电力系统概述和基本概念.pptx

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1、2022-8-18第一节第一节 电力系统概述电力系统概述一、 电力系统的基本概念1. 电力系统的基本概念电力系统： 发电+变配电+用电电力网络： 变配电+用电动力系统： 动力部分+电力系统动力部分：火电：锅炉、汽轮机、用热设备水电：水库、水轮机第1页/共57页2022-8-18第2页/共57页2022-8-182. 世界电力系统发展概况发电原理： 电磁感应定律第一座发电厂： 1882年，英国伦敦1831年，法拉第输电电压：100V和400V直流第一个电力系统： 1882年，法国输电电压：直流 1500V2000V，功率： 2kw， 距离： 57km单相交流输电： 1885年，出现变压器三相交流

2、输电：1891年，出现三相变压器及三相异步电动机第一条三相交流输电线路：输电电压：交流 12kV，距离： 180km第3页/共57页2022-8-18目前交流输电电压：1200kV，1500kV在研究中距离： 1000km，功率： 5000MW目前直流输电电压：800kV距离： 1000km，功率： 3000MW3. 我国电力系统发展概况第一座发电厂： 1882年，上海目前： 6个跨省电力系统：华东、东北、华中、西北、华南电力装机总容量： 到2011年底达10.4亿千瓦,仅次于美国成为全球第二电力大国。 电网规模超过美国成为全球第一。华中电网：500kV，西北电网： 330kV+ 750kV第

3、4页/共57页2022-8-18 第一条1000kV：2008年11月，我国首条1000kV特高压输电线路正式通电运行。 这项工程起于山西，途经河南止于湖北，穿越黄河、汉江两条大河，跨越太行、伏牛两座名山，全长654km，是世界上第一条投入商业化运行的高压输电线路，实现由输煤向输电的转变 。第5页/共57页2022-8-18第一条800kV直流输电工程 ：云广特高压直流输电工程于2010年6月18日正式竣工投产。 是迄今世界电压等级最高的直流输电项目。 云南省楚雄州禄丰县广东省广州增城市经云南、广西、广东。线路全长1373千米。输送容量500万千瓦。 宁东-山东660kV直流输电工程， 201

4、1年2月28日投入运行。 第6页/共57页2022-8-18云广800千伏特高压直流输电线路 第7页/共57页2022-8-18第8页/共57页2022-8-18交流输电的优缺点：优点：主要表现发电和配电方面（1）发电： 交流发电机很方便地把机械能、化学能等形式的能转化为电能。 （2）配电：方便地通过变压器升压和降压 。 缺点：主要表现输电方面 （1）线路造价高 输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线的截面积的1.33倍 。 （2）年运行费用高 直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。 （3）存在系统稳定

5、问题交流电力系统中所有的同步发电机都必须保持同步运行。 第9页/共57页2022-8-18直流输电的优缺点：当输送相同功率时,直流线路造价低,架空线路杆塔结构较简单。 优点：主要表现输电方面直流输电的功率和能量损耗小 对通信干扰小 线路稳态运行时没有电容电流,没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿； 直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行缺点：直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达直流输送功率的4060 换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波，要装设滤波器。 第10页/共57页2022-8-18 在

6、电力装机容量迅速增长的同时，我国的电源结构也在不断的得到优化。第11页/共57页2022-8-182010年我国的水电装机容量达到21340万千瓦，居世界第一。三峡水电站水库坝高：185m，水头：175m，水库长600多km 32台发电机，每台容量700MW总装机容量：18.2GW，年发电量：86.5TWh输电电压：500kV， 500kV 它是世界上规模最大的水电站，也是中国有史以来建设最大型的工程项目。 第12页/共57页2022-8-18俯瞰三峡水电站第13页/共57页2022-8-18三峡水电站第14页/共57页2022-8-18第15页/共57页2022-8-18第16页/共57页2

