华北电力大学任建文 电力系统分析ppt(第1章)课件.ppt

,North China Electric Power University,电力工程系,Department of Electrical Engineering,电力系统分析基础Power System Analysis Basis（一）,任 建 文,课程内容简介,一.教师自我介绍,二.课程介绍 给出一个课程及电力系统全貌,三. 讲课方式,四.参考书,课程介绍,1.电力专业类专业课程介绍 -传统上的课程划分，为选课提供参考,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,波过程操作或雷击产生的过电压(过程最短) 高压课程 主讲,电磁暂态过程与短路及励磁有关(过程较长),机电暂态过程与动力系统有关(过程最长),涉及电压、电流电力系统故障分析 主讲,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,发电厂电气部分,电气主接线卖电的网络,电器的原理与选择卖电的工具,控制与信号二次系统,配电装置电器的组合及布置,高压断路器运行,同步发电机的运行,变压器的运行,课程介绍,电力系统继电保护原理,电流保护,距离保护,高频保护,自动重合闸,变压器保护,发电机保护,母线保护,课程介绍,2.电力工程 非电力类专业选修课程，了解电力系统的入门课程，深度不够、面面俱到,稳态分析,故障计算,一、二次系统,稳定性,防雷,综合性,基础性,50学时,五门电专业课程,三掌握,基本知识,基本计算,基本原理,二目的,一般性认识,业务技术管理,课程介绍,主要学习电力系统的基本知识，分七章介绍,电力系统的组成发、输、变、配,短路电流分析与计算故障分析，三相短路概念,电气参数及等值电路物理元件的数学模型,稳态分析与计算功率流动、潮流计算、有功调整、无功调整,发电厂和变电所一次系统接线方式，电气设备,发电厂和变电所二次系统继电保护，电网监护,电力系统运行稳定性静稳、暂态稳定,课程介绍,3.电力系统分析基础 -今年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电压损耗最小 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,讲课方式,1、侧重基础,2、物理概念与数学模型相结合,3、补充新概念及专业领域研究成果和方向,4、辅助教学手段，录像、模型、图片,5、以讲为主，自学为辅,6、听课自由，前提是有自学能力,7、欢迎讨论、提意见,8、板书乱、发音不准希望谅解,9、考试不会难为同学们，不要求死记硬背,参考资料,1、电力系统分析基础 李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版,2、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,5、电力系统自动化、电网技术等杂志,3、电力系统稳态分析 （第二版） 东南大学，陈珩，水利电力出版社,4、电力系统暂态分析 （第二版） 西安交通大学，李光琦，水利电力出版社,第一章 电力系统的基本概念,1.电力系统的概念和组成,2.电能变换和电源构成,3.电力系统的负荷,4.电力系统运行的特点及要求,5.电力系统的电压等级,6.电力系统的接线及中性点接地,第一节 电力系统的概念和组成,电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）,第一节 电力系统的概念和组成,从调度、管理、控制的角度看,第一节 电力系统的概念和组成,第一节 电力系统的概念和组成,第一节 电力系统的概念和组成,从发电到用户的供电过程,第一节 电力系统的概念和组成,第一节 电力系统的概念和组成,第一节 电力系统的概念和组成,我国电网介绍,第一节 电力系统的概念和组成,我国电网介绍,第一节 电力系统的概念和组成,目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代 。截止2004年底装机总容量达4.00亿千瓦。 我国现有发电装机容量在20000MW以上的电力系统11个，其中东北、华北、华东、华中电网装机容量均超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。南方电力联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。其它几个独立省网，如四川、山东、福建等电网和装机容量也超过或接近10000MW。 各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大。220KV电网不断完善和扩充。 从1988年起连续每年新增投产大中型发电机组超过10000MW。 1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网。,第一节 电力系统的概念和组成,电力体制改革方案： 1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团),第一节 电力系统的概念和组成,电 网 图,第一节 电力系统的概念和组成,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,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。