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1、Huazhong University of Science and Technology电力系统分析电力系统分析(I)石东源石东源2012-20132012-2013学年度第一学期学年度第一学期学年度第一学期学年度第一学期p电力系统电力系统分析分析课程的主要内容课程的主要内容分析电力系统的正常和故障运行状态的原理和方法，分析电力系统的正常和故障运行状态的原理和方法，以及调整电力系统运行状态的措施以及调整电力系统运行状态的措施p电力系统分析电力系统分析课程课程与与电气工程基础电气工程基础的关系的关系p 课程的特点课程的特点l专业概念多专业概念多l综合性和应用性强综合性和应用性强p 其它其它l成
2、绩：分两学期上，分别考试，一起算成绩成绩：分两学期上，分别考试，一起算成绩本学期：平时本学期：平时 20%，考试，考试 80%l就业：目前正当中国电力建设发展最快的时期就业：目前正当中国电力建设发展最快的时期中美中美1949-2011年发电装机容量发展对比年发电装机容量发展对比年度年度中国装机容量（亿中国装机容量（亿kW）美国装机容量（亿美国装机容量（亿kW）年度年度中国装机容量（亿中国装机容量（亿kW）美国装机容量（亿美国装机容量（亿kW）19490.0185 0.6340 19810.6913 5.9830 19500.0187 0.6920 19820.7236 6.1370 19510
3、.0188 0.7550 19830.7644 6.2110 19520.0196 0.8320 19840.8012 6.3510 19530.0235 0.9330 19850.8705 6.5520 19540.0260 1.0000 19860.9382 6.6480 19550.0300 1.1420 19871.0290 6.7410 19560.0383 1.1970 19881.1550 6.7770 19570.0463 1.3110 19891.2684 7.2180 19580.0629 1.4330 19901.5756 7.3412 19590.0954 1.5590
4、 19911.6940 7.3987 19600.1192 1.6710 19921.8163 7.4651 19610.1286 1.7900 19931.9601 7.5458 19620.1304 1.9210 19942.1128 7.6397 19630.1333 2.0970 19952.2579 7.6946 19640.1406 2.2370 19962.4104 7.7589 19650.1508 2.3480 19972.5840 7.7865 19660.1702 2.4750 19982.7679 7.7587 19670.1799 2.6670 19992.9570
5、7.8593 19680.1906 2.8400 20003.1504 8.1172 19690.2104 3.0980 20013.3020 8.4825 19700.2377 3.3640 20023.4185 9.0530 19710.2628 3.6640 20033.7185 9.4845 19720.2950 3.9600 20044.2240 9.6294 19730.3392 4.3980 20054.8566 9.7802 19740.3811 4.6850 20065.8683 9.8621 19750.4341 4.9130 20076.8692 9.9489 19760
6、.4715 5.1720 20087.7743 10.1017 19770.5145 5.3590 20098.7410 10.2540 19780.5712 5.5210 20109.6641 10.3906 19790.6302 5.6550 201110.5576 10.5483 19800.6587 5.7860 中美中美1949-2011年发电装机容量发展对比年发电装机容量发展对比我国电力系统的发展规划：我国电力系统的发展规划：2020年：年：1315 亿亿 kW 2030年：年：1720 亿亿 kW 2050年：年：2426 亿亿 kWp 1995年年 电力部电力科学院电力部电力科
7、学院2020年全国电力发展规划研究报告年全国电力发展规划研究报告 2010年：低方案年：低方案 5.65 亿亿 kW，高方案，高方案 6.18 亿亿 kW 2020年：低方案年：低方案 8.66 亿亿 kW，高方案，高方案 10.54 亿亿 kWp电力系统的基本概念电力系统的基本概念u电力系统的组成电力系统的组成u电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率u对电力系统运行的要求对电力系统运行的要求u电力系统的接线方式电力系统的接线方式p电力系统分析课程的主要内容电力系统分析课程的主要内容第一章：电力系统的基本概念第一章：电力系统的基本概念输电输电输电输电配电配电配电配电用电用电用
