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本文介紹了電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，包括發(fā)電、輸電、變電、配電與用電，電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，電力系統(tǒng)的額定電壓，電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，供電質(zhì)量的主要指標(biāo)等多方面的內(nèi)容。

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識：電力系統(tǒng)分類及電力系統(tǒng)特點(diǎn)

電力系統(tǒng)，想解決的是怎樣產(chǎn)生電能，然后再傳遞出去，解決掉傳輸過程中遇到的問題，再送到用戶這里供用戶使用。直觀的分類，就是發(fā)電，輸電，變電，配電和用電這五個部分。

發(fā)電，簡單說就是其他形式的能量作為發(fā)電機(jī)的原動機(jī)，推動發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。常見的如火力，以及各式各樣的新能源發(fā)電?？梢杂玫降碾姎庵R是：發(fā)電廠電氣部分、電力電子，電機(jī)學(xué)等，當(dāng)然，勵磁控制這個肯定也會有，只是現(xiàn)在沒有對勵磁部分專門開的課，如果要了解，只能通過自動控制理論來理解了。熱動應(yīng)該會有關(guān)于發(fā)電的很多基礎(chǔ)課，比如脫硫，比如冷凝等，這個了解不夠深入，不展開了。

輸電，一直是重點(diǎn)研究的方向，側(cè)重于對輸電網(wǎng)絡(luò)的分析。如果用一個大黑箱來比喻，可以理解為研究輸入和輸出的關(guān)系?？梢杂靡粋€中心，兩個基本點(diǎn)來概括。一個中心：是怎樣盡可能提高電能輸送效率，盡可能降低損耗。兩個基本點(diǎn)：有功功率，無功功率，也就是潮流。雖然有功功率和功角強(qiáng)耦合，電壓幅值和無功功率強(qiáng)耦合，但不影響有功和無功的地位。

產(chǎn)生的學(xué)科分類很多，從數(shù)學(xué)角度來抽象，是矩陣，電網(wǎng)絡(luò)分析，電路等，的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)，以及復(fù)變函數(shù)和積分變換;從專業(yè)內(nèi)容來看，是電力系統(tǒng)分析，包括穩(wěn)態(tài)分析，暫態(tài)分析，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理，還有如工程電磁場，自動控制理論等。近些年，還有針對輸電方式的研究，如高壓直流輸電等，其根源是電力電子應(yīng)用的放大實際版，側(cè)重于控制。

變電，感覺和高壓輸電有些重疊。變電其實就是交流輸電降低損耗的一種方法，常見于交流電。那么在高電壓對電網(wǎng)會產(chǎn)生怎樣的影響?如何解決?這樣的問題，就交給高電壓技術(shù)了，仔細(xì)的學(xué)科分類，已經(jīng)產(chǎn)生了很準(zhǔn)確的答案，不再贅述。

配電和用電，與輸電類似，只不過對可靠性的要求不如輸電那么高，簡單來概括，輸電斷一路，容易造成過大的功率找不到出口，極容易造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定甚至崩潰，是不允許的!而配電，斷一路最多斷一小片區(qū)域，而且是接近用戶端，對電網(wǎng)造成的影響相比之下要小得多。配電領(lǐng)域已經(jīng)接近用戶終端，重點(diǎn)是電能質(zhì)量的提升。隨著智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，計算機(jī)、通信與保護(hù)、暫穩(wěn)態(tài)分析、電力電子等相關(guān)學(xué)科及分析方法，也會在配電自動化的未來大展拳腳的。

至于模電和數(shù)電，以及單片機(jī)，感覺動手的意義更大，就是讓自己真正理解電力電子器件的工作特性以及如何實現(xiàn)動作邏輯，個人認(rèn)為可以屬于電力電子實踐學(xué)科。

計算機(jī)語言，如C，C++等，是從根本上理解計算機(jī)的計算原理和實現(xiàn)形式，然后根據(jù)現(xiàn)有的理論知識利用這些工具完成計算和仿真。

所以，根本上說，數(shù)學(xué)知識和計算機(jī)知識，對電力系統(tǒng)的學(xué)生來說，是必修課，數(shù)學(xué)是用自然語言解釋電力系統(tǒng)存在的原理，對現(xiàn)實的電力系統(tǒng)進(jìn)行抽象，同時也提供了在計算機(jī)上實現(xiàn)的途徑。

在我的理解，知識體系應(yīng)該是下圖這樣的，展開太多比較困難，具體可以后詳解。 

一、電力系統(tǒng)的構(gòu)成

一個完整的電力系統(tǒng)由分布各地的各種類型的發(fā)電廠、升壓和降壓變電所、輸電線路及電力用戶組成，它們分別完成電能的生產(chǎn)、電壓變換、電能的輸配及使用。