7、022-8-18三峡水电站泄洪图 第17页/共57页2022-8-18开发西南水电基地： 金沙江13个阶梯， 澜沧江14个阶梯， 大渡河17个阶梯， 雅砻江11个阶梯. 在建的巨型项目： 溪洛渡水电站 工程总投资：792亿元工程期限：2005年 2015年总装机容量为1260万千瓦，(金沙江下游) 年发电量为571.2亿千瓦时，位居世界第三，是中国第二大水电站。向家坝水电站 工程总投资：434亿元工程期限：2006年 2015年总装机容量为600万千瓦，(金沙江下游) 年发电量为307亿千瓦时，位居世界第四，是中国第三大水电站。第18页/共57页2022-8-18金沙江拟建4座水电站，发电量为

8、三峡工程两倍第19页/共57页2022-8-182014年6月30日，溪洛渡左岸1号机组进入投产运行状态。至此，溪洛渡水电站所有机组全部投产。 第20页/共57页2014年7月10日，最后一台机组正式投产运行。 第21页/共57页2022-8-18电站效益 一、发电效益 通过直流特高压送往华中、华东地区，向家坝水电站送出的800千伏直流特高压是国产化示范工程。 二、防洪效益 向家坝水电站与溪洛渡水电站联合运用是解决川江防洪问题的主要工程措施之一，配合三峡水库进一步提高荆江河段的防洪能力，减少长江中下游地区的分洪损失。第22页/共57页2022-8-18四、灌溉效益 五、环境效益 节约煤炭资源，

9、减少燃煤污染，改善四川盆地环境质量。 三、航运效益 金沙江属山区型河流，因河道狭窄，滩多流急，给航运造成困难。 库区成为行船安全的深水航区，同时与溪洛渡水库联合调度运行，可改善下游枯水期的航运条件。 第23页/共57页2022-8-18世界巨型水电站排行表第24页/共57页2022-8-18核电突破了1000万千瓦，风电容量达到了3107万千瓦。核电站工作原理： 燃料：铀。 用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，产生电能。 我国的核电站 秦山核电站： (浙江省海盐县) 国产化率70%

10、 大亚湾核电站： (深圳 ) 国产化率70% 第25页/共57页2022-8-18风力发电风力发电机充电器数字逆变器 风力发电机： 把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，把机械能转变为电能。 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是1325V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 第26页/共57页2022-8-18风力发电第27页/共57页2022-8-18中国风电区域发展状况（单位：MW）第28页/共57页2022-8-18太阳能发电太阳能发电是最理

11、想的新能源。 大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。 从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。 要使太阳能发电实用，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。 日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网， 已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。 第29页/共57页2022-8-18光伏发电第30页/共57页2022-8-18国际空间站太阳能电池板 第31页/共57页2022-8-18绿色环保节能太阳能 第32页/共57页2022-8-18太阳能屋顶发电站 第33页/共57页2022-8-18火力发电

12、 利用煤、石油、天然气等燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能。 火电装机增速也在不断的下降，火电新增装机占全年新增装机的比重也已经从2005年的81%下降到了2010年的64.34%。第34页/共57页2022-8-18火力发电第35页/共57页2022-8-18二、 电力系统的发展方向（1）特高压输电交流1000千伏、直流800千伏 它的最大特点就是可以长距离、大容量、低损耗输送电力。 据测算，1000千伏交流特高压输电线路的输电能力超过500万千瓦，接近500千伏超高压交流输电线路的5倍。 800千伏直流特高压的输电能力达到700万千瓦，是500千伏超高压直流线路输电能力的2.

