上册 3
基础篇 3
第1章 输配电系统 3
1.1引言 3
1.2输配电系统的任务 4
1.3供电可靠性 5
1.4输配电系统遵循的基本法则 8
1.4.1分层级的电压等级 9
1.5输配电系统的不同层级 10
1.5.1输电层 13
1.5.2高压配电层 14
1.5.3变电站层 14
1.5.4馈线层 16
1.5.5供电层 18
1.5.6输电和配电的划分 18
1.6公用配电设备 19
1.6.1输电线路和配电线路 20
1.6.2变压器 20
1.6.3开关 21
1.6.4保护以及保护装置 21
1.6.5电压调节装置 22
1.7输配电系统费用 24
1.7.1输电系统费用 24
1.7.2变电站费用 24
1.7.3馈线系统费用 26
1.7.4供电层费用 26
1.7.5运行和维护费用 27
1.7.6设备改造费用 28
1.7.7电能损耗费用 28
1.7.8输配电系统总费用 31
1.8配电系统设计的不同类型 32
1.8.1辐射状系统 33
1.8.2环状系统 34
1.8.3网状系统 35
1.8.4大主干线与多分支线的布局方式 37
1.8.5变电站和馈线的供电区域 38
1.8.6供电区域的动态分配 38
1.9系统论方法和双Q规划 40
1.9.1双Q规划 42
1.9.2双Q法是既可降低费用又可改进可靠性的技术 44
1.10总结 46
1.10.1输配电规划的三个基本要求 46
1.10.2输配电的6个基本法则 47
1.10.3多个层级的互联 47
1.10.4离散的设备规格 48
1.10.5有效的规划技巧：供电区域的动态分配 48
1.10.6改造费用高于新建费用 48
1.10.7峰荷是非同时发生的 48
1.10.8损耗费用可能相当可观 48
1.10.9实现可靠性目标的传统方法 49
1.10.10实现可靠性目标的现代方法 49
参考文献 49
第2章 用户的用电需求及电力负荷 51
2.1引言 51
2.1.1电力的数量和质量是用户用电价值的两个重要方面 51
2.2数量的需求：电力负荷 53
2.2.1恒功率、恒电流以及恒阻抗负荷 53
2.2.2终端用途模型与负荷电压特性模型的关系 56
2.2.3暂态负荷特性 56
2.2.4电能的终端用途 57
2.2.5负荷曲线及其分析 57
2.2.6负荷曲线的具体测量方法 59
2.2.7负荷持续曲线 61
2.2.8电力需求的空间分布 62
2.3质量的需求：电能质量及供电质量 63
2.3.1基于停电损失费用的供电质量评估 63
2.3.2基于供电质量的整体价值规划 64
2.3.3停电损失费用 65
2.3.4电压骤降导致的短时停电 65
2.3.5 SEMI F47标准 67
2.3.6电压骤降的本质 68
2.3.7停电频率和停电持续时间对费用的影响 69
2.3.8事先通告可降低停电损失费用 71
2.3.9不同用户类型的停电损失费用 71
2.3.10不同供电区域的停电损失费用 72
2.3.11同一用户类型中不同用户的停电损失费用 72
2.3.12不同用电时段的停电损失费用 73
2.3.13应用用户停电损失费用数据的推荐方法 74
2.3.14电压涌流和谐波所导致的损失费用 74
2.3.15用户可靠需求的终端用途模拟 75
2.4市场分类和用电价值 77
2.4.1费用为王 78
2.4.2电价传统上仅由数量决定 79
2.4.3提供可变的可靠性水平 80
2.5双Q分析：数量、质量与费用的关系 81
2.5.1基于双Q的规划和工程设计 83
2.6总结 85
参考文献 86
第3章 电力负荷的行为与同时性 88
3.1引言 88
3.2峰荷的同时性以及负荷曲线的特征 88
3.2.1电器的占空比（电器工作时间的百分比） 90
3.2.2多个负荷曲线的聚合形成负荷的同时性效应 90
3.2.3空调和热泵负荷的占空比 91
3.2.4负荷的同时性行为 92
3.2.5同时性等效负荷曲线可视为单个居民负荷的数学期望值 96
3.3负荷曲线的测量和模拟 97
3.3.1对小规模用户组的用户负荷采样时需高采样率 100
3.3.2采样率的确定 102
3.3.3同时率与采样周期的估算 102
3.4总结 103
参考文献 105
第4章 配电系统可靠性基础理论 106
4.1引言 106
4.1.1可靠性术语及定义 107
4.2停运与停电的关系 110
4.2.1停电频率和停电持续时间 110
4.2.2停运的影响范围 110
4.2.3停电类型 112
4.3可靠性指标 114
4.3.1负荷削减指标 117
4.3.2可用性指标 118
4.3.3可靠性指标的使用 118
4.3.4基于可靠性指标的分析 119
4.4不同电力企业可靠性指标的差异 120
