電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.ppt

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 1 教材 東南大學(xué)陳珩 第二版 2 本課程特點(diǎn) 前修課程 后續(xù)課程特點(diǎn) 前修課程 電路理論 電機(jī)學(xué)后續(xù)課程 電力系統(tǒng)分析 繼電保護(hù) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化3 教學(xué)參考書4 考核方式 筆試 閉卷 120分鐘 卷面100分 占70 平時(shí) 主要是上課考勤記錄 課堂練習(xí) 作業(yè) 占20 實(shí)驗(yàn) 10 前言 特點(diǎn) 電能不能大量存儲(chǔ) 過渡過程十分短暫 電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系 電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng) 現(xiàn)代控制理論 作支撐 微機(jī)原理應(yīng)用 作硬件 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用 作軟件 專業(yè)課 電力系統(tǒng)分析 繼電保護(hù)原理 微機(jī)保護(hù) 發(fā)電廠電氣部分 高電壓技術(shù)等 來進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制 前言 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 一 電力系統(tǒng)分析 正常穩(wěn)態(tài)分析 計(jì)算 U I P Q f 運(yùn)行調(diào)整和優(yōu)化 電力系統(tǒng)的基本概念 各元件的特性和模型 潮流計(jì)算 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 二 電磁暫態(tài)分析 故障分析 正常穩(wěn)態(tài)分析 穩(wěn)定性分析 發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)分析 對(duì)稱故障 三相短路 不對(duì)稱短路 靜態(tài) 暫態(tài) 前言主要內(nèi)容 前言 重點(diǎn) 三大計(jì)算1 標(biāo)幺值計(jì)算2 穩(wěn)態(tài)計(jì)算 潮流 調(diào)頻 調(diào)壓3 暫態(tài)計(jì)算 故障 穩(wěn)定性 第一章電力系統(tǒng)的基本概念 1 1電力系統(tǒng)概述1 2我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介1 3對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求1 4結(jié)線方式和電壓等級(jí)1 5課程的主要內(nèi)容 第一章電力系統(tǒng)的基本概念重點(diǎn)及難點(diǎn) 重點(diǎn) 1 電力系統(tǒng)的基本概念2 電力系統(tǒng)的基本要求3 電能質(zhì)量4 結(jié)線方式5 電壓等級(jí) 難點(diǎn) 1 電能質(zhì)量2 電壓等級(jí) 1 1電力系統(tǒng)概述 一 電力系統(tǒng)的組成 工業(yè) 農(nóng)業(yè) 商業(yè) 生活 發(fā)電 輸電 配電 用電電網(wǎng)電力系統(tǒng) 1 1電力系統(tǒng)概述 一 電力系統(tǒng)的組成1 來源火電 鍋爐 汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī)水電 水庫 水輪機(jī) 發(fā)電機(jī)核電 核反應(yīng)堆 汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī)其它 如風(fēng)能 地?zé)崮?太陽能 潮汐等 1 1電力系統(tǒng)概述 一 電力系統(tǒng)的組成2 基本概念電力系統(tǒng) 是由發(fā)電廠 變電所 輸電線 配電系統(tǒng)及負(fù)荷組成的 是現(xiàn)代社會(huì)中最重要 最龐雜的工程系統(tǒng)之一 電力網(wǎng)絡(luò) 是由變壓器 電力線路等變換 輸送 分配電能設(shè)備所組成的部分 動(dòng)力系統(tǒng) 在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 把發(fā)電廠的動(dòng)力部分 例如火力發(fā)電廠的鍋爐 汽輪機(jī)和水力發(fā)電廠的水庫 水輪機(jī)以及核動(dòng)力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等 包含在內(nèi)的系統(tǒng) 1 1電力系統(tǒng)概述 一 電力系統(tǒng)的組成2 基本概念總裝機(jī)容量 指該系統(tǒng)中實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和 以千瓦 KW 兆瓦 MW 吉瓦 GW 為單位計(jì) 年發(fā)電量 指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實(shí)際發(fā)出電能的總和 以千瓦時(shí) KWh 兆瓦時(shí) MWh 吉瓦時(shí) GWh 為單位計(jì) 最大負(fù)荷 指規(guī)定時(shí)間內(nèi) 電力系統(tǒng)總有功功率負(fù)荷的最大值 以千瓦 KW 兆瓦 MW 吉瓦 GW 為單位計(jì) 1 1電力系統(tǒng)概述 一 電力系統(tǒng)的組成2 基本概念額定頻率 按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz 最高電壓等級(jí) 是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級(jí)電力線路的額定電壓 1 1電力系統(tǒng)概述 二 近代電力系統(tǒng)電壓 輸送距離 輸送功率 電源的構(gòu)成 