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| 電力系統 |
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電力系統 由發電、供電(輸電、變電、配電)、用電設施以及為保障其正常運行所需的的調節控制及繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、調度自動化、電力通信等二次設施構成的統一整體。
電力系統是由發電廠、送變電線路、供配電所和用電等環節組成的電能生產與消費系統，它的功能是將自然界的一次能源通過發電動力裝置轉化成電能，再經輸電、變電和配電將電能供應到各用戶。為實現這一功能，電力系統在各個環節和不同層次還具有相應的信息與控制系統，對電能的生產過程進行測量、調節、控制、保護、通信和調度，以保證用戶獲得安全、優質的電能。[1]
電力系統的主體結構有電源(水電站、火電廠、核電站等發電廠)，變電所(升壓變電所、負荷中心變電所等)，輸電、配電線路和負荷中心。各電源點還互相聯接以實現不同地區之間的電能交換和調節，從而提高供電的安全性和經濟性。輸電線路與變電所構成的網絡通常稱電力網絡。電力系統的信息與控制系統由各種檢測設備、通信設備、安全保護裝置、自動控制裝置以及監控自動化、調度自動化系統組成。電力系統的結構應保證在先進的技術裝備和高經濟效益的基礎上，實現電能生產與消費的合理協調。
正文內容
由發電、輸電、變電、配電和用電等環節組成的電能生產與消費系統。它的功能是將自然界的一次能源通過發電動力裝置轉化成電能，再經輸電、變電和配電將電能供應到各用戶。為實現這一功能，電力系統在各個環節和不同層次還具有相應的信息與控制系統，對電能的生產過程進行測量、調節、控制、保護、通信和調度，以保證用戶獲得安全、經濟、優質的電能(圖1)。
電力系統的出現
使電能得到廣泛應用，推動了社會生產各個領域的變化，開創了電力時代，出現了近代史上的第二次技術革命。20世紀以來，電力系統的大發展使動力資源得到更充分的開發，工業布局也更為合理，使電能的應用不僅深刻地影響着社會物質生產的各個側面，也越來越廣地滲透到人類日常生活的各個層面。電力系統的發展程度和技術水準已成為各國經濟發展水平的標誌之一。
發展簡況最早的電力系統是簡單的住戶式供電系統，由小容量發電機單獨向燈塔、輪船、車間等照明供電。白熾燈的發明，使電能的應用進入千家萬戶，從而出現了中心電站式供電系統，如1882年T.A.愛迪生在紐約主持建造了珍珠街電站。它裝有6台直流發電機,總容量為900馬力（約670千瓦）,用110伏電壓供給電燈照明（開始時，近1300盞燈）。19世紀90年代初，三相交流輸電研究成功，隨之，三相感應電動機及交流功率表也先後研製成功，推動了電力系統的發展。1895年在美國尼亞加拉建成了複合電力系統，這是早期交流電力系統的代表。它裝有單機容量為5000馬力的交流水力發電機，用二相制交流2.2千伏向地區負荷供電,又用三相制交流11千伏輸電線路與巴伐洛電站相連，還使用了變壓器和交直流變換器將交流電變為100～230伏直流電，供應照明、化工、動力等負荷。尼亞加拉電力系統的成功，結束了長達10年的關於直流輸電（以愛迪生為代表）與交流輸電（以G.威斯汀豪斯為代表）方案之爭。交流電力系統可以提高輸電電壓，增加裝機容量，延長輸電距離，節省導線材料，具有無可爭辯的優越性。交流輸電地位的確定，成為電力系統大發展的新起點。
進入20世紀後，人們普遍認識到擴大電力系統規模可以在能源開發、工業布局、負荷調整、安全與經濟運行等方面帶來顯著的社會經濟效益。於是，以電力負荷的增長、發電機單機容量的增大和輸電電壓的提高為基礎，電力系統的規模迅速發展。發達國家的動力、冶煉、化工、輕工、生活用電等電力總負荷平均每10年增加一倍。70年代，火力發電的單機容量已達到130萬千瓦,水力發電的單機容量達73萬千瓦，核電站的最大單堆電功率達 130萬千瓦。輸電電壓等級的提高是擴大電力系統規模的主要技術手段和必然途徑。從20世紀初開始出現110千伏輸電電壓，到80年代許多國家普遍建立了500～765千伏超高壓輸電的電力系統。1150千伏和 1500千伏特高壓輸電也已進入試驗或試運行階段。50年代以來，電力電子技術的進步，使直流輸電技術獲得新生，實現了高壓和超高壓直流輸電，配合交流輸電組成交直流混合系統，改進了電力傳輸和系統互聯的功能。
經過一個多世紀的發展，許多國家都建成了總裝機容量數億千瓦的區域性大電力系統，並且在本國或跨國間互聯,例如英、法、德、意電力系統互聯,加拿大與美國電力系統互聯，蘇聯與東歐國家電力系統互聯等。蘇聯還在全國範圍建立起統一電力系統，東西延伸7000公里，南北延伸3000公里，覆蓋了大約1000萬平方公里的領土。從19世紀80年代的住戶電站到20世紀80年代的聯合電力系統，電力系統已經成為現代社會的能源動脈和基礎產業，並且仍在繼續發展和提高。
