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1、1,电力系统分析,主讲:何莉萍,2,参考书: 1、何仰赞等.电力系统分析(上/下),华中科技大学出版社 2、夏道止.电力系统分析,中国电力出版社 3、韩祯祥主编. 电力系统分析,浙江大学出版社 4、陈珩.电力系统稳态分析,水利电力出版社 5、李光琦.电力系统暂态分析,水利电力出版 6、单渊达主编.电能系统基础,机械工业出版社,目的:掌握电力系统分析计算的原理和方法。,本课程涉及的主要学科知识: 高等数学、电路理论,电机学理论,基础物理,控制理论等。,电力系统分析,3,电力系统分析,第一章 电力系统的基本概念,4,第一章 电力系统的基本概念,5,1.1 电力系统概述,一、电力工业概述,1、电力工
2、业的重要性 首先,电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业,是国民经济的第一基础产业,是关系国计民生的基础产业,是世界各国经济发展战略中的优先发展重点; 其次,电力是一种安全、卫生和可持续的能源,电力工 业能够为社会经济的发展提供持久和卫生的动力和能量。,2、电力工业的发展: 目前,我国电力工业格局主要包括两大电网和五大发电 集团,全国总发电装机容量已突破9亿千瓦;2020年末,预计 达到16亿千瓦。,6,南方电网公司,国家电网公司,1.1 电力系统概述,7,南方电网公司,国家电网公司,东北电网,华北电网,华东电网,华中电网,西北电网,国家电网公司代管,华能集团公司,大唐集团公司,华电集团
3、公司,国电集团公司,电力投资集团公司,1.1 电力系统概述,8,1.1 电力系统概述,自1996年起,我国发电装机容量一直位居世界第二位。美国能源部信息管理局发布的国际能源展望2006预测,到2020年中国发电总装机容量将超越美国跃居世界第一。,我国2010年底发电总装机容量(包括火电、核电、水电、风电) 已达9.62亿千瓦,到2012年10月,装机总量将突破10亿千瓦。 10亿千瓦的发电装机总容量是日本全国发电装机总容量的3.3倍,是欧盟所有国家发电装机总容量的1.25倍,与美国基本持平略微超出,这当然是个了不起的成就,从1995年的2.18亿千 瓦,在十几年的时间就增长到10亿千瓦,增长了
4、4.6倍。,9,1.1 电力系统概述,10,1.1 电力系统概述,二、电力系统概述,11,1.1 电力系统概述,12,动力系统(广义电力系统):动力部分与电力系统组 成的整体。,1、电力系统的组成:,1.1 电力系统概述,电力网:电力系统中输送与分配电能的部分,主要由 输电网和配电网组成。,电力系统:生产、输送、分配与消费电能的系统。 包括:发电机、电力网(变压器、电力线 路)和用电设备组成。,13,1.1 电力系统概述,2、电力系统的运行特点与基本要求:,14,3、本课程主要学习内容:,1.1 电力系统概述,15,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,一、电力系统的负荷:,16,1.2 电力系统
5、的负荷和负荷曲线,定义:用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律。 分类:日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。,二、负荷曲线:, 日负荷曲线:描述负荷一天24小时内所需功率的变化情况; 是供调度部门制定各个发电厂发电计划的依据。,日平均负荷:,一天的总耗电量:,17,(a) 钢铁工业负荷; (b) 食品工业负荷; (c) 农村加工负荷; (d) 市政生活负荷。,日负荷曲线举例:,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,18,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线, 年最大负荷曲线:描述一年内每月(或每日)最大有功功率 负荷变化的情况;可供调度、计划部门有计划安排全年机组 检修、扩建或新建发电厂。,机组维
6、修,新建或扩建机组的容量,19,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线, 年持续负荷曲线:按一年中系统负荷的数值大小及其持续小 时数顺序排列绘制而成;可供编制电力系统发电计划和进行 可靠性计算用。,全年耗电量:,最大负荷利用小时数:,最大负荷利用小时数Tmax :即用最大负荷消耗一年的电能所 需的时间。,20,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,最大负荷利用小时数 Tmax 可用于估算常 用电力用户的全年用电量。,表1-1 各类用户的年最大负荷利用小时数,三、负荷特性,负荷功率随电压或频率变化的特性。,21,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,一、电力系统的接线,1、电力系统接线图:电气接线图和地理
7、接线图,22,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,23,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,2、电力系统接线方式及其特点:,放射式 干线式 链式,优点:简单、经济、运行方便; 缺点:供电可靠性差。,24,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,放射式 干线式 链式 环式 两端供电网络,优点:供电可靠性高、电压质量高; 缺点:不经济、运行调度复杂。 适用范围:电压等级较高或重要的负荷。, 接线方式选择依据:运行的可靠性、经济性、灵活性和操 作的安全性。,25,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,1、电力系统电压等级:,二、电力系统的电压等级, 目前,我国电力系统(电网)额定电压等级主要有:3
8、kV, 6kV,10kV, 35kV,110kV,220kV,500kV,750kV。,说明: 在一个电力系统内,电压等级差一般为23倍; 在一个国家内,宜选用一种电压系列。 在同一电压等级中,电力系统的各个环节(发电 机、变压器、电力线路、用电设备)的额定电压 各不相同。,额定电压:用来代表电力网或电气设备运行电压特性的数值。,26,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,27,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,2、电力元件额定电压等级选择原则: 某一级的额定电压是以系统的额定电压(用电设备额定电压) 为中心而定的。,28,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,典型例题:确定各设备额定电压
