电力系统分析第一章-新.ppt

电力系统分析,主讲:何莉萍,参考书：1、何仰赞等.电力系统分析（上/下），华中科技大学出版社 2、夏道止.电力系统分析，中国电力出版社 3、韩祯祥主编.电力系统分析，浙江大学出版社 4、陈珩.电力系统稳态分析，水利电力出版社 5、李光琦.电力系统暂态分析，水利电力出版 6、单渊达主编.电能系统基础，机械工业出版社,目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法。,本课程涉及的主要学科知识：高等数学、电路理论，电机学理论，基础物理，控制理论等。,电力系统分析,电力系统分析,第一章 电力系统的基本概念,第一章 电力系统的基本概念,1.1 电力系统概述,一、电力工业概述,1、电力工业的重要性 首先，电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点；其次，电力是一种安全、卫生和可持续的能源，电力工业能够为社会经济的发展提供持久和卫生的动力和能量。,2、电力工业的发展：目前，我国电力工业格局主要包括两大电网和五大发电 集团，全国总发电装机容量已突破9亿千瓦；2020年末，预计达到16亿千瓦。,南方电网公司,国家电网公司,1.1 电力系统概述,南方电网公司,国家电网公司,东北电网,华北电网,华东电网,华中电网,西北电网,国家电网公司代管,华能集团公司,大唐集团公司,华电集团公司,国电集团公司,电力投资集团公司,1.1 电力系统概述,1.1 电力系统概述,自1996年起，我国发电装机容量一直位居世界第二位。美国能源部信息管理局发布的国际能源展望2006预测，到2020年中国发电总装机容量将超越美国跃居世界第一。,我国2010年底发电总装机容量(包括火电、核电、水电、风电)已达9.62亿千瓦，到2012年10月，装机总量将突破10亿千瓦。10亿千瓦的发电装机总容量是日本全国发电装机总容量的3.3倍，是欧盟所有国家发电装机总容量的1.25倍，与美国基本持平略微超出，这当然是个了不起的成就，从1995年的2.18亿千瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。,1.1 电力系统概述,1.1 电力系统概述,二、电力系统概述,1.1 电力系统概述,动力系统（广义电力系统）：动力部分与电力系统组 成的整体。,1、电力系统的组成：,1.1 电力系统概述,电力网：电力系统中输送与分配电能的部分，主要由 输电网和配电网组成。,电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统。包括：发电机、电力网（变压器、电力线 路）和用电设备组成。,1.1 电力系统概述,2、电力系统的运行特点与基本要求：,3、本课程主要学习内容：,1.1 电力系统概述,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,一、电力系统的负荷：,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,定义：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律。分类：日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。,二、负荷曲线：,日负荷曲线：描述负荷一天24小时内所需功率的变化情况；是供调度部门制定各个发电厂发电计划的依据。,日平均负荷：,一天的总耗电量：,(a）钢铁工业负荷；(b)食品工业负荷；(c)农村加工负荷；(d)市政生活负荷。,日负荷曲线举例：,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率 负荷变化的情况；可供调度、计划部门有计划安排全年机组 检修、扩建或新建发电厂。,机组维修,新建或扩建机组的容量,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小 时数顺序排列绘制而成；可供编制电力系统发电计划和进行 可靠性计算用。,全年耗电量：,最大负荷利用小时数：,最大负荷利用小时数Tmax：即用最大负荷消耗一年的电能所 需的时间。,1.2 电力系统的负荷和负荷曲线,最大负荷利用小时数 Tmax 可用于估算常用电力用户的全年用电量。,表1-1 各类用户的年最大负荷利用小时数,三、负荷特性,负荷功率随电压或频率变化的特性。,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,一、电力系统的接线,1、电力系统接线图：电气接线图和地理接线图,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,2、电力系统接线方式及其特点：,放射式 干线式 链式,优点：简单、经济、运行方便；缺点：供电可靠性差。,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,放射式 干线式 链式 环式 两端供电网络,优点：供电可靠性高、电压质量高；缺点：不经济、运行调度复杂。适用范围：电压等级较高或重要的负荷。,接线方式选择依据：运行的可靠性、经济性、灵活性和操 作的安全性。,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,1、电力系统电压等级：,二、电力系统的电压等级,目前，我国电力系统（电网）额定电压等级主要有：3kV，6kV，10kV，35kV，110kV，220kV，500kV，750kV。,说明：在一个电力系统内，电压等级差一般为23倍；在一个国家内，宜选用一种电压系列。在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电 机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压 各不相同。,额定电压：用来代表电力网或电气设备运行电压特性的数值。,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,2、电力元件额定电压等级选择原则：某一级的额定电压是以系统的额定电压（用电设备额定电压）为中心而定的。,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,典型例题：确定各设备额定电压,作业1：确定各设备的额定电压,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,三、电力系统中性点接地方式：,1、中性点直接接地方式：,特点：供电可靠性差，但较经济。