《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(shù)高效低損耗傳輸電能的關(guān)鍵課程概述課程目標(biāo)掌握交流輸電系統(tǒng)基本原理學(xué)習(xí)內(nèi)容基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用重點(diǎn)難點(diǎn)交流輸電系統(tǒng)發(fā)展歷史1早期電力系統(tǒng)愛(ài)迪生直流系統(tǒng)局限性2交流vs直流之爭(zhēng)特斯拉與愛(ài)迪生的戰(zhàn)爭(zhēng)3現(xiàn)代交流系統(tǒng)形成西屋公司推動(dòng)規(guī)?；瘧?yīng)用交流輸電的優(yōu)勢(shì)電壓變換便利性通過(guò)變壓器輕松升降電壓長(zhǎng)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(luò)化結(jié)構(gòu)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(shí)間相位同頻率波形間時(shí)間或角度差異交流電的數(shù)學(xué)表示時(shí)域表示i(t)=Imsin(ωt+φ)相量表示I=Im∠φ復(fù)數(shù)表示I=Ire+jIim交流電路基礎(chǔ)電阻消耗有功功率電感儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量電容儲(chǔ)存電場(chǎng)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(chǔ)三相系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)功率恒定，傳輸效率高Y接有中性點(diǎn)，相電壓為線電壓的1/√3Δ接無(wú)中性點(diǎn)，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(jì)算P=√3·UL·IL·cosφ對(duì)稱分量法非對(duì)稱系統(tǒng)分析工具輸電線路參數(shù)電阻導(dǎo)致能量損耗電感導(dǎo)致電壓降和無(wú)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(zhǎng)度<80km，只考慮電阻和電感2中線等效80-240km，π型等效3長(zhǎng)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(fèi)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(dòng)下系統(tǒng)恢復(fù)平衡能力動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性大擾動(dòng)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(yùn)行能力潮流計(jì)算基礎(chǔ)n節(jié)點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)規(guī)模Y導(dǎo)納矩陣描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?n-1方程數(shù)平衡節(jié)點(diǎn)數(shù)的方程數(shù)量電壓調(diào)節(jié)提高電壓質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)輸電線路的保護(hù)過(guò)電流保護(hù)基于電流幅值的簡(jiǎn)單保護(hù)距離保護(hù)基于阻抗測(cè)量的定位保護(hù)差動(dòng)保護(hù)比較進(jìn)出電流差值避雷器原理雷電過(guò)電壓瞬時(shí)高壓可達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏危害設(shè)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(gòu)成主變壓器開關(guān)設(shè)備母線系統(tǒng)保護(hù)裝置輔助設(shè)施變壓器原理電磁感應(yīng)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(yùn)行并聯(lián)條件負(fù)荷分配并聯(lián)優(yōu)勢(shì)相同變比按容量比例提高可靠性相同阻抗阻抗越小負(fù)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(yīng)形成條件表面電場(chǎng)強(qiáng)度>空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)電暈損耗與電壓平方、頻率成正比抑制措施增大導(dǎo)線直徑或分裂導(dǎo)線輸電線路的機(jī)械特性導(dǎo)線弧垂懸鏈線方程描述與溫度、荷載相關(guān)張力計(jì)算考慮安全系數(shù)防止過(guò)度拉伸氣象條件影響冰雪增加重量風(fēng)力增加橫向載荷架空輸電線路設(shè)計(jì)桿塔選型干字型、貓頭型、緊湊型絕緣子選擇盤形、棒形、復(fù)合絕緣子導(dǎo)線選擇鋼芯鋁絞線、展絞線、光纖復(fù)合電纜輸電技術(shù)電纜結(jié)構(gòu)導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層、外護(hù)套敷設(shè)方式直埋、管道、隧道、水下優(yōu)缺點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)：美觀、安全缺點(diǎn)：造價(jià)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(duì)比長(zhǎng)距離更經(jīng)濟(jì)2應(yīng)用場(chǎng)景海底、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)3關(guān)鍵設(shè)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(yīng)調(diào)節(jié)設(shè)備類型SVC、STATCOM、TCSC工作原理功率電子技術(shù)控制阻抗智能電網(wǎng)技術(shù)傳統(tǒng)電網(wǎng)單向流動(dòng)，被動(dòng)控制智能電網(wǎng)雙向流動(dòng)，主動(dòng)控制未來(lái)電網(wǎng)自愈，高度數(shù)字化輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)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(shí)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(fù)時(shí)間衡量故障修復(fù)能力電力系統(tǒng)故障分析單相接地最常見(jiàn)故障相間短路嚴(yán)重影響系統(tǒng)短路計(jì)算確定保護(hù)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(cè)振蕩監