电力系统分析基础_第1章

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1、电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （第 1 章）,华北电力大学电气学院 主讲人：陈艳波,1/37,本章需要回答以下问题什么是电力系统？电力系统运行的特点及基本要求是什么？我国电力系统的发展现状如何？ 本章主要内容 电力系统的基本概念 电力系统运行的特点和要求 电力系统的构成、接线方式和电压等级 我国电力系统的发展现状,第1章电力系统的基本概念,2/37,电力系统、电力网与动力系统,1.1 电力系统的基本概念,本图来自电力系统分析基础,3/37,4/37,电力系统、电力网与动力系统电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统，包括：发电机、电力网和用电设备。

2、电力网（输配电网，电网）：电力线路和它两边连接的变压器。动力系统：动力部分与电力系统组成的整体,1.1 电力系统的基本概念,电力网,电力系统,动力系统,5/37,电力系统的组成 一次系统（高电压部分，本课程研究部分） 发电机：一次能源转换成二次能源(电能)，火/水/核/风/太阳/地热 输电线路：输送电能 配电线路(系统)：分配电能，高压/低压配电系统 负荷：电能转换成其他形式能量，电动机/照明/电炉等 二次系统（低电压），其作用是保证一次系统安全、可靠、经济运行 量测 保护,1.1 电力系统的基本概念,操作 通讯,6/37,电力网的组成 变压器，包括升压变压器和降压变压器 输配线路，包括输电线

3、路和配电线路,1.1 电力系统的基本概念,1 交流输电最基本的要求是什么？答：（1）波形，（2）幅值，（3）频率，（4）相位 2 电力系统为何要互联并网运行呢？ （1）可采用高效率大容量机组减少备用容量 （2）合理利用动力资源水、火电互补 （3）提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强 （4）提高运行的经济性装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。,7/37,动力系统的组成 电力系统 动力部分 火电站的锅炉、汽轮机、供热网络等 水电站的水库、水轮机 核电站的反应堆 其他（如风电场的风机）,1.1 电力系统的基本概念,8/37,1.1 电力系统的基本概念,9/37,电能的特点

4、 电能可方便地转换为其他形式的能量 电能便于生产、输送、分配、使用，易于控制 自然界中具有丰富的一次能源，它们可方便地转化为电能 电力系统运行的特点 电能不能大量储存 过渡过程非常迅速 与国民经济各部门密切相关 电力系统的地区性特点较强,1.2 电力系统运行的特点和要求,10/37,对电力系统运行的基本要求 保证供电可靠 保证良好的电能质量 衡量电能质量的主要指标为：电压、频率和波形 努力提高电力系统运行的经济性 为用户提供充足的电力,1.2 电力系统运行的特点和要求,11/37,电力系统的接线图 电气接线图：突出各元件的电气连接关系，而不过分重视实际的位置、距离 地理接线图：强调电厂和变电所

5、的实际位置关系和距离，但元件间的电气联系和连接情况不必详细表示,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,电气接线图,地理接线图,12/37,电力系统的接线方式 无备用接线：只能从一个方向取得电源的接线方式特点：简单、经济、运行方便 缺点：供电可靠性差、电能质量差 运行特点：加强检查与维护，在适当的地点装设保护装置,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,图1-5 无备用接线方式 （a）放射式 （b）干线式 （c） 链式,13/37,电力系统的接线方式（续） 有备用接线：可从多个方向取得电源的接线方式特点：供电可靠、电能质量高 缺点：运行操作和继电保护复杂，经济性较差 适用范围：电压等级较高或重要的

6、负荷,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,图1-6 有备用接线方式 （a） 放射式样（b）干线式 （c） 链式 （d）环式（e）两端供电网络,1 问：如何确定接线方式？ 答: (1) 综合比较供电可靠性、电能质量、经济性、操作方便与灵活性等4个方面； (2) 考虑国家的经济政策,14/37,电力系统的电压等级 电力系统各元件的额定电压（发电机、变压器、线路、用电设备） 额定电压：各种电气设备只有在额定电压运行时，技术经济性能最好，效率和寿命最好 最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值 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

7、的额定电压称为系统（网络）的额定电压UN（线电压），常包括 3，6，10，35，110，220，330，500KV，1000kV,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,15/37,电力系统的电压等级 同一标称电压下，不同电气设备的额定电压是不同的,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,16/37,电力设备的额定电压 用电设备：等于系统的额定电压 线路：等于系统的额定电压 发电机：比系统的额定电压高5% 变压器 一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发电机直接相连时，则与发电机相同 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耗（5%），实际应定为比线路高10;

8、漏抗很小、与电动机直接相连或电压特别高时，比线路高5。,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,17/37,变压器的额定电压 变压器的变比：变压器两侧的额定电压之比 通常在变压器的高压绕组（三绕组变压器的高压、中压绕组）有若干分接头，以供调压,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,升压变压器,降压变压器,220kV,？,18/37,例题分析：（1）确定各设备的额定电压；（2）若T1工作于5%抽头，T2工作于主抽头，T3工作于-2.5%抽头，求各变压器变比,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,10.5kV,10.5kV,121kV,110kV,38.5kV,35kV,11kV,19/37,额定电

