电力系统基础

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1、电力系统动态模拟的电力系统动态模拟的基本原理与方法基本原理与方法电力系统基础电力系统基础第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.1 电力系统的组成电力系统的组成 1.1.1 电力系统电力系统(1)定义定义： 由发电、变电、输电、配电、用电等设备和由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应辅助设备、按规定的技术和经济要求组成的，相应辅助设备、按规定的技术和经济要求组成的，将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。个统一系统。(2) 组成组成： 电力系统结线图举例电力系统结线图举例第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念

2、1.1 电力系统的组成电力系统的组成 1.1.1 电力系统电力系统(2) 组成组成： 电力系统电力系统是由发电机、变压器、线路、负荷等是由发电机、变压器、线路、负荷等4 4类设备组成类设备组成的有机整体。其组成按照功能分的有机整体。其组成按照功能分3 3个层次个层次： 电力网络电力网络： 升压变压器升压变压器+ +输电线路输电线路+ +降压变压器降压变压器+ +配电线路配电线路 电力系统：电力系统： 发电机发电机+ +电力网络电力网络+ +用电设备（用电负荷）用电设备（用电负荷） 动力系统：动力系统： 电力系统电力系统+ +发电厂动力部分（一次能源转换设备）发电厂动力部分（一次能源转换设备）第

3、一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.1 电力系统的组成电力系统的组成 1.1.1 电力系统电力系统(3)电力系统各元件的作用：电力系统各元件的作用： 发电机：发电机： 一次能源一次能源电能电能 变压器：变压器： 升高、降低电压升高、降低电压升压变压器、降压变压器升压变压器、降压变压器 线线 路：路： 输送、分配电能输送、分配电能输、配、供输、配、供 用电设备：电能用电设备：电能其它形式能量供不同用户使用其它形式能量供不同用户使用(4) 电力系统各元件的表示：电力系统各元件的表示： 文字符号：文字符号： Generator、 Transformer、 Power Line、 Po

4、wer Load 图形符号：图形符号：第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.1 电力系统的组成电力系统的组成 1.1.2 电力网络电力网络(1)作用：作用：输送、变换、分配电能输送、变换、分配电能(2)分类分类 按电压等级分类：按电压等级分类： 低压电力网：低压电力网：0.38kV及以下及以下 中压电力网：中压电力网：310kV 高压电力网：高压电力网：35220kV 超高压电力网：超高压电力网：330750kV 特高压电力网：特高压电力网：1000kV及以上及以上第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.1 电力系统的组成电力系统的组成 1.1.2 电力网络电力网

5、络(2) 分类分类 按功能分类：按功能分类： 输电网：远方电厂输电网：远方电厂升压升压负荷中心（枢纽变电站）；负荷中心（枢纽变电站）； 电压等级高、输送容量大、输送距离长电压等级高、输送容量大、输送距离长 配电网：将电能从高压变电所分配给用户；配电网：将电能从高压变电所分配给用户； 电压等级低、输送容量小、输送距离短电压等级低、输送容量小、输送距离短 按地域覆盖范围分类：按地域覆盖范围分类： 区域电力网、地方电力网区域电力网、地方电力网 农村电力网、城市电力网农村电力网、城市电力网(3) 说明：说明： 电力网的分类是一个相对概念。电力网的分类是一个相对概念。 不同电网的运行特性、分析方法不尽相

6、同。不同电网的运行特性、分析方法不尽相同。第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.1 定义定义 对对电电力力系系统统及及电电力力设设备备规规定定的的正正常常工工作作电电压压和和频频率率，称称为为额额定定电电压压和和额额定定频频率率。当当电电气气设设备备在在此此规规定定的的电电压压和和频频率率下下运运行行时时，将将具具有有最好的技术性能和经济效果。最好的技术性能和经济效果。1.2.2 电力系统额定频率电力系统额定频率 电电力力系系统统不不同同位位置置（设设备备）的的运运行行电电压压可可能能各各不不相相同同，但一个

