電力系統(tǒng)分析基礎培訓教學課件(87p)

1、電力系統(tǒng)分析基礎主講人：楊用春課程內(nèi)容穩(wěn)態(tài)分析第一章 電力系統(tǒng)的基本概念第二章 電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學模型第三章 簡單電力系統(tǒng)的潮流計算與分析第四章 復雜電力系統(tǒng)潮流的計算機算法第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整第六章 電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整第七章 電力系統(tǒng)三相短路分析與計算第八章 電力系統(tǒng)不對稱故障分析與計算暫態(tài)分析參考教材電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）東南大學陳珩，水利電力出版社電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第三版）西安交通大學李光琦，水利電力出版社電力系統(tǒng)分析基礎李庚銀、楊淑英、栗然，機械工業(yè)出版社電力系統(tǒng)分析習題集楊國旺電力系統(tǒng)分析復習指導與習題精解楊淑英，中國電力出版社如何學習這門課程1

2、. 先修課程：電路、電機學 2. 聽課為主、自學為輔3. 按時、獨立完成作業(yè)4. 理解基本概念，不要死記硬背5. 工程觀念和思想，理論結(jié)合實際第一章 電力系統(tǒng)的基本概念本章內(nèi)容1.1 電力系統(tǒng)概述1.2 電力系統(tǒng)運行的特點和要求1.3 電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級1.4 電力系統(tǒng)中性點的運行方式1.5 電力系統(tǒng)分析的含義與內(nèi)容1.6 我國電力系統(tǒng)的發(fā)展1.1 電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的形成與發(fā)展二、電力系統(tǒng)的基本概念三、電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖一、電力系統(tǒng)的形成與發(fā)展1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應定律交流發(fā)電機直流發(fā)電機直流電動機特點：輸電電壓低，輸送距離短，輸送功率小。100400V=直流發(fā)

3、電機電弧燈M直流電動機電的產(chǎn)生一、電力系統(tǒng)的形成與發(fā)展高壓輸電1882年，法國人M 德波列茨將位于彌斯巴赫煤礦的蒸汽機發(fā)出的電能輸送到 57km外的慕巴黑，并用以驅(qū)動水泵。輸電電壓：直流15002000V，輸送功率：約1.5kW。世界上第一個電力系統(tǒng)！57km, 15002000V=直流發(fā)電機M直流電動機一、電力系統(tǒng)的形成與發(fā)展交流輸電1885年制成變壓器實現(xiàn)單相交流輸電1891年制成三相變壓器和三相異步電動機實現(xiàn)三相交流輸電178km, 25kVLauffen鎮(zhèn)法蘭克福水輪發(fā)電機組95V/25kV25kV/112V1891年德國建成第一條三相交流輸電系統(tǒng)M白熾燈異步電動機95V, 230kV

4、A150r/min一、電力系統(tǒng)的形成與發(fā)展三相交流制迅速發(fā)展，而直流制被淘汰；汽輪發(fā)電機組取代以蒸汽機為原動機的發(fā)電機組；發(fā)電廠之間出現(xiàn)了并列運行；輸電電壓、輸送距離和輸送功率不斷增大；電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大。電力系統(tǒng)的發(fā)展二、電力系統(tǒng)的基本概念發(fā)電電力系統(tǒng)電力網(wǎng)動力部分動力系統(tǒng)用電輸電變電變電電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)與動力系統(tǒng)的概念發(fā)電機工業(yè)農(nóng)業(yè)商業(yè)生活電力系統(tǒng)的組成 （1）電力系統(tǒng)：生產(chǎn)、輸送、分配與消費電能的系 統(tǒng)。包括：發(fā)電機、變壓器、輸電電路和用電設備。 （2）電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分，包括變壓器和輸電電路。 （3）動力系統(tǒng)：動力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。二、電力系統(tǒng)的基本概念

5、三、電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖總裝機容量：指系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦(kW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)計。年發(fā)電量：指系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時(kWh)、兆瓦時(MWh)、吉瓦時(GWh)計。最大負荷：指規(guī)定時間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值。額定頻率：按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz。最高電壓等級：指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。1電力系統(tǒng)的基本參量三、電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖地理接線圖：主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所的地理位置，電力線路的路徑，以及它們相互間的聯(lián)結(jié)。2電力系統(tǒng)的接線圖三、電力系統(tǒng)的

