华电《电力系统分析基础》课件.ppt

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1、电力系统分析基础,主讲人：杨用春,电力系统分析基础主讲人：杨用春,课程内容,稳态分析,第一章 电力系统的基本概念,第二章 电力系统各元件的特性和数学模型,第三章 简单电力系统的潮流计算与分析,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 电力系统的无功功率和电压调整,第七章 电力系统三相短路分析与计算,第八章 电力系统不对称故障分析与计算,暂态分析,课程内容稳态分析第一章 电力系统的基本概念第二章 电力系,参考教材,电力系统稳态分析（第三版）东南大学陈珩，水利电力出版社电力系统暂态分析（第三版）西安交通大学李光琦，水利电力出版社电力系统分析基础李庚银、杨淑

2、英、栗然，机械工业出版社电力系统分析习题集杨国旺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,参考教材电力系统稳态分析（第三版）,如何学习这门课程,1. 先修课程：电路、电机学,2. 听课为主、自学为辅,3. 按时、独立完成作业,4. 理解基本概念，不要死记硬背,5. 工程观念和思想，理论结合实际,如何学习这门课程1. 先修课程：电路、电机学 2. 听课,第一章 电力系统的基本概念,第一章 电力系统的基本概念,本章内容,1.1 电力系统概述1.2 电力系统运行的特点和要求1.3 电力系统的接线方式和电压等级1.4 电力系统中性点的运行方式1.5 电力系统分析的含义与内容1.6 我国电力

3、系统的发展,本章内容1.1 电力系统概述,1.1 电力系统概述,一、电力系统的形成与发展二、电力系统的基本概念三、电力系统的基本参量和接线图,1.1 电力系统概述一、电力系统的形成与发展,一、电力系统的形成与发展,1831年法拉第发现电磁感应定律,交流发电机,直流发电机,直流电动机,特点：输电电压低，输送距离短，输送功率小。,100400V,=,直流发电机,电弧灯,M,直流电动机,电的产生,一、电力系统的形成与发展1831年交流发电机直流发电机直流电,一、电力系统的形成与发展,高压输电,1882年，法国人M 德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能输送到 57km外的慕巴黑，并用以驱动水泵

4、。输电电压：直流15002000V，输送功率：约1.5kW。,世界上第一个电力系统！,57km, 15002000V,=,直流发电机,M,直流电动机,一、电力系统的形成与发展高压输电1882年，法国人M 德,一、电力系统的形成与发展,交流输电,1885年制成变压器,实现单相交流输电,1891年制成三相变压器和三相异步电动机,实现三相交流输电,178km, 25kV,Lauffen镇,法兰克福,水轮发电机组,95V/25kV,25kV/112V,1891年德国建成第一条三相交流输电系统,M,白炽灯,异步电动机,95V, 230kVA150r/min,一、电力系统的形成与发展交流输电1885年制成

5、变压器实现单相,一、电力系统的形成与发展,三相交流制迅速发展，而直流制被淘汰；汽轮发电机组取代以蒸汽机为原动机的发电机组；发电厂之间出现了并列运行；输电电压、输送距离和输送功率不断增大；电力系统的规模不断扩大。,电力系统的发展,一、电力系统的形成与发展三相交流制迅速发展，而直流制被淘汰；,二、电力系统的基本概念,发电,电力系统,电力网,动力部分,动力系统,用电,输电,变电,变电,电力系统、电力网与动力系统的概念,二、电力系统的基本概念发电电力系统电力网动力部分动力系统用电,电力系统的组成 （1）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、变压器、输电电路和用电设备。 （2）电力

6、网：电力系统中输送与分配电能的部分，包括变压器和输电电路。 （3）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。,二、电力系统的基本概念,电力系统的组成二、电力系统的基本概念,华电电力系统分析基础课件,三、电力系统的基本参量和接线图,总装机容量：指系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦(kW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)计。年发电量：指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时(kWh)、兆瓦时(MWh)、吉瓦时(GWh)计。最大负荷：指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值。额定频率：按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定频率为50Hz。最高电压等级：指该系统中最高的电

7、压等级电力线路的额定电压。,1电力系统的基本参量,三、电力系统的基本参量和接线图总装机容量：指系统中实际安装的,三、电力系统的基本参量和接线图,地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。,2电力系统的接线图,三、电力系统的基本参量和接线图地理接线图：主要显示系统中发电,华电电力系统分析基础课件,三、电力系统的基本参量和接线图,地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。,2电力系统的接线图,电气接线图：主要显示系统中某发电厂（变电所）内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间