7、互联的系统将是一个运行频率但一个互联的系统将是一个运行频率 我国电力系统而定频率：工频，我国电力系统而定频率：工频， 50Hz第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.3 电力系统的额定电压等级电力系统的额定电压等级 (1) 意义：意义： 为为进进行行设设备备的的成成批批、系系列列化化生生产产及及设设备备互互换换，必必须须规规定定额额定定电电压压标标准准即即规规定定的的额额定定电压等级电压等级 (2) 标准额定电压的分类及适用范围：标准额定电压的分类及适用范围： 100V以下：蓄电池、安全照明以下：蓄电池、安全照

8、明 500V以下：一般工、民用电气设备以下：一般工、民用电气设备 1000V以上：高压电气设备以上：高压电气设备第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.3 额定电压等级额定电压等级 (3) 我国电力系统电压等级我国电力系统电压等级 低低 压：压： 0.38kV 中中 压：压： 3kV 6kV 10kV 13.8kV 15.75kV 18kV 20kV （大型发电机出口电压（大型发电机出口电压 ） 高高 压：压： 35kV (60kV) 110kV (154kV) 220kV 超高压：超高压： 330kV 500

9、kV （ 500kV ） 750kV 特高压：特高压：1000kV 800kV (4)注意注意: 任何电气设备的额定电压必须是规定额定电压等级中的值任何电气设备的额定电压必须是规定额定电压等级中的值 额定电压通常表示为三相系统的额定线电压额定电压通常表示为三相系统的额定线电压 例如例如: 0.38kV 为低压配电电压，为低压配电电压， 其对应额定相电压为其对应额定相电压为0.22kV (220V)第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额定电压的配合电气设备额定电压的配合 (1)基本原则：基本原则：

10、 一般允许电气设备正常运行电压为额定电压的一般允许电气设备正常运行电压为额定电压的0.951.05 （电压偏移（电压偏移5），并尽量运行在额电压），并尽量运行在额电压 线路电压损耗一般为线路电压损耗一般为10%(2)线路沿线电压的理想分布：线路沿线电压的理想分布：第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额定电压的配合电气设备额定电压的配合 (3)各元件额定电压的配合各元件额定电压的配合 电力线路、用电设备的额定电压：电力线路、用电设备的额定电压： 规定为系统额定电压，称为规定为系统额定电压，称为“网

11、络额定电压网络额定电压”，表示为，表示为VN 发电机额定电压：发电机额定电压：VGN G总处于线路首端，规定总处于线路首端，规定VGN=1.05VN 变压器额定电压：变压器额定电压： VTN T之受电侧为一次侧，相当于用电设备；之受电侧为一次侧，相当于用电设备； 供电侧为二次侧，相当于电源设备。供电侧为二次侧，相当于电源设备。规定：规定： 一次侧额定电压为受电时绕组额定线电压；一次侧额定电压为受电时绕组额定线电压； 二次侧额定电压为空载时绕组额定线电压二次侧额定电压为空载时绕组额定线电压 二次侧额定电压的规定，要考虑绕组电压损耗影响二次侧额定电压的规定，要考虑绕组电压损耗影响第一章第一章 电力

12、系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额定电压的配合电气设备额定电压的配合 (3)各元件额定电压的配合各元件额定电压的配合 变压器额定电压：变压器额定电压： VTN 升压变压器：升压变压器： 一次侧：直接接于发电机，一次侧：直接接于发电机，VTN(1)=1.05VN 二次侧：考虑带负荷运行时绕组漏抗电压损耗，二次侧：考虑带负荷运行时绕组漏抗电压损耗，VTN（2）1.05VN 小型变压器小型变压器 VTN（2）=1.05VN 大、中型变压器大、中型变压器VTN（2）=1.10VN 降升压变压器：降升压变压器： 一次侧

13、：线路末端，相当于用电设备一次侧：线路末端，相当于用电设备VTN(1)=1.0VN 二次侧：与升压型变压器类似二次侧：与升压型变压器类似 大、中型变压器大、中型变压器VTN（2）=1.10VN 小型变压器小型变压器 VTN（2）=1.05VN第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额定电压的配合电气设备额定电压的配合各元件额定电压的配合举例各元件额定电压的配合举例第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额