6、基本參量和接線圖地理接線圖：主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所的地理位置，電力線路的路徑，以及它們相互間的聯(lián)結(jié)。2電力系統(tǒng)的接線圖電氣接線圖：主要顯示系統(tǒng)中某發(fā)電廠（變電所）內(nèi)的發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、電力線路等主要電機、電器、線路之間的電氣接線。三、電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖T210kVT1G1G2G3G4110kV220kV某發(fā)電廠的電氣主接線三、電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖地理接線圖：主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所的地理位置，電力線路的路徑，以及它們相互間的聯(lián)結(jié)。電氣接線圖：主要顯示系統(tǒng)中某發(fā)電廠（變電所）內(nèi)的發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、電力線路等主要電機、電器、線路之間的電氣接線。2電力

7、系統(tǒng)的接線圖宏觀微觀1.2 電力系統(tǒng)運行的特點和要求一、電能的優(yōu)點可以很方便地轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如光能、熱能、機械能、化學能等。便于生產(chǎn)、輸送、分配、使用，易于控制?？梢苑奖愕貙⒆匀唤绲囊淮文茉崔D(zhuǎn)化為電能，如煤、石油、天然氣、水能、核能、風能和太陽能等。二、電力系統(tǒng)運行的特點與國民經(jīng)濟各部門關(guān)系密切電能不能大量存儲電力系統(tǒng)各個部分不可分割過渡過程非常迅速對電能質(zhì)量要求嚴格三、對電力系統(tǒng)運行的基本要求保證可靠地持續(xù)供電保證良好的電能質(zhì)量提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性安全 優(yōu)質(zhì) 經(jīng)濟 環(huán)保三、對電力系統(tǒng)運行的基本要求1.保證可靠地持續(xù)供電電網(wǎng)規(guī)劃與建設電源與網(wǎng)架規(guī)劃、西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)等電網(wǎng)監(jiān)視與控制

8、SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SupervisoryControlAndDataAcquisition ）電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷（計劃檢修狀態(tài)檢修）負荷分級（一級、二級、三級），故障時，按負荷等級限電。三、對電力系統(tǒng)運行的基本要求負荷（一級 二級 三級）一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷。三、對電力系統(tǒng)運行的基本要求衡量電能質(zhì)量的基本指標：電壓質(zhì)量頻率質(zhì)量2.保證良好的電能質(zhì)量35kV及以上：5% 10kV及以上：7%0.2 0.5Hz主要指標

9、：電壓偏差、頻率偏差、諧波畸變率、三相不平衡度、電壓波動和閃變。原因：整流設備、電力機車、電弧爐、壓鋼機等非線性負荷和沖擊負荷造起系統(tǒng)諧波、不對稱、電壓波動等。三、對電力系統(tǒng)運行的基本要求考核電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性的指標：煤耗率生產(chǎn)一度電消耗的標準煤重，與鍋爐、汽輪機的特性及廠用電率有關(guān)。網(wǎng)損率電網(wǎng)中損耗電能與供應電能的百分比3.提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性三、對電力系統(tǒng)運行的基本要求環(huán)?；痣姀S裝機接近70 煤炭燃燒造成的污染 限制污染物的排放量提高供電可靠性，減少系統(tǒng)備用容量有利于削峰填谷，提高發(fā)電設備利用率合理利用動力資源，（水、火電互補）， 提高經(jīng)濟性采用高效率大容量機組，減小負荷波動對系統(tǒng)的影

10、響系統(tǒng)越大，抗干擾能力越強 四、電力系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)運行1.3 電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級一、電力系統(tǒng)的接線方式含義：發(fā)電廠、變電所（站）之間的接線方式。類型：無備用接線方式有備用接線方式一、電力系統(tǒng)的接線方式用戶只能從一個方向取得電源1.無備用接線方式優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、運行方便缺點：供電可靠性差 適用范圍：二級負荷放射式干線式鏈式一、電力系統(tǒng)的接線方式優(yōu)點：供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點：不經(jīng)濟 適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷用戶可以從多個方向取得電源2.有備用接線方式雙回路放射式雙回路干線式雙回路鏈式環(huán)式兩端供電二、電力系統(tǒng)的電壓等級電力系統(tǒng)的額定電壓等級電力系統(tǒng)各元件的額定電壓電力網(wǎng)電壓等級

