卡迪夫大学本科Electrical energy system考前辅导机构

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电力系统部件

供应

所有的电力系统都有一个或多个电源。对于某些电力系统，电源在系统外部，但对于其他系统，它是系统本身的一部分，这一部分的其余部分将讨论这些内部电源。直流电源可以通过以下方式提供电池,燃料电池或者光伏电池。交流电通常是由转子提供的，该转子在一个被称为汽轮发电机。已经有多种技术用于旋转涡轮机的转子，从蒸汽加热使用化石燃料(包括煤、天然气和石油)或核能下落的水(水力发电)和风(风力).

转子的旋转速度与发电机的极数一起决定了发电机产生的交流电的频率。单个同步系统上的所有发电机，例如全国高压输电线网，以相同速度的子倍数旋转，从而产生相同频率的电流。如果系统的负荷增加，发电机需要更大的扭矩才能以这个速度旋转，在蒸汽发电站中，必须向驱动它们的涡轮机提供更多的蒸汽。因此，所使用的蒸汽和消耗的燃料与所提供的电能直接相关。包含电力电子设备的发电机除外，例如无齿轮风力涡轮机或者通过异步连接(例如(同high-voltagedirectcurrent)高压直流电链路——它们可以在独立于电力系统频率的频率下工作。

根据磁极的馈电方式，交流发电机可以产生不同数量的相位。更高的相数导致更有效的电力系统运行，但也增加了系统的基础设施要求。电网系统连接多个以相同频率运行的发电机:最常见的是50或60赫兹的三相发电机。

电源有一系列设计考虑因素。这些范围从显而易见的:发电机应该能够提供多少功率?启动发电机的可接受时间长度是多少(有些发电机可能需要几个小时才能启动)?电源的可用性是否可以接受(有些可再生能源只有在阳光明媚或刮风的时候才可用)?更技术性的问题是:发电机应该如何启动(一些涡轮机像马达一样运转，以使自己达到速度，在这种情况下，它们需要一个合适的启动电路)?涡轮机的机械运行速度是多少，因此所需的极数是多少?什么类型的发电机合适(同步的或者异步的)和什么类型的转子(鼠笼转子、绕线转子、凸极转子或圆柱形转子)?

负荷

电力系统向执行某项功能的负载输送能量。这些负载范围从家用电器到工业机械。大多数负载都期望有一定的电压，对于交流设备，还期望有一定的频率和相数。例如，家用电器通常是单相的，工作频率为50或60赫兹，电压在110至260伏之间(取决于国家标准)。大型中央空调系统是一个例外，因为在一些国家，这些系统通常是三相的，因为这样可以更有效地运行。所有电器也有额定功率，它规定了设备消耗的功率。在任何时候，电力系统负载消耗的净电量必须等于电源产生的净电量减去传输过程中损失的电量。

负载的最后一个考虑与电能质量有关。除了持续过压和欠压(电压调节问题)以及持续偏离系统频率(频率调节问题)之外，电力系统负载还会受到一系列时间问题的不利影响。这些包括电压骤降、骤降和膨胀、瞬态过电压、闪烁、高频噪声、相位不平衡和功率因数差。当负载的电源偏离理想值时，就会出现电能质量问题。当涉及到专业工业机械或医院设备时，电能质量问题尤其重要。

导体

导体将电力从发电机输送到负载。在一个格子，导体可归类为属于传输系统，它将大量高压(通常超过69千伏)电力从发电中心输送到负载中心，或分配制度，它以较低的电压(通常低于69千伏)从负载中心向附近的家庭和工业提供少量电力。

导体的选择基于成本、传输损耗和金属的其他理想特性(如抗拉强度)等考虑。铜电阻率低于铝金属曾经是大多数电力系统的首选导体。然而，在相同的载流能力下，铝的成本较低，现在通常是首选导体。架空管道导体可以用钢或铝合金加固。

导体的额定电流通常是在给定的环境温度下，导体所能承受的最大电流。当电流流过导体时，导体会变热。对于绝缘导线，额定值由绝缘决定。对于裸导线，额定值由导线下垂变得不可接受的点决定。

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