8、的电气接线。,三、电力系统的基本参量和接线图地理接线图：主要显示系统中发电,三、电力系统的基本参量和接线图,某发电厂的电气主接线,三、电力系统的基本参量和接线图T210kVT1G1G2G,三、电力系统的基本参量和接线图,地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。电气接线图：主要显示系统中某发电厂（变电所）内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。,2电力系统的接线图,宏观,微观,三、电力系统的基本参量和接线图地理接线图：主要显示系统中发电,1.2 电力系统运行的特点和要求,1.2 电力系统运行的特点和要求,一

9、、电能的优点,可以很方便地转换成其他形式的能，如光能、热能、机械能、化学能等。便于生产、输送、分配、使用，易于控制。可以方便地将自然界的一次能源转化为电能，如煤、石油、天然气、水能、核能、风能和太阳能等。,一、电能的优点可以很方便地转换成其他形式的能，如光能、热能、,二、电力系统运行的特点,与国民经济各部门关系密切电能不能大量存储电力系统各个部分不可分割过渡过程非常迅速对电能质量要求严格,二、电力系统运行的特点与国民经济各部门关系密切,三、对电力系统运行的基本要求,保证可靠地持续供电保证良好的电能质量提高电力系统运行的经济性,安全 优质 经济 环保,三、对电力系统运行的基本要求保证可靠地持续供

10、电安全 优质,三、对电力系统运行的基本要求,1.保证可靠地持续供电,电网规划与建设电源与网架规划、西电东送、全国联网等电网监视与控制SCADA数据采集与监视控制系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition ）电气设备在线监测与故障诊断（计划检修状态检修）负荷分级（一级、二级、三级），故障时，按负荷等级限电。,三、对电力系统运行的基本要求1.保证可靠地持续供电电网规划与,三、对电力系统运行的基本要求,负荷（一级 二级 三级）一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影

11、响。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。,三、对电力系统运行的基本要求负荷（一级 二级 三级）,三、对电力系统运行的基本要求,衡量电能质量的基本指标：电压质量频率质量,2.保证良好的电能质量,35kV及以上：5% 10kV及以上：7%,0.2 0.5Hz,主要指标：电压偏差、频率偏差、谐波畸变率、三相不平衡度、电压波动和闪变。原因：整流设备、电力机车、电弧炉、压钢机等非线性负荷和冲击负荷造起系统谐波、不对称、电压波动等。,三、对电力系统运行的基本要求衡量电能质量的基本指标：2.保证,三、对电力系统运行的基本要求,考核电力系统运行经济性的指标：煤耗率生产一度电消耗的标准煤重，与锅炉、汽轮机的特性

12、及厂用电率有关。网损率电网中损耗电能与供应电能的百分比,3.提高电力系统运行的经济性,三、对电力系统运行的基本要求考核电力系统运行经济性的指标：3,三、对电力系统运行的基本要求,环保火电厂装机接近70 煤炭燃烧造成的污染 限制污染物的排放量,三、对电力系统运行的基本要求环保,提高供电可靠性，减少系统备用容量有利于削峰填谷，提高发电设备利用率合理利用动力资源，（水、火电互补）， 提高经济性采用高效率大容量机组，减小负荷波动对系统的影响系统越大，抗干扰能力越强,四、电力系统的联网运行,提高供电可靠性，减少系统备用容量 四、电力,1.3 电力系统的接线方式和电压等级,1.3 电力系统的接线方式和电压

13、等级,一、电力系统的接线方式,含义：发电厂、变电所（站）之间的接线方式。类型：无备用接线方式有备用接线方式,一、电力系统的接线方式含义：,一、电力系统的接线方式,用户只能从一个方向取得电源,1.无备用接线方式,优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷,放射式,干线式,链式,一、电力系统的接线方式用户只能从一个方向取得电源1.无备用接,一、电力系统的接线方式,优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷,用户可以从多个方向取得电源,2.有备用接线方式,双回路放射式,双回路干线式,双回路链式,环式,两端供电,一、电力系统的接线方式优点：供电可

