前言：電的商業(yè)化應用始于19世紀70年代后期，當時電弧燈已用于燈塔和街道的照明。第一個完整的電力系統(tǒng)(由發(fā)電機、電纜、熔絲、電表混和負荷組成)是由愛迪生在紐約城歷史上有名的皮埃爾大街站建成并于1882年9月投入運行。

　　1.電力系統(tǒng)的發(fā)展歷史

　　一個直流電系統(tǒng)，由一臺蒸汽機拖動直流發(fā)電機供給半徑的為1.5km面積內的59個用戶。負荷全部由白熾燈組成，通過110V地下電纜供電。在此后幾年內，類似的系統(tǒng)已在世界上大多數(shù)大城市投入運行。隨著1884年斯普萊克對電動機的開發(fā)，電動機負荷也加入到這樣的系統(tǒng)中。這是電力系統(tǒng)發(fā)展成為世界最大工業(yè)之一的開端。盡管初期直流系統(tǒng)得到廣泛應用，但后來它幾乎完全被交流系統(tǒng)代替。到1886年，直流系統(tǒng)的局限性明顯顯露出來，因為它只能在很短的距離內從發(fā)電機向外送電。為了將輸電損耗和電壓降落限制到可接受的水平，長距離的輸電系統(tǒng)必須采用高電壓。面這樣高的電壓是發(fā)電機和用戶都不能接受的，因此必須采用適當?shù)姆椒ㄟM行電壓變換。

　　在19世紀90年代，曾有過關于電力工業(yè)應采用直流還是交流作為標準的相當大的爭論。在主張直流的愛迪生和偏好交流的西屋之間發(fā)生過激烈的辯論。在世紀之交，交流系統(tǒng)對直流系統(tǒng)取得了勝利，其主要原因是：交流系統(tǒng)的電壓水平可以很容易地轉換，因而提供了使用不同電壓的發(fā)電、輸電和用電的靈活性;交流發(fā)電機比直流發(fā)電機更簡單;交流電動機比直流電動機更簡單、更便宜。1893年，南加州一條12km長的2300V電力線路投入使用。它是北美洲第一條三相電力線路。大約在同一時期，尼亞加拉瀑布也選擇了交流送電，因為采用直流不可能將電力送往30km以外的布法羅。這一結果結束了交流與直流的爭論并奠定了交流系統(tǒng)獲勝的基礎。在交流輸電的初期，頻率并未標準化。各種不同的頻率，如25、50、60、125、133Hz都曾被采用過。這使系統(tǒng)互聯(lián)出現(xiàn)了問題。最終在北美洲采用60Hz作為交流輸電系統(tǒng)的標準頻率，而其他很多國家則采用50Hz。日益增長的向更遠距離輸送大量電力的需要是推動逐漸采用更高電壓水平的動因。早期交流系統(tǒng)采用了12.44kV和60kV(有效值，線對線電壓)。于1922年采用了165kV，1923年提高為220kV，1935年提高為287kV，1953年提高為330kV，1965年提高到500kV。魁北克水電局的第一條735kV線路于1966年送電，美國的765kV線路則于1969年投入運行。為了避免電壓等級數(shù)量的無限制擴大，工業(yè)界已將電壓水平標準化。標準規(guī)定高電壓等級有115、138、161、230kV，超高電壓等級有345、500、765kV。

　　隨著汞弧閥于20世紀50年代的發(fā)展，高壓直流輸電系統(tǒng)某些情況下變得更為經濟。高壓直流輸電對于大容量遠距離輸電更具有吸引力。與交流輸電相比直流輸電方案開始變得更有競爭力的輸電距離交叉點對架空線路是大約500km，對地下或海底電纜是50km。當電力系統(tǒng)間由于系統(tǒng)穩(wěn)定的考慮而不適合聯(lián)網或系統(tǒng)的額定頻率不相同時，高壓直流還能提供非同布聯(lián)網。第一個現(xiàn)代商用的高壓直流輸電于1954年在瑞典建成，它通過96km的海底電纜將瑞典本土與哥特蘭島互聯(lián)起來。隨著晶閘管閥的發(fā)展，高壓直流輸電變得更加具有吸引力。第一個采用晶閘管閥的高壓直流系統(tǒng)是1972年在伊爾河的背靠背工程。它提高了魁北克和新不倫瑞克之間的非同步電網互聯(lián)。伴隨著換流設備價格的降低、尺寸的縮小以及可靠的提高，高壓直流輸電的應用逐步擴大。

