电力系统分析第一章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统分析基础,Power System Analysis Basis,（一）,主讲人：栗然,1,.,传统的课程划分,电力系统稳态分析,正常的、相对静止的 运行状态,电力系统暂态分析,从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程,课程介绍,电力系统稳态分析,电力系统的基本知识和等值网络,电力系统正常运行状况的分析和计算,电力系统有功功率,频率、无功功率,电压的控制与调整,课程介绍,电力系统暂态分析,波过程,操作或雷击时的过电压,（过程最短）,电磁暂态过程,与短路及励磁有关,(,过程较短,),机电暂态过程,与动力系统有关,(,过程较长,),涉及电压、电流,涉及功率、功角,导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行,短路计算,对称分量法及序网概念,不对称故障的分析与计算,静稳,暂稳,课程介绍,高电压技术,2,.,电力系统分析基础,-,改革后的电力系的平台课程,主要学习电力系统稳态和短路分析知识,电力系统的基本概念,发、输、变、配。,（,8,学时）,电力网元件参数及等值电路,物理元件的 数学模型 （,8,学时）,简单电力网稳态分析与计算,功率流动、手工,潮流计算 （,8,学时）,课程介绍,电力系统潮流的计算机算法,潮流计算的基本原理、数学模型、求解方法和计算程序框图 。 （,8,学时）,有功最优分配及频率控制,如何保证低损耗、 高回收 （,6,学时）,无功功率及电压调整,如何使无功合理分布使功率损耗最小 （,6,学时）,短路电流分析与计算,三相短路及不对称故障计算 （,20,学时）,课程介绍,3,、电力系统分析复习指导与习题精解 杨淑英 中国电力出版社,1,、,电力系统稳态分析 （第三版） 东南大学，陈珩，水利电力出版社,2,、,电力系统暂态分析 （第三版） 西安交通大学，李光琦，水利电力出版社,教材,1,、,先修课程：电路，电机学,2,、,听课为主，自学为辅,如何学习这门课程,4,、及时、独立的完成作业,5,、理解基本概念，不要死记硬背,6,、多翻阅电网技术、电力系统自动化等期刊，了解新概念，专业领域的成果和分析。,3,、看书,2,3,遍,第一章 电力系统的基本概念,1,、电力系统的概念和组成,2,、,对电力系统运行的基本要求,3,、电力系统的电压等级,4,、电力系统的接线方式和中性点接地,5,、电力系统的负荷,1.1,电力系统的基本概念,一、基本概念,电力系统的组成,（,1,）电力系统：,生产、输送、分配与消费电能的系,统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。,（,2,）电力网：,电力系统中输送与分配电能的部分。,（,3,）动力系统：,动力部分与电力系统组成的整体。,几个基本参量,(1),总装机容量,:,指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（,KW,）、,兆瓦（,MW,）、,吉瓦（,GW,）,为单位计,。,1.1,电力系统的基本概念,1.1,电力系统的基本概念,年发电量,指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（,kWh,）、,兆瓦时（,MWh,）、,吉瓦时（,GWh,）,为单位计。,最大负荷,指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（,kW,）、,兆瓦（,MW,）、,吉瓦（,GW,）,为单位计。,额定频率,按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为,50Hz,。,最高电压等级,是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。,1.1,电力系统的基本概念,地理接线图,主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。,电气接线图,主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。,从调度、管理、控制的角度看,1.1,电力系统的基本概念,1.1,电力系统的基本概念,二、电力工业的发展史,1,、高压输电的出现与电压等级的提高,1831,年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打下了基础,1882,年，爱迪生小型电力系统（,pearl street power station,），,6,台直流发电机，,16km,，,59,个用户，电压：直流,110V,。,1885,年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础,1890,年，英国从,Deptford,到伦敦,11km,的,10kV,线路（第一条高压交流电力线路）,1891,年，德国从,Lauffen,到法兰克福,170km,的,15kV,线路（第一条三相交流输电线路）,1.1,电力系统的基本概念,远距离大容量输电是提高输电电压的动力。