华电《电力系统分析基础》2016

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1、电力系统分析基础 主讲人 杨用春 课程内容 稳态分析 第一章电力系统的基本概念 第二章电力系统各元件的特性和数学模型 第三章简单电力系统的潮流计算与分析 第四章复杂电力系统潮流的计算机算法 第五章电力系统的有功功率和频率调整 第六章电力系统的无功功率和电压调整 第七章电力系统三相短路分析与计算 第八章电力系统不对称故障分析与计算 暂态分析 参考教材 电力系统稳态分析 第三版 东南大学陈珩 水利电力出版社电力系统暂态分析 第三版 西安交通大学李光琦 水利电力出版社电力系统分析基础李庚银 杨淑英 栗然 机械工业出版社电力系统分析习题集杨国旺电力系统分析复习指导与习题精解杨淑英 中国电力出版社 如何

2、学习这门课程 1 先修课程 电路 电机学 2 听课为主 自学为辅 3 按时 独立完成作业 4 理解基本概念 不要死记硬背 5 工程观念和思想 理论结合实际 第一章电力系统的基本概念 本章内容 1 1电力系统概述1 2电力系统运行的特点和要求1 3电力系统的接线方式和电压等级1 4电力系统中性点的运行方式1 5电力系统分析的含义与内容1 6我国电力系统的发展 1 1电力系统概述 一 电力系统的形成与发展二 电力系统的基本概念三 电力系统的基本参量和接线图 一 电力系统的形成与发展 1831年法拉第发现电磁感应定律 交流发电机 直流发电机 直流电动机 特点 输电电压低 输送距离短 输送功率小 10

3、0 400V 直流发电机 电弧灯 M 直流电动机 电的产生 一 电力系统的形成与发展 高压输电 1882年 法国人M 德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能输送到57km外的慕巴黑 并用以驱动水泵 输电电压 直流1500 2000V 输送功率 约1 5kW 世界上第一个电力系统 57km 1500 2000V 直流发电机 M 直流电动机 一 电力系统的形成与发展 交流输电 1885年制成变压器 实现单相交流输电 1891年制成三相变压器和三相异步电动机 实现三相交流输电 178km 25kV Lauffen镇 法兰克福 水轮发电机组 95V 25kV 25kV 112V 1891年德国建

4、成第一条三相交流输电系统 M 白炽灯 异步电动机 95V 230kVA150r min 一 电力系统的形成与发展 三相交流制迅速发展 而直流制被淘汰 汽轮发电机组取代以蒸汽机为原动机的发电机组 发电厂之间出现了并列运行 输电电压 输送距离和输送功率不断增大 电力系统的规模不断扩大 电力系统的发展 二 电力系统的基本概念 发电 电力系统 电力网 动力部分 动力系统 用电 输电 变电 变电 电力系统 电力网与动力系统的概念 电力系统的组成 1 电力系统 生产 输送 分配与消费电能的系统 包括 发电机 变压器 输电电路和用电设备 2 电力网 电力系统中输送与分配电能的部分 包括变压器和输电电路 3

5、动力系统 动力部分与电力系统组成的整体 二 电力系统的基本概念 三 电力系统的基本参量和接线图 总装机容量 指系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和 以千瓦 kW 兆瓦 MW 吉瓦 GW 计 年发电量 指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和 以千瓦 时 kW h 兆瓦 时 MW h 吉瓦 时 GW h 计 最大负荷 指规定时间内 电力系统总有功功率负荷的最大值 额定频率 按国家标准规定 我国所有交流电力系统的额定频率为50Hz 最高电压等级 指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压 1 电力系统的基本参量 三 电力系统的基本参量和接线图 地理接线图 主要显示系统中发电厂 变电所的地理

6、位置 电力线路的路径 以及它们相互间的联结 2 电力系统的接线图 三 电力系统的基本参量和接线图 地理接线图 主要显示系统中发电厂 变电所的地理位置 电力线路的路径 以及它们相互间的联结 2 电力系统的接线图 电气接线图 主要显示系统中某发电厂 变电所 内的发电机 变压器 母线 断路器 电力线路等主要电机 电器 线路之间的电气接线 三 电力系统的基本参量和接线图 某发电厂的电气主接线 三 电力系统的基本参量和接线图 地理接线图 主要显示系统中发电厂 变电所的地理位置 电力线路的路径 以及它们相互间的联结 电气接线图 主要显示系统中某发电厂 变电所 内的发电机 变压器 母线 断路器 电力线路等主