14、定电压的配合电气设备额定电压的配合 (4) 变压器分接头变压器分接头 为为满满足足电电力力系系统统的的调调压压要要求求，电电力力变变压压器器的的绕绕组组设设有有若若干干个个分分接接抽抽头头分分接头，相应绕组的中心抽头称之为主抽头。接头，相应绕组的中心抽头称之为主抽头。 变压器绕组额定电压，指主轴头对应的绕组额定电压。变压器绕组额定电压，指主轴头对应的绕组额定电压。 分接头位置用分接头位置用“%”示出，表示抽头偏离主抽头的额定电压示出，表示抽头偏离主抽头的额定电压 分接头的设置：分接头的设置： 双绕组变压器双绕组变压器分接头设在高压侧分接头设在高压侧 三绕组变压器三绕组变压器分接头分别设在高压侧

15、分接头分别设在高压侧 和和 中压侧中压侧 分接头调节方式与个数分接头调节方式与个数:个数为奇数（含主抽头）个数为奇数（含主抽头） A) 无载调压变压器：分接头数少，调整范围小无载调压变压器：分接头数少，调整范围小 一般一般 6300kVA以下，以下，3个：个：1.05VTN VTN 0.95VTN (15% ) or 8000kVA以上，以上，5个个 ： 1.05VTN 1.025VTN VTN 0.975VTN 0.95VTN(12 2.5%) B) 有载调压变压器：分接头数多，调整范围大有载调压变压器：分接头数多，调整范围大 如：如：1 91. 5%第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统

16、的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额定电压的配合电气设备额定电压的配合 (4) 变压器分接头变压器分接头 举例举例SF31500/220 2 2.5%第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额定电压的配合电气设备额定电压的配合 (4) 变压器分接头变压器分接头 变压器变比变压器变比 A) 额定变比：额定变比：kN=高压侧高压侧额定电压额定电压 / 低压侧额定电压低压侧额定电压 B) 运行变比：运行变比：k =高压侧高压侧分接头电压分接头电

17、压/ 低压侧额定电压低压侧额定电压 C) 标么变比：标么变比：k*= k / kN (or ：k*= k / kB 见见2.6节节)例：例： 一台一台220/10kV升压型升压型变压器，运行在变压器，运行在+5分接头分接头 则：则： kN=242 kV/10.5 kV；k=254 kV/10.5 kV； k*= 1.05 一台一台220/10kV降压型降压型变压器，运行在变压器，运行在+5分接头分接头 则：则： kN=220 kV/11 kV；k=231 kV/11 kV； k*= 1.05 变比与绕组匝数比的关系变比与绕组匝数比的关系 绕组接线组别为绕组接线组别为 Y/Y ： kW1 / W

18、2 绕组接线组别为绕组接线组别为 Y/ ：第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.2 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 1.2.4 电气设备额定电压的配合电气设备额定电压的配合 (5) (5) 网络平均额定电压网络平均额定电压 VN： 500 330 220 110 35 10 6 3 0.38 Vav：525 345 230 115 37 10.5 6.3 3.15 0.4 变压器平均变比变压器平均变比kav：变压器两侧网络平均额定电压之比变压器两侧网络平均额定电压之比 例：例： SF31500/220 2 2.5%，升压型、降压型变压器一律，升压型、降

19、压型变压器一律 为：为： kav =230/10.5(6) (6) 不同电压等级的适用范围：不同电压等级的适用范围： 电压等级越高，输电容量越大，输送距离越长电压等级越高，输电容量越大，输送距离越长 输电网：输电网：220kV及以上及以上 配电网：配电网：110kV及以下及以下第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.3 对对电力系统运行的基本要求电力系统运行的基本要求1.3.1 电力系统运行的基本特点电力系统运行的基本特点 (1) 电电能能不不能能大大量量存存贮贮，产产、送送、配配、用用同同时时进进行行“同同时时性性”(2) 受扰动后过渡过程非常短促受扰动后过渡过程非常短促“瞬时

20、性瞬时性”(3) 与国民经济、人民生活、社会稳定关系极为密切，供电的无与国民经济、人民生活、社会稳定关系极为密切，供电的无 计划（突然）中断带来的后果十分严重计划（突然）中断带来的后果十分严重“密切性密切性” 1.3.2 对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求(1) (1) 保证安全可靠供电保证安全可靠供电运行安全性运行安全性/ /供电可靠性供电可靠性 (2) (2) 保证符合要求的电能质量保证符合要求的电能质量(3) (3) 保证良好的经济性保证良好的经济性 (4) (4) 合理利用一次能源、保护环境、保证电力和国民经济稳合理利用一次能源、保护环境、保证电力和国民经济稳 定、协调和

