电力系统基本概念.

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1、电力系统基础 电气与自动化工程学院 刘洪 重要性： 是电气与自动化工程专业的重要的专业基础课； 是电力系统及其自动化学科的考研课程。 作用： 1、承上：“数学”、“电路”、“电机”等课程 2、启下：“电力系统保护与控制”等一系列专业课程 主要内容： 电力系统的基本原理、实用计算。 包含三大计算之二：潮流、短路和稳定计算。 课程基本情况 2 课程设置 第一章电力系统基本知识 4学时 第二章元件的等值电路和参数计算 6学时 第三章简单电力系统的潮流计算12学时 第四章电力系统的正常运行与控制 8学时 第五章电力系统故障与短路电流计算12学时 电力系统的组成 电力系统的额定电压和额定功率 电力系统特

2、点和对电力系统运行的要求 发电、输配电和负荷的基本情况 电力系统接线方式与中性点接地方式 电力系统输电方式 电力系统基本知识 4 电力线路的等值电路及参数计算 变压器的等值电路及参数计算 发电机的等值电路及参数计算 电力系统的等值电路及参数计算（标幺值） 元件的等值电路和参数计算 5 潮流-网络中的功率分布及其网损，即各支路（ 变压器和电力线路）中流过的功率及其损耗，还 有各个结（节）点的电压幅值及其相角。 在电路中用的是电压电流，在电力系统中一 般是用功率和电压。 计算方法有两种： 近似计算方法（简单网络）：物理意义明确，计 算方法采用近似方法，满足工程需要。 计算机计算（复杂网络）：计算方

3、法精确，计算 量太大，需编程用计算机算。 电力系统的潮流计算 6 无功平衡与电压调整 电压是衡量电能质量的重要指标。 各个节点对电压都有要求，不能太高也不能太低 维持电压的本质是无功平衡 无功电源有：发电机、调相机、静电电容器、静 止补偿器和静止无功发生器。 调压方式：逆、常、顺 调压措施：改变变压器变比；改变发电机端电压 ；改变网络参数；改变网络中的无功分布。 电力系统的正常运行与控制 7 有功平衡与频率调整 频率是电能质量的一个重要指标 （单位：赫兹） 频率影响电力设备和用户产品质量（电机转速） 频率-1秒钟变化的次数；周期-一个周波所需时间 发电机装有调速器，改变进汽进水，即有功功率 来

4、调频。 全系统有功平衡：发电有功=负荷有功和有功网损 有功平衡有一个平衡到哪一个频率上的问题 运行时必须有备用（旋转备用、冷备用），才能 维持频率一定。 电力系统的正常运行与控制 8 短路是一种非正常连接，短路过程称电磁暂态 三相短路-对称短路 单相接地、两相接地短路、两相短路-不对称短路 短路电流特大于正常电流，因而计算时可近似， 满足工程使用即可 不对称短路的计算方法 对称分量法 分成正序、负序、零序三个网络三组相量分别计 算，最后合成 目的：保护整定，断路器选择 电力系统的短路计算 9 课程设置 第一章电力系统基本知识 4学时 第二章元件的等值电路和参数计算 6学时 第三章简单电力系统的

5、潮流计算 8学时 第四章电力系统的正常运行与控制12学时 第五章电力系统故障与短路电流计算12学时 电力系统的基本知识 1.1 电力系统的组成 11 电力系统：是由生产、输送、分配和消耗电能的 所有电气设备所组成的统一整体。 一次系统：生产电能的发电机、输送和分配电能的变 压器和电力线路以及消耗电能的各种用电设备（如电 动机等）。 电力系统、电力网和动力系统 12 电力系统：是由生产、输送、分配和消耗电能的 所有电气设备所组成的统一整体。 二次系统：继电保护装置、安全自动装置、通信设备 和调度自动化等辅助系统。 电力系统、电力网和动力系统 13 电力网：是电力系统中除去发电机和用户，剩余 的变

