电力系统分析要点与习题思考题答案
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高压直流输电与交流输电相比有以下优点，所以要采用高压直流输电。
一、高压直流输电与交流输电相比有以下优点：
(1) 输送相同功率时，线路造价低：
交流输电架空线路通常采用3根导线，而直流只需1根(单极)或2根(双极)导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。
(2) 线路有功损耗小：
由于直流架空线路仅使用1根或2根导线，所以有功损耗较小，并且具有"空间电荷"效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。
(3) 适宜于海下输电：
在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高3倍。2根心线的直流电缆线路输送的功率Pd比3根心线的交流电缆线路输送的功率Pa大得多。
运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。
(4) 系统的稳定性问题：
在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制。
(5) 能限制系统的短路电流：
用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的遮断容量，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。
(6) 调节速度快，运行可靠：
直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。
如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。
二、直流输电适用于以下场合：
远距离大功率输电；海底电缆送电；不同频率或同频率非同期运行的交流系统之间的联络；用地下电缆向大城市供电；交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；配合新能源的输电。
应用直流输电目前主要用于：
①远距离大功率输电；
②联系不同频率或相同频率而非同步运行的交流系统；
③作网络互联和区域系统之间的联络线（便于控制、又不增大短路容量）；
④以海底电缆作跨越海峡送电或用地下电缆向用电密度高的大城市供电；
⑤在电力系统中采用交、直流输电线的并列运行，利用直流输电线的快速调节，控制、改善电力系统的运行性能。
直流输电有以下主要特点：
（1）直流输电架空线只需正负两极导线，杆塔结构简单，线路走廊窄，造价低，损耗小。直流线路的输送能力强，一回±500kV的直流线路可输送3000～3500MW，±800kV则可输送4800～6400MW；直流线路无电容电流，沿线的电压分布均匀，不需装设并联电抗器。（2）直流电缆线路耐受电压高、输送容量大、输电密度高、损耗小、寿命长，且输送距离不受电容电流的限制。（3）直流输电两端的交流系统无需同步运行，其输送容量由换流阀电流允许值决定，输送容量和距离不受两端的交流系统同步运行的限制，有利于远距离大容量输电。（4）直流输电输送的有功和换流器吸收的无功均可方便快速地控制，利用这种快速控制可改善交流系统的运行性能。（5）直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。（6）直流输电换流站比交流变电站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也相应降低。换流站造价比同等规模交流变电站要高出数倍。
简单的说，好处二点：
一是三根线变二根
一是导线可以变细。原因是交流电在导线中流动是有趋肤效应，即电流喜欢在导线表面走，导线中间未充分利用。直流电就没有这个毛病。
8、特点很多
分级分区，结构复杂，连接方式多而灵活，控制难度大
接线方式:有备用接线和无备用接线。
有备用接线优点：提高供电可靠性，电压质量高。缺点：不够经济。
无备用接线优点：简单，经济，运行方便。缺点：供电可靠性差。
9、三相功率S和线电压U、线电流I之间的固定关系为 。当功率一定时电压越高电流越小，导线的载流面积越小，投资越小；但电压越高对绝缘要求越高，杆塔、变压器、断路器等绝缘设备投资越大。综合考虑，对应一定的输送功率和输送距离应有一最合理的线路电压。但从设备制造角度考虑，又不应任意确定线路电压。考虑到现有的实际情况和进一步发展，我国国家标准规定了标准电压等级。
电压等级（voltage class）电力系统及电力设备的额定电压级别系列。额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍能能正常运行。 我国最高交流电压等级是1000KV（长治---荆门线），于2008年12月30日投入运行。在建输电线路（向家坝-上海，锦屏-苏南特高压直流800kV），其下有500、330、220、110、（60）、35、10KV，380/220V，其中60kV是由于历史原因遗留下来的，目前仅在我国东北地区存在； 我国最高直流电压等级为正负500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有正负50KV（上海---嵊泗群岛线），100KV（宁波---舟山线），南方电网公司将建设正负800KV特高压直流输电线。 目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，1000KV。电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路。 10kV及其以下的电压线路称为配电线路。将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。 我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。