中國的電力系統從50年代以來迅速發展。到1991年底，電力系統裝機容量為14600萬千瓦,年發電量為6750億千瓦時,均居世界第4位；220千伏輸電線路達46056公里,330千伏輸電線路3817公里。裝機容量超過1500萬千瓦以上的有東北、華北、華東、華中等 4個大區的電力系統。各大區電力系統之間已開始互聯，逐步形成全國範圍的聯合電力系統。全國各級調度中，已經有約60個程度不同地建立了電力系統監控系統，其中投入運行的在線計算機約70台，省級調度管轄的遠動裝置約1200台。此外，1989年中國台灣省電力系統的裝機容量達1659萬千瓦，年發電量769億千瓦時，345千伏輸電線路1192公里。
系統構成
電力系統的主體結構有電源（水電站、火電廠、核電站等發電廠），變電所（升壓變電所、負荷中心變電所等），輸電、配電線路和負荷中心。各電源點還互相聯接以實現不同地區之間的電能交換和調節，從而提高供電的安全性和經濟性。輸電線路與變電所構成的網絡通常稱電力網絡。電力系統的信息與控制系統由各種檢測設備、通信設備、安全保護裝置、自動控制裝置以及監控自動化、調度自動化系統組成。電力系統的結構應保證在先進的技術裝備和高經濟效益的基礎上，實現電能生產與消費的合理協調。其典型結構如圖2。
根據電力系統中裝機容量與用電負荷的大小，以及電源點與負荷中心的相對位置，電力系統常採用不同電壓等級輸電（如高壓輸電或超高壓輸電），以求得最佳的技術經濟效益。根據電流的特徵，電力系統的輸電方式還分為交流輸電和直流輸電。交流輸電應用最廣。直流輸電是將交流發電機發出的電能經過整流後採用直流電傳輸。
由於自然資源分布與經濟發展水平等條件限制，電源點與負荷中心多處於不同地區。由於電能目前還無法大量儲存，輸電過程本質上又是以光速進行，電能生產必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發與分散使用，以及電能的連續供應與負荷的隨機變化，就成為制約電力系統結構和運行的根本特點。
系統運行
系統的所有組成環節都處於執行其功能的狀態。電力系統的基本要求是保證安全可靠地向用戶供應質量合格、價格便宜的電能。所謂質量合格，就是指電壓、頻率、正弦波形這 3個主要參量都必須處於規定的範圍內。電力系統的規劃、設計和工程實施雖為實現上述要求提供了必要的物質條件，但最終的實現則決定於電力系統的運行。實踐表明，具有良好物質條件的電力系統也會因運行失誤造成嚴重的後果。例如,1977年7月13日,美國紐約市的電力系統遭受雷擊，由於保護裝置未能正確動作，調度中心掌握實時信息不足等原因，致使事故擴大，造成系統瓦解，全市停電。事故發生及處理前後延續25小時，影響到900萬居民供電。 據美國能源部最保守的估計，這一事故造成的直接和間接損失達3.5億美元。60～70年代,世界範圍內多次發生大規模停電事故，促使人們更加關注提高電力系統的運行質量，完善調度自動化水平。
電力系統的運行常用運行狀態來描述，主要分為正常狀態和異常狀態。正常狀態又分為安全狀態和警戒狀態，異常狀態又分為緊急狀態和恢復狀態。電力系統運行包括了所有這些狀態及其相互間的轉移。
各種運行狀態之間的轉移，需通過控制手段來實現，如預防性控制，校正控制和穩定控制，緊急控制，恢復控制等。這些統稱為安全控制。
電力系統在保證電能質量、安全可靠供電的前提下，還應實現經濟運行，即努力調整負荷曲線，提高設備利用率，合理利用各種動力資源，降低煤耗、廠用電和網絡損耗，以取得最佳經濟效益。
安全狀態指電力系統的頻率、各點的電壓、各元件的負荷均處於規定的允許值範圍，並且，當系統由於負荷變動或出現故障而引起擾動時，仍不致脫離正常運行狀態。由於電能的發、輸、用在任何瞬間都必須保證平衡，而用電負荷又是隨時變化的，因此，安全狀態實際上是一種動態平衡，必須通過正常的調整控制（包括頻率和電壓──即有功和無功調整）才能得以保持。
警戒狀態 指系統整體仍處於安全規定的範圍，但個別元件或局部網絡的運行參數已臨近安全範圍的閾值。一旦發生擾動，就會使系統脫離正常狀態而進入緊急狀態。處於警戒狀態時，應採取預防控制措施使之返回安全狀態。
緊急狀態 指正常狀態的電力系統受到擾動後，一些快速的保護和控制已經起作用，但系統中某些樞紐點的電壓仍偏移，超過了允許範圍；或某些元件的負荷超過了安全限制，使系統處於危機狀況。緊急狀態下的電力系統，應儘快採用各種校正控制和穩定控制措施，使系統恢復到正常狀態。如果無效，就應按照對用戶影響最小的原則，採取緊急控制措施，使系統進入恢復狀態。這類措施包括使系統解列（即整個系統分解為若干局部系統，其中某些局部系統不能正常供電）和切除部分負荷（此時系統尚未解列，但不能滿足全部負荷要求，只得去掉部分負荷）。在這種情況下再採取恢復控制措施，使系統返回正常運行狀態。
系統調度 電力系統需要依靠統一的調度指揮系統以實現正常調整與經濟運行，以及進行安全控制、預防和處理事故等。根據電力系統的規模，調度指揮系統多是分層次建立，既分工負責，又統一指揮、協調，並採用各種自動化裝置，建立自動化調度系統。