9、,作业1:确定各设备的额定电压,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,29,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,三、电力系统中性点接地方式:,1、中性点直接接地方式:,特点:供电可靠性差,但较经济。 适用范围:110kV以上系统。,发生接地故障时:非故障相对地电压不变,接地相短路电流很大。,30,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,2、中性点不接地方式:,发生接地故障时: 不必切除故障相,非故障相电压变为 倍相电压。 特点:供电可靠性高,但绝缘费用高。 适用范围:60kV以下系统。,31,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,总结:系统中一相
10、接地的特点比较,中性点直接接地方式:,中性点不接地方式:,32,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,3、中性点经消弧线圈接地:,特点:接地消弧线圈可以形成一个与容性接地电流大小相近的感性电流,减少接地点电流,提高供电可靠性。 适用范围:36kV电力网(接地电流30A);10kV电力网(接地电流20A);3560kV电力网(接地电流10A)。,33,1.4 电力线路的结构,电力线路按结构分为架空线路和电缆线路。,34,1.4 电力线路的结构,针式绝缘子:10kV及以下线路,35,1.4 电力线路的结构,悬式绝缘子:主要用于35kV及以上系统,根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。,36,1
11、.4 电力线路的结构,棒式绝缘子:起到绝缘和横担的作用,应用于1035kV农网。,37,1.4 电力线路的结构,38,1.4 电力线路的结构,39,1.5 电力系统元件的参数和等值电路, 说明: 各元件参数是电力系统稳态分析所用参数(正序 参数); 三相系统是对称的,其等值电路一般采 用单相等值电路。,一、电力系统元件的参数和等值电路,电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导 四个参 数表示的等值电路,常用的是型 等效电路。,1、电力线路的参数(集中分布参数)和等值电路:,a. 单位长度的电阻:,精确计算时进行温度修正:,40,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,b.单位长度的电抗: 三
12、相导线排列对称(正三角形)或三相导线排列不对称,进行 整体循环换位后三相电抗相等。,分裂导线输电线路等值电抗:,其中:,41,分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布,等效地增加了导线半径,从而减少了导线电抗。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,42,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,c. 单位长度的电纳:,d. 单位长度的电导:,电晕临界电压:,43,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,线路的电抗:,解:线路的电阻:,例题1-1:某380kv输电线线路,导线水平排列并经整循换位, 相间距离为8m,求单位长度的电阻、电抗和电纳: (1)导线为LGJQ-600型,计算直径为33.2mm。,
13、线路的电纳:,几何均距Dm和半径r单位要一致,44,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,(2)导线为LGJ-2300型,每根导线的计算直径为25.2mm,分 裂间距为 400mm。,线路的电抗:,线路的电阻:,线路的电纳:,解:,45,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,短输电线路:长度100km(或很短的电缆线),电导和电纳 忽略不计。,线路阻抗:,46,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,(a)形等值电路 (b)T形等值电路, 分析计算时电力线路常用的是型等值电路。,其中l 为线路长度;该计算为集中分布参数 计算方法。,中等长度的输电线路:架空线:100km300km(电缆:100k
14、m),47,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,长距离输电线路:架空线:300km(电缆: 100km),需要 考虑分布参数特性。,近似分布参数,48,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,作业2: 一条220kV输电线,长180km,导线为LGJ-400型,计算直径2.8cm,水平排列并经整循换位,相间距离为7m;求该线路参数R,X,B,并画出等值电路图。,49,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,2、变压器的参数和等值电路:,变压器的试验数据: 短路损耗Ps,短路电压百分比Us%; 空载损耗P0,空载电流百分比I 0%。,电阻RT:变压器的短路损耗Ps近似等于变压器的电阻产生的 额定总
15、铜耗;,50,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,电抗XT:短路压降Us几乎全部降落在电抗上;,电导GT:变压器电导对应的是变压器的铁耗,近似等于变压 器的空载损耗P0;,电纳BT:在变压器中,流经电纳的电流和空载电流在数值上 接近相等。,51,1.5 电力系统元件的参数和等值电路, 注意: 电纳 BT 是电感铁芯决定的感性电纳,在等值电路中以负号 出现; 公式中各量的单位分别是:UNkV;SNMVA;PkW; UN 为额定线电压,视需要选用一次侧或二次侧电压额定值, 即为归算到相应侧的参数。,例1-2:有一台SFL1-31500/110 型向 10kv 网络供电的降压变压 器,试计算归算到
16、高压侧的变压器参数。铭牌给出的试验数据为:,52,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,解:由型号知: ;,各参数如下:,作业3:计算上述变压器归算到低压侧 10kV 的参数,并画出 等值电路。,53,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,三绕组变压器导纳GT-jBT的计算方法与双绕组变压器相同:, 所不同的是关于阻抗 RTijXTi 的计算:,54,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,(a),(b),55,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,补充例题 :三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220, 额定容量为120/120/60MVA,额定电压为:220/121/11kV,求变压器归算到220kV侧的参数,并作出等值电路。,56,1.5 电力系统元件的参数和等值电