电力系统的基本概念.pptx

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1、电力系统稳态分析电力系统稳态分析主讲：陈碧云主讲：陈碧云电力系统工程学科和电力系统分析课程电力系统工程学科和电力系统分析课程电力系统工程学科的范畴电力系统工程学科的范畴电力系统理论电力系统理论输配电技术输配电技术电力系统规划电力系统规划电力系统运行电力系统运行电力系统保护电力系统保护电力系统控制电力系统控制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1.稳态分析 元件的特性和数学模型潮流计算（Power Flow）系统运行调节和优化 2.暂态分析波过程 电磁暂态过程 机电暂态过程 本课程流程本课程流程电力系统的运行状态（稳态）第三章第四章电力系统概念、组成第一章第二章电力系统的控制第五

2、章第六章是什么为什么怎么做电力系统稳态分析（章节）第一章 电力系统基本概念第二章 电力系统各元件的特性和等值电路第三章 简单电力网络的计算和分析第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法*第五章 电力系统的有功功率和频率调整第六章 电力系统的五功功率和电压调整成绩评定成绩评定1.平时成绩：40%l考勤与课堂表现：10%l作业：10%（每章交一次）l综述：20%（2次）2.考试成绩（闭卷）：60%参考书参考书1.电力系统分析复习指导与习题精解电力系统分析复习指导与习题精解/杨淑英，杨淑英，TM711-44/1，中国电力出版社，中国电力出版社2.电力系统分析学习指导电力系统分析学习指导/徐政，TM711

3、/31，机械工业出版社3.电力系统分析要点与习题电力系统分析要点与习题/韦钢，TM711-44/2，中国电力出版社4.现代电力系统分析现代电力系统分析/王锡凡，TM711/28，科学出版社5.联系方式联系方式陈碧云陈碧云E-mail：Tel:13878838866QQ：2242742（加Q时请说明名字）办公地址：电气工程学院307楼第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念问问 题题人类为何选择使用电能？人类为何选择使用电能？电能是如何产生的？电能是如何产生的？电能是如何传输的？什么是电力系统？电能是如何传输的？什么是电力系统？电力系统运行的特点和要求？电力系统运行的特点和要求？电力系

4、统分析课程的主要内容及特点？电力系统分析课程的主要内容及特点？人类为什么选择使用电能？qq十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时十八世纪，蒸汽机发明：热能机械能，划时代的工业革命代的工业革命代的工业革命代的工业革命qq十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代。时代。时代。时代。显著优点显著优点qq洁净洁净洁净洁净 ：环保：环保：环保：环保qq方便方便方便方便 :输送、分配、使用输送、分配、使用输送、分配、

5、使用输送、分配、使用qq节能节能节能节能 :能耗小，转换效率高能耗小，转换效率高 人类为什么选择使用电能？电电 气气 化化世界电力工业发展的历程20002004年全球总装机容量 我国电力工业的发展我国电力工业的发展 我国电力工业的发展我国电力工业的发展 电力需求旺盛、增长快电力需求旺盛、增长快1882188218821882年，我国开始使用电能年，我国开始使用电能年，我国开始使用电能年，我国开始使用电能1987198719871987年，全国发电装机容量突破年，全国发电装机容量突破年，全国发电装机容量突破年，全国发电装机容量突破1 1 1 1亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦19951995199519

6、95年年年年3 3 3 3月，装机容量突破月，装机容量突破月，装机容量突破月，装机容量突破2 2 2 2亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦1996199619961996年，发电装机容量居世界第年，发电装机容量居世界第年，发电装机容量居世界第年，发电装机容量居世界第2 2 2 2位。位。位。位。2000200020002000年年年年4 4 4 4月，全国装机突破月，全国装机突破月，全国装机突破月，全国装机突破3 3 3 3亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦2004200420042004年年年年5 5 5 5月底，全国装机容量突破月底，全国装机容量突破月底，全国装机容量突破月底，全国装机容量突破4 4 4 4亿