,2,、,特高压（,1000kV,及以上）输电的出现与展望,习惯上，,110,220kV,为高压，,330,750kV,为超高压，,1000kV,及以上为特高压。,20,世纪,60,年代国际上开始特高压输电的研究,1985,年苏联,1228km,的,1150kV,但至今运行于,500kV,20,世纪,90,年代日本,426km,的,1000kV,，但至今运行于,500kV,目前国际上实际投运的最高电压等级,750kV(,加、美、俄、巴西、南非等国）,我国西北电网,750kV,（青海官亭,甘肃兰州），,2005,年投运,2009,年我国首条,1000kV,（山西长治晋东南变电站南阳湖北荆门变电站）投运，,645km,，实现华北和华中电网互连,1.1,电力系统的基本概念,3,、,直流输电线路、高自然功率的紧凑型线路以及灵活交流输电（,FACTS,）,等多种多样输电新技术的研究也取得很大进展，有的已进入工程实践。,1.1,电力系统的基本概念,高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国,500kV,紧凑型输电线路北京昌平到房山。,灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。,1.1,电力系统的基本概念,三、我国电力工业和电力系统的发展史,1,、基本发展史,1882,年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，一台,12kW,直流发电机,1911,年，,杨树浦发电厂动工，,1913,年开始发电，到,1924,年，共有,12,台发电机，装机,121MW,。,1954,年，中国自行设计施工的第一条,220kV,输电线路（,369km,）建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。这是中国输电线路建设史上的一个,里程碑,。,1.1,电力系统的基本概念,1972,年，第一条,330kV,超高压输电线路建成，从刘家峡水电站至汉中，全长,534,公里。随后,330kV,线路延伸到陕甘宁青,4,个省区，形成西北跨省联合电网 。,1981,年，第一条,500,千伏超高压输电线路投入运行，从河南平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世界上第,8,个拥有,500,千伏超高压输电的国家。,1989,年，中国第一条,500,千伏直流输电线路（葛洲坝上海，,1080,公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。,1.1,电力系统的基本概念,2005,年,9,月,西北电网建成,750kV,青海官亭,-,甘肃兰州线超高压输变电工程（,140.7km,），中国输电技术提高到了一个新的水平,.,2008,年,12,月,30,日，我国首条,1000kV,（山西长治晋东南变电站南阳湖北荆门变电站）投运，,645km,，实现华北和华中电网互连。,800kV,特高压直流输电线路（向家坝,上海）正在建设中。,1.1,电力系统的基本概念,2,、中国电力工业的现状,年发电量：,1980,年以来，平均年增长率,9,，现为世界第二位。,表,4 1980,年以来中国年发电量,年 份,1980,1981,1982,1983,1984,1985,1986,1987,发电量,/,亿,kW h,3006,3093,3277,3514,3700,4107,4496,4973,年 份,1988,1989,1990,1991,1992,1993,1994,1995,发电量,/,亿,kW h,5451,5847,6213,6775,7542,8364,9278,10069,年 份,1996,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,发电量,/,亿,kW h,10750,11600,11670,12300,13250,14020,16542,19052,年 份,2004,2005,2006,2007,2008,发电量,/,亿,kW h,21943,24975,28344,32559,34669,1.1,电力系统的基本概念,装机容量：,现居世界第二位。,表,5 1980,年以来中国发电设备装机容量,年 份,1980,1981,1982,1983,1984,1985,1986,1987,装机容量,/,亿,kW,0.659,0.691,0.724,0.764,0.801,0.871,0.938,1.029,年 份,1988,1989,1990,1991,1992,1993,1994,1995,装机容量,/,亿,kW,1.155,1.266,1.379,1.515,1.665,1.829,1.999,2.172,年 份,1996,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,装机容量,/,亿,kW,2.322,2.46,2.6,2.94,3.14,3.3,3.57,3.91,年 份,2004,2005,2006,2007,2008,装机容量,/,亿,kW,4.42,5.17,6.24,7.41,7.92,1.1,电力系统的基本概念,电压等级、输电线路长度和变电容量：,电压等级,除西北地区以外,交流：,1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV,直流：,500kV,西北地区：,750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV,截至,2009,年,7,月，,220kV,及以上输电线路长度达到,37.5,万公里，跃居世界第一位。