山东大学：《电力系统工程基础》课程教学资源（PPT课件讲稿，系统篇）绪论（褚晓东）、第2章 电力系统各元件的数学模型

绪论 Engineering is purposeful use of science Prof. Anant Agarwal from mit o Nothing in life is to be feared It is only to be understood Marie Curie

绪论 ⚫ Engineering is purposeful use of science -Prof. Anant Agarwal from MIT ⚫ Nothing in life is to be feared. It is only to be understood -Marie Curie

绪论 ●这是一门怎样的课程? 讲些什么? ●认识电力系统的主要构成环节,理解各个环节如何相互连 接、作用、牵制,协作完成电力生产、输配与消费等任务 ●去繁就简,对电力系统进行数学抽象,建立分析计算模型 针对具体问题,提出系统的、工程化的求解思路与方法 有什么用? 认知并解决电力工程的相关问题 ●培养系统化的思维:分析与综合 ●与实际现场对接:问题、方法、工具

绪论 ⚫ 这是一门怎样的课程？ – 讲些什么？ ⚫ 认识电力系统的主要构成环节，理解各个环节如何相互连 接、作用、牵制，协作完成电力生产、输配与消费等任务 ⚫ 去繁就简，对电力系统进行数学抽象，建立分析计算模型 ⚫ 针对具体问题，提出系统的、工程化的求解思路与方法 – 有什么用？ ⚫ 认知并解决电力工程的相关问题 ⚫ 培养系统化的思维：分析与综合 ⚫ 与实际现场对接：问题、方法、工具

绪论 电力系统的形成与发展 Vo|a(伏打)在1800年发明了电池 altaic pile Orsted(奥斯特)与 Ampere(安培)在1820年发现并验证了电流的磁效应 ˇohm(欧姆)发现了欧姆定律 Faraday(法拉第)在1831年发现了电磁感应定律 Maxwel麦克斯韦)在1873年出版了 A Treatise on Electricity and Magnetism, 系统阐述了电磁场理论 19世纪末,电气工程迅速发展,成为第二次工业革命的驱动力 ●8③圖围品

绪论 ⚫ 电力系统的形成与发展 ✓ Volta(伏打)在1800年发明了电池(voltaic pile) ✓ Ørsted(奥斯特)与Ampère(安培)在1820年发现并验证了电流的磁效应 ✓ Ohm(欧姆)发现了欧姆定律 ✓ Faraday(法拉第)在1831年发现了电磁感应定律 ✓ Maxwell(麦克斯韦)在1873年出版了A Treatise on Electricity and Magnetism， 系统阐述了电磁场理论 ✓ 19世纪末，电气工程迅速发展，成为第二次工业革命的驱动力

交流/直流之争:北美的直流系统 ●1880年代初期, Thomas edison倡导的直流系统占据主导地位,采 用直流发电机供给白炽灯与电动机负荷,利用储能电池提供备用 同时期,开铁心变压器( open core transformer,由 Lucien gaulard 和 John dixon gibbs发明)的变电效率非常低,实用的交流电动机还 没有问世,用电设备串联接入配电系统,这些因素限制了交流系统的 发展 Thomas Edison Edison发明的白炽灯原型

交流/直流之争：北美的直流系统 ⚫ 1880年代初期，Thomas Edison倡导的直流系统占据主导地位，采 用直流发电机供给白炽灯与电动机负荷，利用储能电池提供备用 ⚫ 同时期，开铁心变压器（open core transformer，由Lucien Gaulard 和John Dixon Gibbs发明）的变电效率非常低，实用的交流电动机还 没有问世，用电设备串联接入配电系统，这些因素限制了交流系统的 发展 Thomas Edison Edison发明的白炽灯原型

交流/直流之争:欧洲的交流系统 欧洲是交流系统的发源地 1832年,法国人 Hippolyte Pixi用 Faraday原理发 明了世界上第一台交流发电机

交流/直流之争：欧洲的交流系统 ⚫ 欧洲是交流系统的发源地 ⚫ 1832年，法国人Hippolyte Pixii利用Faraday原理发 明了世界上第一台交流发电机

交流/直流之争:欧洲的交流系统 1884-85年,Ganz Works的ZBD团队 ( Karoly Zipernowsky Otto Lathy, Miksa Deri) 发明了世界上第一台闭 铁心( close core transformer)变压器 变电效率大幅提高 Z.BD.团队发明了并联型 的配电系统 1886年, Ganz Works建 ZBD团队 造了 Rome-Cerchi发电厂, 是世界上第一个采用交 流发电机的发电厂

