Power System
电力系统主要分为三个部分:
- Generation 发电
- Transmission 输电
- Distribution 配电
英文中 Power System 的 Power 可理解为 功率 (Power)
因此 Power System 可理解为 输送功率
Generation
Electricity power plants:
- Thermal: oil, gas, coal (都属于 fossil fuels)
- Nuclear
- Renewable: Hydro, wind, solar
Transmission
HVAC: High Voltage Alternating Current
为了减少输电功率损耗 (减小电流 \(I\)) 同时保证用户能得到一定的功率 (得到 \(P\))
根据 \(P=UI\)，输电时需要采用高压电
AC 的电压能够轻松的改变，而 DC 不行，因此 HVAC 是采用最广的输电方式
HVDC: High Voltage Direct Current
若输电达到一定距离，HVDC 的成本将低于 HVAC
Power Efficiency
在输电过程中，由于输电线的 Load，会产生功率的损耗
我们定义 Power Efficiency 为 用户收到的功率 \(P_R\) / 发电厂发电的功率 \(P_V\)
Power dissipation
自然的，Power dissipation 为 \(P_C=P_V-P_R\)
若输电线电阻为 \(R'\)，经过其的电流为 \(I\)，其电压为 \(U\)
则 \(P_C=I^2R'=U^2/R'\)
Overhead Transmission & Underground Transmission
Distribution
Primary Distribution: 3 线 ( 3 phase 3 wire )
Secondary Distribution: 4 线 ( 3 phase 4 wire )
Substation
Substation 包括 transformers, switches, circuit breakers 和其他辅助设施
它们能够改变输电电压: (由低配电电压到高输电电压/或 vice versa)
Transformer
Transformer 的物理构造如下 (很熟悉！)
primary coil 中的 primary voltage (AC) 变化引起了 secondary coil 中 voltage 的产生
重要的性质:
Primary Coil 与 Secondary Coil 的圈数分别是 \(n_p, n_s\)
则一定有 \(n_p/n_s=V_p/V_s\)
又根据 \(V_pI_p=V_sI_s\)
有 \(n_p/n_s=I_s/I_p\)
Step-down Transformer 与 Step-up Transformer
Step-down Transformer 使电压降低：因此 \(n_p>n_s\)
Step-up Transformer 使电压升高: 因此 \(n_p<n_s\)