,2008,年，,220kV,及以上变电容量,13.9,亿,kVA,。,1.1,电力系统的基本概念,电网规模不断壮大：,我国现有发电装机容量在,2000MW,以上的电力网,11,个，其中东北、华北、华东、华中区域电网装机容量均超过,30000MW,，,华东、华中电网甚至超过,40000MW,，,西北电网的装机容量也达到,20000MW,。,3000MW,2500MW,7200MW,3000MW,9000MW,10000MW,1800MW,2000MW,Hydro Power Base,Thermal Base,AC,Regional Grids Interconnection in 2005,DC,全国联网基本建成：,1.1,电力系统的基本概念,2010,年前后，建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川渝的,中部电网,；华北、东北、西北三个电网互联形成的,北部电网,；以及云、贵、广西、广东,4,省区的,南部联合电网,。同时，加快北、中、南三大电网之间实现局部互联：华北华中加强联网、华中西北联网、川渝西北联网、华东华北联网、川黔联网等跨区电网工程建设，实现,西电东送、南北互供,，初步形成全国统一的联合电网的格局，实现全国范围内的资源优化配置，满足国民经济发展和全面建设小康社会的要求 。,3000MW,2500MW,7200MW,3000MW,9000MW,10000MW,1800MW,2000MW,Hydro Power Base,Thermal Base,Regional Grids Interconnection in 2010,DC,Possible International,connection,AC,1.1,电力系统的基本概念,2020,年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河上一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海核电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施，电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。在全国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源优化配置。此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周边电网互联和能源优势互补。,3000MW,2500MW,7200MW,3000MW,9000MW,10000MW,1800MW,2000MW,Hydro Power Base,Thermal Base,AC,Regional Grids Interconnection in 2015-2020,DC,Possible International,connection,西电东送三大通道：,南部通道,：,将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和贵州坑口火火电厂开发出来送往广东,。,中部通道,：,将金沙江干支流,(,雅砻江、大渡河,),水电站开发出来送往华东地区。,北部通道：,将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火电厂开发出来送往京津唐地区 。,1.1,电力系统的基本概念,500kv,220kv,330kv,火电厂,水电厂,核电厂,变电站,2020,年西电东送方案,京津唐,长江三角洲,珠江三角洲,传输功率,1.2,亿千瓦,电力系统为什么要互联并网运行呢？,1,.,采用高效率大容量机组,减少备用容量,最大单机容量,最大发电厂,2.,合理利用动力资源,水、火电互补,3.,提高供电可靠性,系统越大，抗干扰能力越强,4.,提高运行的经济性,装,高效率大容量机组、,合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷,。