及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。

输电是联系发电厂与用电户的中间环节。可通过高压输电线远距离地将电能送到各个地方。在进入市区或大型用电户前，再利用降压变压器将35～500kV高压变为3kV、6kV、10kV高压，又称为区域变电所。

配电

配电是由10kV及以下的配电线路和配电(降压)变压器所组成。它的作用是将3～10kV高压降为380/220V低压，又称为用户变(配)电所。再通过低压输电线分配到各个用户(工厂及民用建筑)的用电设备。

电力网的电压在1kV及以上的电压称为高压，有1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV及500kV等。1kV以下的电压称低压，有220V、380V和安全电压6V、12V、24V、36V、42V等。

为了保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统是将各个地区、各种类型的发电机、变压器、输配电线、配电装置和用电设备等连成一个环形的整体，对电能进行不问断地生产、传输、分配和使用的联合系统。电力系统的示意图，如图所示。