电力系统分析

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1、第一章 绪论 （Introduction to Power System),2,问题,人类为何选择使用电能？ 电能是如何产生的？ 电能是如何传输的？什么是电力系统？ 电力系统运行的特点和要求？ 电力系统分析课程的主要内容及特点？,3,人类为什么选择使用电能？,十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时代的工业革命 十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代。,4,显著优点 洁净 ：环保 方便 : 输送、分配、使用 节能 : 能耗小，转换效率高,人类为什么选择使用电能？,电 气 化,5,人类为什么选择使用电能？,2002年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为42，2020年达到70左右。 2002

2、年，中国人均电力消费1280千瓦时，仅相当于20世纪70年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平2500千瓦时的一半。 试想：没有电能你的生活会如何？ 苏维埃电气化共产主义（_）,6,1830年法拉第发明电磁感应定律，为未来电力工业发展奠定基础。 1875年第一台火力发电机组（直流发电机）在法国巴黎火车站，照明。 1879年美国旧金山实验电厂开始发电，这是世界上最早出售电力的电厂。 1882年美国爱迪生纽约珍珠街电力系统，6台直流发电机，110V，照明。 1884年变压器发明。为三相交流及大容量、远距离输电奠定基础。 1889年美国Oregon和Portland 建立长21公里的交流输电系统。

3、 1891年德国世界上第一个三相交流输电系统，距离179英里、电压12000伏。 1897年电压为44000KV的输电线路在美国Utah 州建成。 电压等级不断升高，电网规模逐步增大 截至2002年：全球发电装机容量约为35亿千瓦 总发电量超过15亿千瓦时,电力工业发展的历程,7,1882年英国商人在上海创办了上海电气公司，装机容量12KW，5盏电灯。 1913年上海杨树浦发电厂发电，1924年该厂装机12台，总容量121MW，成为当时远东第一大发电厂。 1949年以前，仅东北有220KV和154KV的电网（日本人建造）。 80年代，形成了17个以220KV为骨干输电网的跨省地区电网和省际电网

4、。 1972年由甘肃天水陕西关中的534KM的我国第一条330KV输电线路工程。 1981年由河南平顶山湖北武汉的全长595KM的我国第一条500KV输电线路。 1989年建成了我国第一条远距离500KV葛洲坝上海的直流输电线路 1997年三峡工程建设，26台700MW ，15回500KV交流及三回500KV直流，连接华东、华中、河南、四川、广东等电网，中国电网联网的核心。 2006年甘肃官厅第一条750KV交流输电线路 目前，形成7个跨省区电网和山东500KV的主干网络,我国电力工业的发展,8,电力系统是如何描述的？,19802002年全国发电量如图示（亿千瓦时）,9,电力需求旺盛、增长快,

5、1882年我国开始使用电能 1987年全国发电装机容量突破1亿千瓦 1995年3月，装机容量突破2亿千瓦 到1996年，发电装机容量居世界第2位。 2000年4月，全国装机突破3亿千瓦 2004年5月底，全国装机容量突破4亿千瓦2005年底我国装机总容量将突破5亿千瓦。,105年,不到8年,5年,4年,1.5年,每增加1亿装机,10,中国电网,新疆,西藏,东北,华北,西北,川渝,华中,华东,南方,电网覆盖率 96.4%,11,电能是如何产生的？,大规模电能是由同步发电机产生 同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识,机械能,电能,12,电能是如何产生的？,推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大

6、家说说,蒸汽,水力,风力,火力、核、地热,水力发电,风力、潮汐发电,13,14,福建安砂水电厂宽缝重力坝,15,16,电能是如何传输的？,17,电能是如何传输的？,电动机等,墙壁上,18,电力系统是如何描述的,电压(KV） 1000（计划建设中）、750（建设中）、500、330、220、110、60、35、10、0.6 0.38/0.22 频率（HZ） 50，60 装机容量 发电量 最大负荷 电气接线图 地理位置接线图,19,电力网络,电力网络是连接发电机与用电设备（负荷）的中间环节，由变压器和输电线路组成，实现电能的传输与分配的功能。 电力网络是由许多子电力网络发展、互联而成，分区分层是电

7、力网络的一大特点。 输电网络、高压配电网络、中压配电网络和低压配电网络。,20,电力网络接线方式,电力网络接线形式主要是指电力网络的输电线路、变压所与用户之间的电气连接关系。 电力系统的接线形式对保证安全、优质和经济地向用户供 电具有非常重要的作用。 通常按照供电可靠性分为无备用和有备用两类。,21,电力网络接线方式,（1）无备用接线（开式） 每一个负荷点只能从一电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求较低的网络或负荷。,(a)放射式 (b) 干线式 (c)链式,22,（2）有备用接线（闭式） 每一个负荷点只能从两个或两个以上的电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求高的网络，如输电网等。,(a)