,1.1,电力系统的基本概念,我国最大单机容量,最大火电机组,：,1000 MW,（浙江华能玉环电厂，上海外高桥第二发电厂,900MW,）,最大水电机组,：,700 MW,（三峡电厂）（葛洲坝水电厂,320 MW,）,最大核电机组,：,1060MW,（江苏田湾核电厂,),1.1,电力系统的基本概念,我国最大发电厂,最大火电厂,：,北仑港电厂，,5600 MW,最大水电厂,：,三峡电厂,26700 MW,（二滩水电厂,6550 MW,，溪洛渡水电站,8700MW,）,最大核电厂,：,秦山（,300+2600+2700MW,）, (,大亚湾,290,万,KW,江苏田湾,21060 MW,浙江三门、广东阳江,21000MW),最大抽水蓄能电厂,：,广东抽水蓄能电厂,8300 MW,1.1,电力系统的基本概念,1.1,电力系统的基本概念,机构改革初显成效：,2002,年,12,月，中国电力工业新机构为适应市场发展应运而生，成立了两家电网公司、,5,家发电集团公司和,4,家辅业集团公司；,2003,年,2,月，国家电力监管委员会宣告成立。,两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；,家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；,家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。,1.1,电力系统的基本概念,缺电问题：,1970,年以来出现缺电问题,1998,年低用电水平下基本实现了电力的供需平衡,2001,电力再度短缺,原因：,（,1,）,电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因,1.1,电力系统的基本概念,（,2,）,电网的瓶颈制约，网络输送能力不足，输配电“卡脖子”问题严重，制约了电力供应。,发电、输电、配电比例：美国,1:0.43:0.7,，日本,1:0.47:0.68,，英国,1:0.45:0.78,，我国,1:0.21:0.12,（,3,）发电机组出力不足（水电来水不足，火电电煤紧张）,（,4,）经济快速增长带动用电需求高涨,（,5,）居民用电被激活,（,6,）高耗能行业发展迅速,1.1,电力系统的基本概念,展望：我国电力工业进入了新一轮的快速发展期,形成,以大型清洁高效燃煤发电、大型水电、大型核电、多种形式的可再生能源发电和分布式电源构成的多元化发电结构。,形成以特,/,超高压交直流输电为骨干，区域电网互联，各级电压电网协调发展的,坚强智能电网,。,1.1,电力系统的基本概念,目前电网和智能电网的比较,目前电网,智能电网,通讯,没有或单向,双向,与用户交互,很少,很多,仪表型式,机电的,数字的,运行与管理,人工的设备校核,远方监控,功率的提供与支持,集中发电,集中和分布式发电并存,潮流控制,有限的,普遍的,可靠性,倾向于故障和电力中断,自适应保护和孤岛化,供电恢复,人工的,自愈的,网络拓扑,辐射状的,网状的,1.2,电力系统运行特点及基本要求,特点,电能不能大量储存,暂态过程非常短促,（,30,万,KM/S,）,与国民经济及日常生活关系密切,要求,安全 优质 经济,环保,安全：,保证可靠的供电,措施,电源与电网的建设（西电东送全国联网）,SCADA,数据采集与监视控制系统（,SupervisoryControlAndDataAcquisition,）,设备检修（计划检修状态检修）,人员素质,1.2,电力系统运行特点及基本要求,负荷,（,一级,二级,三级,）,一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。,二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。,三级负荷：所有不属于一、二级的负荷,。,1.2,电力系统运行特点及基本要求,优质,指标,电压,：,35,kV 5%,10kV 7%,(,无功功率,）,频率,：,0.2（3000,mw) 0.5Hz(3000MW）,（,有功功率,）,谐波：电力电子装置，非线性负荷,1.2,电力系统运行特点及基本要求,经济,EX:,一台600,MW,火电机组，年利用小时6000,h，,煤耗率320,g/kW.h，,煤价：300元/吨。,Sol：,年发电量：600000,kW6000h36,亿,kW.h,需标煤：36亿,kW.h320g/kW.h115.2,万吨标煤,燃料费：115.2万吨300元/吨34560万元,1%节约：燃料：1.152万吨标煤,燃料费：345.6万元,厂用电率,网损,煤耗率（水耗率）,1.2,电力系统运行特点及基本要求,环保,火电厂装机,70,煤炭燃烧造成的污染,限制污染物的排放量,1.2,电力系统运行特点及基本要求,1,、,无备用,图,1-5,无备用接线方式,（,a,）放射式 （,b,）干线式样 （,c,） 链式,1.3,电力系统的接线方式和电压等级,一,.,电力系统的接线方式,优点：简单、经济、运行方便,缺点：供电可靠性差,适用范围：二级负荷,2,、有备用,图,1-6,有备用接线方式,（,a,） 放射式样 （,b,） 干线式 （,c,） 链式,（,d,） 环式 （,e,） 