《交流輸電基本原理》課件

交流輸電基本原理電力系統(tǒng)中傳輸電能的核心技術高效低損耗傳輸電能的關鍵課程概述課程目標掌握交流輸電系統(tǒng)基本原理學習內(nèi)容基礎理論到實際應用重點難點交流輸電系統(tǒng)發(fā)展歷史1早期電力系統(tǒng)愛迪生直流系統(tǒng)局限性2交流vs直流之爭特斯拉與愛迪生的戰(zhàn)爭3現(xiàn)代交流系統(tǒng)形成西屋公司推動規(guī)?；瘧媒涣鬏旊姷膬?yōu)勢電壓變換便利性通過變壓器輕松升降電壓長距離傳輸能力高壓低電流減少損耗系統(tǒng)靈活可靠性網(wǎng)絡化結構提高供電可靠性交流電的基本概念正弦交流電周期性變化的電流方向和大小頻率和周期每秒振蕩次數(shù)和完成一次振蕩時間相位同頻率波形間時間或角度差異交流電的數(shù)學表示時域表示i(t)=Imsin(ωt+φ)相量表示I=Im∠φ復數(shù)表示I=Ire+jIim交流電路基礎電阻消耗有功功率電感儲存磁場能量電容儲存電場能量功率因數(shù)有功功率與視在功率比值三相系統(tǒng)基礎三相系統(tǒng)優(yōu)勢功率恒定，傳輸效率高Y接有中性點，相電壓為線電壓的1/√3Δ接無中性點，相電流為線電流的1/√3三相平衡系統(tǒng)相量圖三相電壓相位差120°功率計算P=√3·UL·IL·cosφ對稱分量法非對稱系統(tǒng)分析工具輸電線路參數(shù)電阻導致能量損耗電感導致電壓降和無功消耗電容產(chǎn)生充電電流和電壓升高輸電線路等效電路1短線等效長度<80km，只考慮電阻和電感2中線等效80-240km，π型等效3長線等效>240km，分布參數(shù)模型輸電線路的穩(wěn)態(tài)分析功率方程P=(U1U2/X)sinδ電壓分布費倫梯圖表示沿線電壓變化功率損耗與電流平方和電阻成正比輸電線路的穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定性小擾動下系統(tǒng)恢復平衡能力動態(tài)穩(wěn)定性大擾動后系統(tǒng)保持同步能力暫態(tài)穩(wěn)定性故障后系統(tǒng)維持運行能力潮流計算基礎n節(jié)點數(shù)系統(tǒng)規(guī)模Y導納矩陣描述網(wǎng)絡拓撲2n-1方程數(shù)平衡節(jié)點數(shù)的方程數(shù)量電壓調(diào)節(jié)提高電壓質(zhì)量的關鍵技術輸電線路的保護過電流保護基于電流幅值的簡單保護距離保護基于阻抗測量的定位保護差動保護比較進出電流差值避雷器原理雷電過電壓瞬時高壓可達數(shù)百萬伏危害設備絕緣避雷器類型氧化鋅避雷器避雷針/線工作原理非線性電阻特性提供低阻抗泄放通道變電站基本構成主變壓器開關設備母線系統(tǒng)保護裝置輔助設施變壓器原理電磁感應法拉第定律等效電路T型或Γ型三相變壓器星形或三角形連接變壓器并聯(lián)運行并聯(lián)條件負荷分配并聯(lián)優(yōu)勢相同變比按容量比例提高可靠性相同阻抗阻抗越小負荷越多增加供電能力相同接線組別避免環(huán)流靈活調(diào)節(jié)容量輸電線路的電暈效應形成條件表面電場強度>空氣擊穿場強電暈損耗與電壓平方、頻率成正比抑制措施增大導線直徑或分裂導線輸電線路的機械特性導線弧垂懸鏈線方程描述與溫度、荷載相關張力計算考慮安全系數(shù)防止過度拉伸氣象條件影響冰雪增加重量風力增加橫向載荷架空輸電線路設計桿塔選型干字型、貓頭型、緊湊型絕緣子選擇盤形、棒形、復合絕緣子導線選擇鋼芯鋁絞線、展絞線、光纖復合電纜輸電技術電纜結構導體、絕緣層、屏蔽層、外護套敷設方式直埋、管道、隧道、水下優(yōu)缺點分析優(yōu)點：美觀、安全缺點：造價高、散熱差高壓直流輸電（HVDC）HVDC原理交-直-交變換傳輸1交流對比長距離更經(jīng)濟2應用場景海底、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)3關鍵設備換流閥、濾波器4柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）控制靈活性快速響應調(diào)節(jié)設備類型SVC、STATCOM、TCSC工作原理功率電子技術控制阻抗智能電網(wǎng)技術傳統(tǒng)電網(wǎng)單向流動，被動控制智能電網(wǎng)雙向流動，主動控制未來電網(wǎng)自愈，高度數(shù)字化輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟運行負荷率發(fā)電成本輸電損耗輸電系統(tǒng)的可靠性分析SAIDI平均中斷時間衡量供電連續(xù)性SAIFI平均中斷頻率衡量故障頻次CAIDI平均恢復時間衡量故障修復能力電力系統(tǒng)故障分析單相接地最常見故障相間短路嚴重影響系統(tǒng)短路計算確定保護整