7、千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦2005200520052005年底，全国装机容量突破年底，全国装机容量突破年底，全国装机容量突破年底，全国装机容量突破5 5 5 5亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦2009200920092009年年年年4 4 4 4月，全国装机容量突破月，全国装机容量突破月，全国装机容量突破月，全国装机容量突破8 8 8 8亿千瓦亿千瓦亿千瓦亿千瓦不到不到8年年5年年4年年1.5年年每增加每增加1亿装机亿装机中国电网中国电网中国电网中国电网500500kVkV220220kVkV330330kVkV火电厂火电厂水电厂水电厂核电厂核电厂新疆新疆新疆新疆西藏西藏西藏西藏东北东北东北东北华北华北华

8、北华北西北西北西北西北川渝川渝川渝川渝华中华中华中华中华东华东华东华东南方南方南方南方电网覆盖率电网覆盖率电网覆盖率电网覆盖率 96.4%96.4%第一节第一节 电力系统概述电力系统概述电力系统的形成与发展电力系统的形成与发展 DC以爱迪生为代表以爱迪生为代表AC以以G.威斯汀豪斯为代表威斯汀豪斯为代表AC/DC混合混合现代电力系统现代电力系统什么是电力系统？什么是电力系统？所谓电力系统就是由大量的发电机发电机、变变压器压器、电力线路电力线路和负荷负荷组成的旨在生产、传输、分配和消费电能的各种电气设备按一定方式连成的整体。电力系统的组成电力系统的组成升压输电降压配电发电负荷升压降压输电电力系统

9、的组成电力系统的组成根据结构的不同，可分为：根据结构的不同，可分为：一次系统：发电机、变压器、电力线路和负荷一次系统：发电机、变压器、电力线路和负荷二次系统：继电保护、通信和调度控制系统二次系统：继电保护、通信和调度控制系统根据功能的不同，可分为：根据功能的不同，可分为：输电网：将发电厂发出的电能传输到负荷中心输电网：将发电厂发出的电能传输到负荷中心配电网：将电能分配给用户配电网：将电能分配给用户电力系统和电力网络示意图电力系统和电力网络电能是如何产生的？qq大规模电能是由大规模电能是由大规模电能是由大规模电能是由同步发电机同步发电机同步发电机同步发电机产生产生产生产生qq同步发电机发电原理？

10、回顾一下电机学知识同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识.电能是如何产生的？机械能机械能机械能机械能电能电能电能是如何产生的？qq推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说.蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽水力水力水力水力风力风力风力风力火力、核、地热火力、核、地热火力、核、地热火力、核、地热水力发电水力发电水力发电水力发电风力、潮汐发电风力、潮汐发电风力、潮汐发电风力、潮汐发电其它其它其它其它

11、汽车压力、太阳能汽车压力、太阳能汽车压力、太阳能汽车压力、太阳能福建安砂水电厂宽缝重力坝福建安砂水电厂宽缝重力坝福建安砂水电厂宽缝重力坝福建安砂水电厂宽缝重力坝电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图1.总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和。（8.74亿kW）2.年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和。（36506亿kWh）3.最大负荷：规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值（2009.12.23，南宁，2553MW）2009年全国发电量（单位：亿kWh）火力发电量29814.22水力发电量5544.95核能发电量692.63合计36506.23电力

12、系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图6.额定频率：（50Hz）7.最高电压等级：（AC 1000，DC 800）8.地理接线图：反映各发电厂、变电所的相对地理位置以及电力线路的路径。9.电气接线图：反映元件之间的电气联系。电力系统的地理接线图电力系统的地理接线图电力系统的地理接线图电力系统的地理接线图第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求一、电能生产、输送、消费的特点一、电能生产、输送、消费的特点 1.重要性重要性 如果说石油是现代国家最如果说石油是现代国家最脆弱的血管，那么电力就是脆弱的血管，那么电力就是现代国家最脆弱的神经！现代国家最脆弱的神经！

