电力系统分析第2版王葵译-CHAPTER

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1、CHAPTER1ThePowerSystem:anOverview电力系统简介OUTLINE1.1概述1.2电力工业结构1.3现代电力系统1.4系统保护1.5能源控制中心1.6计算机分析1.1Introduction概述电能因为传输效率高、成本合理而成为一种最为广泛使用的能源。1882年，汤姆斯-爱迪生在纽约市珍珠街电站建立了美国的第一个电力网络。该电站由直流发电机发电，以地下电缆配电，向曼哈顿地区供应照明直流电。同年，在阿普尔顿-威斯康星州安装了首台水轮发电机。接下来的几年，在爱迪生专利授权的情况下，成立了许多电力公司，生产照明

2、电能。低压输电时，损耗巨大，爱迪生公司的电能仅能传输很短的距离。随着提升输配电交流电压等级的变压器的发明（威廉-史坦利，1885年）以及取代直流发动机的感应电动机（尼卡拉-铁斯拉，1888年）的出现，交流系统的优点开始显现，使交流系统开始盛行。交流系统的另一个优点是由于在交流发电机中去掉了换向器，在较高的电压下易于产生较大的功率。第一个单相交流系统建于美国俄勒冈市，由两台300马力的水轮发电机发电，并以4kV的电压等级向波特兰输电。1893年，美国南加利福尼亚爱迪生公司首次采用2.3kV等级的三相系统。接着全国范围内成立了许多电力

3、公司。最初，私人公司运行在不同频率上，从25Hz到133Hz不等。然而，由于交互式和并行运行的需求越来越明显，美国和加拿大逐渐采用了相同的标准频率60Hz。大部分欧洲国家则选用50Hz。随着输电电压等级的稳步提高，商业使用的超高压（EHV）采用765kV，，并于1969年在美国首次投入运行。对于长距离输电来说，将交流EHV转换成直流EHV也许更加经济，而且一般采用两条输电线输电，并在另一端逆变为交流。研究表明，当传输距离为500km甚至更长时，直流输电比较有利。因为直流线路没有电抗，能比相同导线尺寸的交流线路传送更大的功率。当距离

4、较远的两个大型系统相连时，直流输电的优势更为明显。直流输电连接线就像两个刚性系统间的非同步连接，起到消除交流连接中固有的不稳定度问题。直流输电的主要缺点是会产生谐波，在线路两端需要大量的无功补偿。在美国，首条400kV的直流输电线于1970年建成，为俄勒冈州和加利福尼亚州之间的太平洋联络电力线，全长为850英里。整个美洲大陆相互连接形成一个网络叫做电网（powergrid）。小部分的网络由联邦或市政府拥有，大多数则为私人拥有。系统被分为几个地理区域称为电力池（powerpools）。在互联系统中，为尖峰负荷和热备用预留的发电机数目

5、很少。此外，由于电能可以由一个区域迅速地传输到另一个区域，所以互联系统使发电和输电更加经济可靠。有时，公司购买邻近电厂的大量电能反而比自己的老发电厂发电要便宜很多。1.2ElectricIndustryStructure电力工业结构美国大部分电能的生产来自于集体投资人公用事业（IOU-investor-ownedutilities），少数发电则为联邦政府拥有，如田纳西河谷管理局（TVA-TennesseeValleyAuthority）和巴那威利电力管理局（BPA-BonnevillePowerAdministration）。目前

6、由两个不同层次的管理部门管理着美国电力系统。其一为联邦能源管制委员会（FERC-FederalEnergyRegulatoryCommission），负责管制电能批发价格、服务项目和运行。另一个为安全与交易委员会（SEC-SecuritiesandExchangeCommission），管制电力的商业交易结构。在美国和加拿大，电力传输系统相互连接形成一个大的电网，通称为北美互联电网。电网被分成数个电力池，每个电力池由数个参与运行、以费用低廉的方式来计划发电的邻近公用事业组成。北美电力可靠性委员会（NERC-AmericanElec

7、tricReliability），是一个私人管制机构，负责维持系统的标准和可靠性。NERC促使供电者与配电者协同合作，以确保系统可靠性。NERC与FERC以及其它组织（如爱迪生电力协会）共同努力协调。目前在电力上，NERC有四个区域：德州电力可靠性委员会（ERCOT-ReliabilityCouncilofTexas）、西部各州协调委员会（WSCC-WesternStatesCoordinationCouncil）、含洛杉矶以东各州（除了德州）及加拿大各省的东部互联（EasternInterconnect）、及与东北部直流互联的魁

8、北克水力（Hydro-Quebec）。这些在电力上分开的区域互相输入及输出电能，但电气上并不同步。因为通讯、汽油和其他工业撤销了管制规定，所以美国的电力工业正在进行着基础性的转变。电能交易将很快转变成市场导向。这是过去十年美国电力工业发生的最主要变