8、电用电发发发发电电电电电力系统的基本概念电力系统的基本概念系统组成系统组成电力系统的基本概念电力系统的基本概念系统组成系统组成电力系统的基本概念电力系统的基本概念系统组成（单线图）系统组成（单线图）输电网络输电网络及设备及设备发电厂发电厂及设备及设备用电设备用电设备配电网络配电网络及设备及设备电力网电力网电力系统电力系统电力系统的基本概念电力系统的基本概念直流输电直流输电交流系统交流系统换流站换流站直流输电线路直流输电线路换流站换流站交流系统交流系统电压等级电压等级（kV）额定电流额定电流（A）输送容量输送容量（MW）经济输送距离经济输送距离（km）100045009000 250080045
9、00720014002500660300040001000140050030003000600km750 kV 20002500 MVA 500km500 kV 10001500 MVA 150850km 330 kV 200800 MVA 200600km220 kV 100500 MVA 100300km110 kV 1050 MVA 50150km35 kV 210 MVA 2050 km10 kV 0.22 MVA 620 km6 kV 0.11.2 MVA 415 km20 kV 近年开始采用近年开始采用问题：为问题：为什么采用什么采用不同电压不同电压等级？等级？电力系统的基本概念电
10、力系统的基本概念额定电压额定电压受受电设备与与系系统额定定线电压361035110220330500供供电设备额定定线电压3.156.310.513.815.751820变压器器额定定线电压一次一次绕组33.1566.31010.513.815.75182035110220330500二次二次绕组3.33.156.66.31110.538.5121242363550单位：单位：kV目前国内交流电压最高等级：目前国内交流电压最高等级：1000kV 直流电压最高等级：直流电压最高等级：800kV电力系统的基本概念电力系统的基本概念设备额定电压设备额定电压输电线路输电线路1000 kV750 kV5
11、00 kV330 kV220 kV发电机发电机20 kV18 kV15.75kV13.8 kV10.5 kV6.3 kV3.15 kV用电设备用电设备:380/220V3kV,6kV,10kV配电线路配电线路110 kV35 kV10 kV6 kV20 kV一次绕组：一次绕组：10.5kV二次绕组二次绕组:121kV22.5%一次绕组：一次绕组：35kV22.5%二次绕组：二次绕组：6.6kV一次绕组一次绕组:10kV22.5%二次绕组：二次绕组：400V电力系统的基本概念电力系统的基本概念变压器抽头额定电压变压器抽头额定电压p中高压侧设置分抽头，可通过变中高压侧设置分抽头，可通过变比调节进行
12、系统运行电压调整；比调节进行系统运行电压调整；p变压器实际变比：分抽头额定线变压器实际变比：分抽头额定线电压电压/低压侧额定线电压低压侧额定线电压我国的额定频率：我国的额定频率：50Hz电力系统的基本概念电力系统的基本概念额定频率额定频率工业用电的标准频率，简称为工频工业用电的标准频率，简称为工频电力系统的基本概念电力系统的基本概念对电力系统运行的要求对电力系统运行的要求p安全安全：保证安全可靠供电：保证安全可靠供电p优质优质：合乎要求的电能质量：合乎要求的电能质量p经济经济：良好的经济性：良好的经济性p环保环保：尽可能减小对环境的有害影响：尽可能减小对环境的有害影响p电能不能大量存储，发输配
13、用电能不能大量存储，发输配用实时平衡实时平衡p暂态过程短暂快速暂态过程短暂快速p供电突然中断后果严重供电突然中断后果严重p系统频率：系统频率：500.20.5Hzp用户供电电压允许偏差用户供电电压允许偏差u35kV及以上：及以上：5%u10kV及以下：及以下：7%p供电电压波形畸变率供电电压波形畸变率u610kV:4%；0.38kV:5%电力系统的基本概念电力系统的基本概念电力系统的接线方式电力系统的接线方式发电厂主接线发电厂主接线无备用无备用：开式网络：开式网络变电所变电所主接线主接线有备用有备用：环形网络环形网络电力系统分析课程的主要内容电力系统分析课程的主要内容p系统地讲系统地讲述述电力
14、系统电力系统运行状态运行状态分分析计算的原析计算的原理和方法理和方法发电机变量发电机变量功功 率：率：PG+jQG电电 压：压：VGG电电 流：流：IG磁磁 链：链：电动势：电动势：功功 角：角：电力网变量：电力网变量：Iij支路功率：支路功率：Pij+jQij节点电压：节点电压：ViiPij+jQijViiPLD+jQLD负荷变量：负荷变量：PLD+jQLD VLDLD ；ILDp短路计算短路计算p潮流计算潮流计算p稳定计算稳定计算p运行变量运行变量p系统参数系统参数p额定参数额定参数电力系统分析（电力系统分析（I）短路计算短路计算p基于电路分析方法基于电路分析方法（CH6，CH8）p系统各
