《電力系統(tǒng)分析基礎》第1章.ppt

電力系統(tǒng)分析PowerSystemAnalysisBasis（一）,主講人：肖宇,1.傳統(tǒng)的課程劃分,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析正常的、相對靜止的運行狀態(tài),電力系統(tǒng)暫態(tài)分析從一種運行狀態(tài)向另一種運行狀態(tài)的過渡過程,課程介紹,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,電力系統(tǒng)的基本知識和等值網(wǎng)絡,電力系統(tǒng)正常運行狀況的分析和計算,電力系統(tǒng)有功功率頻率、無功功率電壓的控制與調整,課程介紹,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(過程較短),機電暫態(tài)過程與動力系統(tǒng)有關(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,短路計算,對稱分量法及序網(wǎng)概念,不對稱故障的分析與計算,靜穩(wěn),暫穩(wěn),課程介紹,高電壓技術,2.電力系統(tǒng)分析基礎-改革后的電力系的平臺課程,主要學習電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和短路分析知識,電力系統(tǒng)的基本概念發(fā)、輸、變、配。（8學時）,電力網(wǎng)元件參數(shù)及等值電路物理元件的數(shù)學模型（8學時）,簡單電力網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分析與計算功率流動、手工潮流計算（8學時）,課程介紹,電力系統(tǒng)潮流的計算機算法潮流計算的基本原理、數(shù)學模型、求解方法和計算程序框圖。（8學時）,有功最優(yōu)分配及頻率控制如何保證低損耗、高回收（6學時）,無功功率及電壓調整如何使無功合理分布使功率損耗最?。?學時）,短路電流分析與計算三相短路及不對稱故障計算（20學時）,課程介紹,3、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,1、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,2、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,教材,1、先修課程：電路，電機學,2、聽課為主，自學為輔,如何學習這門課程,4、及時、獨立的完成作業(yè),5、理解基本概念，不要死記硬背,6、多翻閱電網(wǎng)技術、電力系統(tǒng)自動化等期刊，了解新概念，專業(yè)領域的成果和分析。,3、看書23遍,第一章電力系統(tǒng)的基本概念,1、電力系統(tǒng)的概念和組成2、對電力系統(tǒng)運行的基本要求3、電力系統(tǒng)的電壓等級4、電力系統(tǒng)的接線方式和中性點接地5、電力系統(tǒng)的負荷,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,一、基本概念,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、電力網(wǎng)和用電設備組成。（2）電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分。（3）動力系統(tǒng)：動力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。幾個基本參量(1)總裝機容量:指該系統(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）為單位計。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,年發(fā)電量指該系統(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）為單位計。,最大負荷指規(guī)定時間內，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。,額定頻率按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。,最高電壓等級是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,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。,電氣接線圖主要顯示系統(tǒng)中發(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。,從調度、管理、控制的角度看,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,二、電力工業(yè)的發(fā)展史,1、高壓輸電的出現(xiàn)與電壓等級的提高1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應定律，為發(fā)電機的發(fā)明打下了基礎1882年，愛迪生小型電力系統(tǒng)（pearlstreetpowerstation），6臺直流發(fā)電機，16km，59個用戶，電壓：直流110V。1885年，制成變壓器，為實現(xiàn)交流輸電奠定了基礎1890年，英國從Deptford到倫敦11km的10kV線路（第一條高壓交流電力線路）1891年，德國從Lauffen到法蘭克福170km的15kV線路（第一條三相交流輸電線路）,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,遠距離大容量輸電是提高輸電電壓的動力。,2、特高壓（1000kV及以上）輸電的出現(xiàn)與展望習慣上，110220kV為高壓，330750kV為超高壓，1000kV及以上為特高壓。20世紀60年代國際上開始特高壓輸電的研究1985年蘇聯(lián)1228km的1150kV,但至今運行于500kV20世紀90年代日本426km的1000kV，但至今運行于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）我國西北電網(wǎng)750kV（青海官亭甘肅蘭州），2005年投運2009年我國首條1000kV（山西長治晉東南變電站南陽湖北荊門變電站）投運，645km，實現(xiàn)華北和華中電網(wǎng)互連,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,3、直流輸電線路、高自然功率的緊湊型線路以及靈活交流輸電（FACTS）等多種多樣輸電新技術的研究也取得很大進展，有的已進入工程實踐。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,高自然功率的緊湊型輸電線路（俄羅斯、巴西），我國500kV緊湊型輸電線路北京昌平到房山。靈活輸電又稱柔性輸電可以很靈活的調節(jié)電網(wǎng)功率，國外已有較廣泛應用。