4.4.1可靠性指标统计方式的差异 121
4.4.2停电持续时间估计的差异 122
4.4.3可靠性目标设定的差异 123
4.5可靠性的同业对比 123
4.5.1同业对比研究的类型 123
4.5.2同业对比研究的驱动力和目的 127
4.5.3一次性“改进”计划 127
4.5.4持续性改进计划 128
4.5.5同业对比过程中的注意事项 130
4.6总结 135
参考文献 137
第5章 经济学基础和费用评估 138
5.1引言 138
5.2费用 139
5.2.1初始费用和持续费用 139
5.2.2固定费用和可变费用 140
5.2.3沉入费用 141
5.2.4嵌入费用、边际费用和增量费用 142
5.2.5收入需求 142
5.3资金的时间价值 144
5.3.1货币是贬值的 144
5.3.2现值分析 145
5.3.3现值系数和折扣率的确定方法 147
5.3.4现值系数是一个决策工具 152
5.3.5现值分析的例子 153
5.3.6综合现值系数的例子 154
5.3.7隐式现值系数 157
5.3.8年平均费用 158
5.3.9收益和成本的折算方法是相似的 161
5.4费用的差异性 162
5.4.1不同时段的费用 163
5.4.2事故情况下的费用 164
5.4.3电压等级对费用的影响 164
5.4.4输配电费用的空间分布 166
5.4.5费用的空间分布和综合资源规划 167
5.5结论 168
参考文献 170
第6章 规划方案的评估、优选和审批 171
6.1引言 171
6.2评估、比较、优选及审批 172
6.2.1评估和比较 173
6.2.2单属性比较和多属性比较 174
6.2.3单属性规划 174
6.2.4多属性规划 174
6.2.5各种决策模式 179
6.3传统电力企业的最小费用方法 181
6.3.1受监管的电价、最小费用及严格的标准 181
6.3.2应用实例 184
6.3.3最小费用法的优势 186
6.3.4新建项目的优选和审批 186
6.4收益/成本比（B/C）方法 187
6.4.1可选项目的评估和决策 187
6.4.2改造和维修的示例 188
6.4.3投资回收期 190
6.4.4 DSM示例 191
6.4.5电力企业规划流程中基于B/C的评估与优选 196
6.5收益/成本增量比（iB/C）方法 197
6.5.1处理定额预算的传统方法 198
6.5.2 iB/C分析法 201
6.5.3基于iB/C的比值进行优选 204
6.5.4 iB/C是一种多属性决策过程 209
6.5.5基于iB/C的定额预算规划 210
6.5.6同时考虑两个及以上可靠性指标 214
6.5.7在可靠性最优分析中增加运行和管理费用 215
6.5.8在评估中考虑DSM或其他方案作为可选方案 216
6.5.9 iB/C法的总结和重点 218
6.5.10决策层的战略规划分析 221
6.5.11基于iB/C法的资产管理策略 221
6.6基于利润的规划模式 222
6.6.1非电力企业的工业例子 223
6.6.2馈线案例的利润分析 224
6.7总结 225
6.7.1评估、优选和选择：关键传动环节 226
6.7.2传统的标准驱动与面向项目的最小费用法 226
6.7.3传统模式的改进 228
6.7.4基于B/C的评估和审批 228
6.7.5基于回收期的B/C评估 229
6.7.6 iB/C法、优选以及基于组合的审批 229
6.7.7基于利润的规划模式 231
6.7.8电力企业决策中不存在普遍的“真理” 231
6.7.9不确定性和风险的宏观背景 232
参考文献 234
第7章 设备的额定值、载荷水平、寿命及失效 235
7.1引言 235
7.2额定容量和使用寿命 235
7.2.1额定容量的概念 236
7.2.2载荷水平、额定值和使用寿命 236
7.2.3载荷水平与寿命终结 237
7.2.4电气设备的使用寿命及失效的概念模型 238
7.2.5设备寿命的评价模式和标准 239
7.2.6制定额定值的原因 240
7.2.7载荷水平影响设备寿命的方式 241
7.2.8周围环境温度对设备寿命的影响 242
7.2.9动态载荷水平与设备寿命的关系 242
7.2.10紧急载荷水平所导致的寿命损失 245
7.2.11寿命损失表 246
7.2.12周期性载荷水平与寿命的关系 247
7.2.13绕组类设备的寿命与载荷水平的关系 250
7.3设备的老化、劣化和损坏 250
7.3.1设备寿命与终结性失效 252
7.3.2劣化与损坏 252
7.3.3设备磨损 253
7.3.4外部因素所导致的损坏 255
7.35老化和劣化的类型 256