電力系統(tǒng)的構(gòu)成

電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)：

電能不能大量存儲；各環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一整體不可分割；過渡過程非常迅速（百分之幾秒到十分之幾秒）；電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)；對電能質(zhì)量的要求頗為嚴(yán)格；與國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活關(guān)系極其密切。

 電力系統(tǒng)的組成示意圖 ：

電網(wǎng)電壓是有等級的，電網(wǎng)的額定電壓等級是根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性以及電氣設(shè)備的制造水平等因素，經(jīng)全面分析論證，由國家統(tǒng)一制定和頒布的。

1．用電設(shè)備

用電設(shè)備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓一致。實際上，由于電網(wǎng)中有電壓損失，致使各點(diǎn)實際電壓偏離額定值。為了保證用電設(shè)備的良好運(yùn)行，國家對各級電網(wǎng)電壓的偏差均有嚴(yán)格規(guī)定。顯然，用電設(shè)備應(yīng)具有比電網(wǎng)電壓允許偏差更寬的正常工作電壓范圍。

2．發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)的額定電壓一般比同級電網(wǎng)額定電壓高出5%，用于補(bǔ)償電網(wǎng)上的電壓損失。

3．變壓器

變壓器的額定電壓分為一次和二次繞組。對于一次繞組，當(dāng)變壓器接于電網(wǎng)末端時，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個負(fù)荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當(dāng)變壓器接于發(fā)電機(jī)引出端時(如發(fā)電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同。對于二次繞組，額定電壓是指空載電壓，考慮到變壓器承載時自身電壓損失(按5%計)，變壓器二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，當(dāng)二次側(cè)輸電距離較長時，還應(yīng)考慮到線路電壓損失(按5%計)，此時， 二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高10%。

二、電力系統(tǒng)的額定電壓

電網(wǎng)電壓是有等級的，電網(wǎng)的額定電壓等級是根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性以及電氣設(shè)備的制造水平等因素，經(jīng)全面分析論證，由國家統(tǒng)一制定和頒布的。

1．用電設(shè)備

用電設(shè)備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓一致。實際上，由于電網(wǎng)中有電壓損失，致使各點(diǎn)實際電壓偏離額定值。為了保證用電設(shè)備的良好運(yùn)行，國家對各級電網(wǎng)電壓的偏差均有嚴(yán)格規(guī)定。顯然，用電設(shè)備應(yīng)具有比電網(wǎng)電壓允許偏差更寬的正常工作電壓范圍。

2．發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)的額定電壓一般比同級電網(wǎng)額定電壓高出5%，用于補(bǔ)償電網(wǎng)上的電壓損失。

3．變壓器

變壓器的額定電壓分為一次和二次繞組。對于一次繞組，當(dāng)變壓器接于電網(wǎng)末端時，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個負(fù)荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當(dāng)變壓器接于發(fā)電機(jī)引出端時(如發(fā)電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同。( 版權(quán)所有)對于二次繞組，額定電壓是指空載電壓，考慮到變壓器承載時自身電壓損失(按5%計)，變壓器二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，當(dāng)二次側(cè)輸電距離較長時，還應(yīng)考慮到線路電壓損失(按5%計)，此時， 二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高10%。

三、電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)變壓器或發(fā)電機(jī)的三相繞組為星形聯(lián)結(jié)時，其中性點(diǎn)可有兩種運(yùn)行方式：中性點(diǎn)接地和中性點(diǎn)部接地。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（或電阻）接地的系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)的運(yùn)行方式主要取決于單相接地時電氣設(shè)備絕緣要求及供電可靠性。圖1－2列出了常用的中性點(diǎn)運(yùn)行方式。圖中，電容C為輸電線路對地分布電容。

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式

中性點(diǎn)直接接地方式：當(dāng)發(fā)生一相對地絕緣破壞時，即構(gòu)成單相短路，供電中斷，可靠性降低。但是，該方式下非故障相對地電壓不變，電氣設(shè)備絕緣水平可按相電壓考慮。此外，在380/220V低壓供電系統(tǒng)中，線對地電壓為相電壓，可接入單相負(fù)荷。

中性點(diǎn)不接地方式：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，線電壓不變，而非故障相對地電壓升高到原來相電壓的√3倍，供電不中斷，可靠性高。

四、供電質(zhì)量的主要指標(biāo)

決定用戶供電質(zhì)量的指標(biāo)為電壓、頻率和可靠性。

1．電壓

理想的供電電壓應(yīng)該是幅值恒為額定值的三相對稱正弦電壓。由于供電系統(tǒng)存在阻抗、用電負(fù)荷的變化和用電負(fù)荷的性質(zhì)等因素，實際供電電壓無論是在幅值上、波形上還是三相對稱性上都與理想電壓之間存在著偏差。

