【大学课件】电力系统分析基础.ppt

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1、电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （一）,http:/ 运行状态,电力系统暂态分析从一种运行状态向另 一种运行状态的过渡过程,课程介绍,http:/ 电压的控制与调整,课程介绍,http:/ -改革后的电力系的平台课程,主要学习电力系统稳态和短路分析知识,电力系统的基本概念发、输、变、配。 （6学时）,电力网元件参数及等值电路物理元件的 数学模型 （8学时）,简单电力网稳态分析与计算功率流动、手工潮流计算 （8学时）,课程介绍,http:/ 潮流计算的基本原理、数学模型、求解方法和计算程序框图 。 （8学时）,有功最优分配及频率控制如何保证低损耗、 高回

2、收 （6学时）,无功功率及电压调整如何使无功合理分布使功率损耗最小 （6学时）,短路电流分析与计算三相短路及不对称故障计算 （20学时）,课程介绍,http:/ 杨淑英 中国电力出版社 5、电力系统分析习题集，杨国旺,1、电力系统分析基础，李庚银，杨淑英，栗然 ，机械工业出版社 2、电力系统稳态分析 （第三版） 东南大学，陈珩，水利电力出版社,3、电力系统暂态分析 （第三版） 西安交通大学，李光琦，水利电力出版社,教材,http:/ 电力系统的基本概念,1、电力系统的概念和组成 2、对电力系统运行的基本要求 3、电力系统的电压等级 4、电力系统的接线方式和中性点接地 5、电力系统的负荷,htt

3、p:/ 电力系统的基本概念,一、基本概念,http:/ （1）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。 （2）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。 （3）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,http:/ 电力系统的基本概念,几个基本参量： 年发电量指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（kWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。,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。,额定频率按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。,最高电压等级是指该系统中最高的电压等

4、级电力线路的额定电压。,http:/ 电力系统的基本概念,地理接线图主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。,电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。,http:/ 电力系统的基本概念,http:/ 电力系统的基本概念,二、电力工业的发展史,1、高压输电的出现与电压等级的提高 1831年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打下了基础 1882年，爱迪生小型电力系统（pearl street power station），6台直流发电机，16km，59个用户，电压：直流110V。 1885年，制

5、成变压器，为实现交流输电奠定了基础 1890年，英国从Deptford到伦敦11km的10kV线路（第一条高压交流电力线路） 1891年，德国从Lauffen到法兰克福170km的15kV线路（第一条三相交流输电线路）,http:/ 电力系统的基本概念,远距离大容量输电是提高输电电压的动力。,http:/ 习惯上，110220kV为高压， 330750kV为超高压， 1000kV及以上为特高压。 20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究 1985年苏联1228km的1150kV,但至今运行于500kV 20世纪90年代日本426km的1000kV，但至今运行于500kV 目前国际上实际投运的

6、最高电压等级750kV(加、美、俄、巴西、南非等国） 我国西北电网750kV（青海官亭甘肃兰州），2005年投运 2009年我国首条1000kV（山西长治晋东南变电站南阳湖北荆门变电站）投运，645km，实现华北和华中电网互连,1.1 电力系统的基本概念,http:/ 电力系统的基本概念,高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国500kV紧凑型输电线路北京昌平到房山。 灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。,http:/ 电力系统的基本概念,三、我国电力工业和电力系统的发展史,1、基本发展史 1882年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，一台12kW

7、直流发电机 1911年，杨树浦发电厂动工，1913年开始发电，到1924年，共有12台发电机，装机121MW。 1954年，中国自行设计施工的第一条220kV输电线路（369km）建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。这是中国输电线路建设史上的一个里程碑。,http:/ 电力系统的基本概念,1972年，第一条330kV超高压输电线路建成，从刘家峡水电站至汉中，全长534公里。随后330kV线路延伸到陕甘宁青4个省区，形成西北跨省联合电网 。 1981年，第一条500千伏超高压输电线路投入运行，从河南平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世界上第8个拥有500千伏超高压输电的国家

8、。 1989年，中国第一条500千伏直流输电线路（葛洲坝上海，1080公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。,http:/ 电力系统的基本概念,2005年9月,西北电网建成750kV青海官亭-甘肃兰州线超高压输变电工程（140.7km），中国输电技术提高到了一个新的水平. 2008年12月30日，我国首条1000kV（山西长治晋东南变电站南阳湖北荆门变电站）投运，645km，实现华北和华中电网互连。 800kV特高压直流输电线路（向家坝上海）正在建设中。,http:/ 电力系统的基本概念,2、中国电力工业的现状 年发电量：1980年以来，平