15、元件采用等系统各元件采用等值电路表示值电路表示；p运行变量运行变量：电流：电流p阻抗计算阻抗计算u元件各序电抗的物元件各序电抗的物理意义及计算方法理意义及计算方法u标幺参数的归算标幺参数的归算u系统输入阻抗、转系统输入阻抗、转移阻抗、计算电抗移阻抗、计算电抗u节点导纳矩阵或节节点导纳矩阵或节点阻抗矩阵计算点阻抗矩阵计算 （CH4）发电机：发电机：基本方程式基本方程式突然短路的物理突然短路的物理过程过程等值电路及参数等值电路及参数CH3，CH5输电线路及变压器输电线路及变压器等值电路及参数等值电路及参数CH2，CH7负荷负荷等值电路及等值电路及参数参数CH6、CH7电力系统分析（电力系统分析（I
16、I）潮流计算潮流计算p电力网各元件电力网各元件等等值电路和值电路和Y阵阵p发电机和负荷发电机和负荷节节点注入功率点注入功率p潮流方程：潮流方程：节点节点注入功率与节点注入功率与节点电压之间的数学电压之间的数学关系关系p潮流方程求解潮流方程求解非非线性代数方程线性代数方程Newton法等法等p关注运行变量关注运行变量功功率和电压率和电压p电压无功优化、电压无功优化、经济运行、稳定经济运行、稳定计算等的基础计算等的基础发电机：发电机：节点注节点注入功率：入功率：PG+jQG电电 压：压：VGGPij+jQijViiPLD+jQLD负荷：负荷：节点注入节点注入功率：功率：PLD+jQLD电压：电压：
17、VLDLD电力网变量：电力网变量：支路功率：支路功率：Pij+jQij节点电压：节点电压：Vii电力系统分析（电力系统分析（II）稳定计算稳定计算p电力网各元件电力网各元件等等值电路和值电路和Y阵阵p发电机：发电机：转子运转子运动方程和动方程和Park方方程程p负荷：负荷：电动机方电动机方程式和程式和ZIPp暂态稳定：暂态稳定：非线非线性微分数值计算，性微分数值计算，分段计算法、改分段计算法、改进欧拉法等进欧拉法等p静态稳定静态稳定：小扰：小扰动线性化方程特动线性化方程特征值分析征值分析p运行变量：运行变量：发电发电机功角机功角Pij+jQijViiPLD+jQLD电力网变量：电力网变量：Y阵
18、阵支路功率：支路功率：Pij+jQij节点电压：节点电压：Vii发电机：发电机：功功 率：率：PG+jQG电电 压：压：VGG电电 流：流：IG磁磁 链：链：电动势：电动势：功功 角：角：负荷：负荷：转差：转差：s功率功率：PLD+jQLD电压：电压：VLDLD电力系统分析电力系统分析 内容内容1）电力系统的）电力系统的基本概念基本概念2）电力网各元件的）电力网各元件的等值电路等值电路和参数计算和参数计算3）同步）同步发电机发电机的基本方程的基本方程4）电力）电力网络的数学模型网络的数学模型5）电力系统）电力系统三相短路三相短路的的暂态过程暂态过程6）电力系统三相短路电流的）电力系统三相短路电
19、流的实用计算实用计算7）电力系统各元件的）电力系统各元件的序阻抗和等值电路序阻抗和等值电路8）电力系统）电力系统不对称故障不对称故障的分析和计算的分析和计算 9 9）负荷）负荷1010）电力传输电力传输的基本概念的基本概念1111）潮流计算潮流计算1212）无功功率平衡和）无功功率平衡和电压调整电压调整1313）有功功率平衡和）有功功率平衡和频率调整频率调整1414）电力系统）电力系统经济运行经济运行1515）电力系统）电力系统稳定性稳定性的基本概念的基本概念1616）电力系统）电力系统电磁功率特性电磁功率特性1717）电力系统）电力系统暂态稳定暂态稳定性性1818）电力系统）电力系统静态稳定
20、静态稳定性性1919）提高电力系统稳定性的）提高电力系统稳定性的措施措施电力系统分析（电力系统分析（I）电力系统分析（电力系统分析（II）p 电力系统稳态分析电力系统稳态分析p 电力系统暂态分析电力系统暂态分析1 陈珩陈珩.电力系统稳态分析电力系统稳态分析.北京：水利电力出版社，北京：水利电力出版社，19952 李光琦李光琦.电力系统暂态分析电力系统暂态分析.北京：水利电力出版社，北京：水利电力出版社，19953 韩祯祥韩祯祥.电力系统分析电力系统分析.杭州：浙江大学出版社，杭州：浙江大学出版社，2005 4 J.Duncan Glover,Mulukutla.S.Sarma.Power System Analysis and Design.北京：机械工业出版社（影印版），北京：机械工业出版社（影印版），20045 Arthur R.Burgen,Vijay Vittal.Power System Analysis.北京：机械工北京：机械工业出版社（影印版），业出版社（影印版），2005国内外同类参考教材国内外同类参考教材习题习题Huazhong University of Science and TechnologyEx 1-2，1-3Huazhong University of Science and TechnologyTo Be Continued