13、第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求2.同时性同时性3.整体性整体性 电能不能大量储存，其生产、传输、分配和电能不能大量储存，其生产、传输、分配和消费是同时进行的。消费是同时进行的。生产、输送、消费电能各环节所组成的统生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。一整体不可分割。第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求4.快速性快速性5.严格性严格性电能的传播速度接近于光速。电能的传播速度接近于光速。电能质量的好坏直接关系到国民经电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。济的总体效益。二、电力系统运行的基本要求二、电力系统

14、运行的基本要求1.保证安全可靠的供电（安全）保证安全可靠的供电（安全）对系统的运行进行安全监控对系统的运行进行安全监控认真维修设备认真维修设备配备足够的有功电源和无功电源配备足够的有功电源和无功电源完善的电力系统结构完善的电力系统结构二、电力系统运行的基本要求二、电力系统运行的基本要求2.要有合乎有的电能质量（优质）要有合乎有的电能质量（优质）电压电压偏移一般不超过用电设备额定电压的偏移一般不超过用电设备额定电压的5%频率偏移一般不超过频率偏移一般不超过0.20.5Hz波形畸变率不能超过给定限制波形畸变率不能超过给定限制v6 610kV10kV：4%v0.38kV0.38kV：5%二、电力系统

15、运行的基本要求二、电力系统运行的基本要求3.要有良好的经济性（经济）要有良好的经济性（经济）火电厂的煤耗火电厂的煤耗电厂的厂用电率电厂的厂用电率电网的网损率电网的网损率二、电力系统运行的基本要求二、电力系统运行的基本要求4.尽可能减小对生态环境的有害影响尽可能减小对生态环境的有害影响（环保）（环保）优先调度清洁能源（风能、太阳能、海优先调度清洁能源（风能、太阳能、海洋能、水能、生物质能、核能）。洋能、水能、生物质能、核能）。对火电机组，按照煤耗水平调度发电。对火电机组，按照煤耗水平调度发电。减少废气（减少废气（）排放量）排放量第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等

16、级（1）无备用接线（开式）无备用接线（开式）每一个负荷点只能从一电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求较低的网络或负荷。(a)放射式 (b)干线式 (c)链式（2 2 2 2）有备用接线（闭式）有备用接线（闭式）有备用接线（闭式）有备用接线（闭式）每一个负荷点只能从两个或两个以上的电源点获每一个负荷点只能从两个或两个以上的电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求高的网络，如输电得电能。应用于对供电可靠性要求高的网络，如输电网等。网等。(a)放射式 (b)干线式 (c)链式(d)环网 (e)两端供电网第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 包括单回路放射式、干线式和

17、链式网络 简单结线 优点：简单、经济、运行方便 （无备用）缺点：供电可靠性差 适用范围：二、三级负荷 包括双回路放射式、干线式和链式网络 复杂结线 优点：供电可靠性和电压质量高 （有备用）缺点：投资大 适用范围：电压等级较高或重要的负荷二、频率与电压等级二、频率与电压等级所有的电气设备都是按指定的频率和电压设计制造的，在此频率和电压下运行电气设备将具有最佳的技术经济指标。额定频率：50Hz第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级为什么要规定电力系统的电压等级？为什么要规定电力系统的电压等级？综合考虑导线载流部分截面大小和绝缘等要求，对应一定的输送功率和输送距离有一

18、最合理的线路电压。从设备制造商的角度考虑，为保证产品的系列性，规定了电力系统的电压等级：0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、800kV、1000kV第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级GMUN10%UNU1=UN(1+5%)U2=UN(1-5%)UGN=UN(1+5%)5%第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级用电设备用电设备的额定电压：UN线路线路的额定电压：线路始端和末端的平均电压=

19、UN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%U1=UN(1+5%)，U2=UN(1-5%)发电机发电机的额定电压UGN：UN（1+5%）接在线路的首端，通常还带有一定量的地方负荷第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级变压器变压器的额定电压p在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%p一次侧是接受电能的，相当于用电设备p二次侧送出电能的，相当于发电机一次侧：U1N=UN(降压变压器或中间联络变压器)U1N=UGN=(1+5%)UN(直接和发电机相连变压器）二次侧：U2N=(1+5%)UN(空载)U2N=(1+10%)UN(负载)我国规定的我国规