定值故障定位行波法和阻抗法電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）檢測振蕩監(jiān)測轉速或頻率偏差信號處理滯后-超前補償調(diào)節(jié)勵磁提供附加控制信號大電網(wǎng)互聯(lián)技術互聯(lián)優(yōu)勢資源共享，提高可靠性技術挑戰(zhàn)穩(wěn)定性控制，協(xié)調(diào)難度大控制策略分層分區(qū)控制，協(xié)調(diào)優(yōu)化輸電線路的無功補償并聯(lián)補償電容器組、SVC、STATCOM串聯(lián)補償減小線路等效電抗動態(tài)補償根據(jù)負荷變化實時調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)的諧波問題諧波來源非線性負載功率電子設備諧波影響設備過熱保護誤動抑制措施無源濾波器有源濾波器輸電系統(tǒng)的過電壓保護雷電過電壓避雷器、避雷針操作過電壓阻尼電阻、分相操作鐵磁諧振防止輕載線路并列輸電線路的載流量計算輸電系統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)壓頻率控制調(diào)節(jié)有功功率平衡2電壓控制調(diào)節(jié)無功功率平衡自動控制系統(tǒng)AGC和AVC協(xié)調(diào)配合輸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量電能質(zhì)量指標電壓偏差、頻率偏差、諧波影響因素負荷特性、系統(tǒng)結構、操作方式改善措施濾波器、動態(tài)補償、降低阻抗輸電系統(tǒng)的損耗分析導線損耗變壓器損耗電暈損耗其他損耗輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟評價IRR內(nèi)部收益率項目盈利能力NPV凈現(xiàn)值考慮時間價值B/C效益成本比投資效率指標輸電系統(tǒng)規(guī)劃負荷預測時間序列法和回歸分析網(wǎng)絡拓撲優(yōu)化可靠性與經(jīng)濟性平衡多目標規(guī)劃投資、損耗、可靠性協(xié)調(diào)輸電系統(tǒng)的安全分析N-1準則單一元件故障系統(tǒng)仍可正常運行安全約束熱極限、穩(wěn)定極限、電壓極限預防控制切機、切負荷、系統(tǒng)分裂輸電系統(tǒng)的狀態(tài)估計采集測量值電壓、電流、功率1建立模型加權最小二乘法2迭代計算牛頓-拉夫遜法3壞數(shù)據(jù)檢測殘差分析4輸電系統(tǒng)的實時監(jiān)控新能源并網(wǎng)技術完全融合能源互聯(lián)網(wǎng)2儲能支撐平滑波動智能控制預測和調(diào)度電力市場與輸電系統(tǒng)電力市場模式集中式、分散式輸電價格機制郵票法、節(jié)點邊際價格阻塞管理輸電權拍賣、重新調(diào)度輸電資產(chǎn)管理設備壽命評估狀態(tài)監(jiān)測和老化分析維護策略預防性、狀態(tài)性、可靠性維護風險管理故障概率與后果評估輸電系統(tǒng)的環(huán)境影響電磁場效應健康影響尚無定論遵循防護標準視覺影響景觀破壞采用美學設計生態(tài)保護鳥類保護措施植被管理輸電系統(tǒng)的應急管理1預防階段風險評估和預案制定2響應階段故障隔離和應急處置3恢復階段系統(tǒng)重建和電網(wǎng)恢復4總結階段事故分析和經(jīng)驗吸取特高壓輸電技術1000kV交流特高壓世界領先電壓等級±800kV直流特高壓超遠距離輸電10000MW輸送容量單回路最大功率輸電系統(tǒng)的數(shù)字化轉型數(shù)字孿生虛擬鏡像實時模擬人工智能應用故障預測和智能調(diào)度大數(shù)據(jù)分析挖掘運行規(guī)律優(yōu)化決策輸電系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全威脅分析內(nèi)外部攻擊風險防護措施縱深防御體系監(jiān)測響應實時監(jiān)控和快速處置安全標準IEC62351等輸電系統(tǒng)的氣候適應性極端天氣冰雪災害加固技術洪澇災害防洪排澇措施高溫干旱防山火設計輸電系統(tǒng)的創(chuàng)新技術超導輸電零電阻，大容量無線電力傳輸微波或激光傳能海底輸電柔性直流技術輸電系統(tǒng)的國際標準標準分類主要內(nèi)容代表標準IEC標準設備技術要求IEC60076IEEE標準系統(tǒng)運行規(guī)范IEEE1547國家標準本地化技術要求GB50227輸電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢更高電壓等級向1100kV及以上發(fā)展更智能化控制自主決策和自愈能力更環(huán)保技術低碳材料和無污染設計