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1、绪论绪论（Introduction to Power System)问题q 人类为何选择使用电能？人类为何选择使用电能？人类为何选择使用电能？人类为何选择使用电能？q 电能是如何产生的？电能是如何产生的？电能是如何产生的？电能是如何产生的？q 电能是如何传输的？什么是电力系统？电能是如何传输的？什么是电力系统？电能是如何传输的？什么是电力系统？电能是如何传输的？什么是电力系统？ q 电力系统运行的特点和要求？电力系统运行的特点和要求？电力系统运行的特点和要求？电力系统运行的特点和要求？q 电力系统分析课程的主要内容及特点？电力系统分析课程的主要内容及特点？电力系统分析课程的主要内容及特点？电力
2、系统分析课程的主要内容及特点？ 2人类为什么选择使用电能？qq十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时代十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时代十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时代十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时代的工业革命的工业革命的工业革命的工业革命qq十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代。十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代。十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代。十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代。3显著优点显著优点qq洁净洁净洁净洁净 ： 环保环保环保环保qq方便方便方便方便 : : : : 输送、分配、使用输送、分配、使用输送、分配、使用输送、分配、
3、使用qq节能节能节能节能 : : : : 能耗小，转换效率高能耗小，转换效率高能耗小，转换效率高能耗小，转换效率高 人类为什么选择使用电能？电电 气气 化化4人类为什么选择使用电能？qq2002200220022002年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为42424242，2020202020202020年达到年达到年达到年达到70707070左右。左右。左右。左右。qq 2002200220022002年，中国人均电力消费年，中国人均电力消费年，中国人均电力消费年，中国人
4、均电力消费1280128012801280千瓦时，仅相当于千瓦时，仅相当于千瓦时，仅相当于千瓦时，仅相当于20202020世世世世纪纪纪纪70707070年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平2500250025002500千瓦时的一半。千瓦时的一半。千瓦时的一半。千瓦时的一半。 试想：没有电能你的生活会如何？试想：没有电能你的生活会如何？ 5中国电网中国电网中国电网中国电网500500kVkV220220kVkV330330kVkV火电厂火电厂水电厂水电厂核电厂核电厂新疆
5、新疆新疆新疆西藏西藏西藏西藏东北东北东北东北华北华北华北华北西北西北西北西北川渝川渝川渝川渝华中华中华中华中华东华东华东华东南方南方南方南方电网覆盖率电网覆盖率电网覆盖率电网覆盖率 96.4% 96.4%6 电力需求旺盛、增长快n n1882188218821882年我国开始使用电能年我国开始使用电能年我国开始使用电能年我国开始使用电能n n1987198719871987年全国发电装机容量突破年全国发电装机容量突破年全国发电装机容量突破年全国发电装机容量突破1 1 1 1亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦n n1995199519951995年年年年3 3 3 3月，装机容量突破月，装机容量突破月，装
6、机容量突破月，装机容量突破2 2 2 2亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦n n到到到到1996199619961996年，发电装机容量居世界第年，发电装机容量居世界第年，发电装机容量居世界第年，发电装机容量居世界第2 2 2 2位。位。位。位。n n2000200020002000年年年年4 4 4 4月，全国装机突破月，全国装机突破月，全国装机突破月，全国装机突破3 3 3 3亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦n n2004200420042004年年年年5 5 5 5月底，全国装机容量突破月底，全国装机容量突破月底，全国装机容量突破月底，全国装机容量突破4 4 4 4亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦n n20052