13、4倍。 2011年1月6日，国家发改委批复了特高压交流试验示范工程扩建工程。该工程计划于年内投运，扩建后输送容量将扩大至500万千瓦。而这一扩建工程，成为“十二五”期间我国特高压建设的起步工程。 仅仅相隔20天，1月26日国家电网公司又宣布，要全力推进1100千伏特高压直流研究，5年内将建成示范工程，从而为外送距离超过2400公里的大型能源基地提供支撑。 第36页/共57页2022-8-18（2）柔性交流输电(flexible alternative current transmission systems，FACTS) 将电力电子技术、微处理机技术和控制技术等应用于高压输变电系统，实现对电力

14、系统参数，如线路阻抗、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗，以提高输配电系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量并获取大量节电效益的一种新型综合技术。 柔性交流输电系统的建设，并非要毁掉原有的输电系统，而是在原有的交流输电系统中根据需要选择利用灵活交流输电系统技术及功率电子设备，加以逐步改造形成柔性交流输电系统。 世界上第一台 500 KV的全可控的串联补偿装置（TCSC）已于 1994 年 12 月在美国开始商业化运行。 目前，我国的电业部门也在积极研究在超高压输电工程中应用TCSC及其他FACTS技术的可行性和具体实施方案。 第3

15、7页/共57页2022-8-18（3）智能电网(smart power grids) 就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”， 它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用， 实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。 主要特征包括自愈、激励和包括用户抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。 第38页/共57页2022-8-18三、 对电力系统运行的基本要求（1）电力系统的特点与国民经济各部门的关系密切； 过渡过程非常

16、短促； 电能不能大量储存。 （2）对电力系统运行的基本要求可靠 保证可靠地持续供电 事故原因： 设备质量 32%， 管理 21.2% ，人员过失 17% ，自然灾害 16.6%， 继电保护误动作 13.2% 。负荷分级 一级负荷： 双电源+独立备用电源 二级负荷： 双电源三级负荷： 没有特殊要求第39页/共57页2022-8-18优质 保证良好的质量 电压： 5%频率： 0.2Hz 0.5Hz波形： 畸变率= 2各次谐波有效值基波有效值经济 投资少，运行费用低。经济指标：煤耗、厂用电率、网损 环保 污染物排放量少。第40页/共57页2022-8-18第二节 电力系统的电压等级和负荷一、电力系统

17、的电压等级（kV）用电设备、用电设备、电力线路的电力线路的额定线电压额定线电压电力线路的电力线路的平均线电压平均线电压 发电机发电机额定线电压额定线电压变压器的额定线电压变压器的额定线电压一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组33.153.153 3.153.15 3.366.36.36 6.36.3 6.61010.510.510 10.510.5 1135373538.5110115110121220230220242330345330345500525500525第41页/共57页2022-8-18（1）额定电压用电设备与线路 UN 发电机 1.05UN 变压器 一次侧二次侧接电网UN 发电机

18、1.05UN 接长线路1.1UN 接短线路1.05UN 说明： 用电设备的容许电压偏移一般为5%； 沿线路的电压降落一般为10%； 在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5% 。第42页/共57页2022-8-18（2）额定电压与输送功率、输送距离的关系额定电压额定电压输送功率输送功率(kW)输送距离输送距离(km)310010001361001200415102002000620352001000020506035003000030100110100005000050150220100000500000100300第43页/共57页2022-8-18二、电力系统的负荷总负荷：动力负荷+照明负

19、荷综合负荷：指工农业、交通、市政等各方面消耗的功率之和。供电负荷：综合负荷+网损发电负荷：供电负荷+发电厂厂用电负荷曲线有功曲线、无功曲线年曲线、月曲线、日曲线、工作班曲线个别用户、电力线路、变电所、电力系统第44页/共57页2022-8-18（1） 有功日负荷曲线 第45页/共57页2022-8-18（2） 有功功率年最大负荷曲线 0 2 4 6 8 10 12 t(月)p（3） 年持续负荷曲线 8760 t(h)pp1t1p2t2p3t3TmaxPmaxTmax： 年最大负荷利用小时数 87600pdtW全年PmaxTmaxTmax=maxPW全年max87600Ppdt 负荷越均衡， T

20、max越大， Tmax可以查手册。 第46页/共57页2022-8-18第三节第三节 电力系统中性点的接地方式电力系统中性点的接地方式一、电力系统中性点的接地方式电力系统中性点：Y接线的发电机或变压器的中性点。关系到：绝缘、供电可靠性、继电保护及对通讯干扰。ANXBYCZ大接地电流方式：(1)时： 断路器跳闸。小接地电流方式：(1)时：短路电弧能自动熄灭，断路器不跳闸。第47页/共57页2022-8-18（1）大接地电流方式ANXBYCZ有效接地：指定点满足x0/x13和r0/x11适用110kV220kV全接地：适用330kV经低电抗、中阻抗、低阻抗接地特点：(1)时：构成短路回路，接地相电