負(fù)荷的構(gòu)成 高度自動(dòng)化 遠(yuǎn)距離大容量直流輸電 1 2我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介 一 我國電力工業(yè)概況及今后發(fā)展電力工業(yè)的方針二 我國主要電力系統(tǒng)概述三 我國電力工業(yè)的發(fā)展前景 1 3電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求 特點(diǎn)電能不能大量?jī)?chǔ)存暫態(tài)過程非常短促與國民經(jīng)濟(jì)及日常生活關(guān)系密切 要求安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)環(huán)保 1 3電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求 安全 保證可靠的供電措施電源與電網(wǎng)的建設(shè) 西電東送全國聯(lián)網(wǎng) SCADA設(shè)備檢修 計(jì)劃?rùn)z修 狀態(tài)檢修 人員素質(zhì) 1 3電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求 優(yōu)質(zhì)指標(biāo) 電壓 35kV 5 10kV 7 6 10kV 4 380V 5 無功功率 頻率 0 2 3000mw 0 5Hz 3000MW 有功功率 諧波 負(fù)荷諧波 1 3電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求 負(fù)荷 一級(jí)二級(jí)三級(jí) 一級(jí)負(fù)荷 對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電 將造成人身事故 經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失 人民生活發(fā)生混亂 二級(jí)負(fù)荷 對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電 將造成大量減產(chǎn) 人民生活受影響 三級(jí)負(fù)荷 所有不屬于一 二級(jí)的負(fù)荷 1 3電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求 經(jīng)濟(jì) EX 一臺(tái)600MW火電機(jī)組 年利用小時(shí)6000h 煤耗率320g kW h 煤價(jià) 300元 噸 Sol 年發(fā)電量 600000kW 6000h 36億kW h需標(biāo)煤 36億kW h 320g kW h 115 2萬噸標(biāo)煤燃料費(fèi) 115 2萬噸 300元 噸 34560萬元1 節(jié)約 燃料 1 152萬噸標(biāo)煤燃料費(fèi) 345 6萬元 廠用電率 網(wǎng)損 煤耗率 水耗率 1 3電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求 環(huán)?；痣姀S裝機(jī) 70 煤炭燃燒造成的污染限制污染物的排放量 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 無備用結(jié)線 包括單回路放射式 干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單 經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行方便缺點(diǎn) 供電可靠性差適用范圍 二級(jí)負(fù)荷 一 結(jié)線方式 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 有備用結(jié)線 包括雙回路放射式 干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn) 供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點(diǎn) 不經(jīng)濟(jì)適用范圍 電壓等級(jí)較高或重要的負(fù)荷 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 二 電壓等級(jí)及其適用范圍1 電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí) 電壓等級(jí)的選擇 S 3U2II U1 U2 Z傳輸功率S 電壓等級(jí)U 輸電距離l之間的關(guān)系S Const l U2l Const S U2 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 1 電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí) 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 二 電壓等級(jí)及其適用范圍說明 用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為 5 沿線路的電壓降落一般為10 在額定負(fù)荷下 變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 二 電壓等級(jí)及其適用范圍電力網(wǎng)絡(luò)中電壓分布采取的措施 取用電設(shè)備的額定電壓為線路額定電壓 使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運(yùn)行 取線路始端電壓為額定電壓的105 取發(fā)電機(jī)的額定電壓為線路額定電壓的105 變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側(cè)接電源 取一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備額定電壓 二次側(cè)接負(fù)荷 取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 二 電壓等級(jí)及其適用范圍 變壓器的電壓等級(jí) 