9、压与输送容量及输送距离的关系,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,中压网络,超高压网络,特高压网络,高压网络,电力网的额定电压等级应根据输送距离和输送容量经过全面的技术经济比较来选定,20/37,中性点的运行方式 中性点指星型联接的变压器或发电机的中性点 中性点运行方式关系到绝缘水平、通信干扰、电压等级、系统接线等方面 我国电力系统中性点接地方式主要有：不接地、经消弧线圈接地和直接接地 35kV及其以下，采用中性点不接地或经消弧线圈接地，称小电流接地方式；110kV及其以上，采用中性点直接接地，称为大电流接地方式,1.4 电力系统中性点的运行方式,21/37,中性点不接地系统,1.4 电力系

10、统中性点的运行方式,正常运行,22/37,中性点不接地系统,1.4 电力系统中性点的运行方式,单相（C相）接地,中性点电位发生了偏移！,23/37,中性点不接地系统,1.4 电力系统中性点的运行方式,单相（C相）接地,此时特点：（1）非故障相对地电压升高为线电压，故绝缘水平应按线电压设计；（2）三相仍然对称，故可短时继续运行；（3）接地点电流为容性电流，其幅值为故障前的3倍，可引起稳定的或间歇的电弧,提示：短路电流以流入地为正！,24/37,中性点经消弧线圈接地,1.4 电力系统中性点的运行方式,单相（C相）接地,正常运行时，三相对称。 单相接地故障时，感性电流和容性电流相互补偿，从而可抑制接

11、地处的电弧以及它所产生的危害，使系统扔能继续运行。,25/37,中性点经消弧线圈接地的应用 3-6kV 电力网 （接地电流 30 A ） 10kV 电力网 （接地电流 20 A ） 35-60kV 电力网 （接地电流 10 A ）,1.4 电力系统中性点的运行方式,补偿方式,过补（ILIc），一般采用这种方式,欠补（ILIc）,全补（IL=Ic），不允许，容易谐振,26/37,中性点直接接地系统适用范围：110kV及以上电压等级 特点：供电可靠性较差，一旦发生单相接地构成回路，电抗很小，短路电流很大，继电保护切除短路。,1.4 电力系统中性点的运行方式,27/37,1.4 电力系统中性点的运行

12、方式,28/37,中性点接地系统总结（续）,1.4 电力系统中性点的运行方式,经消弧线圈接地:适当选择线圈感抗,接地点电流可减小到很小,易熄灭接地电流产生的电弧。其他特点与不接地系统基本相同。,29/37,我国电力工业的现状概括 发展速度快，日新月异； 全国互联电力系统的形成； 交直流混合系统； 特高压输电线路； 智能电网建设如火如荼。,1.5 我国电力工业的发展现状,30/37,我国电力系统发展迅速，已经形成华北、东北、华东、华中、西北、南方互联等六个跨省区电网。除西北电网主网架电压等级为330千伏外，其他跨省电网均已建成500千伏主网架； 截止到2010年底，全国发电设备容量96219万千

13、瓦。其中，水电装机容量21340万千瓦，火电装机容量70663万千瓦，核电装机容量1082万千瓦，风电并网装机容量3107万千瓦。 我国的发电量和装机容量均居世界第二位，大致相当于世界前10位电力大国中的日本、德国、加拿大、法国和英国5个国家发电装机容量的总和。,1.5 我国电力工业的发展现状,资料来自中国电力联合会,31/37,1.5 我国电力工业的发展现状,自1996年起，我国装机容量位于世界第二,32/37,1.5 我国电力工业的发展现状,2009年，三华电网互联结构示意图,33/37,1.5 我国电力工业的发展现状,直流输电与交流输电比较,1.5 我国电力工业的发展现状,本图来自夏青老

14、师课件,35/37,1、我国电力系统常见的额定电压等级有哪些？ 2、我国电力系统的中性点运行方式主要有哪些？各有什么特点？ 3、（1）确定各设备的额定电压；（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,第一次作业（1）,36/37,37/37,创新点来源：IPv4数据报格式,仿照Ipv4数据包，我们建立了树梅派与单片机之间通信的数据包格式：,数据包可变部分说明,数据说明：,开关型数据（0/1变量）：控制家电开启和关闭的标志,数据型数据（功率，功率因数等实时数据，可选）：需要设备安装电量检测模块才能传输该数据。,注：可变部分的数据主要取决于家电的类型,确

15、认,确认,连接请求,创新点来源：TCP三次握手和信标网络,Ack：确认在线并执行控制内容,Command：发送同步时钟和控制信息,仿照TCP握手，我们建立了树梅派与单片机之间的通信方式,注：通信方式主要依靠时钟的同步和中断机制,正常模式,中断模式,通讯方式：广播,通讯方式：单播,Command：发送同步时钟和控制信息,通讯方式：广播,数据通信部分高效、可靠、适应性强,1、阶段计划和目标,2、实现难点总结,载波通信数据的可靠性：是否有噪声干扰，干扰程度有多大，是否会产生较大的误码率，能否保证数据传输的可靠性。,载波通信数据的准确性：是否有噪声干扰，干扰程度有多大，是否会产生较大的误码率，能否保证数据传输的可靠性。,电量检测部分智能电表融入到智能家居,1、阶段计划和目标,2、实现难点总结,成本及产品外观尽量小巧和较低成本,智能家居对于产品外观和成本都有一定的要求，所以在项目末期，需要考虑怎样降低成本和减小设备体积。,