电力系统学习-电力系统及电力模型

电力系统

在《系统论》中定义系统是由相互作用,依赖的若干部分组成的具有特定功能的有机整体,它又从属于一个更大的系统。而在电力行业,对电力系统的定义是完成电能生产,输送,分配,消费的统一整体,通常由发电机,变压器,电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统。

电力系统又由一次系统(高电压)与二次系统(低电压)组成。
其中一次系统又三大部分组成:

发电机:电能生产,一次能源转换成二次能源(电能),一次能源包括火/风/水/太阳/地热/核。

电力网络(输配电系统):电能输送和分配,包括:输电网(输电系统)和配电网(配电系统)。

负荷(用户):电能消耗,将电能转换成其他形式能量,电动机(机械能)/照明/电炉等。

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上图可以看出电力网是由输配电网络构成,电力系统是由发电机,电力网和负荷用户组成,而动力系统则是由汽轮机(或水轮机或锅炉或核反应堆)等动力部分加上电力系统组成。

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上图是简单的电力系统三相电路图,首先发电机将其他形式的能源转换为电能,其中发电厂发出6kV或10kV电,除了发电厂自身所用,也可以用10kV电压送给发电厂附近用户使用,其余然后经过ΔY接法的升压变压器送到输电线路,其中电压等级一般有500kV,330kV,220kV,110kV,(10kV供电范围为10Km,35kV为20〜50Km,66kV为30〜100Km,110kV为50〜150Km,220kV为100〜300Km,330kV为200〜600Km,500kV为150〜850Km),输送过来的电压等级需要经过降压变压器到用户,降压变压器包括配电网,其中配电网由高压配电网(110kV,66kV),中压配电网(35kV,10kV,6kV)和低压配电网组成(220V/380V)。

电路模型

在电子技术中,电路是可以实现电信号的传递,变换,存储和处理,而在电力系统中,电路是可以实现电能的传输,分配和转换,因此电力系统可以建立电路模型来分析电能传输过程。

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电能传输线可以等效为RLGC模型,可以理解在电力系统中,存在阻性,容性及感性的器件。

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首先理解为何发电厂出来的电压为何要用升压变压器提高电压等级?

其实这么做的主要原因是降低线路损耗,输电网络不是理想化导线,存在一定阻性。

如果当线路电压较低时,假设要向比较远的地方输送一定容量的电能,当视在功率S一定时,根据S=√3UI,如果线路电压U比较低的话,那么要保持视在功率不变的话,线路电流将增大,因为输电线上存在一定的阻性,流过输电线上电流的平方乘以输电线路总长的等效电阻就是该线路等效电阻已热能的形式损耗了的电能,电流越大,线路损耗就越大,且使传输线发热,时间一长就有过热烧坏的危险。

反之,当传输线电压越高的话,当传输相同容量电能的情况下,流过线路的电流就越小,线路损耗也相应的减小。

第二就是要理解电力系统传输过程中的有功功率和无功功率。

交流电力系统需要电源供给两部分能量:一部分将用于做工而被消耗掉,这部分电能将转换为机械能,光能,热能或化学能,我们称之为“有功功率”。

一部分能量是用来建立磁场,对象是给交换能量使用的,但对于外部它并没有做工,由电能转换为磁能再由磁能转换为电能,周而复始,并没有消耗这部分能量我们称之为“无功功率”。

无功是相对于有功而言的,不能说无功是无用之功,如果没有这部分功率就不能建立感应磁场,电动机和变压器等设备就不能运转,无功功率的主要作用是用于电路内部电场与磁场的转换。

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