6、压器和电力线路所组成的输送、分配电能的 网络。 电力系统、电力网和动力系统 14 动力系统：是电力系统再加上电厂的原动机等动 力部分。 动力部分主要有：火电厂的锅炉和汽轮机等；水电厂 的水和水轮机等；原子能电厂的反应堆等；风力发电 场的风机等。 电力系统、电力网和动力系统 15 发电系统：加上发电厂的升压变 输电系统与配电系统的区别：运行方式 配电系统：高、中、低压 发电系统、输电系统和配电系统 16 主要电压等级 在我国，通常将电力系统的电压等级范围划分低压、中 压、高压、超高压和特高压见下表。 表1-1 我国电压等级范围的划分 我国输电网的电压等级一般在220-1000kV之间，基本属 于

7、高压、超高压和特高压的范畴。而配电网的电压等级一 般选为110kV（或35kV）及以下，大致涵盖了低压、中压 和高压的各种电压等级。 低压中压高压超高压特高压 1kV及以下3-20kV35-220kV 330- 500kV 750kV及以上 380V/220V 3kV、6kV 10kV、20kV 35kV、66kV、 110kV、220kV 330kV 、 500kV 750kV、800kV 1000kV 17 1000kV 输电线路 18 1000kV 输电线路杆塔施工 19 1000kV 输电线路分裂导线 20 电力系统的基本知识 1.2 电力系统概况 21 电力系统的基本知识 1.2.1

8、 电力系统发展概况 22 电力系统的由来 一次能源 二次能源 能源使用 时间代表人物国籍行为贡献 2500年前塞利斯古希腊用毛皮摩擦琥珀电 1734年杜伐法国 用丝绸摩擦玻璃棒 用毛皮摩擦松香棒 正电 负电 1752年富兰克林美国进行风筝实验电流 1875年格拉姆比利时法国巴黎北火车站发电厂 世界上第一座火 电厂 1882年德普勒法国 水电厂的电输送到57公里 外的慕尼黑，专供弧光灯 世界上第一个电 力系统 1881- 1882年 爱迪生美国 建立纽约发电厂、皮埃尔 大街站 直流发电厂、完 整直流发电系统 1888年蒂斯拉美国建立交流电力传送系统发电机、变压器 23 电力系统的交直流问题 初期

9、直流，1886年后，其无法远距离送电的局限性显露出 来，输电要高电压，而发用电不接受高电压，需要基于交 流的变压技术。 19世纪90年代交直流标准之争，爱迪生主张直流，蒂斯拉 主张交流，激烈辩论。 1893年，南加州一条长12公里的2300V电力线路投入运行 ，这是北美第一条三相电力线路。同年，尼亚加拉瀑布选 择交流，因为直流不可能将电送往30km以外的布法罗， 结束了交直流争论。 到1995年世界上交流输电的最高电压已达了1150kV，输 送距离最长为1900km，最大的单机容量为1300MW。 24 我国电力系统发展阶段 1882年4月，电力工业发展的始端； 1949年，电力工业缓慢发展；

10、 1996年，我国发电量和装机容量位居世界第2。 我国自1882年有电力以来至1949年底，经过67年发 展装机容量只达到185万kW，年发电量 43亿 KWh，分别 居世界第 21位和第25位。 从1996年起，我国发电机装机容量和年发电量均居世 界第二位， 2003年全国总装机容量达到38450万kW，年 发电量19080 亿kWh。2008年全国总装机容量达到 65700万kW。 25 我国电网建设 1974年建成 330kV输电线路，由刘家峡水电站到陕西关 中。 1981年建成 500kV输电线路，由河南姚孟火电厂到武汉 。 2003年建成 750kV输电线路，由青海官亭至兰州东输变