9、均年增长率9，现为世界第二位。,表4 1980年以来中国年发电量,http:/ 电力系统的基本概念,装机容量：现居世界第二位。,表5 1980年以来中国发电设备装机容量,http:/ 电力系统的基本概念,电压等级、输电线路长度和变电容量：,电压等级 除西北地区以外 交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV 直流：500kV 西北地区：750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV 截至2009年7月，220kV及以上输电线路长度达到37.5万公里，跃居世界第一位。 2008年，220kV及以上变电容量13.9亿kVA。,http:/ 电力系

10、统的基本概念,电网规模不断壮大：我国现有发电装机容量在2000MW以上的电力网11个，其中东北、华北、华东、华中区域电网装机容量均超过30000MW，华东、华中电网甚至超过40000MW，西北电网的装机容量也达到20000MW。,http:/ Power Base,Thermal Base,AC,Regional Grids Interconnection in 2005,DC,全国联网已建成：,http:/ 电力系统的基本概念,2010年前后，建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川渝的中部电网；华北、东北、西北三个电网互联形成的北部电网；以及云、贵、广西、广东4省区的南部联合电网。同时，加快

11、北、中、南三大电网之间实现局部互联：华北华中加强联网、华中西北联网、川渝西北联网、华东华北联网、川黔联网等跨区电网工程建设，实现西电东送、南北互供，初步形成全国统一的联合电网的格局，实现全国范围内的资源优化配置，满足国民经济发展和全面建设小康社会的要求 。,http:/ Power Base,Thermal Base,Regional Grids Interconnection in 2010,DC,Possible International connection,AC,http:/ 电力系统的基本概念,2020年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河上一系列大型水电站的开发，西部和北部

12、大型火电厂和沿海核电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施，电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。在全国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源优化配置。此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周边电网互联和能源优势互补。,http:/ Power Base,Thermal Base,AC,Regional Grids Interconnection in 2015-2020,DC,Possible International connection,http:/ 中部通道：将金沙江干支流(雅砻江、大渡河)水电站开发出来送往华东地区。 北部通道：将黄河上游水电站和山

13、西、蒙西地区坑口火电厂开发出来送往京津唐地区 。,1.1 电力系统的基本概念,http:/ 最大单机容量 最大发电厂 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。 缺点：,1.1 电力系统的基本概念,http:/ MW（浙江华能玉环电厂，上海外高桥第二发电厂900MW） 最大水电机组：700 MW（三峡电厂）（葛洲坝水电厂320 MW） 最大核电机组：1060MW（江苏田湾核电厂),1.1 电力系统的基本概念,http:/ MW 最大水电厂：三峡电厂26700 MW（二滩水电厂

14、6550 MW，溪洛渡水电站8700MW ） 最大核电厂：秦山（300+2600+2700MW）, (大亚湾290万KW,江苏田湾21060 MW,浙江三门、广东阳江21000MW) 最大抽水蓄能电厂：广东抽水蓄能电厂8300 MW,1.1 电力系统的基本概念,http:/ 电力系统的基本概念,机构改革初显成效：2002年12月，中国电力工业新机构为适应市场发展应运而生，成立了两家电网公司、5家发电集团公司和4家辅业集团公司；2003年2月，国家电力监管委员会宣告成立。,http:/ 电力系统的基本概念,缺电问题： 1970年以来出现缺电问题 1998年低用电水平下基本实现了电力的供需平衡 2

15、001电力再度短缺 原因：（1）电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因,http:/ 电力系统的基本概念,（2）电网的瓶颈制约，网络输送能力不足，输配电“卡脖子”问题严重，制约了电力供应。 发电、输电、配电比例：美国 1:0.43:0.7，日本 1:0.47:0.68 ，英国1:0.45:0.78 ，我国 1:0.21:0.12 （3）发电机组出力不足（水电来水不足，火电电煤紧张） （4）经济快速增长带动用电需求高涨 （5）居民用电被激活 （6）高耗能行业发展迅速,http:/ 电力系统的基本概念,展望：我国电力工业进入了新一轮的快速发展期 形成以大型清洁高效燃煤发电、大型水电、

16、大型核电、多种形式的可再生能源发电和分布式电源构成的多元化发电结构。 形成以特/超高压交直流输电为骨干，区域电网互联，各级电压电网协调发展的坚强智能电网。,http:/ 坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。 智能电网是一个多目标自趋优问题，其终极目标是将整个电力系统控制得如同一台智能广域机器人，具有类似于人类的智能，能够闭环控制和自动运行。,1.1 电力系统的基本概念,http

17、:/ 电力系统的基本概念,目前电网和智能电网的比较,http:/ 电力系统运行特点及基本要求,一、特点 电能不能大量储存 暂态过程非常短促（30万KM/S） 与国民经济及日常生活关系密切,二、基本要求 安全 优质 经济 环保,http:/ 措施 电源与电网的建设（西电东送全国联网） SCADA数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition ） 设备检修（计划检修状态检修） 人员素质,1.2 电力系统运行特点及基本要求,http:/ 二级 三级） 一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。 二级负荷：

