电力系统,开关电源的重基础

    电力系统是指由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。为实现这一功能,电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统,对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度,以保证用户获得安全、经济、优质的电能
    在电力系统规划中,需综合考虑可靠性与经济性,以取得合理的投资平衡。对电源设备,可靠性指标主要是考虑设备受迫停运率、水电站枯水情况下电力不足概率和电能不足期望值;对输、变电设备,可靠性指标主要是平均停电频率、停电规模和平均停电持续时间。大容量机组的单位容量造价较低,电网互联可减少总的备用容量。这些都是提高电力系统经济性需首先考虑的问题。
    电力系统是一个庞大而复杂的大系统,它的规划问题还需要在时间上展开,从多种可行方案中进行优选。这是一个多约束条件的具有整数变量的非线性问题,远非人工计算所能及。60年代以来出现的系统工程理论,以及计算技术的发展,为电力系统规划提供了有力的工具。
    负荷预测是制订电力系统规划的重要基础。它要求预先估算规划期间各年需要的总电能和最大负荷,并预测各负荷点的地理位置。预测方法有按照地区、用途(工业、农业、交通、市政、民用等)累计的方法和宏观估算方法。后者就是考虑电力负荷与国民生产总值的关系,电力负荷增长率与经济增长率的关系,按时间序列由历史数据估算出规划期间电力负荷的增长。由于负荷预测中不确定因素很多,因此,往往需采用多种方法互相校核,最后由规划者作出决策。
能源布局  
    可用于发电的一次能源主要有河流的水力、化石燃料(煤、石油、天然气)和核燃料等。一次能源的规划决定于各种能源的储量及开发条件。水力资源属再生能源,一般讲具有发电成本低的特点,但建造周期长。水力资源和大型水利枢纽的开发方案是发电、灌溉、航运、水土保持及生态环境效益综合平衡的结果。许多国家的电力系统在发展初期是优先发展水电,形成“水主火从”的局面。20世纪50年代末,发达国家中条件较好的水力资源已经充分开发,逐渐转为“火主水从”的局面。在火电开发中,以煤为燃料占主要地位。发达国家用于发电的煤炭约占煤炭总消费量的50%以上。利用天然气和石油为燃料的火电厂也占一定比例。70年代世界性石油危机后,以核燃料为动力的发电站得到了较快的发展。
    电源规划; 主要是根据各种发电方式的特性和资源条件,决定增加何种形式的电站(水电、火电、核电等),以及发电机组的容量与台数。承担基荷为主的电站,因其利用率较高,宜选用适合长期运行的高效率机组,如核电机组和大容量、高参数火电机组等,以降低燃料费用。承担峰荷为主的电站,因其年利用率低,宜选用启动时间短、能适应负荷变化而投资较低的机组,如燃汽轮机组等。至于水电机组,在丰水期应尽量满发,承担系统基荷;在枯水期因水量有限而带峰荷。
    由于水电机组的造价仅占水电站总投资的一小部分,近年来多倾向于在水电站中适当增加超过保证出力的装机容量(即加大装机容量的逾量),以避免弃水或减少弃水。对有条件的水电站,世界各国均致力发展抽水蓄能机组,即系统低谷负荷时,利用火电厂的多余电能进行抽水蓄能;当系统高峰负荷时,再利用抽蓄的水能发电。尽管抽水-蓄能-发电的总效率仅2/3,但从总体考虑,安装抽水蓄能机组比建造调峰机组还是经济,尤其对调峰容量不足的系统更是如此。
    电网规划; 在已确定的电源点和负荷点的前提下,合理选择输电电压等级,确定网络结构及输电线路的输送容量,然后对系统的稳定性、可靠性和无功平衡等进行校核。
    配电规划确定配电变电站的容量和位置、配电网络结构、配电线路导线截面选择、电压水平与无功补偿措施,以及可靠性校验等。
    电力系统中的信息与控制子系统是实现电力系统信息传递的神经网络。它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,以及在事故状态下的紧急处理。从电力系统诞生之日起,信息与控制子系统就是电力系统必不可少的组成部分,它在不同水平上的完善和发展,才使电能的广泛应用成为现实。
电力系统信息与控制子系统的进步,保证了电能质量,提高了电力系统安全运行水平,改善了劳动条件,提高了劳动生产率,还为电力系统的经营决策提供有力支援,从概念上、方法上对电力系统运行分析和经营管理赋予新的内容。

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