7.4提高设备可靠性和延长设备寿命的措施 265
7.4.1更换陈旧设备 265
7.4.2现有设备的改型 265
7.4.3现有设备的改造 265
7.4.4设备的大修 266
7.4.5重点检修和一般检修 266
7.4.6例行检查和维修 266
7.4.7检查 267
7.4.8状态评估 267
7.4.9降低额定值以延长剩余寿命 267
7.5总结 269
参考文献 273
第8章 设备失效与系统性能 274
8.1引言 274
8.2设备的失效率随着设备年限的增加而增大 274
8.2.1失效、失效率及寿命 274
8.2.2设备失效概率的定量分析 275
8.2.3失效率总是随时间的推移而上升 276
8.2.4失效发生时间的预测 278
8.3电力系统设备的失效和年限 280
8.3.1例1：失效率上升的形式及对设备的影响 280
8.3.2例2：一个实际的案例 283
8.3.3其他例子 285
8.3.4设备更换政策的分析 286
8.4总结 287
参考文献 289
第9章 载荷供电距离和电压无功工程 290
9.1引言 290
9.2配电系统的电压特性 291
9.2.1导线截面逐级缩小配置与电压降 292
9.2.2 R、X及它们的比值 296
9.2.3以“电压不变”的原则设计电力系统 297
9.2.4电压调整和闪变标准 298
9.3载荷供电距离和配电容量 298
9.3.1载荷供电距离 298
9.3.2载荷供电距离是馈线系统设计的一种有效工具 303
9.3.3载荷供电距离和K因子的比较 305
9.3.4载荷供电距离术语 306
9.4基于系统论对载荷供电距离、电流和电压性能进行优化 306
9.4.1导线的经济截面选择 307
9.4.2经济载荷供电距离 307
9.4.3电流和电压性能的优化 308
9.5配电系统电压降管理 309
9.5.1馈线负荷的均衡化 311
9.5.2馈线结构的灵活应用 312
9.5.3增大截面或增加相数 315
9.5.4缩小相间距 316
9.5.5并联电容器 317
9.5.6串联电容器 317
9.5.7分布式发电 318
9.5.8电力电子技术 318
9.5.9储能装置 319
9.6电压无功控制及补偿 319
9.6.1无功功率产生的原因 319
9.6.2无功功率对馈线系统经济性的影响 320
9.6.3功率因数和X/R比 321
9.6.4并联电容器的应用 321
9.6.5电容器的影响 322
9.6.6电容器配置的2/3原则 323
9.6.7负荷不均匀分布时电容器的应用问题 325
9.6.8基于2/3原则的一般导则 327
9.6.9电容器配置的实用导则 327
9.6.10 2/3原则的优缺点 329
9.6.11可投切电容器的实际应用 331
9.6.12电容器和功率因数的战略规划 336
9.6.13电压调节装置 338
9.7总结 338
参考文献 340
第10章 分布式资源 341
10.1引言 341
10.1.1负功率的计量 341
10.1.2明确电量减少和峰荷降低的受益者 342
10.2电能和需求的管理方法 342
10.2.1名目不同，本质相同 343
10.2.2电能管理方法的基本形式 344
10.3降压节能 369
10.3.1电力系统降压的相关事宜 370
10.3.2降压节能措施只有短期效应 372
10.3.3降压节能后的占空比反弹 372
10.3.4降压节能措施的实际节能效果 373
10.3.5降压节能可作为一种削峰方法 374
10.3.6实施降压节能计划的费用 375
10.3.7基于电力企业的立场评价降压节能计划 376
10.4分布式发电 377
10.4.1燃料发电的三种方式 377
10.4.2分布式发电的容量范围 377
10.4.3卡诺循环 378
10.4.4燃料效率与热耗率曲线 379
10.4.5往复式活塞内燃发动机驱动的分布式发电机组 379
10.4.6燃气轮机驱动的分布式发电机组 382
10.4.7利用燃料电池的分布式发电 384
10.4.8利用余热的热电联产和冷热电联供 385
10.4.9可再生能源：水能、风能和太阳能 385
10.5电能储存系统 388
10.5.1稳定电力供应 389
10.5.2保证停机时的电力供应 391
10.5.3增强分布式发电的可调度性 392
10.5.4储能装置的性能协调 392
10.6分布式资源的成本效益评估 394
10.6.1传统体制下的需求侧管理评估框架 394
10.6.2分布式资源的成本效益评估 396
10.6.3四种费用类型 396
10.6.4初始费用和持续费用评估 398
10.6.5成本和发电量均需折现 400
10.7总结 402
参考文献 404