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,三、我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展史,1、基本發(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輸電線路（369km）建成，從豐滿水電站輸送電能到虎石臺變電所。這是中國輸電線路建設史上的一個里程碑。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,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)。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)。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,2005年9月,西北電網(wǎng)建成750kV青海官亭-甘肅蘭州線超高壓輸變電工程（140.7km），中國輸電技術提高到了一個新的水平.2008年12月30日，我國首條1000kV（山西長治晉東南變電站南陽湖北荊門變電站）投運，645km，實現(xiàn)華北和華中電網(wǎng)互連。800kV特高壓直流輸電線路（向家壩上海）正在建設中。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,2、中國電力工業(yè)的現(xiàn)狀年發(fā)電量：1980年以來，平均年增長率9，現(xiàn)為世界第二位。,表41980年以來中國年發(fā)電量,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,裝機容量：現(xiàn)居世界第二位。,表51980年以來中國發(fā)電設備裝機容量,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,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,330kV,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。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,電網(wǎng)規(guī)模不斷壯大：我國現(xiàn)有發(fā)電裝機容量在2000MW以上的電力網(wǎng)11個，其中東北、華北、華東、華中區(qū)域電網(wǎng)裝機容量均超過30000MW，華東、華中電網(wǎng)甚至超過40000MW，西北電網(wǎng)的裝機容量也達到20000MW。,3000MW,2500MW,7200MW,3000MW,9000MW,10000MW,1800MW,2000MW,HydroPowerBase,ThermalBase,AC,RegionalGridsInterconnectionin2005,DC,全國聯(lián)網(wǎng)基本建成：,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,2010年前后，建成以三峽電網(wǎng)為中心連接華中、華東、川渝的中部電網(wǎng)；華北、東北、西北三個電網(wǎng)互聯(lián)形成的北部電網(wǎng)；以及云、貴、廣西、廣東4省區(qū)的南部聯(lián)合電網(wǎng)。同時，加快北、中、南三大電網(wǎng)之間實現(xiàn)局部互聯(lián)：華北華中加強聯(lián)網(wǎng)、華中西北聯(lián)網(wǎng)、川渝西北聯(lián)網(wǎng)、華東華北聯(lián)網(wǎng)、川黔聯(lián)網(wǎng)等跨區(qū)電網(wǎng)工程建設，實現(xiàn)西電東送、南北互供，初步形成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電網(wǎng)的格局，實現(xiàn)全國范圍內的資源優(yōu)化配置，滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和全面建設小康社會的要求。,3000MW,2500MW,7200MW,3000MW,9000MW,10000MW,1800MW,2000MW,HydroPowerBase,ThermalBase,RegionalGridsInterconnectionin2010,DC,PossibleInternationalconnection,AC,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,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、大容量輸電工程的實施，電網(wǎng)結構進一步加強，真正形成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電網(wǎng)。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。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。,3000MW,2500MW,7200MW,3000MW,9000MW,10000MW,1800MW,2000MW,HydroPowerBase,ThermalBase,AC,RegionalGridsInterconnectionin2015-2020,DC,PossibleInternationalconnection,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)。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,電力系統(tǒng)為什么要互聯(lián)并網(wǎng)運行呢？,1.采用高效率大容量機組減少備用容量最大單機容量最大發(fā)電廠2.合理利用動力資源水、火電互補3.提高供電可靠性系統(tǒng)越大，抗干擾能力越強4.提高運行的經(jīng)濟性裝高效率大容量機組、合理利用動力資源、合理分配負荷、削峰填谷。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,我國最大單機容量,最大火電機組：1000MW（浙江華能玉環(huán)電廠，上海外高橋第二發(fā)電廠900MW）最大水電機組：700MW（三峽電廠）（葛洲壩水電廠320MW）最大核電機組：1060MW（江蘇田灣核電廠),1.1電力系統(tǒng)的基本概念,我國最大發(fā)電廠,最大火電廠：北侖港電廠，5600MW最大水電廠：三峽電廠26700MW（二灘水電廠6550MW，溪洛渡水電站8700MW）最大核電廠：秦山（300+2600+2700MW）,(大亞灣290萬KW,江蘇田灣21060MW,浙江三門、廣東陽江21000MW)最大抽水蓄能電廠：廣東抽水蓄能電廠8300MW,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,機構改革初顯成效：2002年12月，中國電力工業(yè)新機構為適應市場發(fā)展應運而生，成立了兩家電網(wǎng)公司、5家發(fā)電集團公司和4家輔業(yè)集團公司；2003年2月，國家電力監(jiān)管委員會宣告成立。