适用范围：110kV以上系统。,发生接地故障时：非故障相对地电压不变，接地相短路电流很大。,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,2、中性点不接地方式：,发生接地故障时：不必切除故障相，非故障相电压变为 倍相电压。特点：供电可靠性高，但绝缘费用高。适用范围：60kV以下系统。,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,总结：系统中一相接地的特点比较,中性点直接接地方式：,中性点不接地方式：,1.3 电力系统的接线和额定电压等级,3、中性点经消弧线圈接地：,特点：接地消弧线圈可以形成一个与容性接地电流大小相近的感性电流，减少接地点电流，提高供电可靠性。适用范围：36kV电力网（接地电流30A）；10kV电力网（接地电流20A）；3560kV电力网（接地电流10A）。,1.4 电力线路的结构,电力线路按结构分为架空线路和电缆线路。,1.4 电力线路的结构,针式绝缘子：10kV及以下线路,1.4 电力线路的结构,悬式绝缘子：主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。,1.4 电力线路的结构,棒式绝缘子：起到绝缘和横担的作用，应用于1035kV农网。,1.4 电力线路的结构,1.4 电力线路的结构,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,说明：各元件参数是电力系统稳态分析所用参数（正序 参数）；三相系统是对称的，其等值电路一般采 用单相等值电路。,一、电力系统元件的参数和等值电路,电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导 四个参数表示的等值电路，常用的是型 等效电路。,1、电力线路的参数（集中分布参数）和等值电路：,a.单位长度的电阻：,精确计算时进行温度修正:,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,b.单位长度的电抗：三相导线排列对称(正三角形)或三相导线排列不对称，进行 整体循环换位后三相电抗相等。,分裂导线输电线路等值电抗：,其中：,分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,c.单位长度的电纳：,d.单位长度的电导：,电晕临界电压：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,线路的电抗：,解：线路的电阻：,例题1-1：某380kv输电线线路，导线水平排列并经整循换位，相间距离为8m，求单位长度的电阻、电抗和电纳：（1）导线为LGJQ-600型，计算直径为33.2mm。,线路的电纳：,几何均距Dm和半径r单位要一致,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,（2）导线为LGJ-2300型，每根导线的计算直径为25.2mm，分 裂间距为 400mm。,线路的电抗：,线路的电阻：,线路的电纳：,解：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,短输电线路：长度100km（或很短的电缆线），电导和电纳 忽略不计。,线路阻抗：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,(a)形等值电路(b)T形等值电路,分析计算时电力线路常用的是型等值电路。,其中l 为线路长度；该计算为集中分布参数 计算方法。,中等长度的输电线路：架空线：100km300km（电缆：100km）,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,长距离输电线路：架空线：300km（电缆：100km），需要 考虑分布参数特性。,近似分布参数,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,作业2：一条220kV输电线，长180km，导线为LGJ-400型，计算直径2.8cm，水平排列并经整循换位，相间距离为7m；求该线路参数R，X，B，并画出等值电路图。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,2、变压器的参数和等值电路：,变压器的试验数据：短路损耗Ps，短路电压百分比Us%；空载损耗P0，空载电流百分比I 0%。,电阻RT：变压器的短路损耗Ps近似等于变压器的电阻产生的 额定总铜耗；,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,电抗XT：短路压降Us几乎全部降落在电抗上；,电导GT：变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压 器的空载损耗P0；,电纳BT：在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上 接近相等。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,注意：电纳 BT 是电感铁芯决定的感性电纳，在等值电路中以负号 出现；公式中各量的单位分别是：UNkV；SNMVA；PkW；UN 为额定线电压，视需要选用一次侧或二次侧电压额定值，即为归算到相应侧的参数。,例1-2：有一台SFL1-31500/110 型向 10kv 网络供电的降压变压器，试计算归算到高压侧的变压器参数。铭牌给出的试验数据为：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,解：由型号知：；,各参数如下：,作业3：计算上述变压器归算到低压侧 10kV 的参数，并画出 等值电路。