14、靠性和电压质量高用户可以从,华电电力系统分析基础课件,二、电力系统的电压等级,电力系统的额定电压等级电力系统各元件的额定电压电力网电压等级的选择,二、电力系统的电压等级电力系统的额定电压等级,二、电力系统的电压等级,1.电力系统的额定电压等级,根据 S = UI ，当输送功率一定时， 电压高，电流小，材料投资少，绝缘投资大； 电压低，电流大，绝缘投资少，材料投资大。,为什么规定电压等级？,所以，输送一定的功率有一个经济电压。,但不能任意确定线路电压！,二、电力系统的电压等级1.电力系统的额定电压等级根据 S =,二、电力系统的电压等级,我国规定的电力系统额定电压等级（kV）：3、6、10、20

15、、35、（60）、110、（154）、220、330、500、750、1000kV 交流线电压有效值,二、电力系统的电压等级我国规定的电力系统额定电压等级（kV）,系统的额定电压,二、电力系统的电压等级,什么是额定电压？电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好为什么各种电气设备的额定电压不一样?电压损耗、电压降落、各点电压电压不相同,2.电力系统各元件的额定电压,二、电力系统的电压等级什么是额定电压？2.电力系统各元件的额,二、电力系统的电压等级,电力网络中的电压分布,规定：线路的额定电压等于线路的平均电压，等于系统的额定电压。,规定：用电设备的额定电压等于系统的额定电压。,规定：发电机的额

16、定电压比系统额定电压高5%。,二、电力系统的电压等级电力网络中的电压分布规定：线路的额定电,二、电力系统的电压等级,；与发电机直接相连时，则与发电机相同。,若变压器漏抗很小、二次测与用电设备直接相连或电压特别高时，其二次侧额定电压比线路仅高5。,变压器一次侧：相当于用电设备,，其额定电压与系统相同,变压器额定电压的规定,变压器二次侧：相当于电源,，其额定电压应比系统高5%,，考虑变压器内部的电压损耗(5%)，实际应比线路高10%。,二、电力系统的电压等级 ；与发电机直接相连,二、电力系统的电压等级,变压器的抽头（分接头）,220kV,升压变压器,降压变压器,？,二、电力系统的电压等级变压器的抽

17、头（分接头）220kV升压变,二、电力系统的电压等级,3.电力网电压等级的选择,各级电压架空线路的输送能力,二、电力系统的电压等级3.电力网电压等级的选择各级电压架空线,二、电力系统的电压等级,(1)确定各设备额定电压;(2)若T1工作于+2.5%抽头, T2工作于主抽头,T3工作于-5%抽头,求各变压器变比。,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,例题,二、电力系统的电压等级(1)确定各设备额定电压;(2)若T1,1.4 电力系统中性点的运行方式,1.4 电力系统中性点的运行方式,引言,什么是中性点？,三相电源或三相负载连接成星形时出现的一个公

18、共点。,A,B,C,O,什么是中性点接地方式？,中性点与大地之间的电气连接方式。,中性点接地方式直接影响设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。,为什么要研究中性点接地方式？,接地？,不接地？,引言什么是中性点？三相电源或三相负载连接成星形时出现的一个公,1.中性点不接地,正常运行,分析：,（1）线电压与相电压关系；,（2）中性点电位；,（3）对地电容电流与相电压关系。,1.中性点不接地正常运行分析：（1）线电压与相电压关系；（2,1.中性点不接地,单相（C相）接地,分析：,（1）中性点对地电位；,（2）非接地相对地电位；,（3）对地电容电流。,1.中性点不接地单相（C相）接

19、地分析：（1）中性点对地电位；,（3）对地电容电流分析,（3）对地电容电流分析,2.中性点经消弧线圈接地,补偿方式,过补（ILIc）,欠补（ILIc）,全补（IL=Ic）,不允许，容易谐振,一般采用这种方式,2.中性点经消弧线圈接地补偿方式过补（ILIc）欠补（IL,3.中性点直接接地,单相（C相）接地,优点：非故障相电压基本不变。缺点：单相短路电流大。,3.中性点直接接地单相（C相）接地优点：非故障相电压基本不变,单相接地短路时特点比较,经消弧线圈接地：接地电流可减至很小，接地电流产生的电弧易于熄灭。其他特点与不接地系统基本相同。,小电流接地方式：中性点不接地或经消弧线圈接地；大电流接地方式

20、：中性点直接接地。,单相接地短路时特点比较经消弧线圈接地：接地电流可减至很小，接,中性点接地方式的应用,不接地：335kV系统；经消弧线圈接地：360kV系统；直接接地：110kV及以上电压系统，380/220V三相四线低压系统。,中性点经消弧线圈接地应用场合：3-6kV系统，接地电流30A； 10kV系统，接地电流20A；35-60kV系统，接地电流10A。,中性点接地方式的应用不接地：中性点经消弧线圈接地应用场合：,三相四线制系统,三相四线制系统,1.5 电力系统分析的含义及内容,1.5 电力系统分析的含义及内容,电力系统分析的含义,分析就是将研究对象的整体分为各个部分、方面、因素和层次，