交流/直流之争：欧洲的交流系统 ⚫ 1884-85年，Ganz Works的Z.B.D.团队 （Károly Zipernowsky, OttóBláthy, Miksa Déri） 发明了世界上第一台闭 铁心（close core transformer）变压器， 变电效率大幅提高 ⚫ Z.B.D.团队发明了并联型 的配电系统 ⚫ 1886年，Ganz Works建 造了Rome-Cerchi发电厂， 是世界上第一个采用交 流发电机的发电厂 Z.B.D.团队

交流/直流之争:北美的交流之路 George Westinghouse是交流系统的倡导者, William Stanley,Jr为他 工作, Stanley于1886年在 Massachusetts(马萨诸塞)州的 Great Barrington建造了世界上第一个完整的单相交流发输配电系统:釆用 Siemens的单相交流发电机、 Stanley发明的变压器,供给 Edison发明的 白炽灯负荷 同年, Westinghouse电气公司成立,至1887年,建造了30多个交流系 统 George Westinghouse William Stanley,Jr. Great Barrington系统中的变压器

交流/直流之争：北美的交流之路 ⚫ George Westinghouse是交流系统的倡导者，William Stanley, Jr.为他 工作，Stanley于1886年在Massachusetts（马萨诸塞）州的Great Barrington建造了世界上第一个完整的单相交流发输配电系统：采用 Siemens的单相交流发电机、Stanley发明的变压器，供给Edison发明的 白炽灯负荷 ⚫ 同年， Westinghouse电气公司成立，至1887年，建造了30多个交流系 统 George Westinghouse William Stanley, Jr. Great Barrington系统中的变压器

交流/直流之争:北美的交流之路 1888年, Westinghouse电气公司的 Oliver Shallenberger发明了交流电 能表计 同年, Westinghouse注册了 Nikola tesla有关多相交流感应电动机和变 压器设计的几项专利, Westinghouse购买了 Galileo ferraris的交流感应电动机专利 Oliver Shallenberger Nikola tesla

交流/直流之争：北美的交流之路 ⚫ 1888年，Westinghouse电气公司的Oliver Shallenberger发明了交流电 能表计 ⚫ 同年，Westinghouse注册了Nikola Tesla有关多相交流感应电动机和变 压器设计的几项专利， ⚫ Westinghouse购买了Galileo Ferraris的交流感应电动机专利 Oliver Shallenberger Nikola Tesla

交流/直流之争:技术制式的竞争 ·电力工业历史上的交流/直流之争既是 Westinghouse与 Edison两 人之间的对决,也是两种技术制式的竞争,涉及了北美与欧洲的 许多公司,双方都握有大量的技术专利,希望随着对方的式微, 扩大自己的市场份额,最终,交流系统成为市场主导 1891年,国际电工技术展览会在 Frankfurt(法兰克福)的举行,由175公里 之外 Lauffen(劳芬)的发电站向展览会的照明与电动机负荷供电,这是世 界上第一个远距离大功率(230κVA)三相交流输电工程,凸现三相交流制 式的优势 1892年, General electric(通用电气)公司成立(合并了 Edison电气公 司),全力投入交流电气设备的设计与制造,很快超越 Westinghouse电气 公司,成为领先者 在欧洲, Siemens& Halske公司成为市场主导者

交流/直流之争：技术制式的竞争 ⚫ 电力工业历史上的交流/直流之争既是Westinghouse与Edison两 人之间的对决，也是两种技术制式的竞争，涉及了北美与欧洲的 许多公司，双方都握有大量的技术专利，希望随着对方的式微， 扩大自己的市场份额，最终，交流系统成为市场主导 – 1891年， 国际电工技术展览会在Frankfurt（法兰克福）的举行，由175公里 之外Lauffen（劳芬）的发电站向展览会的照明与电动机负荷供电，这是世 界上第一个远距离大功率（230 kVA）三相交流输电工程，凸现三相交流制 式的优势 – 1892年，General Electric（通用电气）公司成立（合并了Edison电气公 司），全力投入交流电气设备的设计与制造，很快超越Westinghouse电气 公司，成为领先者 – 在欧洲， Siemens & Halske公司成为市场主导者

交流/直流之争:技术制式的竞争 为什么交流制式成为电力工业的选择? 与直流制式相比,交流制式的优点是什么? 为什么现代电力系统采用三相交流制? 与单相制相比,多相制的优点是什么? 可否采用其他相制,例如四相、五相制等? 直流制式能否重新占据电力工业的主导地位? 直流制式的适用于何种系统? 电力电子技术的发展能否推动直流制式的回归?

交流/直流之争：技术制式的竞争 ⚫ 为什么交流制式成为电力工业的选择? – 与直流制式相比，交流制式的优点是什么？ ⚫ 为什么现代电力系统采用三相交流制？ – 与单相制相比，多相制的优点是什么? – 可否采用其他相制，例如四相、五相制等？ ⚫ 直流制式能否重新占据电力工业的主导地位？ – 直流制式的适用于何种系统？ – 电力电子技术的发展能否推动直流制式的回归？