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,三绕组变压器导纳GT-jBT的计算方法与双绕组变压器相同：,所不同的是关于阻抗 RTijXTi 的计算：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,（a）,（b）,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,补充例题：三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220，额定容量为120/120/60MVA，额定电压为：220/121/11kV,求变压器归算到220kV侧的参数，并作出等值电路。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,解：1）求各绕组的电阻：,同理可得：,电阻计算如下：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,2）求各绕组电抗：,电抗计算：,变压器阻抗参数：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,3）求导纳：,等值电路：,作业4：有一容量比为100/100/50，额定电压为220/38.5/11kV，额定容量为90MVA的三绕组变压器，试验数据如下。试求归算至高压侧的变压器参数。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,3、电抗器R、电容器C和发电机G的参数：,；,4、负荷参数：恒功率参数：,恒阻抗参数：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,1）发电机、负荷采用恒功率等效，变压器采用型等效电路，电力线路采用型等效电路；2）各元件参数需归算到同一电压等级（基本级）；归算如下：,二、电力网络的等值电路,例如：,取10kV为归算基本级，则110kV级线路L-2阻抗、电压、电流归算如下：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,例题1-4：某电力系统如图所示：各元件技术指标已标示，T-2、T-3参数相同，L-1、L-2参数相同，变压器忽略电阻和导纳。试分别作出归算到110kV和10kV侧该系统的等值电路。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,解：1）归算到110kV侧,变压器T-1：,变压器T-2、T-3：,电抗器R：,发电机G：,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,2）归算到10kV侧,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,等值电路：把对应归算等级110kV（或10kV）各元件参数标注在图中。,1.5 电力系统元件的参数和等值电路,作业5：简单电力系统接线如下图所示，有关参数标于图中，试求此系统的等值电路（参数均以有名值表示）。,1.6 标幺值,一、标幺值,若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为VB，IB，SB，ZB，则相应的标幺值为：,1.6 标幺值,2、基准值的选择：,基准值的选取原则：全系统只选一套；一般选额定值；满足电路的基本关系。,1）除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任意值。,2）考虑采用标幺值计算的目的：a）简化计算;b）便于对 结果进行分析比较。,1.6 标幺值,1）单相电路中基准值选择：,结论：只要基准值的选择满足基本电学关系，则在标幺制 中，电路中各物理量之间的关系与有名值相同，有 关公式可以直接应用。,1.6 标幺值,2）三相电路中基准值选择：,结论：a.在标幺制中，三相电路计算公式与单相电路计算公式完全相同，线电压与相电压的标幺值相同，三相功率与单相功率的标幺值相同。b.对称三相电路完全可以按单相电路的标幺值进行计算，但各物理量的基准值是不同的。,1.6 标幺值,3）三相电路的习惯做法：只选UB 和 SB，由此计算ZB、YB和 IB。,有名值换算成标幺值：,标幺值结果换算成有名值：,1.6 标幺值,二、基准值改变时标幺值的换算,（2）新基准值下的标幺值：,（1）把标幺阻抗还原成有名值：,例如：发电机、变压器、电抗器的换算公式：,1.6 标幺值,三、多电压等级网络中各参数标幺值计算及其等值电路,1将网络中各元件参数及电压、电流的有名值（实际值）先归 算到选定的基本级（UB和SB），然后再除以与基本级（UB 和SB）相对应的参数基准值ZB、YB和 IB。,网络中各元件参数先不进行归算，按照其所处的电压等级直接计算其有名值（实际值）；然后用未经归算的参数有名值（实际值）除以对应电压等级的基准值即可得其标幺值。,先由选定的基本级（UB和SB）归算其他电压等级基准值UBI、UBII、UBIII；利用SB 和UBI、UBII、UBIII计算参数基准值ZBI、ZBII、ZBIII；YBI,YBII,YBIII以及IBI、IBII、IBIII；,1.6 标幺值,例题15：某电力系统如图所示：各元件技术指标在图中已经标示，变压器忽略了电阻和导纳。试用两种方法准确计算以100MVA为基准功率、110kV 为基准电压时，该电力系统中各元件参数的标幺值，并画出标幺值等值电路。,1.6 标幺值,解：方法一：全部参数归算到110kV侧（例题14）,选,方法二：选定110kV线路为基本级，分别归算10kV级和6kV级电 压基准值：,1.6 标幺值,线路L-1、L-2：,1.6 标幺值,电抗器R：,线路L-1、L-2：,变压器T-2、T-3：,结论：两种方法下，只要基本级（UB和 SB）选择相同，则标幺值结果是相同的；基本级选择不同，所得标幺值结果也不相同。,1.6 标幺值,例题1-5 标幺值表示的等值电路：,1.6 标幺值,3、近似计算法：选取UBUav，即电压基准值为平均额定电压。,近似计算方法可以简化计算公式和工作量，但其精度是不能保证的，只有在一定情况下可以应用（如短路故障分析计算）。,发电机、变压器的电抗标幺值不需按电压进行归算：,1.6 标幺值,例题16：某电力系统如图所示：各元件技术指标在图中已经标示。试用近似计算法计算以100MVA为基准功率、以平均额定电压为基准电压时，该电力系统中各元件参数的标幺值。,1.6 标幺值,解：选,发电机G：,变压器T-1：,变压器T-2、T-3：,电抗器R：,线路L-1、L-2：,1.6 标幺值,作业6：系统接线图如下所示，有关参数已经标在图上，试准确 计算以100MVA为基准功率、110kV为基准电压时，该 电力系统中各元件参数的标幺值。,