1）電壓偏差：電壓偏差是指電網(wǎng)實際電壓與額定電壓之差，實際電壓偏高或偏低對用電設(shè)備的良好運(yùn)行都有影響。

2）電壓波動和閃變：電網(wǎng)電壓的均方根值隨時間的變化稱為電壓波動，由電壓波動引起的燈光閃爍對人眼腦的刺激效應(yīng)稱為電壓閃變。當(dāng)電弧爐等大容量沖擊性負(fù)荷運(yùn)行時，劇烈變化的負(fù)荷電流將引起線路壓降的變化，從而導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生電壓波動。

3）高次諧波：當(dāng)電網(wǎng)電壓波形發(fā)生非正弦畸變時，電壓中出現(xiàn)高次諧波。高次諧波的產(chǎn)生，除電力系統(tǒng)自身背景諧波外，在用戶方面主要由大功率變流設(shè)備、電弧爐等非線性用電設(shè)備所引起。高次諧波的存在降導(dǎo)致供電系統(tǒng)能耗增大、電氣設(shè)備絕緣老化加快，并且干擾自動化裝置和通信設(shè)施的正常工作。

4）三相不對稱：三相電壓不對稱指三個相電壓的幅值和相位關(guān)系上存在偏差。三相不對稱主要由系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)不對稱、三相用電負(fù)荷不對稱等因素引起。供電系統(tǒng)的不對稱運(yùn)行，對用電設(shè)備及供配電系統(tǒng)都有危害，低壓系統(tǒng)的不對稱運(yùn)行還會導(dǎo)致中性點(diǎn)偏移，從而危及人身和設(shè)備安全。

2．頻率

我國規(guī)定的電力系統(tǒng)標(biāo)稱頻率（俗稱工頻）為50Hz，國際上標(biāo)稱頻率有50Hz和60Hz兩種。由電力系統(tǒng)供電的交流用電設(shè)備的工作頻率應(yīng)與電力系統(tǒng)頻率相一致。為了達(dá)到某種特殊目的，有的用電設(shè)備需在其它頻率下工作，則可配以專用變頻電源供電，如高頻加熱、電動機(jī)變頻調(diào)速等。

當(dāng)電能供需不平衡時，系統(tǒng)頻率會偏離其標(biāo)稱值。頻率偏差不僅影響用電設(shè)備的工作狀態(tài)、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，更重要的影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

用戶供電系統(tǒng)的電壓頻率是由電力系統(tǒng)保證的。我國國標(biāo)規(guī)定，電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為±0.2Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時，偏差值可以放到±0.5Hz。

3．可靠性

可靠性即根據(jù)用電負(fù)荷的性質(zhì)和突然中斷其供電在政治或經(jīng)濟(jì)上造成損失和影響的程度，對用電設(shè)備提出的不允許中斷供電的要求。按照供電可靠性要求，用電負(fù)荷分為下列三級：

1）一級負(fù)荷：突然停電將造成人身傷亡，或在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失，或在政治上造成重大不良影響者。如重要交通和通信樞紐用電負(fù)荷、重點(diǎn)企業(yè)中的重大設(shè)備和連續(xù)生產(chǎn)線、政治和外事活動中心等。

2）二級負(fù)荷：突然停電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失，或在政治上造成不良影響者。如突然停電將造成主要設(shè)備損壞或大量產(chǎn)品報廢或大量減產(chǎn)的工廠用電負(fù)荷，交通和通信樞紐用電負(fù)荷，大量人員集中的公共場所等。

3）三級負(fù)荷：不屬于一級和二級負(fù)荷者。

五、電氣主接線方式

主接線圖（亦稱原理接線圖）表示電能由電源分配給用戶的主要電路，圖中表示出所有的電氣設(shè)備及其聯(lián)接關(guān)系。

1、母線制

常用的母線制主要有三種：單母線制、單母線分段制和雙母線制，工廠供電系統(tǒng)一般不采用雙母線制。

1）單母線

單母線制如下圖所示，一般用于只有一回進(jìn)線的情況。

2）單母線分段制

六、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定

1）電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后不發(fā)生非周期性失步，自動恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)。

2）電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)在某種運(yùn)行方式下突然受到大的擾動后，經(jīng)過一個機(jī)電暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或回到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。

3）電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到干擾后不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。主要有：電力系統(tǒng)的低頻振蕩、機(jī)電耦合的次同步振蕩、同步電機(jī)的自激等。

4）電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)維持負(fù)荷電壓于某一規(guī)定的運(yùn)行極限之內(nèi)的能力。它與電力系統(tǒng)中的電源配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式、負(fù)荷特性等因素有關(guān)。當(dāng)發(fā)生電壓不穩(wěn)定時，將導(dǎo)致電壓崩潰，造成大面積停電。