升壓變壓器 例如35 121 10 5 242 二次側(cè) 高壓側(cè) 接線路始端 向負(fù)荷供電 相當(dāng)于發(fā)電機(jī) 應(yīng)比線路的額定電壓高5 加上變壓器內(nèi)耗5 所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110 直接和發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機(jī)的額定電壓即105 UN 一次側(cè) 低壓側(cè) 接電源 相當(dāng)于用電設(shè)備 一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓UN 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 二 電壓等級(jí)及其適用范圍 變壓器的電壓等級(jí) 降壓變壓器 110 38 5 220 38 5 一次側(cè) 高壓側(cè) 接線路末端 相當(dāng)于用電設(shè)備 一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓 二次側(cè) 低壓側(cè) 向負(fù)荷供電 相當(dāng)于發(fā)電機(jī) 應(yīng)比線路的額定電壓高5 加上變壓器內(nèi)耗5 所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 接地 為了保證電力網(wǎng)或電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的人身安全 人為地使電力網(wǎng)及其某個(gè)設(shè)備的某一特定地點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地作良好的連接 接地分類 工作接地 為了保證電氣設(shè)備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地 保護(hù)接地 將一切正常工作時(shí)不帶電而在絕緣損壞時(shí)可能帶電的金屬部分接地 以保證工作人員接觸時(shí)的安全 接地保護(hù) 保護(hù)接零 在中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中 把電氣設(shè)備的外殼與接地中性線 也稱零線 直接連接 以實(shí)現(xiàn)對(duì)人身安全的保護(hù)作用 防雷接地 為消除大氣過電壓對(duì)電氣設(shè)備的威脅 而對(duì)過電壓保護(hù)裝置采取的接地措施 防靜電接地 對(duì)生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 如何實(shí)現(xiàn)工作接地 電氣設(shè)備 電力變壓器 電壓互感器或發(fā)電機(jī) 的中性點(diǎn)接地 又稱為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地 電力系統(tǒng)的中性點(diǎn) 星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn) 電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式 小電流接地 中性點(diǎn)不接地 中性點(diǎn)絕緣 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地大接地電流 中性點(diǎn)直接接地中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地如何確定電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式 應(yīng)從供電可靠性 內(nèi)過電壓 對(duì)通信線路的干擾 繼電保護(hù)以及確保人身安全諸方面綜合考慮 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 1 中性點(diǎn)直接接地 特點(diǎn) 供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式 故障時(shí) 如發(fā)生接地故障 則構(gòu)成短路回路 接地相電流很大 為提高供電可靠性 在線路上廣泛安裝三相或單相自動(dòng)重合閘裝置 對(duì)地電壓 UN 電氣設(shè)備的絕緣水平只需按電力網(wǎng)的相電壓考慮 可以降低工程造價(jià) 我國380 220V系統(tǒng)中一般都采用中性點(diǎn)直接接地方式 主要是從人身安全考慮問題 適用范圍 我國110kV 國外220kV 及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng) 380 220V低壓系統(tǒng) 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 2 中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng) 正常運(yùn)行時(shí) UA UB UC 0IA IB IC 0結(jié)論 三相電壓對(duì)稱 三相導(dǎo)線對(duì)地電容電流也是對(duì)稱的 三相電容電流相量之和為零 這說明沒有電容電流經(jīng)過大地流動(dòng) 適用范圍3kV 60kV的電力系統(tǒng) 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 單相金屬性接地故障時(shí) A相 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論1 故障相對(duì)地電壓降為零 非故障相對(duì)地電壓升高為線電壓 且相位相差600 因此 線路及各種電氣設(shè)備的絕緣要按線電壓設(shè)計(jì) 絕緣投資所占比重加大 顯而易見 電壓等級(jí)越高絕緣投資越大 三相之間的線電壓仍然對(duì)稱 用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運(yùn)行 但允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間不能超過2h 