电力系统分析幻灯片19章第一章

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1、,电子与电气工程学院,第一篇 电力系统稳态分析,电力系统分析,本课程的主要内容,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,电力系统分析主要研究电力系统在正常以及故障下的运行状态。,本课程的主要内容,主要内容,电力系统稳态分析,电力系统元件的等值电路、参数,电力系统的基本概念,正常情况下系统运行状态的分析计算,电力系统运行与控制,无功/电压控制,有功/频率控制,本课程的主要内容,主要内容,电力系统暂态分析,电力系统短路时的基本概念,电力系统三相短路电流计算,电力系统稳定性分析,静态稳定,暂态稳定,电力系统不对称短路分析计算,课程特点,该课程既是专业课，也是专业

2、基础课。是学习和研究该领域的重要课程。,1 理论性强、工程性强 既有严格的理论推导，又有必要合理的简化近似,2 涉及内容广、概念多，公式多，计算多 有一定深度。,第一章 电力系统概述和基本概念,第一节 电力系统概述,第三节 电力系统中性点的接地方式,第二节 电力系统的电压等级和负荷,第四节 电力系统的接线方式,1.1 电力系统概述,电力系统的组成,电网调度机构,我国电网调度机构分为五级，即国家调度中心，网局调度中心，省级调度中心，地区调度中心和县级调度中心。 国家调度中心，简称国调，是我国电网调度的最高级（现在的国家电网公司，南方电网不属于国家电网管辖），在该中心，通过计算机数据通信与各大区调

3、度中心相连接，协调确定各大区之间的联络线潮流和运行方式，监视、统计和分析全国电网的运行情况。 网局调度中心，简称网调（国家电网公司下属东北、华北、华中、华东、西北5大电网公司），按统一调度、分级管理原则，负责超高压网的安全运行并按规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。 省级调度中心，简称省调（各省、自治区、直辖市电网公司），按统一调度、分级管理原则，负责省内电网的安全运行并按规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。 地区调度中心，简称地调（各省地级市电力局、电业局、供电局），采集当地网的各种信息，进行安全检测，进行有关站点开关的远方操作，变压器分接

4、头的调节，电力电容器的投切等。 县级调度中心，简称县调（各县级市供电局），为我国电网调度的最低级，主要监控10KV及以下农村电网的运行。,一、电力系统的基本概念,大容量、远距离输电的方法：高压输电,绝缘技术所限，发电机的最高电压不高于20KV，故需要建立升压变电所以提高电压，经高压输电线路负荷后通过降压变电所，再通过配电线路向用户供电。,电力系统示意图如图1-1所示。,电力网：由变电所和不同电压等级的输配电线路组成的网络。,电力系统：由各类发电厂、电力网和用户组成的一个系统，能够完成发电、输电、变电、配电直到用电的全过程。,图1-1 动力系统、电力系统和电力网络示意图,动力系统：在电力系统的基

5、础上又加上动力设备，称为动力系统。,返回1.4,通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（635kV）和低压配电线路（380/220V）。,地方电力网：电压等级在35kV及以下、供电半径在2050km以内的 中压电力网，又称配电网; 区域电力网：电压等级在35kV以上、供电半径在50300km的电力网：各省区的高压电力网; 超高压远距离输电网：电压等级为330750kV、供电半径在3001000km的电力网。,电力网的类型：根据电压的高低和供电范围的大小，分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离

6、输电网三种。,变电所：是变换电能电压和接受分配电能的场所。类型：,配电所：只接受和分配电能，不变换电压。,电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。,区域（枢纽）变电所：连接电力系统中高压和中压的几个电压等级，汇集多个电源，变压器容量大，进出线回路数多，高压侧电压330500kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解； 地区（中间）变电所：将发电厂、枢纽变电所和负荷中心联系起来，可以向附近用户供电，也可以中转一部分电能到别的负荷中心，高压侧电压为110220kV，全所停电后，将使该地区中断供电； 终端变电所：是电网的末端变电所，其高压侧为10110kV，全所停电后，将使用户中断供电。,二

7、.电力系统的发展概况,1882年，法国人首先实现了较高电压的直流输电，被认为是 世界上第一个电力系统(57km，送端电压1300V，受端电压 850V，输送功率1.5KW),1.电力工业发展历程,1891年，德国工程师密勒主持建立了第一条三相交流输电线 路，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益 增大。(输送距离175km，输送功率130KW),目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和相邻国家的 跨国联合电力系统。,1889年，俄国工程师先后发明了三相异步电动机、三相变压 器和三相交流制。,2.我国电力工业发展概况,中国电力工业的发展可分为三个以下阶段,18821937年。全国共有4

8、61个发电厂，总装机容量630MW，年发电量为17亿 kWh，初步形成北京、天津、上海、南京、武汉、广州、南通等大、中城市的配电系统。 19371949年。1937年抗日战争开始后，日本帝国主义以东北为基地，为战争生产和提拱军需物资，从而使东北电力系统也有一定的发展。1949年新中国成立时，全国发电装机容量为1848.6MW，年发电量约43 亿kWh，居世界第25位。当时中国已形成的电力系统有：东北中部电力系统；东北南部电力系统；东北东部电力系统； 冀北电力系统。,输电线路建设,1949年以来，中国的电力工业有很大的发展。平均每年以10%以上的速度在增长，到1998年全国装机容量/年发电量均跃