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速或頻率偏差信號(hào)處理滯后-超前補(bǔ)償調(diào)節(jié)勵(lì)磁提供附加控制信號(hào)大電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)互聯(lián)優(yōu)勢(shì)資源共享，提高可靠性技術(shù)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(wú)功補(bǔ)償并聯(lián)補(bǔ)償電容器組、SVC、STATCOM串聯(lián)補(bǔ)償減小線路等效電抗動(dòng)態(tài)補(bǔ)償根據(jù)負(fù)荷變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)的諧波問(wèn)題諧波來(lái)源非線性負(fù)載功率電子設(shè)備諧波影響設(shè)備過(guò)熱保護(hù)誤動(dòng)抑制措施無(wú)源濾波器有源濾波器輸電系統(tǒng)的過(guò)電壓保護(hù)雷電過(guò)電壓避雷器、避雷針操作過(guò)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(jì)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(wú)功功率平衡自動(dòng)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(biāo)電壓偏差、頻率偏差、諧波影響因素負(fù)荷特性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作方式改善措施濾波器、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、降低阻抗輸電系統(tǒng)的損耗分析導(dǎo)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(jì)評(píng)價(jià)IRR內(nèi)部收益率項(xiàng)目盈利能力NPV凈現(xiàn)值考慮時(shí)間價(jià)值B/C效益成本比投資效率指標(biāo)輸電系統(tǒng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)間序列法和回歸分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化可靠性與經(jīng)濟(jì)性平衡多目標(biāo)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(zhǔn)則單一元件故障系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行安全約束熱極限、穩(wěn)定極限、電壓極限預(yù)防控制切機(jī)、切負(fù)荷、系統(tǒng)分裂輸電系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)采集測(cè)量值電壓、電流、功率1建立模型加權(quán)最小二乘法2迭代計(jì)算牛頓-拉夫遜法3壞數(shù)據(jù)檢測(cè)殘差分析4輸電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控新能源并網(wǎng)技術(shù)完全融合能源互聯(lián)網(wǎng)2儲(chǔ)能支撐平滑波動(dòng)智能控制預(yù)測(cè)和調(diào)度電力市場(chǎng)與輸電系統(tǒng)電力市場(chǎng)模式集中式、分散式輸電價(jià)格機(jī)制郵票法、節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格阻塞管理輸電權(quán)拍賣、重新調(diào)度輸電資產(chǎn)管理設(shè)備壽命評(píng)估狀態(tài)監(jiān)測(cè)和老化分析維護(hù)策略預(yù)防性、狀態(tài)性、可靠性維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)管理故障概率與后果評(píng)估輸電系統(tǒng)的環(huán)境影響電磁場(chǎng)效應(yīng)健康影響尚無(wú)定論遵循防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)視覺(jué)影響景觀破壞采用美學(xué)設(shè)計(jì)生態(tài)保護(hù)鳥類保護(hù)措施植被管理輸電系統(tǒng)的應(yīng)急管理1預(yù)防階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)案制定2響應(yīng)階段故障隔離和應(yīng)急處置3恢復(fù)階段系統(tǒng)重建和電網(wǎng)恢復(fù)4總結(jié)階段事故分析和經(jīng)驗(yàn)吸取特高壓輸電技術(shù)1000kV交流特高壓世界領(lǐng)先電壓等級(jí)±800kV直流特高壓超遠(yuǎn)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(zhuǎn)型數(shù)字孿生虛擬鏡像實(shí)時(shí)模擬人工智能應(yīng)用故障預(yù)測(cè)和智能調(diào)度大數(shù)據(jù)分析挖掘運(yùn)行規(guī)律優(yōu)化決策輸電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全威脅分析內(nèi)外部攻擊風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)措施縱深防御體系監(jiān)測(cè)響應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和快速處置安全標(biāo)準(zhǔn)IEC62351等輸電系統(tǒng)的氣候適應(yīng)性極端天氣冰雪災(zāi)害加固技術(shù)洪澇災(zāi)害防洪排澇措施高溫干旱防山火設(shè)計(jì)輸電系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)超導(dǎo)輸電零電阻，大容量無(wú)線電力傳輸微波或激光傳能海底輸電柔性直流技術(shù)輸電系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)分類主要內(nèi)容代表標(biāo)準(zhǔn)IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備技術(shù)要求IEC60076IEEE標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范IEEE1547國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)本地化技術(shù)要求GB50227輸電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)更高電壓等級(jí)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(shù)低碳材料和無(wú)污染設(shè)計(jì)