5）頻率穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)維持系統(tǒng)頻率與某一規(guī)定的運(yùn)行極限內(nèi)的能力。當(dāng)頻率低于某一臨界頻率，電源與負(fù)荷的平衡將遭到破壞，一些機(jī)組相繼退出運(yùn)行，造成大面積停電，也就是頻率崩潰。

七、電力系統(tǒng)的負(fù)荷

電力系統(tǒng)的負(fù)荷大致分為：同步電動機(jī)負(fù)荷；異步電動機(jī)負(fù)荷；電爐、電熱負(fù)荷；整流負(fù)荷；照明用電負(fù)荷；網(wǎng)絡(luò)損耗負(fù)荷等類型。

1）有功負(fù)荷的頻率特性：

同（異）步電動機(jī)的有功負(fù)荷：與頻率變化的關(guān)系比較復(fù)雜，與其所驅(qū)動的設(shè)備有關(guān)。

當(dāng)所驅(qū)動的設(shè)備是：球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備時，與頻率的一次方成正比。

當(dāng)所驅(qū)動的設(shè)備是：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等設(shè)備時，與頻率的三次方成正比。

當(dāng)所驅(qū)動的設(shè)備是：靜水頭阻力很大的給水泵等設(shè)備時，與頻率的高次方成正比。

電爐、電熱；整流；照明用電設(shè)備的有功負(fù)荷：與頻率變化基本上無關(guān)。

網(wǎng)絡(luò)損耗的有功負(fù)荷：與頻率的平方成正比。

2）有功負(fù)荷的電壓特性：

同（異）步電動機(jī)的有功負(fù)荷：與電壓基本上無關(guān)（異步電動機(jī)滑差變化很?。?/p>

電爐、電熱；整流；照明用電設(shè)備的有功負(fù)荷：與電壓的平方成正比（其中：照明用電負(fù)荷與電壓的1.6次方成正比，為簡化計算，近似為平方關(guān)系）。

網(wǎng)絡(luò)損耗的有功負(fù)荷：與電壓的平方成反比（其中：變壓器的鐵損與電壓的平方成正比，因所占比例很小，可忽略）。

3）無功負(fù)荷的電壓特性：

異步電動機(jī)和變壓器是系統(tǒng)中無功功率主要消耗者，決定著系統(tǒng)的無功負(fù)荷的電壓特性。其無功損耗分為兩部分：勵磁無功功率與漏抗中消耗的無功功率。勵磁無功功率隨著電壓的降低而減小,漏抗中的無功損耗與電壓的平方成反比,隨著電壓的降低而增加。

輸電線路中的無功損耗與電壓的平方成反比,而充電功率卻與電壓的平方成正比。

照明、電阻、電爐等因為不消耗無功,所以沒有無功負(fù)荷電壓靜態(tài)特性。

八、相關(guān)基礎(chǔ)知識

潮流與短路

電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分。涉及到很多基本知識，對有功、無功、電壓、頻率等基本參數(shù)的認(rèn)識，潮流計算、短路計算的原理，短路電流的影響，無功控制的過程等等。這部分，顯然是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定

電力系統(tǒng)的精華部分，個人覺得。雖然這部分偏理論，而且實際工作中可能用的不多。但如果對穩(wěn)定了解的不透徹，很難說對電力系統(tǒng)認(rèn)識有多深。功角、電壓、頻率穩(wěn)定的界定，靜穩(wěn)、暫穩(wěn)、動穩(wěn)的分析，小干擾、低頻振蕩、失步解列的影響因素等，這部分內(nèi)容很多，值得靜下心來好好學(xué)學(xué)。

保護(hù)與控制

偏實際應(yīng)用的一部分。電機(jī)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容也包含在里面。保護(hù)的基本原理，距離、差動、高頻保護(hù)的不同應(yīng)用，自動重合閘的影響分析等等。至于電機(jī)和控制，理論性稍強(qiáng)些，但也是很多后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

電力電子在系統(tǒng)中的應(yīng)用

比較新的一部分。大家都熟悉的柔性交直流：FACTS，VSC-HVDC等等。主要是也是應(yīng)用型的學(xué)習(xí)，比如SVC、STATCOM、TCSC、UPFC等器件的原理，作用和對電網(wǎng)的影響等等。

過電壓與絕緣

比較獨(dú)立的一部分。涉及很多高壓、絕緣的知識，上面已經(jīng)有人總結(jié)的很好了。

新技術(shù)(智能電網(wǎng)、微網(wǎng)等)

前沿的部分。比如微網(wǎng)的優(yōu)化控制策略、智能電網(wǎng)的體系、分布式電源下的主動配電網(wǎng)的發(fā)展等等，都是很有意思的內(nèi)容。新能源相關(guān)的很多東西雖然不算新技術(shù)，也可以包含在這一部分。