华北电力大学精品课程 电力系统分析基础(第一章)ppt课件.ppt

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North China Electric Power University,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,电,力,统,分,析,课程介绍,电力系统的基本知识和等值网络,系,电力系统正常运行状况的分析和计算,稳态,电力系统有功功率频率、无功功率,电压的控制与调整,电,力,系,统,暂,分,析,课程介绍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)涉及电压、电流 电力系统故障分析 主讲短路计算对称分量法及序网概念,态,不对称故障的分析与计算机电暂态过程与动力系统有关(过程最长)涉及功率、功角导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行静稳暂稳,发,电,厂,电,气,课程介绍电气主接线卖电的网络电器的原理与选择卖电的工具配电装置电器的组合及布置控制与信号二次系统,部分,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,综,合,性,基,础,性,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,50学时五门电专业课程基本知识三掌握 基本计算基本原理,防雷,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,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,短路电流分析与计算故障分析，三相短路概念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,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,5、电力系统自动化、电网技术等杂志,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,发电,输电,变电,配电,用电,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,厂网分家前电网组成,第一节 电力系统的概念和组成,厂网分家前电网情况,第一节 电力系统的概念和组成,重新组合后的大区电网图,第一节 电力系统的概念和组成,目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高度自动控制的新时代 。截止2005年底装机总容量已过5亿千瓦，到今年底全国拥有的发电装机总容量将接近6亿千瓦，继续居世界第二。,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，750KV输电工程（青海官亭甘肃兰州东）已投入试运行，晋东南南阳荆门1000千伏交流特高压试验示范工程已启动。,近十年19942004年，装机由19990万kW增至44070万kW，连续10,年平均每年新增发电容量2400万kW，预计今年新增7500万KW,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，三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。,第一节 电力系统的概念和组成,GW,中国发电量和装机容量现居世界第二位,35030025020015010050,建国初期：发电量第25位装机容量第21位2002年：均已跃居第 2位,0,美,中,俄,日,加,德,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),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。,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,红虚筐内为输电网,兰虚筐内为输电网,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。,2003年全国联网示意图东北Northeast华北North西北Northwest华东,川渝ChuanYu南方South,华中Central,East福建Fujian,2005年全国电网互联示意图Thermal Base3000MW2500MW1800MW7200MW,ACDC,Hydro Power Base,2000MW,9000MW,3000MW,10000MW,2005年全国电网互联示意图东北姜家营高岭,西北背靠背直流,华北新乡邯东龙政直流(DC),华中,三峡,葛沪直流(DC),华东,荆州惠州直流,西藏,南方电网,(DC),2010年全国电网互联示意图东北,西北,西北华北灵宝背靠背,姜家营高岭交流华北,晋城阳城江苏AC,德阳宝鸡直流,华中,直流三峡水电站,新乡邯东背靠背直流,从三峡到华东,(or DC Link)华东,的三回直流西藏荆州惠州 直流南方电网,美国,瑞典丹,英国,马来西,国外03年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾难,国家,发生时间 事故名称,事故后果,2003.8. 北美东部 损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积,14,网,24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。,2003.9. 瑞典丹 停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时,麦,23,麦,意大利,2003.9. 意大利28,6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。,2003.8. 伦敦地铁 停电724MW，影响41万用户，50万乘客被困，停电37,28,分钟1小时,2003.9. 马来西亚 马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小,亚,1,时。,4,美国发生的其它大停电事故,事故名称,时间,后果,美国东北部大停电纽约大停电事故美国西部网大停电,1965.11.9 最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直接经济损失达1亿美元。1977.7.13 停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫，华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。1994.12.1 系统解列成东西南北四个大岛，事故影响到14个州200万人的用电。,美国西部网大停电,1996.7.2,系统解列成五个孤岛，事故影响14个州200万用户,美国西部网大停电,1996.8.10 系统解列成四个孤岛，事故影响9个州750万用户,美国电网为什么频发大停电事故,美国电网自1999年起已发生130多起重大停电事故，和其电网的特点有关。,由初期的自由竞争发展之后，国家60年代才介入，导致电,压等级混乱，、电网结构强弱不一；,电力公司对联邦能源管理委员会FERC和NERC的规定和导则,基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态；,在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院；电网结构老化，投入不足，对其开发研究的投资比宠物食,品制造商的还少；,缺少有效应对紧急情况的方案设计；,分散安装，协调不足的安全自动化系统。,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,1.6,0,4.3 8.8,25.8火电,水电核电,23.7,其它6373.6,第二节 电能变换和电源构成,预计到2020年全国需要的发电量为4.3万亿kWh，相应的装机容量为9.5亿kW左右(下限8.5，上限10.5),煤电为6亿kW，占63%(电量3万亿kWh，占4.3万亿kWh的70%)水电2亿kW，占21.1% (电量为7000亿kWh，占16%)；抽水蓄能电站2500万KW，占2.6%；,核电4000万kW，占4.2% (电量2600亿kWh，占6%)；气电7000万kW，占7.3% (电量3000亿kWh，占7%)；新能源1500万kW，占1.5% (电量400亿kWh，占1%)；,第二节 电能变换和电源构成,到2020年全国达到4.3万亿kWh的电量，相当于全国人均占有电量约为2900kWh(按预测2020年全国人口数为14.7亿人)，这只比2000年世界人均电量2500kWh略高，相当于美国50年代初，英国60年代初的水平，且比西班牙1982年人均占有电量,(3100kWh)还低。