11、的選擇二、電力系統(tǒng)的電壓等級1.電力系統(tǒng)的額定電壓等級根據(jù) S = UI ，當輸送功率一定時， 電壓高，電流小，材料投資少，絕緣投資大； 電壓低，電流大，絕緣投資少，材料投資大。為什么規(guī)定電壓等級？所以，輸送一定的功率有一個經(jīng)濟電壓。但不能任意確定線路電壓！二、電力系統(tǒng)的電壓等級我國規(guī)定的電力系統(tǒng)額定電壓等級（kV）：3、6、10、20、35、（60）、110、（154）、220、330、500、750、1000kV 交流線電壓有效值系統(tǒng)的額定電壓二、電力系統(tǒng)的電壓等級什么是額定電壓？電氣設備在此電壓下長期工作，效率和壽命最好為什么各種電氣設備的額定電壓不一樣?電壓損耗、電壓降落、各點電壓電壓

12、不相同2.電力系統(tǒng)各元件的額定電壓二、電力系統(tǒng)的電壓等級電力網(wǎng)絡中的電壓分布規(guī)定：線路的額定電壓等于線路的平均電壓，等于系統(tǒng)的額定電壓。規(guī)定：用電設備的額定電壓等于系統(tǒng)的額定電壓。規(guī)定：發(fā)電機的額定電壓比系統(tǒng)額定電壓高5%。二、電力系統(tǒng)的電壓等級 ；與發(fā)電機直接相連時，則與發(fā)電機相同。若變壓器漏抗很小、二次測與用電設備直接相連或電壓特別高時，其二次側(cè)額定電壓比線路僅高5。變壓器一次側(cè)：相當于用電設備 ，其額定電壓與系統(tǒng)相同變壓器額定電壓的規(guī)定變壓器二次側(cè)：相當于電源 ，其額定電壓應比系統(tǒng)高5% ，考慮變壓器內(nèi)部的電壓損耗(5%)，實際應比線路高10%。二、電力系統(tǒng)的電壓等級變壓器的抽頭（分接頭

13、）220kV升壓變壓器降壓變壓器？二、電力系統(tǒng)的電壓等級3.電力網(wǎng)電壓等級的選擇各級電壓架空線路的輸送能力二、電力系統(tǒng)的電壓等級(1)確定各設備額定電壓;(2)若T1工作于+2.5%抽頭, T2工作于主抽頭,T3工作于-5%抽頭,求各變壓器變比。10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV例題1.4 電力系統(tǒng)中性點的運行方式引言什么是中性點？三相電源或三相負載連接成星形時出現(xiàn)的一個公共點。ABCO什么是中性點接地方式？中性點與大地之間的電氣連接方式。中性點接地方式直接影響設備絕緣水平的選擇、過電壓水平及繼電保護方式、通訊干擾等。 為什么要研究中性點接地方式？接地？不

14、接地？1.中性點不接地正常運行分析：（1）線電壓與相電壓關(guān)系；（2）中性點電位；（3）對地電容電流與相電壓關(guān)系。1.中性點不接地單相（C相）接地分析：（1）中性點對地電位；（2）非接地相對地電位；（3）對地電容電流。（3）對地電容電流分析2.中性點經(jīng)消弧線圈接地補償方式過補（ILIc）欠補（IL30A； 10kV系統(tǒng)，接地電流20A；35-60kV系統(tǒng)，接地電流10A。三相四線制系統(tǒng)1.5 電力系統(tǒng)分析的含義及內(nèi)容電力系統(tǒng)分析的含義分析就是將研究對象的整體分為各個部分、方面、因素和層次，并分別地加以考察的認識活動。電力系統(tǒng)的組成：工業(yè)農(nóng)業(yè)商業(yè)生活各個元件的數(shù)學模型分析方法：整個系統(tǒng)的數(shù)學模型及