21、并分别地加以考察的认识活动。电力系统的组成：,各个元件的数学模型,分析方法：,整个系统的数学模型及求解,电力系统分析的含义分析就是将研究对象的整体分为各个部分、方面,电力系统分析的内容,稳态分析暂态分析,正常的、相对静止的运行状态,从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程,电力系统分析的内容稳态分析正常的、相对静止的运行状态,电力系统分析的内容,电力系统稳态分析,电力系统的基本知识,电力系统正常运行状况的分析和计算,电力系统正常运行时的控制与调整,电力系统元件参数和等值网络,各个元件的数学模型,整个系统的数学模型及求解,手算,机器算,包括频率调整和电压调整,电力系统分析的内容电力系统稳态分析电

22、力系统的基本知识电力系统,电力系统分析的内容,不考虑发电机内部的过渡过程,电力系统暂态分析,波过程操作或雷击时的过电压（过程最短）,电磁暂态过程与短路及励磁有关(过程较短),机电暂态过程与动力系统有关(过程较长),涉及电压、电流,涉及功率、功角导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行,三相短路计算,不对称故障的分析与计算,静态稳定,暂态稳定,高电压技术,电力系统分析的内容不考虑发电机内部的过渡过程电力系统暂态分析,本课程的内容,包括电力系统稳态分析和部分电磁暂态分析：,电力系统的基本概念,电力系统各元件的特性和数学模型,简单电力系统的潮流计算与分析,复杂电力系统潮流的计算机算法,电力系统的有功功率和

23、频率调整,电力系统的无功功率和电压调整,电力系统三相短路分析与计算,电力系统不对称故障分析与计算,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,本课程的内容包括电力系统稳态分析和部分电磁暂态分析：电力系统,1.6 我国电力系统的发展,1.6 我国电力系统的发展,一、我国电力工业发展史,1882年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，一台12kW直流发电机。1911年，杨树浦发电厂动工，1913年开始发电，到1924年，共有12台发电机，装机121MW。1954年，中国自行设计施工的第一条220kV输电线路(369km)建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。中国输电线

24、路建设史上的一个里程碑。1972年，第一条330kV超高压输电线路建成，从刘家峡水电站至汉中，全长534公里。随后330kV线路延伸到陕甘宁青4个省区，形成西北跨省联合电网。,一、我国电力工业发展史1882年，英国人成立上海光电公司，中,一、我国电力工业发展史,1981年，第一条500千伏超高压输电线路投入运行，从河南平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世界上第8个拥有500千伏超高压输电的国家。1989年，中国第一条500千伏直流输电线路（葛洲坝上海，1080公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。2005年9月,西北电网建成

25、750kV青海官亭-甘肃兰州线超高压输变电工程(140.7km)，中国输电技术提高到一个新的水平。,一、我国电力工业发展史1981年，第一条500千伏超高压输电,一、我国电力工业发展史,2008年12月30日，我国首条1000kV（山西长治晋东南变电站河南南阳开关站湖北荆门变电站）投运，645km，实现华北和华中电网互连。2009年12月28日，我国首条800kV特高压直流输电线路（云南广东）投运，5000MW，1437km。2010年7月8日，国网首条800kV特高压直流输电线路（向家坝-上海）投运，6400MW，1907km。,一、我国电力工业发展史2008年12月30日，我国首条100,

26、二、我国电力工业现状,装机容量：现居世界第一位。,1980年以来中国发电设备装机容量,二、我国电力工业现状装机容量：现居世界第一位。1980年以来,二、我国电力工业现状,年发电量：1980年以来，平均年增长率9，现为世界第一位。,1980年以来中国年发电量,二、我国电力工业现状年发电量：1980年以来，平均年增长率9,二、我国电力工业和电力系统的发展,装机容量 185 6587 8500 13789 21722 31900 50841 96641 万kW 年发电量 43 3006 3950 6213 10069 13685 24747 42278 亿kWh,二、我国电力工业和电力系统的发展 装