8、放射式 (b) 干线式 (c)链式,(d)环网 (e)两端供电网,电力网络接线方式,23,电力线路输送的功率一定时，输电电压越高，线路电流越小，导线等载流部分的截面积越小；但电压越高，对设备绝缘水平的要求越高，设备的投资越大。综合上述考虑，对应一定的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。 国际电工委员会的IEC标准电压对电压等级的选择建议在任意国家内，相邻两级电压之比不应小于2倍。 我国规定的电力网标准电压等级为线路的额定电压，主要有0.22/0.38、3、6、10、35(60)、110、220、330、500KV、750KV、1000KV。,额定电压等级,24,输电线路,电能的输送是在输电

9、线路上进行的。 按结构可分为架空线路和电缆两类 直流输电线路和交流输电线路,25,架空输电线路,26,电 缆,27,变电站主要承担电能的电压等级变换以及能量分配的主要任务。 变电站主要分为发电厂内升压变电站、一次变电站（输电变电站）、二次变电站（配电变电站）、用户变电所等。 屋内、屋外,变电站,28,500kV交流变电站全景,29,220kV交流变电站,30,电力系统的构成,20世纪中叶以来出现的大电力系统，是一切工业系统中，规模最大、层次复杂、资金和技术密集的人造复合系统，是人类工程科学史上最重要的成就之一。,现代电力系统由电力流、信息流、货币流构成,31,电力流：由高压设备（如发电机、变压

10、器、输电线路以及其它配电装置）构成（一次系统），实现电能的转化和变换、电能传输、分配、使用 。 信息流：由传感器、通信网络和计算机构成的，旨在电力系统可靠、稳定、安全和经济运行的监控、保护、自动控制、调度自动化等（二次系统） ； 货币流：电能的市场行为交易活动。,电力系统的构成,32,电力系统运行的特点,电力系统运行的特点 电能不能大量储存，要求电能的生产、输送、分配和使用几乎是在同一瞬间内完成。 电能和社会的生产、人民的生活、国家的国民经济紧密相关。 电力系统的暂态过程短促，因此电力系统的安全监测与控制非常困难。,33,电力系统运行基本要求,电力系统运行的基本要求 供电安全可靠性 根据可靠性

11、要求不同，分为、负荷。 电能的优质性 频率、电压、波形 运行的经济性 一次能源的消耗、网损和线损,34,美加2003年“8.14”大停电事故,纽约一篇漆黑，布什一脸无奈，与911并提,35,本课程的主要内容及特点,电力系统分析是主要研究电力系统在正常以及故障下的运行状态。,该课程该课程既是专业课，也是专业基础课。是学习和研究该领域的重要课程。,36,特点： 理论性强 实践性强 工程性强,本课程的主要内容及特点,工程,理论,工程,37,本课程的主要内容及特点,主要框架,电力系统稳态分析,电力系统暂态,电力系统电磁暂态,电力系统机电暂态,38,本课程的主要内容及特点,主要内容,电力系统稳态分析,电

12、力系统元件的稳态数学模型,电力网络的数学模型,电力系统潮流分析,电力系统运行与控制,无功/电压控制,有功/频率控制,39,本课程的主要内容及特点,主要内容,电力系统暂态分析,同步电机的数学模型,电力系统故障分析,电力系统稳定性分析,静态稳定,暂态稳定,40,本课程的主要内容及特点,实践环节,电网规划设计,仿真系统实验,电力系统物理仿真,电力系统数字仿真,41,电力系统规划设计 给定一两机（水火电），4个变电所的电力系统，进行潮流计算、短路计算、无功/电压计算（手算和计算机）、稳定性计算（计算机),42,电力系统动态模拟实验室（综合楼1楼）,电力系统元件特性方面实验 电力系统调度运行方面实验 电力系统故障分析方面实验 电力系统稳定性方面实验,43,电力系统数字仿真实验室（二教12楼）,44,电力系统辅助分析软件包 课程组自主研发,多机电网变电站联合仿真系统 （中国电科院研制）,电力系统数字仿真实验室（二教12楼）,45,电力系统动态实时仿真系统 （清华大学研制）,电力系统计算机辅助分析软件 加拿大曼尼托巴HVDC研究中心,其它辅助软件,46,开设实验： 电力系统计算机潮流 电力系统计算机短路计算 电力系统计算机无功/电压优化计算 电力系统电磁暂态计算 电力系统机电暂态计算,