15、求解電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容穩(wěn)態(tài)分析暫態(tài)分析正常的、相對靜止的運行狀態(tài)從一種運行狀態(tài)向另一種運行狀態(tài)的過渡過程電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)的基本知識電力系統(tǒng)正常運行狀況的分析和計算電力系統(tǒng)正常運行時的控制與調(diào)整電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值網(wǎng)絡各個元件的數(shù)學模型整個系統(tǒng)的數(shù)學模型及求解手算機器算包括頻率調(diào)整和電壓調(diào)整電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容不考慮發(fā)電機內(nèi)部的過渡過程電力系統(tǒng)暫態(tài)分析波過程操作或雷擊時的過電壓（過程最短）電磁暫態(tài)過程與短路及勵磁有關(guān)(過程較短)機電暫態(tài)過程與動力系統(tǒng)有關(guān)(過程較長)涉及電壓、電流涉及功率、功角導致系統(tǒng)振蕩、穩(wěn)定性破壞、異步運行三相短路計算不對稱故障的分析與計算靜態(tài)穩(wěn)定暫

16、態(tài)穩(wěn)定高電壓技術(shù)本課程的內(nèi)容包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和部分電磁暫態(tài)分析：電力系統(tǒng)的基本概念電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學模型簡單電力系統(tǒng)的潮流計算與分析復雜電力系統(tǒng)潮流的計算機算法電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整電力系統(tǒng)三相短路分析與計算電力系統(tǒng)不對稱故障分析與計算第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章1.6 我國電力系統(tǒng)的發(fā)展一、我國電力工業(yè)發(fā)展史1882年，英國人成立上海光電公司，中國第一個發(fā)電廠，一臺12kW直流發(fā)電機。1911年，楊樹浦發(fā)電廠動工，1913年開始發(fā)電，到1924年，共有12臺發(fā)電機，裝機121MW。1954年，中國自行設計施工的第一條220kV

17、輸電線路(369km)建成，從豐滿水電站輸送電能到虎石臺變電所。中國輸電線路建設史上的一個里程碑。1972年，第一條330kV超高壓輸電線路建成，從劉家峽水電站至漢中，全長534公里。隨后330kV線路延伸到陜甘寧青4個省區(qū)，形成西北跨省聯(lián)合電網(wǎng)。一、我國電力工業(yè)發(fā)展史1981年，第一條500千伏超高壓輸電線路投入運行，從河南平頂山姚孟火電廠到湖北武昌鳳凰山變電所，使中國成為世界上第8個擁有500千伏超高壓輸電的國家。1989年，中國第一條500千伏直流輸電線路（葛洲壩上海，1080公里）建成投入運行，實現(xiàn)華中電力系統(tǒng)與華東電力系統(tǒng)互聯(lián)，形成中國第一個跨大區(qū)的聯(lián)合電力系統(tǒng)。2005年9月,西北

18、電網(wǎng)建成750kV青海官亭-甘肅蘭州線超高壓輸變電工程(140.7km)，中國輸電技術(shù)提高到一個新的水平。一、我國電力工業(yè)發(fā)展史2008年12月30日，我國首條1000kV（山西長治晉東南變電站河南南陽開關(guān)站湖北荊門變電站）投運，645km，實現(xiàn)華北和華中電網(wǎng)互連。2009年12月28日，我國首條800kV特高壓直流輸電線路（云南廣東）投運，5000MW，1437km。2010年7月8日，國網(wǎng)首條800kV特高壓直流輸電線路（向家壩-上海）投運，6400MW，1907km。二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀裝機容量：現(xiàn)居世界第一位。1980年以來中國發(fā)電設備裝機容量二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀年發(fā)電量：1980年以

19、來，平均年增長率9，現(xiàn)為世界第一位。1980年以來中國年發(fā)電量二、我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展 裝機容量 185 6587 8500 13789 21722 31900 50841 96641 萬kW 年發(fā)電量 43 3006 3950 6213 10069 13685 24747 42278 億kWh二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀最大單機容量最大火電機組：1100 MW（新疆農(nóng)六師煤電有限公司）1000 MW(華電國際鄒縣發(fā)電廠、華能玉環(huán)電廠)最大水電機組：800 MW（向家壩電廠）700 MW(三峽電廠)最大核電機組：1000 MW(百萬千瓦級)(大亞灣、嶺澳、田灣)二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀最大發(fā)電廠最