20、定的1kV以上的电力系统额定电压标准以上的电力系统额定电压标准用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压一次绕组二次绕组一次绕组二次绕组33.153,3.153.15,3.311011012166.36,6.36.3,6.6(154)(154)(169)1010.510,10.510.5,1122022024215.7515.75330330363353538.5500500(60)(60)(66)以上所指额定电压均为线电压第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级例1110.5kV10.5/121kV1

21、10/38.5kV35/11kV例 子T1:10.5/242kVT2:220/121/11kVT3:110/38.5kVT4:35/6.6kVT5:10.5/0.4kV第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级平均额定电压：平均额定电压：大约为电网额定电压大约为电网额定电压UN的的1.05倍倍;一般在标么值计算中采用，可以使计算简单，一般在标么值计算中采用，可以使计算简单，但误差不大。但误差不大。额定电压额定电压U UN N361035平均额定电压平均额定电压U UavNavN3.156.310.537额定电压额定电压U UN N110220330500平均额定电压

22、平均额定电压U UavNavN115230345525第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级不同电压等级的适用范围不同电压等级的适用范围10001000、800800、750750、500500、330330、220kV220kV110110、35kV35kV1010、6kV6kV第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级采用架空线时与各额定电压等级相适应的输送容量和输送距离线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）30.11.01311010505015060.11.2415

23、220100500100300100.22.062033020080020060035210205050010001500250850603.530 3010075020002500500以上第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级3.电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式l电力系统的中性点：电力系统的中性点：发电机和星形接线变压器的发电机和星形接线变压器的中性点中性点l电力系统中性点接地方式的形式：电力系统中性点接地方式的形式：大接地电流方式（直接接地）：需要断路器遮断大接地电流方式（直接接地）：需要断路器遮断单相接地故障电流。单相接地故障电流。小接地

24、电流方式（不接地）：单相接地电弧能够瞬小接地电流方式（不接地）：单相接地电弧能够瞬间自行熄灭。间自行熄灭。第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级（1）中性点直接接地系统中性点直接接地系统acbn钳位作用大接地电流方式运行特点：当系统中发生单相接地故障时，故障点将经中性点接地支路形成回路，并有较大的故障电流流经故障回路。由于单相接地故障时有较大的故障电流，对电力系统本身和对邻近的通信线和信号线都会造成较大的危险和干扰，所以必须迅速切除故障部分，会造成部分负荷的供电中断。非故障相的对地电压仍为相电压，因此对线路的绝缘水平的要求相对较低。小接地电流方式分为中性点不接地

25、系统和中性点谐振接地系统两种。当系统中发生单相接地时，将只有很小的故障电流。第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级（2）中性点不接地系统中性点不接地系统Xcacbnn(a)电流分布；(b)电势、电流的相量关系中性点不接地系统：所有中性点均不接地或部分经高阻抗接地。系统中若发生单相接地故障，经线路对地电容形成回路，因而流经故障回路的电流是电容性电流Ig。当网络电压等级低，规模小，Ig一般都很小，所以若故障点形成开放性电弧，常可自行熄灭；即使是金属性单相接地故障，由于故障并未流经短路电流，三相仍可维持平衡对称，所以系统仍可继续运行一段时间。第三节第三节 电力系统的结

26、线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级（3）中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统 (a)电流分布；(b)电势、电流的相量关系nacbn中性点谐振接地系统：当接地电容性电流增大，并且随电力系统的运行方式（包括接地和负荷水平）的改变而变化，故障点开放电弧不易自行熄灭，需要在系统中部分中性点装设消弧线圈。消弧线圈是一个有很多抽头的线性电感。当系统中发生单相接地时，故障点原来的电容性电流被消弧线圈中电感性电流所补偿。当消弧线圈正确调谐时，数值接近时，故障点电流降至较低的数值，使电弧容易熄灭；在电弧熄灭以后，由于消弧线圈的存在，故障点弧道两端的电压上升缓慢，使电弧不易重燃，因而起到“消