而西班牙的用电水平是作为我国电力水平国际比较的参照量之一。,2006年我国发电装机达5.7亿千瓦2007年预计装机仍达7000万千瓦,到2010年，接近8亿（每年发展5000万千瓦装机 ）。,第二节 电能变换和电源构成,二、电源构成及展望,火,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,凝汽式效率低（3740%）、容量大，坑口电厂电厂热电厂效率高（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,我国部分煤电基地建设设想方案,蒙西煤电基地外送规模,呼盟煤电基地2160,3000锡盟煤电基地1200晋东南煤电基,宁夏灵武煤电基地 外送规模1320,陕北煤电基地外送规模1440,地 外送规模2000,水,水,厂,第二节 电能变换和电源构成四、水力发电,冲击水轮机旋转,带动发电机发电,堤坝式,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）,电 引水式：河床坡度较大时混合式：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,第二节 电能变换和电源构成,四、水力发电,水,资,第二节 电能变换和电源构成四、水力发电蕴藏量： 6.8亿KW可利用量：3.78亿KW20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW,源,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,藏,江,水,1768,清,淮,阳,通,天,渭,江,河,江,黑?龙,?,江,黄河上游1415,黄 河北干流609,东北1131,第?,二,松,花,白 山150,塔里木河,车尔臣河,孔,雀,河雅砻,大渡河1805,龙羊峡,李家峡,黄,河,滦,河,辽河,鸭,江江绿,江1940金沙江4789雅鲁布 江,黄河,128青海湖金雅沙砻江澜,200大河大渡河江,通河刘家峡116岷长二 滩330,洛河葛洲坝汉 271。5三峡江澧水江沅水乌资水隔河岩120,河黄河 洪泽湖江长 富春江鄱洞庭湖湖赣江闽江,长江上游2831闽、浙赣,怒江,沧,漫 湾125,南?天生桥,江盘天生桥,红,水 河,北江,江,东,1416,水电基地,澜沧江2137,120 132岩 滩120南盘江红水河,湘西791,Hydropower bases,1312,乌 江867,2700t煤,堆,第二节 电能变换和电源构成五、核电厂用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统,核,能,裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）1kg铀235相当于,聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）,反,应,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,按,减,速,剂,第二节 电能变换和电源构成,轻水堆（86%）,压力堆（PWR）：3/4,沸水堆（BWR）重水堆分气体冷却堆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9.5亿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,线性变化：描述日平均负荷变化规律,周期变化：描述以,24h为周期的变化规律,负荷的具体组成对负荷特性有决定性影响,负,荷,曲,线,及,表,示,法,第三节 电力系统的负荷,二、负荷曲线,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：,W =,0,24,Pdt,日平均负荷：24Pav = W / 24 = Pdt / 240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：W,ni = 1,P i t i,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，发电、变电、输,电和用电同时进行。,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,电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形都有严格的国家标准。,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,P,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： = 3UIcos,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额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值,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 5%2、线路首末端允许偏差 10%,1.05UNU1,UN,U20.95UN,3、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压 5%=电网额定电压,4、变压器,一次侧：用电设备二次侧：发电设备,升压变：=发电机额定电压降压变：=电网额定电压UN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,第五节 电力系统的电压等级,五、电压等级的电压等级的划分,100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。输电电压一般分高压、超高压和特高压。,高压(HV)：35220kV；超高压(EHV)：330750kV；特高压(UHV)：1000kV及以上。高压直流（HVDC）：600kV及以下；特高压 直 流 （ UHVDC）：600kV 以 上 ， 包 括750kV 和800kV。,六、 各电压等级输电线路的输电能力,电压(kV)功率(MW),220132,330295,500885,11005180,15009940,距离(KM) 100- 300-200 500,500-1000,2000-3000,走廊(M),45,90,120,PU2，故电压等级提高1倍，输送功率提高4倍以上，但输电距离超过100KM时,可能出现稳定问题。,第六节 电力系统的接线及中性点接地,一、电力系统接线图及接线方式,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）,第六节电力系统的接线及中性点接地无备用：结构简单、投资少、可靠性差,2、电气接线图,有备用：每个用户由两个或以上电源供电,性,点,式,小,电,流,中,性,点,接,地,的,影,响,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,短路电流大小中绝缘水平供电可靠性接接地保护方式 地对通信的干扰 方系统接地方式,直接接地大电流系统110kv及以上不直接接地小电流系统110kv以下不接地经消弧线圈接地系统 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3566kv电网：10A,装设原则补偿方式,10kv电网：20A36kv电网：30A欠补（IpIc），一般采用这种方式全补（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,U ( t ) =,U m sin t,理想系统：f=50hz，=2f,I ( t ) = I m sin( t + ) 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u(t ) = U 0 + U nm sin( n 1 t + n )n = 1i(t ) = I 0 + I nm sin( n 1 t + n )n = 1,2,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%),D U =, U nn = 2U 1, 100 %,D I =,n = 2I 1,2I n, 100 %,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附加损耗，使设备发热1、危害 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T采用Y/接线，消除3n次谐波,2、抑制,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材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,ThanksHttp eeNorth China Electric Power University,