11、电工程。 2008年11月，我国首条1000kV特高压输电线路正式通电 运行。工程起于山西，途经河南止于湖北，穿越黄河、汉 江两条大河，跨越太行、伏牛两座名山，全长654km，是 世界上第一条投入商业化运行的高压输电线路。 26 我国电网现状 已建成跨省电力系统6个：华东、华北、华中、 东北、西 北及南方电网。 除西北电网采用 750/330/220kV 网架外，其它电 网网架均采用 500/220kV。 27 我国的电网公司和发电集团 两大电网公司：国家电网公司和南方电网 国家电网：东北、华北、华中、华东、西北 南方电网：广东、广西、云南、贵州、海南 五大发电集团： 大唐 华能 华电 国电

12、中电投 28 电力系统的基本知识 1.2.2 额定电压与额定频率 29 额定频率 电力系统中的许多用电设备的运行状况都同频率 有密切的关系，尤其是电动机的转速，因此必需 规定运行频率。 世界各国所规定的频率并不完全相同，目前，主 要有50Hz(赫兹)和60Hz两种。 我国电力系统的额定频率规定为50Hz，也就是工 业用电的标准频率，简称工频。 30 额定电压 为使互联的各电气设备都能运行在较有利的电压 下，各设备的额定电压应相互配合。 一般把电力线路和用电设备的额定电压称为系统 （网络）的额定电压UN（线电压），常包括3，6 ，10，35，110，220，330，500，750，1000kV

13、。（需要记住） 即：网络的额定电压等于用户设备的额定电压， 也等于母线的额定电压，也等于线路的额定电压 ，也就是我们通常所说的额定电压。 31 额定电压发电机与变压器 为了调整网络的实际电压，发电机通常运行在比 网络额定电压高5的状态下，所以发电机的额定 电压规定比网络额定电压高5。 根据功率的流向规定：接受功率的一侧为一次绕 组，输出功率的一侧为二次绕组。 故： 对于双绕组升压变压器，低压绕组为一次绕组，高压 绕组为二次绕组； 对于双绕组降压变压器，高压绕组为一次绕组，低压 绕组为二次绕组。 32 额定电压变压器 变压器的一次绕组相当于用电设备，故其额定电 压等于网络的额定电压。 注意：当直

14、接与发电机连接时应与发电机的额定电压相 一致，因而就等于发电机的额定电压。 变压器的二次绕组相当于供电设备，再考虑到变 压器内部绕组的等值阻抗所引起的电压损耗，故 ： a）当变压器的短路电压小于7或直接与用户连接时， 则二次绕组额定电压比网络的高5。 b）当变压器的短路电压大于等于7时，则二次绕组额 定电压比网络的高10。 33 变压器的分接头及其变比 两绕组变压器的高压绕组以及三绕组变压器的高 、中压绕组一般设有抽头，称为分接头； 分接头电压与主抽头电压的差值为主抽头电压的 百分之几，即为变压器的档距。 无载调压的分接头档距一般为 ； 有载调压的分接头档距一般为 。 34 变压器的分接头及其

15、变比 【例】：对于一台10kV 220kV的升压变，其额定 变比为：10.5/242 kV，设有5级高压侧抽头，则 每一抽头的实际额定电压分别为: +5%:2421.05kV=254.1kV +2.5:2421.025kV248.05kV 主:242kV -2.5:2420.975kV235.95kV -5%:2420.95kV=229.9kV 35 变压器的分接头及其变比 【例】：对于一台220kV 10kV的降压变，其额定 变比为：220/11 kV，设有5级高压侧抽头，则每 一抽头的实际额定电压分别为: +5%:2201.05kV=231kV +2.5:2201.025kV225.5kV 主:220kV -2.5:2200.975kV214. 5kV -5%:2200.95kV=209 kV 升压变、降压变不同的变比计算需要掌握 36 我国电力系统的平均额定电压 平均额定电压为 有些并适当取整， 具体为3.15、6.3、 10.5、37、115、 230、345、525、 788 k