,第一节 电力系统的概念和组成,全国联网势在必行,现在： 7个跨省电网，5个独立省网,2015年全国联网：,以三峡电站为中心，东西南北四方向联网东西以送电和联网效益并重南北以获得联网效益为主，兼顾送电,联网方案：,首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发 黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地,第一节 电力系统的概念和组成,全国联网势在必行,北部和中部三纵：,西线：西北与川渝以直流方式相联,中线：华北与华中以直流背靠背相联,东线：山东与华东以直流背靠背相联,南部和中部：,提高水电利用容量，减少弃水,湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电,三峡到广东的远距离直流输电,第一节 电力系统的概念和组成,近年来停电事故频发,8.14美加大停电,8.28伦敦大停电,9.1悉尼和马来西亚大停电,9.28意大利大停电,近年来面临严重缺电,去年缺电3500万KW，今年缺电2500万KW。电力建设滞后于电力需求增长，电力供应总量不足，是造成电力供应逐步紧张的根本原因。,频率的抖动会造成次品堆积如山，大停电造成的灾难不压于一次强烈的地震,事故链接,缺电原因,第二节 电能变换和电源构成,一、电能变换,第二节 电能变换和电源构成,二、电源构成及展望,火电70%、水电20%、核电10%,燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）21世纪新能源,热核反应不使用放射性材料的核能，2030年后实用化,2050年时，电力供应是现在的23倍（15000亿KW.h) 核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系 统约占15%20%,第二节 电能变换和电源构成,我国的能源结构极不合理,目前电源配置情况,2020年电源配置情况,第二节 电能变换和电源构成,二、电源构成及展望,第二节 电能变换和电源构成,三、火力发电,火电发电 燃料燃烧 水 蒸汽 机械能 发电,火 电 厂,凝汽式效率低（3740%）、容量大，坑口电厂,热电厂效率高（6770%）、容量小，城市区,第二节 电能变换和电源构成,三、火力发电,第二节 电能变换和电源构成,三、火力发电,第二节 电能变换和电源构成,三、火力发电,第二节 电能变换和电源构成,三、火力发电,第二节 电能变换和电源构成,四、水力发电,水 冲击水轮机旋转 带动发电机发电,水 电 厂,堤坝式,引水式：河床坡度较大时,坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）,河床式：厂房与坝一起（葛州坝）,混合式：兼有堤坝式与引水式,抽水蓄能水电厂,第二节 电能变换和电源构成,四、水力发电,第二节 电能变换和电源构成,四、水力发电,第二节 电能变换和电源构成,四、水力发电,水 资 源,蕴藏量： 6.8亿KW,可利用量：3.78亿KW,20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW,三 峡,水位： 200m,流量： 14300m3/s,可装机： 2500万kw,计划装机：70*26=1820万kw，已投980,第二节 电能变换和电源构成,三 峡 电 站,第二节 电能变换和电源构成,三 峡 电 站,第二节 电能变换和电源构成,三 峡 电 站,第二节 电能变换和电源构成,总投资603.3亿元、总工期12年两个月、装机容量1260万千瓦的中国第二大水站溪洛渡水电站，已于今春正式开工,长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电站。这4座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。,已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万KW,第二节 电能变换和电源构成,五、核电厂,核 能,用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统,裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）,聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）,反应堆,热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击，目前采用,快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能中子 撞击，效率高100倍，个别国家使用,1kg铀235相当于2700t煤,第二节 电能变换和电源构成,按减速剂分,轻水堆（86%）,压力堆（PWR）：3/4,沸水堆（BWR）,重水堆,气体冷却堆,1951年第一座100KW核电站在美国现在全世界有441座，总装机3.5亿kw我国秦山（30+2*60+2*70），大亚湾（2*90万KW）,第二节 