7、00520052005年底我国装机总容量突破年底我国装机总容量突破年底我国装机总容量突破年底我国装机总容量突破5 5 5 5亿千瓦，亿千瓦，亿千瓦，亿千瓦，2010201020102010年底我国装机总容量将达到年底我国装机总容量将达到年底我国装机总容量将达到年底我国装机总容量将达到7.17.47.17.47.17.47.17.4亿千瓦。亿千瓦。亿千瓦。亿千瓦。不到不到8年年5年年4年年1.5年年每每增加增加1亿装机亿装机2000年容量3亿千瓦1995年容量2亿千瓦1987年容量1亿千瓦1978年容量5712万千瓦1949年容量185万千瓦7电能是如何产生的？qq大规模电能是由大规模电能是由大
8、规模电能是由大规模电能是由同步发电机同步发电机同步发电机同步发电机产生产生产生产生qq同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识. 机械能机械能机械能机械能电能电能电能电能8电能是如何产生的？qq推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说. . . . 蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽水力水力水力水力风力风力风力风力火力、核、地热火力、核、地热火力、核、地热火力
9、、核、地热水力发电水力发电水力发电水力发电风力、潮汐发电风力、潮汐发电风力、潮汐发电风力、潮汐发电910福建安砂水电厂宽缝重力坝福建安砂水电厂宽缝重力坝福建安砂水电厂宽缝重力坝福建安砂水电厂宽缝重力坝1112电能是如何传输的？13电能是如何传输的？电动机等电动机等电动机等电动机等墙壁上墙壁上墙壁上墙壁上14电力系统是如何描述的qq电压电压电压电压( ( ( (KVKVKVKV） 1000 1000 1000 1000（计划建设中）、计划建设中）、计划建设中）、计划建设中）、750750750750（建设中）、（建设中）、（建设中）、（建设中）、500500500500、330330330330
10、、220220220220、110110110110、60606060、35353535、10101010、0.6 0.38/0.220.6 0.38/0.220.6 0.38/0.220.6 0.38/0.22qq频率（频率（频率（频率（HZHZHZHZ） 50 50 50 50，60606060qq装机容量装机容量装机容量装机容量 qq发电量发电量发电量发电量qq最大负荷最大负荷最大负荷最大负荷qq电气接线图电气接线图电气接线图电气接线图qq地理位置接线图地理位置接线图地理位置接线图地理位置接线图15电力网络l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
11、能的传输与分配的功能。l电力网络是由许多子电力网络发展、互联而成，分区分层是电力网络的一大特点。l输电网络、高压配电网络、中压配电网络和低压配电网络。 16电力网络接线方式l 电力网络接线形式主要是指电力网络的输电线路、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。变压所与用户之间的电气连接关系。l 电力系统的接线形式对保证安全、优质和经济地电力系统的接线形式对保证安全、优质和经济地向用户供向用户供 电具有非常重要的作用。电具有非常重要的作用。l 通常按照供电可靠性分为无备用和有备用两类。通常按照供电可靠性分为无备用和有备用两类。17电力网络接线方式（1 1）无备
12、用接线（开式）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。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18（2 2）有备用接线（闭式）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，如输电网电能。应用于对供电可靠性要求高的网络，如输电网等。等。 (a)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19l l 电力线路输送的功率一定时，输电电压
13、越高，线路电流越电力线路输送的功率一定时，输电电压越高，线路电流越电力线路输送的功率一定时，输电电压越高，线路电流越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，对设备绝缘小，导线等载流部分的截面积越小；但电压越高，对设备绝缘小，导线等载流部分的截面积越小；但电压越高，对设备绝缘小，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，对应一定水平的要求越高，设备的投资越大。综合上述考虑，对应一定水平的要求越高，设备的投资越大。综合上述考虑，对应一定水平的要求越高，设备的投资越大。综合上述考虑，对应一定的
14、输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。l l 国际电工委员会的国际电工委员会的国际电工委员会的国际电工委员会的IECIECIECIEC标准电压标准电压标准电压标准电压对电压等级的选择建议对电压等级的选择建议对电压等级的选择建议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在任意国家内，相邻两级电压之比不应小于在任意国家内，相邻两级电压之比不应小于在任意国家内，相邻两级电压之比不应小于2 2 2 2倍。倍。倍。倍。 l l 我国规定的电力网标准电压等级为线路