两端供电网络,1.3,电力系统的接线方式和电压等级,优点：供电可靠性和电压质量高,缺点：不经济,适用范围：电压等级较高或重要的负荷,1.3,电力系统的接线方式和电压等级,1.,电力系统的额定电压等级,二,.,电力系统的标准电压,标称电压,经济电压：,电压高，损耗小,绝缘水平高，投资大,制定标准电压，以便实现互联,最高电压：,正常运行时，系统中出现的电压最高值,系统的额定电压,1.3,电力系统的接线方式和电压等级,2.,电气设备的额定电压,(,发电机,变压器,线路，用电设备,),最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值,额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好,同一标称电压下，不同电气设备的额定电压是不同的,用电设备,:,等于,系统的额定电压,线路,:,等于,系统的额定电压,发电机：,规定比系统的额定电压,高,5%,变压器,一次侧,：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发电机直接相连时，则与发电机相同,二次侧,：相当于电源，其额定电压应比系统高,5%,，考虑变压器内部的电压损耗（,5%,），实际应定为比线路高,10,;,漏抗很小、与电动机直接相连时或电压特别高时，比线路高,5,。,电气设备的额定电压,用线电压表示的抽头额定电压,220kV,升压变压器,降压变压器,1.3,电力系统的接线方式和电压等级,3.,电力输送中电压与输送容量的关系,各级电压架空线路的输送能力,典型例题,:,(,1),确定各设备额定电压,;(2),若,T1,工作于,+2.5%,抽头, T2,工作于主抽头,T3,工作于,-5%,抽头,求个变压器变比,.,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,三、三相电力系统中性点运行方式,发电机定子绕组,Y,联结的中性点：,一种是不接地,另一种是为了防护定子绕组过电压而采用经过避雷器接地。避雷器内部有气隙，所以正常运行和不接地一样。,变压器,Y,接法线圈的中性点,：,不接地,，,10,35kV,系统多属这类情况。,消弧线圈接地,，即经过一个线性电抗线圈接地，,10,60kV,系统有这种方式。,直接接地,，,110kV,及以上电压系统和,380,220V,三相四线低压系统都属这类情况。,1.,中性点不接地系统,正常运行,分析,： （,1,）,线电压与相电压关系；（,2,）中性点,电位；（,3,）对地电容电流与相电压关系,1.,中性点不接地系统,单相（,C,相）接地,分析：,（,1,）中性点对地电位；（,2,）非接地相对地电,位；（,3,）对地电容电流,（,3,）对地电容电流分析,2.,中性点经消弧线圈接地,中性点经消弧线圈接地的应用,3,-,6kV,电力网,(,接地电流,30A),10kV,电力网,(,接地电流, 20A),35,-,60kV,电力网,(,接地电流, 10A),补偿方式,过补（,I,L,Ic,），,一般采用这种方式,欠补（,I,L,Ic,）,全补（,I,L,=,Ic,），,不允许，容易谐振,3.,中性点直接接地系统,优点,:,非故障相电,压不变,.,缺点,:,单相短路电,流大,.,4.,三相四线制系统,系统中一相接地的特点比较,中性点不接地 中性点直接接地,电流,中性点电压,非故障相,电压,线电压,接地点的电容电流是正常运行时一相对地电容电流的,3,倍,故障相电流和流入故障点的电流很大,中性点电压升高为相电压,故障相和中性点电压为零,非故障相对地电压仍为相电压,非故障相对地电压升高为线电压,与故障相相关的线电压降低为相电压,三相之间的线电压保持与正常时相同,经消弧线圈接地,:,适当选择线圈感抗,接地点电流可减小到很小,且熄灭接地电流产生的电弧。其他特点与不接地系统基本相同。,1.4,电力系统的负荷和负荷曲线,一电力系统的负荷,1,、负荷：,系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称,电力系统的综合用电负荷。,是所有用户的负荷总加,。,2,、负荷分类（按负荷性质分类）,：,工业、农业、交通运输业、商业、生活等。,3,、电力系统的供电负荷：,综合用电负荷加上电力网的功率损耗。,4,、电力系统的发电负荷：,供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。,二负荷曲线：,用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律,1.,日负荷曲线,:,制定发电计划的依据,一天的总耗电量 日平均负荷,1.4,电力系统的负荷和负荷曲线,负荷率,k,m,最小负荷系数,(a,）,钢铁工业负荷；,(b),食品工业负荷；,(c),农村加工负荷；,(d),市政生活负荷,2.,年最大负荷曲线,：,描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况,3.,年持续负荷曲线：,按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成,t,1,P,P,max,P,1,P,2,P,3,t,t,3,t,2,8760,T,max,全年耗电量,最大负荷利用小时数,T,max,年最大负荷曲线：为安装新机组、安排检修计 划提供依据,A,=,P,max,T,max,各类用户的年最大负荷利用小时数,负 荷 类 型,T,max,/h,户内照明及生活用电,20003000,一班制企业用电,15002200,二班制企业用电,30004500,三班制企业用电,60007000,农 灌 用 电,10001500,