電力系統 power system 概述  

由發電、變電、輸電、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（主要包括鍋爐、汽輪機、發電機及電廠輔助生產系統等）轉化成電能，再經輸、變電系統及配電系統將電能供應到各負荷中心，通過各種設備再轉換成動力、熱、光等不同形式的能量，為地區經濟和人民生活服務。由于電源點與負荷中心多數處于不同地區，也無法大量儲存，故其生產、輸送、分配和消費都在同一時間內完成，并在同一地域內有機地組成一個整體，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，就制約了電力系統的結構和運行。據此，電力系統要實現其功能，就需在各個環節和不同層次設置相應的信息與控制系統，以便對電能的生產和輸運過程進行測量、調節、控制、保護、通信和調度，確保用戶獲得安全、經濟、優質的電能。

建立結構合理的大型電力系統不僅便于電能生產與消費的集中管理、統一調度和分配，減少總裝機容量，節省動力設施投資，且有利于地區能源資源的合理開發利用，更大限度地滿足地區國民經濟日益增長的用電需要。電力系統建設往往是國家及地區國民經濟發展規劃的重要組成部分。

電力系統的出現，使高效、無污染、使用方便、易于調控的電能得到廣泛應用，推動了社會生產各個領域的變化，開創了電力時代，發生了第二次技術革命。電力系統的規模和技術水準已成為一個國家經濟發展水平的標志之一。

發展簡況在電能應用的初期，由小容量發電機單獨向燈塔、輪船、車間等的照明供電系統，可看作是簡單的住戶式供電系統。白熾燈發明后，出現了中心電站式供電系統，如1882年T.A.托馬斯·阿爾瓦·愛迪生在紐約主持建造的珍珠街電站。它裝有6臺直流發電機（總容量約670千瓦），用110伏電壓供1300盞電燈照明。19世紀90年代，三相交流輸電系統研制成功，并很快取代了直流輸電，成為電力系統大發展的里程碑。

20世紀以后，人們普遍認識到擴大電力系統的規模可以在能源開發、工業布局、負荷調整、系統安全與經濟運行等方面帶來顯著的社會經濟效益。于是，電力系統的規模迅速增長。世界上覆蓋面積最大的電力系統是前蘇聯的統一電力系統。它東西橫越7000千米，南北縱貫3000千米，覆蓋了約1000萬平方千米的土地。

中華人民共和國的電力系統從50年代開始迅速發展。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，均居世界第四位。輸電線路以220千伏、330千伏和500千伏為網絡骨干，形成4個裝機容量超過1500萬千瓦的大區電力系統和9個超過百萬千瓦的省電力系統，大區之間的聯網工作也已開始。此外，1989年，臺灣省建立了裝機容量為1659萬千瓦的電力系統。

系統構成與運行電力系統的主體結構有電源、電力網絡和負荷中心。電源指各類發電廠、站，它將一次能源轉換成電能；電力網絡由電源的升壓變電所、輸電線路、負荷中心變電所、配電線路等構成。它的功能是將電源發出的電能升壓到一定等級后輸送到負荷中心變電所，再降壓至一定等級后，經配電線路與用戶相聯。電力系統中網絡結點千百個交織密布，有功潮流、無功潮流、高次諧波、負序電流等以光速在全系統范圍傳播。它既能輸送大量電能，創造巨大財富，也能在瞬間造成重大的災難性事故。為保證系統安全、穩定、經濟地運行，必須在不同層次上依不同要求配置各類自動控制裝置與通信系統，組成信息與控制子系統。它成為實現電力系統信息傳遞的神經網絡，使電力系統具有可觀測性與可控性，從而保證電能生產與消費過程的正常進行以及事故狀態下的緊急處理。

系統的運行指組成系統的所有環節都處于執行其功能的狀態。系統運行中，由于電力負荷的隨機變化以及外界的各種干擾（如雷擊等）會影響電力系統的穩定，導致系統電壓與頻率的波動，從而影響系統電能的質量，嚴重時會造成電壓崩潰或頻率崩潰。系統運行分為正常運行狀態與異常運行狀態。其中，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不同控制手段來實現。

電力系統在保證電能質量、實現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，降低燃料消耗、廠用電和電力網絡的損耗，以取得最佳經濟效益。

系統調度電能生產、供應、使用是在瞬間完成的，并需保持平衡。因此，它需要有一個統一的調度指揮系統。這一系統實行分級調度、分層控制。其主要工作有：①預測用電負荷；②分派發電任務，確定運行方式，安排運行計劃；③對全系統進行安全監測和安全分析；④指揮操作，處理事故。完成上述工作的主要工具是電子計算機。

系統規劃大型電力系統是現代社會物質生產部門中空間跨度最廣、時間協調要求嚴格、層次分工極復雜的實體系統。它不僅耗資大，費時長，而且對國民經濟的影響極大。所以制訂電力系統規劃必須注意其科學性、預見性。要根據歷史數據和規劃期間的電力負荷增長趨勢做好電力負荷預測。在此基礎上按照能源布局制訂好電源規劃、電網規劃、網絡互聯規劃、配電規劃等。電力系統的規劃問題需要在時間上展開，從多種可行方案中進行優選。這是一個多約束條件的具整數變量的非線性問題，需利用系統工程的方法和先進的計算技術。

研究與開發電力系統的發展是研究開發與生產實踐相互推動，密切結合的過程，是電工理論、電工技術以及有關科學技術和材料、工藝、制造等共同進步的集中反映。電力系統的研究與開發，還在不同程度上直接或間接地對信息、控制和系統理論以及計算機技術起了推動作用。反之，這些科學技術的進步又推動著電力系統現代化水平的日益提高。超導電技術的發展、動力蓄電池和燃料電池的成就使得有可能實現電能儲存和建立分散、獨立的電源，從而展現了電力系統重大變革的前景。