27、机容量 1,二、我国电力工业现状,最大单机容量最大火电机组：1100 MW（新疆农六师煤电有限公司）1000 MW(华电国际邹县发电厂、华能玉环电厂)最大水电机组：800 MW（向家坝电厂）700 MW(三峡电厂)最大核电机组：1000 MW(百万千瓦级)(大亚湾、岭澳、田湾),二、我国电力工业现状最大单机容量,二、我国电力工业现状,最大发电厂最大火电厂：北仑电厂，5600MW + 21000 = 5000MW邹县电厂，4335 + 2600 + 21000 = 4540MW最大水电厂：三峡电厂(14+12(+6)700 MW = 18200(+4200)MW最大核电厂：秦山核电站（6546M

28、W，9台机组，最大的1080MW）,二、我国电力工业现状最大发电厂,二、我国电力工业现状,某火力发电厂外景,二、我国电力工业现状某火力发电厂外景,二、我国电力工业现状,百万千瓦机组汽轮机和发电机,二、我国电力工业现状百万千瓦机组汽轮机和发电机,二、我国电力工业现状,百万千瓦机组控制室,二、我国电力工业现状百万千瓦机组控制室,二、我国电力工业现状,电压等级、输电线路长度和变电容量：电压等级除西北地区以外交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV直流：500kV西北地区：750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV截至2009年7月，220kV

29、及以上输电线路长度达到37.5万公里，跃居世界第一位。2008年，220kV及以上变电容量13.9亿kVA。,二、我国电力工业现状电压等级、输电线路长度和变电容量：,二、我国电力工业现状,500kV变电站三相电力变压器,二、我国电力工业现状500kV变电站三相电力变压器,二、我国电力工业现状,500kV变电站配电装置,二、我国电力工业现状500kV变电站配电装置,二、我国电力工业现状,500kV变电站线路,二、我国电力工业现状500kV变电站线路,二、我国电力工业现状,电网规模：,华北、华东、华中、南方电网的装机容量已超过1亿kW (100GW),东北、西北电网的装机容量也超过4000万kW

30、(40GW),二、我国电力工业现状电网规模：华北、华东、华中、南方电网的装,二、我国电力工业现状,电网互联,1989年9月，500kVDC,2001年5月，500kVAC,2003年6月，500kVAC,2003年9月，500kVAC,2004年6月， 500kVDC,2005年6月，直流背靠背,2008年底，1000kVAC,二、我国电力工业现状电网互联1989年9月，500kVDC,二、我国电力工业现状,电网互联,北部电网,中部电网,南部联合电网,局部互联,西电东送,南北互供,二、我国电力工业现状电网互联北部电网中部电网南部联合电网局部,三、近代电力系统的特点,输电电压、输送距离、输送功率

31、千百倍的增长；电源结构、负荷成份呈现多样性；运行管理高度自动化；交流输电与直流输电并存。,三、近代电力系统的特点输电电压、输送距离、输送功率千百倍的增,三、近代电力系统的特点,远距离大容量输电是提高输电电压的动力,三、近代电力系统的特点远距离大容量输电是提高输电电压的动力,三、近代电力系统的特点,特高压的定义：习惯上，110220kV为高压， 330750kV为超高压， 1000kV及以上为特高压。特高压的研究与应用：20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究。1985年苏联1228km的1150kV，但至今运行于500kV。20世纪90年代日本426km的1000kV，至今运行于500kV。

32、目前国际上实际投运的最高电压等级750kV(加、美、俄、巴西、南非等国）。2008年我国首条1000kV（山西长治晋东南河南南阳湖北荆门）投运，645km，实现华北和华中电网互连。,三、近代电力系统的特点特高压的定义：,三、近代电力系统的特点,灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。,直流输电与灵活交流输电（FACTS）,三、近代电力系统的特点灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电,四、我国电力系统发展规划,实现全国联网和国际互联,1.2020年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河上一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海核电站的建设，以及一大批长距离

33、、大容量输电工程的实施，电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。2.在全国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源优化配置。3.此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周边电网互联和能源优势互补。,四、我国电力系统发展规划实现全国联网和国际互联1.2020年,四、我国电力系统发展规划,西电东送三大通道：南部通道：将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和贵州坑口火火电厂开发出来送往广东。中部通道：将金沙江干支流（雅砻江、大渡河）水电站开发出来送往华东地区。北部通道：将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火电厂开发出来送往京津唐地区。,四、我国电力系统发展规划西电东送三大通道：,四、我国电力系统发展规划,2020年西电东送方案,四、我国电力系统发展规划2020年西电东送方案500kv22,