21、可持续发展定、协调和可持续发展 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.4 电力系统的接线方式电力系统的接线方式1.4.1 概述概述第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.4.2 无备用结线方式无备用结线方式第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.4 电力系统的接线方式电力系统的接线方式1.4.4 应用注意应用注意（1）科学规划，综合、充分论证科学规划，综合、充分论证技术经济比较技术经济比较（2）不不同同结结线线方方式式的的应应用用范范围围不不一一样样多多电电压压等等级级的的实实际际电电 网结线复杂，是多种结线方式的综合运用网结线复杂，是多种结线方式的

22、综合运用第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.5 电力系统中性点运行方式简介电力系统中性点运行方式简介(1) 概念概念：星形接线的星形接线的G、T中性点的接地方式中性点的接地方式电力系统中电力系统中性点运行方式。性点运行方式。(2) 方式方式: 中性点直接接地中性点直接接地也称为有效接地。也称为有效接地。 中性点直接接地系统俗称为大接地电流系统中性点直接接地系统俗称为大接地电流系统 中性点非直接接地中性点非直接接地也称为非有效接地。也称为非有效接地。 包括中性点不接地、消弧线圈接地、高阻抗接地包括中性点不接地、消弧线圈接地、高阻抗接地 中性点非直接接地系统俗称为小接地电流系统。

23、中性点非直接接地系统俗称为小接地电流系统。第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.5 电力系统中性点运行方式简介电力系统中性点运行方式简介(3) 特点及适用范围：特点及适用范围： 中性点直接接地：可以降低绝缘水平要求（分级绝缘）；中性点直接接地：可以降低绝缘水平要求（分级绝缘）； 不存在接地过电压不存在接地过电压(谐振过电压谐振过电压)问题；问题； 接地短路时有大短路电流接地短路时有大短路电流完善继电保护，以提高完善继电保护，以提高 供电可靠性和安全稳定水平。供电可靠性和安全稳定水平。 中性点非直接接地：绝缘水平要求高（全绝缘）；中性点非直接接地：绝缘水平要求高（全绝缘）； 存在

24、接地过电压问题（谐振过电压问题）；存在接地过电压问题（谐振过电压问题）； 可提高供电可靠性；不要求完善的继电保护装置。可提高供电可靠性；不要求完善的继电保护装置。 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.5 电力系统中性点运行方式简介电力系统中性点运行方式简介(4) 示例：示例：第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.6 电力系统的发展趋势电力系统的发展趋势(1) 发电：大机组、洁净能源、分布式发电发电：大机组、洁净能源、分布式发电(2) 输电：特高压、远距离、紧凑型输电：特高压、远距离、紧凑型(3)用电与管理：电能质量控制用电与管理：电能质量控制(4)运行控制：高

25、度自动化、电力电子技术运行控制：高度自动化、电力电子技术(5)运营：电力市场化运营：电力市场化 1.7 电力系统分析的内容及研究工具电力系统分析的内容及研究工具(1) 电力系统稳态分析：电力网络模型电力系统稳态分析：电力网络模型 电力系统潮流分析与计算电力系统潮流分析与计算 电力系统正常运行状态的优化与调整电力系统正常运行状态的优化与调整(2) 电力系统暂态分析：同步发电机和电力系统动态元件模型电力系统暂态分析：同步发电机和电力系统动态元件模型 电力系统故障分析与计算电力系统故障分析与计算 电力系统稳定性电力系统稳定性(3)研究工具：研究工具：物理模拟物理模拟电力系统动态模拟电力系统动态模拟 数字仿真数字仿真PSASP、BPA、RTDS (4)课程地位与学习要求：课程地位与学习要求： 重要的专业理论基础！重要的专业理论基础！要求：要求： 掌握基本原理、分析方法；掌握基本原理、分析方法； 熟练的计算能力。熟练的计算能力。第一章第一章 完完