15、的额定电压，主要我国规定的电力网标准电压等级为线路的额定电压，主要我国规定的电力网标准电压等级为线路的额定电压，主要我国规定的电力网标准电压等级为线路的额定电压，主要有有有有0.22/0.380.22/0.380.22/0.380.22/0.38、3 3 3 3、6 6 6 6、10101010、35(60)35(60)35(60)35(60)、110110110110、220220220220、330330330330、500KV500KV500KV500KV、750KV750KV750KV750KV、1000KV1000KV1000KV1000KV。 额定电压等级20电力线路平均额定电压电
16、力线路平均额定电压n电流线路首末端所连接电气设备额定电压的平均值21输电线路q 电能的输送是在输电线路上进行的。q 按结构可分为架空线路和电缆两类q 直流输电线路和交流输电线路22架空输电线路23电 缆24q 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。q 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。q 屋内、屋外变电站25500kV交流变电站全景交流变电站全景26220kV交流变电站交流变电站27电力系统的构成 20202020世纪中叶以来出现的大电力系统，是一切工业系世纪中叶以来出现的大电力系统，是一切工业系世纪中叶以来出
17、现的大电力系统，是一切工业系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统中，规模最大、层次复杂、资金和技术密集的人造统中，规模最大、层次复杂、资金和技术密集的人造统中，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。复合系统，是人类工程科学史上最重要的成就之一。复合系统，是人类工程科学史上最重要的成就之一。复合系统，是人类工程科学史上最重要的成就之一。现代电力系统现代电力系统现代电力系统现代电力系统由电力流、信息流、货币流由电力流、信息流、货币流由电力流、信息流、货币流由电力流、信息流、货币流构成构成构成构成2
18、8电力系统运行的特点 电力系统运行的特点l 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。l 电能和社会的生产、人民的生活、国家的国民经济紧密相关。 l 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。29电力系统运行基本要求电力系统运行的基本要求l 供电安全可靠性 根据可靠性要求不同，分为、负荷。l 电能的优质性 频率、电压、波形l 运行的经济性 一次能源的消耗、网损和线损30本课程的主要内容及特点本课程的主要内容及特点uu电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析是主要研究电力系统在正常以是主要研究电力系统在正常以是主要研究电力系统在正常以是
19、主要研究电力系统在正常以及故障下的运行状态。及故障下的运行状态。及故障下的运行状态。及故障下的运行状态。u 该课程该课程既是该课程该课程既是该课程该课程既是该课程该课程既是专业课专业课专业课专业课，也是，也是，也是，也是专业基础课专业基础课专业基础课专业基础课。是学习和研究该领域的重要课程。是学习和研究该领域的重要课程。是学习和研究该领域的重要课程。是学习和研究该领域的重要课程。31电力系统电力系统电力系统电力系统分析分析分析分析电路电路电路电路电机学电机学电机学电机学自控自控自控自控其它其它其它其它保护保护保护保护控制控制控制控制调度调度调度调度设备设备设备设备其它其它其它其它电磁场电磁场电
20、磁场电磁场特点：特点：理论性强理论性强理论性强理论性强实践性强实践性强实践性强实践性强工程性强工程性强工程性强工程性强本课程的主要内容及特点工程工程工程工程理论理论理论理论工程工程工程工程32本课程的主要内容及特点主要框架主要框架电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统暂态电力系统暂态电力系统暂态电力系统暂态电力系统电磁暂态电力系统电磁暂态电力系统电磁暂态电力系统电磁暂态电力系统机电暂态电力系统机电暂态电力系统机电暂态电力系统机电暂态33本课程的主要内容及特点主要内容主要内容电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统元件的稳态数学模
21、型电力系统元件的稳态数学模型电力系统元件的稳态数学模型电力系统元件的稳态数学模型电力网络的数学模型电力网络的数学模型电力网络的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潮流分析电力系统潮流分析电力系统潮流分析电力系统运行与控制电力系统运行与控制电力系统运行与控制电力系统运行与控制无功无功无功无功/ /电压控制电压控制电压控制电压控制有功有功有功有功/ /频率控制频率控制频率控制频率控制34本课程的主要内容及特点主要内容主要内容电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析同步电机的数学模型同步电机的数学模型同步电机的数学模型同步电机的数学模型电力系统故障分析电力系统故障分析电力系统故障分析电力系统故障分析电力系统稳定性分析电力系统稳定性分析电力系统稳定性分析电力系统稳定性分析静态稳定静态稳定静态稳定静态稳定暂态稳定暂态稳定暂态稳定暂态稳定35