18、对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。 三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。 故障时，按负荷等级限电。,1.2 电力系统运行特点及基本要求,http:/ 衡量电能质量的基本指标 ：,电压： 35kV 5% 10kV 7% (调节无功功率）,频率： 0.2（3000mw) 0.5Hz(3000MW） （有功功率）,谐波：电力电子装置，非线性负荷,1.2 电力系统运行特点及基本要求,http:/ 考核电力系统运行经济性的指标：煤耗率和网损率,EX:一台600MW火电机组，年利用小时6000h，煤耗率320g/kW.h，煤价：300元/吨。 Sol： 年发电量： 600000kW60

19、00h36亿kW.h 需标煤： 36亿kW.h320g/kW.h115.2万吨标煤 燃料费： 115.2万吨300元/吨34560万元 1%节约：燃料： 1.152万吨标煤；燃料费： 345.6万元,厂用电率,网损率：电网中损耗电能与供应电能的百分比,煤耗率（水耗率）：生产一度电消耗的标准煤重,1.2 电力系统运行特点及基本要求,http:/ 火电厂装机70 煤炭燃烧造成的污染 限制污染物的排放量 安全 优质 经济 环保（八字方针）,1.2 电力系统运行特点及基本要求,http:/ 无备用接线方式 （a）放射式 （b）干线式样 （c） 链式, 1.3 电力系统的接线方式和电压等级,一.电力系统

20、的接线方式（有备用和无备用接线）,优点：简单、经济、运行方便 缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷,http:/ 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, 1.3 电力系统的接线方式和电压等级,优点：供电可靠性和电压质量高 缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷,http:/ 1.3 电力系统的接线方式和电压等级,1.电力系统的额定电压等级,二.电力系统的标准电压,根据S=UI，输送一定功率时，电压高，电流小，材料投资少，绝缘投资大； 电压低，电流大，绝缘投资少，材料投资大。 所以，输送一定的功率有一个合适的电压。,为什么

21、规定如此多的电压等级？,http:/ 1.3 电力系统的接线方式和电压等级,2. 电气设备的额定电压(发电机,变压器,线路，用电设备),最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值 为什么各种电气设备的额定电压不一样?,额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好,http:/ 线路:等于系统的额定电压 发电机：规定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;漏抗很小、与电动机直接相连时或电压特别高时，比线路高

22、5。,电气设备的额定电压,http:/ 1.3 电力系统的接线方式和电压等级,3. 电力输送中电压与输送容量的关系,各级电压架空线路的输送能力,http:/ : ( 1)确定各设备额定电压;(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.,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,http:/ 一种是不接地 另一种是为了防护定子绕组过电压而采用经过避雷器接地。避雷器内部有气隙，所以正常运行和不接地一样。 变压器Y接法线圈的中性点： 不接地，1035kV系统多属这类情况。 消弧线圈接地，即经过一个线性电抗线圈

23、接地，1060kV系统有这种方式。 直接接地，110kV及以上电压系统和380220V三相四线低压系统都属这类情况。,http:/ （1）线电压与相电压关系；（2）中性点 电位；（3）对地电容电流与相电压关系,http:/ 位；（3）对地电容电流,http:/ 电力网 (接地电流 30A) 10kV 电力网 (接地电流 20A) 35-60kV 电力网 (接地电流 10A),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,http:/ 压不变. 缺点:单相短路电 流大.,http:/ 中性点直接接地 电流 中性点电压 非故障相 电压 线电压

24、,接地点的电容电流是正常运行时一相对地电容电流的3倍,故障相电流和流入故障点的电流很大,中性点电压升高为相电压,故障相和中性点电压为零,非故障相对地电压仍为相电压,非故障相对地电压升高为线电压,与故障相相关的线电压降低为相电压,三相之间的线电压保持与正常时相同,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,且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。,http:/ 电力系统的负荷和负荷曲线,一电力系统的负荷 1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。 2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业

25、、商业、生活等。 3、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。 4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。,http:/ 曲线分类：按负荷种类分为有功功率和无功功率曲线；按时间分为日负荷曲线和年负荷曲线。 1. 日负荷曲线:制定发电计划的依据 一天的总耗电量 日平均负荷,1.4 电力系统的负荷和负荷曲线,http:/ 最小负荷系数,http:/ 钢铁工业负荷； (b) 食品工业负荷； (c) 农村加工负荷； (d) 市政生活负荷,http:/ 年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况 3. 年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成,全年耗电量,最大负荷利用小时数 Tmax,http:/ 划提供依据,http:/ 新的数学方法：专家系统、神经网络、数据挖掘、支撑向量机、贝叶斯网络、决策树等,http:/