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 接地故障電容電流IPE 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論2 接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧 如果接地電流大于30A時(shí) 將形成穩(wěn)定電弧 成為持續(xù)性電弧接地 這將燒毀電氣設(shè)備和可能引起多相相間短路 如果接地電流大于5A 10A 而小于30A 則有可能形成間歇性電弧 間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓 其幅值可達(dá) 2 5 3 U 將危害整個(gè)電網(wǎng)的絕緣安全 如果接地電流在5A以下 當(dāng)電流經(jīng)過零值時(shí) 電弧就會(huì)自然熄滅 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)消弧線圈 安裝在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器 單相 C相 金屬性接地故障 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 C相發(fā)生接地時(shí) 中性點(diǎn)電壓變?yōu)?UC 在消弧線圈作用下 產(chǎn)生電感電流 滯后90 其數(shù)值為IL UC XL U XL 消弧線圈的作用當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí) 接地故障相與消弧線圈構(gòu)成了另一個(gè)回路 接地故障相接地電流中增加了一個(gè)感性電流 它和裝設(shè)消弧線圈前的容性電流的方向剛好相反 相互補(bǔ)償 減少了接地故障點(diǎn)的故障電流 使電弧易于自行熄滅 從而避免了由此引起的各種危害 提高了供電可靠性 消弧線圈的補(bǔ)償方式 欠補(bǔ)償方式 按ILIC選擇消弧線圈的電感 此時(shí)接地故障點(diǎn)有剩余的電感電流流過 在過補(bǔ)償方式下 即使電力網(wǎng)運(yùn)行方式改變而切除部分線路時(shí) 也不會(huì)發(fā)展成為全補(bǔ)償方式 致使電力網(wǎng)發(fā)生諧振 同時(shí) 由于消弧線圈有一定的裕度 今后電力網(wǎng)發(fā)展 線路增多 對(duì)地電容增加后 原有消弧線圈還可繼續(xù)使用 因此 實(shí)際上大多采用過補(bǔ)償方式 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 全補(bǔ)償方式 按IL IC選擇消弧線圈的電感 使接地故障點(diǎn)電流為零 此即全補(bǔ)償方式 這種補(bǔ)償方式并不好 因?yàn)楫?dāng)感抗等于容抗時(shí) 電力網(wǎng)將發(fā)生諧振 產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓或過電流 影響系統(tǒng)安全運(yùn)行 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 消弧線圈容量的選擇 有關(guān)安裝消弧線圈規(guī)程 1 4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí) 三 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 4 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng) 特點(diǎn) 降低工頻過電壓 抑制弧光過電壓 消除鐵磁諧振過電壓 防止斷線諧振過電壓 設(shè)置零序保護(hù)動(dòng)作跳閘 設(shè)置零序保護(hù)動(dòng)作跳閘 避免發(fā)生高壓觸電事故 供電可靠性有保證 適用范圍 配網(wǎng)系統(tǒng) 與中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地 不接地比選 在我國城市配網(wǎng)系統(tǒng)中 全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超過30A時(shí)采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地 全架空線路出線變電站的單相接地故障電流超過10A時(shí) 采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地 對(duì)電纜與架空線混合線路的單相接地故障電容電流超過10A時(shí) 可采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地 電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及前景 我國電力系統(tǒng)的發(fā)展 年人均電量 我國 1000kW h中等發(fā)達(dá)國家 7000kW h北歐 美國 18000kW h 電力工業(yè)發(fā)展概況及前景 二 電力系統(tǒng)發(fā)展前景1 電力工業(yè)現(xiàn)代化超高壓 大系統(tǒng) 大機(jī)組 大電廠 高度自動(dòng)化以及核電技術(shù)和直流輸電技術(shù)2 電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益與支出各系統(tǒng)間電負(fù)荷的錯(cuò)峰效益提高供電可靠性 減少系統(tǒng)備用容量有利于安裝單機(jī)容量較大的機(jī)組進(jìn)行電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行水電跨流域調(diào)度調(diào)峰能力互相支援增加聯(lián)絡(luò)線和電網(wǎng)內(nèi)部加強(qiáng)所需投資以及聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行費(fèi)用當(dāng)系統(tǒng)間聯(lián)系較弱時(shí) 有可能引起調(diào)