20、大火電廠：北侖電廠，5600MW + 21000 = 5000MW鄒縣電廠，4335 + 2600 + 21000 = 4540MW最大水電廠：三峽電廠(14+12(+6)700 MW = 18200(+4200)MW最大核電廠：秦山核電站（6546MW，9臺機組，最大的1080MW）二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀某火力發(fā)電廠外景二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀百萬千瓦機組汽輪機和發(fā)電機二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀百萬千瓦機組控制室二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀電壓等級、輸電線路長度和變電容量：電壓等級除西北地區(qū)以外交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV直流：500kV西北地區(qū)：750kV,330

21、kV,220kV,110kV,35kV,10kV截至2009年7月，220kV及以上輸電線路長度達到37.5萬公里，躍居世界第一位。2008年，220kV及以上變電容量13.9億kVA。二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀500kV變電站三相電力變壓器二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀500kV變電站配電裝置二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀500kV變電站線路二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀電網(wǎng)規(guī)模：華北、華東、華中、南方電網(wǎng)的裝機容量已超過1億kW (100GW)東北、西北電網(wǎng)的裝機容量也超過4000萬kW (40GW)二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀電網(wǎng)互聯(lián)1989年9月，500kVDC2001年5月，500kVAC2003年6月，500kVAC2003

22、年9月，500kVAC2004年6月， 500kVDC2005年6月，直流背靠背2008年底，1000kVAC二、我國電力工業(yè)現(xiàn)狀電網(wǎng)互聯(lián)北部電網(wǎng)中部電網(wǎng)南部聯(lián)合電網(wǎng)局部互聯(lián)西電東送南北互供三、近代電力系統(tǒng)的特點輸電電壓、輸送距離、輸送功率千百倍的增長；電源結(jié)構(gòu)、負荷成份呈現(xiàn)多樣性；運行管理高度自動化；交流輸電與直流輸電并存。三、近代電力系統(tǒng)的特點遠距離大容量輸電是提高輸電電壓的動力三、近代電力系統(tǒng)的特點特高壓的定義：習慣上，110220kV為高壓， 330750kV為超高壓， 1000kV及以上為特高壓。特高壓的研究與應用：20世紀60年代國際上開始特高壓輸電的研究。1985年蘇聯(lián)1228k

23、m的1150kV，但至今運行于500kV。20世紀90年代日本426km的1000kV，至今運行于500kV。目前國際上實際投運的最高電壓等級750kV(加、美、俄、巴西、南非等國）。2008年我國首條1000kV（山西長治晉東南河南南陽湖北荊門）投運，645km，實現(xiàn)華北和華中電網(wǎng)互連。三、近代電力系統(tǒng)的特點靈活輸電又稱柔性輸電可以很靈活的調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率，國外已有較廣泛應用。直流輸電與靈活交流輸電（FACTS）四、我國電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)和國際互聯(lián)1.2020年前后，隨著長江和黃河上游以及瀾滄江、紅水河上一系列大型水電站的開發(fā)，西部和北部大型火電廠和沿海核電站的建設，以及一大批長距離、

24、大容量輸電工程的實施，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進一步加強，真正形成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電網(wǎng)。2.在全國統(tǒng)一電網(wǎng)中充分實現(xiàn)西部水電東送，北部火電南送的能源優(yōu)化配置。3.此外，北與俄羅斯、南與泰國之間也可能實現(xiàn)周邊電網(wǎng)互聯(lián)和能源優(yōu)勢互補。四、我國電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃西電東送三大通道：南部通道：將貴州烏江、云南瀾滄江和桂、滇、黔三省區(qū)交界的南盤江、北盤江、紅水河水電站，以及云南和貴州坑口火火電廠開發(fā)出來送往廣東。中部通道：將金沙江干支流（雅礱江、大渡河）水電站開發(fā)出來送往華東地區(qū)。北部通道：將黃河上游水電站和山西、蒙西地區(qū)坑口火電廠開發(fā)出來送往京津唐地區(qū)。四、我國電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃2020年西電東送方案500kv220kv330kv火電廠水電廠核電廠變電站京津唐長江三角洲珠江三角洲傳輸功率1.2億千瓦讀一本好書，就是和許多高尚的人談話。-歌德書籍是人類知識的總結(jié)。書籍是全世界的營養(yǎng)品。-莎士比亞書籍是巨大的力量。-列寧好的書籍是最貴重的珍寶。-別林斯基任何時候我也不會滿足，越是多讀書，就越是深刻地感到不滿足，越感到自己知識貧乏。-馬克思書籍便是這種改造靈魂的