7、要电机 电器 线路之间的电气接线 2 电力系统的接线图 宏观 微观 1 2电力系统运行的特点和要求 一 电能的优点 可以很方便地转换成其他形式的能 如光能 热能 机械能 化学能等 便于生产 输送 分配 使用 易于控制 可以方便地将自然界的一次能源转化为电能 如煤 石油 天然气 水能 核能 风能和太阳能等 二 电力系统运行的特点 与国民经济各部门关系密切电能不能大量存储电力系统各个部分不可分割过渡过程非常迅速对电能质量要求严格 三 对电力系统运行的基本要求 保证可靠地持续供电保证良好的电能质量提高电力系统运行的经济性 安全优质经济环保 三 对电力系统运行的基本要求 1 保证可靠地持续供电 电网规

8、划与建设电源与网架规划 西电东送 全国联网等电网监视与控制SCADA 数据采集与监视控制系统 SupervisoryControlAndDataAcquisition 电气设备在线监测与故障诊断 计划检修 状态检修 负荷分级 一级 二级 三级 故障时 按负荷等级限电 三 对电力系统运行的基本要求 负荷 一级二级三级 一级负荷 对这一级负荷中断供电 将造成人身事故 经济严重损失 人民生活发生混乱 二级负荷 对这一级负荷中断供电 将造成大量减产 人民生活受影响 三级负荷 所有不属于一 二级的负荷 三 对电力系统运行的基本要求 衡量电能质量的基本指标 电压质量频率质量 2 保证良好的电能质量 35k

9、V及以上 5 10kV及以上 7 0 2 0 5Hz 主要指标 电压偏差 频率偏差 谐波畸变率 三相不平衡度 电压波动和闪变 原因 整流设备 电力机车 电弧炉 压钢机等非线性负荷和冲击负荷造起系统谐波 不对称 电压波动等 三 对电力系统运行的基本要求 考核电力系统运行经济性的指标 煤耗率生产一度电消耗的标准煤重 与锅炉 汽轮机的特性及厂用电率有关 网损率电网中损耗电能与供应电能的百分比 3 提高电力系统运行的经济性 三 对电力系统运行的基本要求 环保火电厂装机接近70 煤炭燃烧造成的污染限制污染物的排放量 提高供电可靠性 减少系统备用容量有利于削峰填谷 提高发电设备利用率合理利用动力资源 水

10、火电互补 提高经济性采用高效率大容量机组 减小负荷波动对系统的影响 系统越大 抗干扰能力越强 四 电力系统的联网运行 1 3电力系统的接线方式和电压等级 一 电力系统的接线方式 含义 发电厂 变电所 站 之间的接线方式 类型 无备用接线方式有备用接线方式 一 电力系统的接线方式 用户只能从一个方向取得电源 1 无备用接线方式 优点 简单 经济 运行方便缺点 供电可靠性差适用范围 二级负荷 放射式 干线式 链式 一 电力系统的接线方式 优点 供电可靠性和电压质量高缺点 不经济适用范围 电压等级较高或重要的负荷 用户可以从多个方向取得电源 2 有备用接线方式 双回路放射式 双回路干线式 双回路链式

11、 环式 两端供电 二 电力系统的电压等级 电力系统的额定电压等级电力系统各元件的额定电压电力网电压等级的选择 二 电力系统的电压等级 1 电力系统的额定电压等级 根据S UI 当输送功率一定时 电压高 电流小 材料投资少 绝缘投资大 电压低 电流大 绝缘投资少 材料投资大 为什么规定电压等级 所以 输送一定的功率有一个经济电压 但不能任意确定线路电压 二 电力系统的电压等级 我国规定的电力系统额定电压等级 kV 3 6 10 20 35 60 110 154 220 330 500 750 1000kV交流线电压有效值 二 电力系统的电压等级 什么是额定电压 电气设备在此电压下长期工作 效率和