9、居世界第2位。但人均装机量为0.5kW,仅为发达国家的1/10,1954年，第一条220kV线路投入运行，全长369.25km； 1972年，第一条330kV线路投入运行，全长534km； 1981年，第一条500kV线路投入运行，全长595km ； 1989年，第一条500kV直流输电线路投入运行，全长1080km ，实现了华中电网与华东电网的互联。 2006年，第一条800kV直流输电线路破土动工，全长1430km,基本形成500kV和 330kV的骨干网架；目前，我国已形成东北、华北、华东、华中、西北、川渝、南方共7个跨省电网以及山东、福建、新疆、海南和西藏5个独立省网。,我国电力系统现

10、状,1998年，成立了国家电力公司，提出“厂网分开”，建立电力市场，实行“竞价上网”的改革方案。上海、浙江、山东作为首批改革试点，东北三省紧随其后，到2010年，全面实行“厂网分开、竟价上网”。2010年后，实现发、输、配三个环节分开，建立规范有序的电力市场，在更大范围内引入竞争机制。,商业化运行（电力市场）,2010年全国装机容量达到650GW，2020年达到950 GW。,2010年：形成以三峡电站为中心，连接华中、华东、川渝三个地区电网的中部电网。届时，全国将形成北、中、南三大互联电网的格局。 2020年：形成除新疆、西藏、台湾之外的，以三峡电网为中心的全国统一联合电网。 21世纪：在北

11、、中、南三大电网的基本格局下，逐步形成全国联合大电网。与此同时，在21世纪将形成与周边国家互联的亚洲东部联合电网。,我国电力系统发展前景,三、电力系统的基本参量,1. 总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以MW、GW计。,2. 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MWh、GWh、TWh计。,3. 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，以MW、GW计。,4. 额定频率：50Hz,5. 最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电压，以kV计 。,1GW=103MW（100万千瓦） 1MW=103kW （1000千瓦）,1MWh =103kWh （

12、千度）， 1GWh =103MWh（100万度） 1TWh =103GWh（10亿度），1kWh=1度,四、电力系统的特点,1电能的生产和使用是同时完成的，不能大量储存。,2电力系统的过渡过程十分短暂。因此电力系统的安全监测与控制非常困难。,3与国民经济各部门的关系密切。,P发 P用P 频率f Q发 Q用Q 电压V,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,1保证供电的可靠性。,2保证良好的电能质量。,五、对电力系统的基本要求,根据电力负荷对供电可靠性的要求，负荷分为一类、二类 和三类负荷。电力系统供电的可靠性，就是要保证一级负荷在 任何情况下都不停电，二

13、级负荷尽量不停电，三级负荷可以停 电。,保证系统的电压、频率、波形在允许的范围内变动。,电压偏移：一般不超过用电设备额定电压的5%。,频率偏移：一般不超过0.2Hz。,3为用户提供充足的电能。,4提高电力系统运行的经济性。,波形畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。,电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以及电厂的厂 用电率和电力网的网损率等。,1.2 电力系统的电压等级和负荷,一、电力系统的电压等级,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

14、理的线路电压。 我国电力网标准电压等级为线路的额定电压，有0.22/0.38、3、6、10、35(60)、110、220、330、500KV、750KV。,我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1。,1 电力系统的额定电压,表1-1 我国三相交流电力网和用电设备的额定电压kV,1)用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。,2)发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。,图 供电线路上的电压变化示意图,3)变压器的额定电压,变压器的一次绕组：相当于是用电设备，其额定电压应与电网的额定电压相同。,注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电机

15、的额定电压相同。,变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。,当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电压高10% 当变压器二次侧供电线路较短时：应比同级电网额定电压高5%,其中5%用于补偿变压器满载供电时一、二次绕组上的电压损失； 另外5%用于补偿线路上的电压损失，用于35kV及以上线路。,可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可，用于10kV及以下线路。,2 电压等级的选择,表1-2 电力线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系,220 kV及以上：用于大型电力系统的主干线。 110kV：用于中小型电力系统的主干线。 35kV：用于大型工业企业内部

16、电力网。 10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑用6kV配电。 3kV：仅限于工业企业内部采用 。 380/220V：工业企业内部的低压配电电压。,发电机G的额定电压：UNG=1.0510=10.5（kV） 变压器T1的额定电压： U1N=10.5（kV） U2N=1.1110=121（kV） 变压器T1的变比为：10.5/121kV 变压器T2的额定电压：U1N=110（kV） U2N=1.056=6.3（kV） 变压器T2的变比为：110/6.3kV,例1-1 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。,变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，其一次侧的额定电压应与发电机的额定电压相同,变压器T1的二次侧供电距离较长，其额定电压应比线路额定电压高10%,变压器T2的二次侧供电距离较短，可不考虑线路上的电压损失,二.电力系统的负荷,1、电力负荷的分级及其对供电的要求,供电方式:由两个独