目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路。10kV及其以下的电压线路称为配电线路。将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。
随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，特别是静止变流器，从低压小容量家用电器到高压大容量用的工业交直流变换装置，由于静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波“污染”。另外，冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，造成对电网的“公害”，为此，国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压不允许平衡度，公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。
1.电压允许偏差
用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的。当其端子上出现电压偏差时，其运行参数和寿命将受到影响，影响程度视偏差的大小、持续的时间和设备状况而异，电压偏差计算式如下：
电压偏差（％）=（实际电压－额定电压）/额定电压×100％„„（1）
《电能质量供电电压允许偏差》（GB12325－90）规定电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压的允许偏差为：
（1）35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的＋5％～－5％；
（2）10kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的＋7％～－7％；
（3）低压照明用户为额定电压的＋5％～ －10％。
为了保证用电设备的正常运行，在综合考虑了设备制造和电网建设的经济合理性后，对各类用户设备规定了如上的允许偏差值，此值为工业企业供配电系统设计提供了依据。
在工业企业中，改善电压偏差的主要措施有三：
（1）就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量，无功负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差，它是产生电压偏差的源，因此，就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量，从源上解决问题，是最有效的措施。
（2）调整同步电动机的励磁电流，在铭牌规定植的范围内适当调整同步电动机的励磁电流，使其超前或滞后运行，就能产生超前或滞后的无功功率，从而达到改善网络负荷的功率因数和调整电压偏差的目的。
（3）采用有载调压变压器。从总体上考虑无功负荷只宜补偿到功率因数为0.90～0.95，仍然有一部分变化无功负荷要电网供给而产生电压偏差，这就需要分区采用一些有效的办法来解决，采用有载调压变压器就是有效而经济的办法之一。
2.公用电网谐波
谐波（Harmonic）即对周期性的变流量进行傅里叶级数分解，得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量，它是由电网中非线性负荷而产生的。 《电能质量 公用电网谐波》（GB/T14529－ 93）中规定了各电压等级的总谐波畸变率，各单次奇次电压含有率和各单次偶次电压含有率的限制值，详见表1：
该标准还规定了电网公共连接点的谐波电流（2～25次）注入的允许值；而且同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配，以体现供配电的公正性。
3.电压波动和闪变
电压波动（Fluctuation）即电压方均根值一系列的变动或连续的改变，闪变（Flick）即灯光照度不稳定造成的视感，是由波动负荷 ，如电弧炉、轧机、电弧焊机等引起的。
《电能质量 电压波动和闪变》（GB12326－ 2000）是在原来标准GB12326－90的基础上，参考了国际电工委员会（IEC）电磁兼容（EMC）标准IEC6100－3－7等而修订而成的，适用于由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及由此可能人对灯闪明显感觉的场合，该标准规定了各级电压下的闪变限制值，见表2：
表2中的括号内的数值仅适用于公共连接点（PCC）点连接的所有用户为同电压等级的用户场合，Pst为短时间闪变值，即衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值；Plt为长时间闪变值，它由Pst推算出，反映出长时间（若干小时）内闪变强弱的一个统计量值。
4.三相电压不平衡
《电能质量 三相电压允许不平衡度》（GB/T15543－1995）适用于交流额定频率为50Hz电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的PCC点连接点的电压不平衡，该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2％，短时间不得超过4％。
而且该标准还解释：不平衡度允许值指的是在电力系统正常运行的最小方式下负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产（运行）周期中的实测值，例如炼钢电弧炉应在熔化期测量等。在确定三相电压允许不平衡指标时，该标准规定用95％概率值作为衡量值。即正常运行方式下不平衡度允许值，对于波动性较小的场合，应和实际测量的五次接近数值的算术平均值对比；对于波动性较大的场合，应和实际测量的95％概率值对比；以判断是否合格。其短时允许值是指任何时刻均不能超过的限制值，以保证保护和自动装置的正确动作。