12、寿命最好为什么各种电气设备的额定电压不一样 电压损耗 电压降落 各点电压电压不相同 2 电力系统各元件的额定电压 二 电力系统的电压等级 电力网络中的电压分布 规定 线路的额定电压等于线路的平均电压 等于系统的额定电压 规定 用电设备的额定电压等于系统的额定电压 规定 发电机的额定电压比系统额定电压高5 二 电力系统的电压等级 与发电机直接相连时 则与发电机相同 若变压器漏抗很小 二次测与用电设备直接相连或电压特别高时 其二次侧额定电压比线路仅高5 变压器一次侧 相当于用电设备 其额定电压与系统相同 变压器额定电压的规定 变压器二次侧 相当于电源 其额定电压应比系统高5 考虑变压器内部的电压损

13、耗 5 实际应比线路高10 二 电力系统的电压等级 变压器的抽头 分接头 220kV 升压变压器 降压变压器 二 电力系统的电压等级 3 电力网电压等级的选择 各级电压架空线路的输送能力 二 电力系统的电压等级 1 确定各设备额定电压 2 若T1工作于 2 5 抽头 T2工作于主抽头 T3工作于 5 抽头 求各变压器变比 10 5kV 10 5kV 121kV 38 5kV 110kV 11kV 35kV 例题 1 4电力系统中性点的运行方式 引言 什么是中性点 三相电源或三相负载连接成星形时出现的一个公共点 A B C O 什么是中性点接地方式 中性点与大地之间的电气连接方式 中性点接地方式

14、直接影响设备绝缘水平的选择 过电压水平及继电保护方式 通讯干扰等 为什么要研究中性点接地方式 接地 不接地 1 中性点不接地 正常运行 分析 1 线电压与相电压关系 2 中性点电位 3 对地电容电流与相电压关系 1 中性点不接地 单相 C相 接地 分析 1 中性点对地电位 2 非接地相对地电位 3 对地电容电流 3 对地电容电流分析 2 中性点经消弧线圈接地 补偿方式 过补 IL Ic 欠补 IL Ic 全补 IL Ic 不允许 容易谐振 一般采用这种方式 3 中性点直接接地 单相 C相 接地 优点 非故障相电压基本不变 缺点 单相短路电流大 单相接地短路时特点比较 经消弧线圈接地 接地电流可

15、减至很小 接地电流产生的电弧易于熄灭 其他特点与不接地系统基本相同 小电流接地方式 中性点不接地或经消弧线圈接地 大电流接地方式 中性点直接接地 中性点接地方式的应用 不接地 3 35kV系统 经消弧线圈接地 3 60kV系统 直接接地 110kV及以上电压系统 380 220V三相四线低压系统 中性点经消弧线圈接地应用场合 3 6kV系统 接地电流 30A 10kV系统 接地电流 20A 35 60kV系统 接地电流 10A 三相四线制系统 1 5电力系统分析的含义及内容 电力系统分析的含义 分析就是将研究对象的整体分为各个部分 方面 因素和层次 并分别地加以考察的认识活动 电力系统的组成

16、各个元件的数学模型 分析方法 整个系统的数学模型及求解 电力系统分析的内容 稳态分析暂态分析 正常的 相对静止的运行状态 从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程 电力系统分析的内容 电力系统稳态分析 电力系统的基本知识 电力系统正常运行状况的分析和计算 电力系统正常运行时的控制与调整 电力系统元件参数和等值网络 各个元件的数学模型 整个系统的数学模型及求解 手算 机器算 包括频率调整和电压调整 电力系统分析的内容 不考虑发电机内部的过渡过程 电力系统暂态分析 波过程 操作或雷击时的过电压 过程最短 电磁暂态过程 与短路及励磁有关 过程较短 机电暂态过程 与动力系统有关 过程较长 涉及电压 电流 涉及功率 功角 导致系统振荡 稳定性破坏 异步运行 三相短路计算 不对称故障的分析与计算 静态稳定 暂态稳定 高电压技术 本课程的内容 包括电力系统稳态分析和部分电磁暂态分析 电力系统的基本概念 电力系统各元件的特性和数学模型 简单电力系统的潮流计算与分析 复杂电力系统潮流的计算机算法 电力系统的有功功率和频率调整 电力系统的无功功率和电压调整 电力系统三相短路分析与计算 电力系统不对称故障分