21、流很大，断路器跳闸。优点：安全、经济。绝缘水平可以按相电压考虑。缺点：可靠性差。措施：加自动重合闸。第48页/共57页2022-8-18（2）小接地电流方式(60kV)不接地：经消弧线圈接地：适用3kV10kVAXBYCZ适用35kV60kV经高电抗接地特点：(1)时：短路回路阻抗大，接地相电流小，断路器不跳闸。优点：(1)后： 线电压不变，不影响三相设备的继续运行。按规定，(1)后：可以继续运行2小时。缺点：不经济。(1)后： 相电压线电压绝缘水平需按线电压考虑。第49页/共57页2022-8-18（3）我国电力系统中性点的接地方式原则：110kV的高压系统380V的低压系统大接地电流方式1

22、10kV、220kV系统：有效接地330kV、500kV系统：全接地60kV 系统小接地电流方式35kV60kV 系统：经消弧线圈接地3kV10kV 系统：不接地或经消弧线圈接地3kV60kV 系统：Id (1)10A：经消弧线圈接地采用中性点不接地方式：6kV ：Id (1)30A10kV ： Id (1)20A35kV ： Id (1)10A超过则经消弧线圈接地第50页/共57页二、消弧线圈的工作原理设系统为三相对称平衡系统，各相参数相等。（1）中性点不接地系统的单相接地设C相单相接地，则各对地电压ABC+BU+CU+AUNNUCCCAIBICICD0U中性点电压NCUU 正常相对地电压A

23、DANUUUDACUUACUBDBNUUUBCUUBCU故障相对地电压NU结论：正常相对地电压变为线电压。ADUBDU上 页下 页返 回各线电压电压ABABABUUUUBCBCBCUUUUCACACAUUUU结论：各线电压不变。AUCUBUND第51页/共57页中性点不接地对地电流分析 正常运行时对地电流ABC+BU+CU+AUNNUCCCAIBICID以A相为例：ADADCUIXACU且三相对地电流对称。 单相接地时各相对地电流正常相对地电流ADIBDI(1)dIA相ADADCUIX3ACUB相BDBDCUIX3BDI故障相对地电流ADIBDI(1)dADBDIII3ADINUADUBDUA

24、UCUBUND(1)dI为正常相的 倍：3(1)3dADII3ADI结论：单相接地电流为正常运行一相电容电流的3倍。第52页/共57页2022-8-18总结 中性点不接地系统的发生 k(1) 时的特点（1）正常相对地电压变为线电压。绝缘要按线电压考虑（2）三相线电压不变。不影响三相设备的正常运行（3）单相接地电流为纯电容电流，其值不大。一般，360kV系统当 Id (1)10A ，中性点应装消弧线圈。第53页/共57页2022-8-18（2）中性点经消弧线圈接地系统AXBYCZ+BU+CU+AUNNUCCCAUCUBUN设C相单相接地，则DNUADIBDILIDdILI(1)dIdI(1)ddLIII由于IL与Id方向相反，能抵消接地电容电流，利于消弧。第54页/共57页2022-8-18问题与讨论 消弧线圈应该补偿到什么程度？理论上可以补偿成以下三种情况:IL=IdAUCUBUNNUdILI全补偿AUCUBUNNUdILIILId过补偿AUCUBUNNUdILIILId欠补偿电力系统中应避免常用的方式一般不采用第55页/共57页2022-8-18小结一、电力系统的基本概念二、对电力系统运行的基本要求三、电力系统的电压等级四、电力系统的负荷五、电力系统中性点的接地方式大接地电流方式小接地电流方式第56页/共57页2022-8-18感谢您的观看！第57页/共57页