电能变换和电源构成,2004年7月前701万kw（9座），即将在浙江三门、广东阳江，江苏田湾各建200万kw，投资500亿人民币2020年我国装机达88.5亿kw,其中核电4000万kw未来15年计划修建40座100万kw核电站核电投资大：1.11.65万元/kw；火电：4000元/kw建设周期：核电70个月；火电：30个月核电比火电寿命长30年,第二节 电能变换和电源构成,五、核电厂,第二节 电能变换和电源构成,五、核电厂,第二节 电能变换和电源构成,五、核电厂,第二节 电能变换和电源构成,六、新能源发电和电力储存,第三节 电力系统的负荷,一、负荷类型,负荷用电设备在某时刻从系统中取用的功率,负 荷 类 型,异步电动机,同步电动机,各类电炉,整流设备,电子仪器,电灯,负荷变化是随机的规律性用负荷曲线表示,第三节 电力系统的负荷,二、负荷曲线,负荷曲线及表示法,日负荷曲线安排电能生产计划的基础,年负荷曲线安排检修计划、装机计划的依据,第三节 电力系统的负荷,1、日负荷曲线,日用电量：,日平均负荷：,负荷率： kp=pav/pmax,第三节 电力系统的负荷,2、年负荷曲线,年用电量：,Tmax=W/Pmax,第四节 电力系统运行的特点及要求,一、运行特点,电能不能大量储存,过渡过程非常迅速（30万KM/S）,电力和国民经济各部门关系密切,第四节 电力系统运行的特点及要求,二、运行要求,最大限度地满足用户的用电要求,保证供电的可靠性（3040倍，分类负荷）,保证电能质量（电压、频率、波形）,提高电力系统的经济性,第五节 电力系统的电压等级,一、电力系统标称电压和最高电压,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,二、电气设备的额定电压和最高电压,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,第五节 电力系统的电压等级,三、如何确定电气设备的额定电压,=电网额定电压,升压变：=发电机额定电压,同一标称电压下，不同电气的额定电压是不同的,1、用电设备允许偏差,2、线路首末端允许偏差,1.05UN,0.95UN,U2,U1,UN,3、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压 5%,4、变压器,一次侧：用电设备,降压变：=电网额定电压UN,二次侧：发电设备,额定电压为空载电压,内部损耗约5%,二次电压高出10%,第五节 电力系统的电压等级,三、如何确定电气设备的额定电压,第五节 电力系统的电压等级,四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围,第六节 电力系统的接线及中性点接地,接线图（电气元件连接图）,地理接线图,电气接线图,1、地理接线图（元件的相对地理位置及输电线路距离）,一、电力系统接线图及接线方式,第六节电力系统的接线及中性点接地,2、电气接线图,无备用：结构简单、投资少、可靠性差,有备用：每个用户由两个或以上电源供电,第六节电力系统的接线及中性点接地,二、电力系统中性点接地方式,中性点接地的影响,交流输电用三相，经发电机、变压器时，用星形联接形成中性点,短路电流大小,绝缘水平,供电可靠性,接地保护方式,对通信的干扰,系统接地方式,中性点接地方式,直接接地大电流系统 110kv及以上,不直接接地小电流系统 110kv以下,小电流系统,不接地,经消弧线圈接地,经电阻接地,第六节电力系统的接线及中性点接地,1、中性点直接接地系统一相接地的特点,故障相电流大,故障相及中性点 对地电压为零,非故障相对地电 压仍为相电压,与故障相相关的线电压降为相电压,第六节电力系统的接线及中性点接地,2、中性点不接地系统一相接地的特点,故障电流小,中性点对地电压 升高为相电压,非故障相对地电 压升为线电压,三相线电压仍对称,第六节电力系统的接线及中性点接地,3、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点,装设的目的：熄灭接地电流产生的电弧,装设原则,补偿方式,36kv电网：30A,10kv电网：20A,3566kv电网：10A,过补（IpIc），一般采用这种方式,欠补（IpIc）,全补（Ip=Ic），不允许，容易谐振,第七节电力系统的高次谐波,一、高次谐波的概念及谐波源,1、高次谐波的概念及产生原因,理想系统：f=50hz，=2f,负荷线性则u，i保持正弦波,由于存在非线性元件（换流设备、二极管、铁芯元件）使u，i波形畸变谐波污染,发生畸变后仍为周期函数，可用付里叶分析法,第七节电力系统的高次谐波,2、畸变率衡量畸变的程度,0.38(5%)；6及10(4%)；35及66(3%)；110(2%),3、谐波源,谐波电压源发电机，和负荷无关，值很小,谐波电流源非线性负载产生，换流、电气化铁路 是主要来源,第七节电力系统的高次谐波,二、高次谐波的危害及抑制,1、危害,附加损耗，使设备发热,影响测量精度,干扰音频通信,对电子控制、继电保护造成干扰，导致误动,2、抑制,T采用Y/接线，消除3n次谐波,加装调谐滤波器吸收谐波，x=L-1/c,并联补偿电容器加装串联电抗器,增加整流器的脉冲次数减少纹波,第一章 作业,1、电力系统为什么要并网互联运行？举出我国现有的几个跨省电网。,2、我国现行规定的电力线路额定电压等级有哪些？,3、简述发电机、变压器和输电线路的额定电压是如何确定的？标出图1所示电力系统中各元件的额定电压,电力工程系,Department of Electrical Engineering,North China Electric Power University,