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,缺電問題：1970年以來出現(xiàn)缺電問題1998年低用電水平下基本實現(xiàn)了電力的供需平衡2001電力再度短缺原因：（1）電力工業(yè)跟不上國民經(jīng)濟的發(fā)展速度是造成缺電的重要原因,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,（2）電網(wǎng)的瓶頸制約，網(wǎng)絡輸送能力不足，輸配電“卡脖子”問題嚴重，制約了電力供應。發(fā)電、輸電、配電比例：美國1:0.43:0.7，日本1:0.47:0.68，英國1:0.45:0.78，我國1:0.21:0.12（3）發(fā)電機組出力不足（水電來水不足，火電電煤緊張）（4）經(jīng)濟快速增長帶動用電需求高漲（5）居民用電被激活（6）高耗能行業(yè)發(fā)展迅速,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,展望：我國電力工業(yè)進入了新一輪的快速發(fā)展期形成以大型清潔高效燃煤發(fā)電、大型水電、大型核電、多種形式的可再生能源發(fā)電和分布式電源構成的多元化發(fā)電結構。形成以特/超高壓交直流輸電為骨干，區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)，各級電壓電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)。,1.1電力系統(tǒng)的基本概念,目前電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的比較,1.2電力系統(tǒng)運行特點及基本要求,特點電能不能大量儲存暫態(tài)過程非常短促（30萬KM/S）與國民經(jīng)濟及日常生活關系密切,要求安全優(yōu)質經(jīng)濟環(huán)保,安全：保證可靠的供電措施電源與電網(wǎng)的建設（西電東送全國聯(lián)網(wǎng)）SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SupervisoryControlAndDataAcquisition）設備檢修（計劃檢修狀態(tài)檢修）人員素質,1.2電力系統(tǒng)運行特點及基本要求,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。,1.2電力系統(tǒng)運行特點及基本要求,優(yōu)質指標,電壓：35kV5%10kV7%(無功功率）,頻率：0.2（3000mw)0.5Hz(3000MW）（有功功率）,諧波：電力電子裝置，非線性負荷,1.2電力系統(tǒng)運行特點及基本要求,經(jīng)濟,EX:一臺600MW火電機組，年利用小時6000h，煤耗率320g/kW.h，煤價：300元/噸。Sol：年發(fā)電量：600000kW6000h36億kW.h需標煤：36億kW.h320g/kW.h115.2萬噸標煤燃料費：115.2萬噸300元/噸34560萬元1%節(jié)約：燃料：1.152萬噸標煤燃料費：345.6萬元,廠用電率,網(wǎng)損,煤耗率（水耗率）,1.2電力系統(tǒng)運行特點及基本要求,環(huán)?；痣姀S裝機70煤炭燃燒造成的污染限制污染物的排放量,1.2電力系統(tǒng)運行特點及基本要求,1、無備用,圖1-5無備用接線方式（a）放射式（b）干線式樣（c）鏈式,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,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,2、有備用,圖1-6有備用接線方式（a）放射式樣（b）干線式（c）鏈式（d）環(huán)式（e）兩端供電網(wǎng)絡,1.3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級,優(yōu)點：供電可靠性和電壓質量高缺點：不經(jīng)濟適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷,1.3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級,1.電力系統(tǒng)的額定電壓等級,二.電力系統(tǒng)的標準電壓,標稱電壓,經(jīng)濟電壓：,電壓高，損耗小,絕緣水平高，投資大,制定標準電壓，以便實現(xiàn)互聯(lián),最高電壓：正常運行時，系統(tǒng)中出現(xiàn)的電壓最高值,1.3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級,2.電氣設備的額定電壓(發(fā)電機,變壓器,線路，用電設備),最高電壓：考慮設備的絕緣性能確定的最高運行電壓值,額定電壓：電氣設備在此電壓下長期工作，效率和壽命最好,同一標稱電壓下，不同電氣設備的額定電壓是不同的,用電設備:等于系統(tǒng)的額定電壓線路:等于系統(tǒng)的額定電壓發(fā)電機：規(guī)定比系統(tǒng)的額定電壓高5%變壓器一次側：相當于用電設備，其額定電壓與系統(tǒng)相同；與發(fā)電機直接相連時，則與發(fā)電機相同二次側：相當于電源，其額定電壓應比系統(tǒng)高5%，考慮變壓器內部的電壓損耗（5%），實際應定為比線路高10;漏抗很小、與電動機直接相連時或電壓特別高時，比線路高5。,電氣設備的額定電壓,用線電壓表示的抽頭額定電壓,220kV,升壓變壓器,降壓變壓器,？,1.3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級,3.電力輸送中電壓與輸送容量的關系,各級電壓架空線路的輸送能力,典型例題:(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,求個變壓器變比.,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,三、三相電力系統(tǒng)中性點運行方式,發(fā)電機定子繞組Y聯(lián)結的中性點：一種是不接地另一種是為了防護定子繞組過電壓而采用經(jīng)過避雷器接地。避雷器內部有氣隙，所以正常運行和不接地一樣。變壓器Y接法線圈的中性點：不接地，1035kV系統(tǒng)多屬這類情況。消弧線圈接地，即經(jīng)過一個線性電抗線圈接地，1060kV系統(tǒng)有這種方式。直接接地，110kV及以上電壓系統(tǒng)和380220V三相四線低壓系統(tǒng)都屬這類情況。,1.中性點不接地系統(tǒng),正常運行,分析：（1）線電壓與相電壓關系；（2）中性點電位；（3）對地電容電流與相電壓關系,1.中性點不接地系統(tǒng),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,中性點經(jīng)消弧線圈接地的應用,3-6kV電力網(wǎng)(接地電流30A)10kV電力網(wǎng)(接地電流20A)35-60kV電力網(wǎng)(接地電流