27、弧”作用。电力系统中性点接地方式的优缺点1)大接地电流方式：快速切除故障。当发生单相短路，其接地电流很大，使断路器跳闸快速切除故障，可不装设绝缘监察装置。经济性好。产生的内过电压最低，而过电压是电网绝缘配合的基础，电网选用的绝缘水平高低，反映的是风险率不同，绝缘配合归根到底是个经济问题。电力系统中性点接地方式的优缺点干扰大。产生的接地电流大，故对通讯系统的干扰影响也大。当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。若发生单相接地故障时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。110kV以上系统电力系统中性点接地方式的优缺点2)小接地电流方式：这种系统中的单相接地故障能

28、瞬时自动消除，或在系统继续运行一段时间后，在有准备的情况下(如负荷转移后)切除，因而减少了停电次数，提高了供电可靠性。电力系统中性点接地方式的优缺点非接地相对地电压为 倍相电压，绝缘费用高。发生单相接地故障时，故障电流分布在全网内，查找故障点很麻烦，是继电保护专业的一个传统难题。35kV以下系统。1)大接地电流方式：由于短路电流和跨步电压很大，须安全教育和正确配置继电保护及严格的安全措施。其办法是：l尽量使电杆接地电阻降至最小l对电杆的拉线或附装在电杆上的接地引下线的裸露部分加护套l倒闸操作人员应严格执行电业安全工作规程。中性点接地方式对继电保护的影响2)小接地电流方式：绝缘要求高。由于对地电

29、容中的能量不能释放，造成电压升高，从而产生弧光接地过电压或谐振过电压，其值可达很高的倍数，对设备绝缘造成威胁。容易引发线性谐振或铁磁谐振。这时馈线较短的电网会激发高频谐振，产生较高谐振过电压，导致电压互感器击穿。中性点接地方式对继电保护的影响中性点经消弧线圈接地，因电网发生单相接地的故障是随机的，造成单相接地保护装置动作情况复杂，寻找发现故障点比较难。消弧线圈采用无载分接开关，靠人工凭经验操作比较难实现过补偿。消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压。消弧线圈能使单相接地电流得到补偿而变小，这对实现继电保护比较困难。中性点接地方式对继电保护的影响电力系统的运

30、行状态电力系统的运行状态稳态：电力系统正常的、变化相对较慢较小以稳态：电力系统正常的、变化相对较慢较小以至可以忽略的运行状态；（代数方程）至可以忽略的运行状态；（代数方程）暂态：电力系统非正常的、变化较大的以至引暂态：电力系统非正常的、变化较大的以至引起系统从一个稳定运行状态向另一个稳定运行起系统从一个稳定运行状态向另一个稳定运行状态过渡的变化过程。（微分方程）状态过渡的变化过程。（微分方程）高参数：高温、高压、超临界、单机容量 大容量远距离高压输电、大系统互联 高度自动化智能电网 电力市场化 分布式发电风力、太阳能、潮汐、地热等电力系统发展的主要趋势电力系统发展的主要趋势电力系统研究的工具电

31、力系统研究的工具l数学模拟数学模拟各种计算软件：各种计算软件：PSASP，EMTP，PSCAD，PSS，BPAmatlabmatlabl物理模拟物理模拟RTDSRTDS仿真仿真动模仿真动模仿真思考题1.电能的生产、输送和消费有何特点？对电力系统的运行有何要求？2.我国电力系统的中性点运行方式主要有哪些？各有什么特点？3.各种中性点运行方式的适用情况如何？4.电能质量的三个主要指标是什么？各有怎样的要求？5.电力系统的接线方式有几种？有备用接线方式和无备用接线方式有何区别？思考题6.何谓电力系统稳态？何谓电力系统暂态？二者之间有何的主要区别何在？7.我国的主要高压电压等级有哪些？适用范围如何？8.三绕组变压器有几个额定电压？如何确定这些额定电压？作作 业业综述一：节能调度要求：1.3000字以上，第9周周一（11月1日）前交。2.文件名标注学号、姓名和题目，格式为：3.“0526210111 李小明 XXXXXXXX”3.发至以下邮箱：