　　相鄰電力公司電網的互聯(lián)通常會導致系統(tǒng)可靠性和經濟性的改善。可靠性的改善來自于電力公司之間在緊急情況下的互相支援。經濟性的改善突出表現(xiàn)在每一系統(tǒng)必須的備用容量的減少。此外，電網互聯(lián)使電力公司間可以實現(xiàn)經濟輸送，以便利用最經濟的電源。這些效益從聯(lián)網起始就被認識到，使電網互聯(lián)不斷增加。今天美國和加拿大幾乎所有的電力公司都是互聯(lián)系統(tǒng)的一部分。它形成了一個極端復雜的很龐大的系統(tǒng)。如此一個系統(tǒng)的設計及其安全運行的確定非常具有挑戰(zhàn)性的問題。

　　2.電力系統(tǒng)的結構

　　盡管電力系統(tǒng)的大小和結構組成各不相同，但他們都具有相同的基本特征：由運行電壓基本恒定的三相交流系統(tǒng)組成。發(fā)電和輸電設施采用三相裝置。工業(yè)負荷總是三相;單相家用和商用負荷在各相之間等量分配，以便有效地形成平衡的三相系統(tǒng);采用同步發(fā)電機發(fā)電。原動機將一次能源(化石燃料、核能和水能)轉換為機械能，然后由同步發(fā)電機將它轉換為電能;將電力遠距離輸送到廣大區(qū)域的電力用戶。需要由運行于不同電壓水平的子系統(tǒng)組成的輸電系統(tǒng);實用上通常將輸電網分為以下子系統(tǒng)：輸電系統(tǒng);次輸電系統(tǒng);配電系統(tǒng)。輸電系統(tǒng)連接系統(tǒng)中主要的發(fā)電廠和主要的負荷中心。它形成整個系統(tǒng)的骨干并運行于系統(tǒng)的最高電壓水平。發(fā)電機的電壓通常在11-35kV范圍內。經過升壓達到輸電電壓水平后，電力被傳輸?shù)捷旊娮冸娬荆诖嗽俳涍^降壓達到次輸電水平。發(fā)電和輸電子系統(tǒng)經常被稱作主電力系統(tǒng)。次輸電系統(tǒng)將較少量的電力從輸電變電站輸往配電變電站。通常大的工業(yè)用戶直接由次輸電系統(tǒng)供電。在某些系統(tǒng)中，次輸電和輸電回路之間沒有清晰的界限。但系統(tǒng)擴展，更高一級電壓水平的輸電變得必要時，原來的輸電線路則常被降低起次輸電的功能。

　　結束語：

　　配電系統(tǒng)相當于將電力送往用戶的傳輸過程中的前后一級。一次配電電壓通常在4.0-34.5kV之間。較小的工業(yè)用戶通過這一電壓等級的主饋線供電。二次配電饋線以120/240V電壓向民用和商業(yè)用戶供電。靠近負荷的小發(fā)電廠通常連接到次輸電系統(tǒng)或直接連到配電系統(tǒng)。相鄰電網的互聯(lián)通常在輸電系統(tǒng)的水平上實現(xiàn)。整個系統(tǒng)由多個發(fā)電電源和幾層輸電網絡組成。它們提供的高度結構冗余使系統(tǒng)能夠承受非正常的偶然故障而不致影響對用戶供電。

　　參考文獻

　　[1] 周作春，王立，薛強，等.北京電網高壓電纜及隧道多狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應用[D].北京：北京電力公司，2008.