电力系统Chap1

1电力系统稳态分析赵霞[e-mail]6教207室651047842课程简介电气专业一门重要的专业基础课先修课程:电路原理、电机学、电磁场，等“电力系统及其自动化”方向后续专业课：电力系统故障分析、电力系统稳定、电力系统继电保护、电力系统规划、电力系统可靠性、电力系统运行与控制、发电厂电气部分、电力市场，等3在学科中的地位电力系统工程学科范畴电工学科中的一个分支电力学科电力系统理论输配电技术电力系统规划电力系统运行稳态分析、暂态分析、安全性分析电力系统保护电力系统控制4课程内容电力系统分析：稳态分析、暂态分析稳态：电力系统正常的、相对静止的运行状态暂态：从一种运行状态过渡到另一种运行状态主要内容：电力系统的基本知识（第一章）电力系统各元件的特性和数学模型（第二章）电力系统的正常运行状态的分析和计算—潮流计算（第三、四章）电力系统的运行调节和优化（第五、六章）5课程特点涉及电力系统正常运行状态下的各种计算、分析和优化控制理论性强、计算多内容随新理论、新技术的发展不断丰富、充实6课程考试及答疑暂定4月27日成绩构成：作业10%出勤5%期末考试85%答疑安排：时间待定5教二楼教员休息室7教材及参考资料陈珩，电力系统稳态分析，中国电力出版社华智明，电力系统稳态计算，重庆大学出版社何仰赞等，电力系统分析（上、下册），华中理工大学出版社8第一章电力系统的基本概念第一节电力系统概述第二节我国电力工业和电力系统简介第三节电力系统运行应该满足的要求第四节电力系统的结线方式和电压等级学时：4本章作业：《电力系统稳态计算》25页：思考题1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-623页：习题1-19第一节电力系统概述电力系统的形成和发展电力系统的组成电力系统的基本参量和结线图10第一节电力系统概述电力系统的形成和发展1831年法拉第发现电磁感应定律，奠定发电机的理论基础。此后很快出现原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机。1882年第一次出现了高压输电（直流1500~2000V）。1885年在制成变压器的基础上，实现单相交流输电。1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，实现三相交流输电，近代电力系统形成。电力系统的发展经历了：直流交流单相三相低压高压11第一节电力系统概述近代电力系统在输电电压、输送距离、输送功率等方面有了千百倍的增长在电源构成、负荷成分等方面也有很大的变化在运行管理上实现了高度自动化当前世界上交流输电线路的输电电压已超过1000kV，输送距离已超过1000km，输送功率已超过5000MW。个别跨国电力系统中发电设备的总容量则已超过400GW。12第一节电力系统概述电力系统的组成燃料的化学能锅炉热能汽轮机机械能发电机电能发电厂：将其它各种形式的一次能源转换为电能GM发电机升压变压器降压变压器降压变压器电动机发电厂输电线路配电网络用户锅炉汽轮机13第一节电力系统概述升压变：将发电机的机端电压升高到输电电压设置升压变的理由：减小远距离输电的损耗由于输送一次能源与输送电能相比不经济，发电厂多建于能源基地，例如坑口电厂；由于发电机的设计、制造原因，发电机机端额定电压一般小于20kV。14第一节电力系统概述输电网络：将发电厂生产的电能输送到配电系统输电电压：与输电距离和输送功率有关输电方式：三相交流、高压直流交流系统直流输电线换流站交流系统GG换流站15第一节电力系统概述配电网络：将高压电能逐级降压后分配给电力用户。高压配电电压：35kV、10kV、6kV（110kV）低压配电电压：380V/220V电力用户：有消耗电能的设备，电力系统的服务对象16第一节电力系统概述几个基本概念电力系统：由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备以及测量、保护、控制等装置组成的统一整体。电力网络：电力系统中除发电机和电力用户以外的部分。动力系统：电力系统和动力部分的总和。其中，动力部分，包括火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备；水电厂的水库、水轮机等；核电厂的核反应堆等。——广义电力系统17第一节电力系统概述变压器电力线路电力网络变换器发电机电力用户电力系统动力部分动力系统三者的关系：18第一节电力系统概述电力系统的基本参量和结线图总装机容量（有功）电力系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和以千瓦（1kW=103W）、兆瓦（1MW=106W）、吉瓦（1GW=109W）为单位年发电量（电度量）：系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和以兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）、太瓦时（TWh）为单位19第一节电力系统概述最大负荷（有功）一般指规定时间内，如一天、一个月或一年内，电力系统有功功率负荷的最大值，以千瓦、兆瓦、吉瓦为单位。额定频率：我国所有交流电力系统的额定频率为50Hz。国外存在额定频率为60Hz、25Hz的电力系统。最高电压等级：电力系统中最高电压等级电力线路的额定电压，以千伏（kV）为单位20第一节电力系统概述地理结线图：显示电力系统中各发电厂、变电站的地理位置，电力线路的路径及其相互间的联结。电气结线图：显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气连接。21第二节我国电力工业及电力系统简介我国电力工业概况我国主要电力系统我国电力工业发展前景22第二节我国电力工业及电力系统简介我国电力工业概况1882年上海建了我国第一个电厂1949年以后电力建设步伐加快，总装机容量和年发电量都有很大增长。目前基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动化的新时代；每年增长超过10%，但仍大面积缺电，能源强度高（单位产值消耗的能源高，能源利用率低）23第二节我国电力工业及电力系统简介24第二节我国电力工业及电力系统简介今后我国发展电力工业的方针：继续发展燃煤火电厂，并提高这类电厂的效率。（环保问题）加速水力资源的勘察和水电厂建设。（生态问题）加紧建设高压输电线路和电力系统。（资金、占地问题)及早掌握核能发电技术，以创造条件建设更多核能发电厂。（安全问题）因地制宜，利用其它再生能源发电。（补充，依赖技术进步）25第二节我国电力工业及电力系统简介我国主要的电力系统26第二节我国电力工业及电力系统简介我国电网组成国家电网公司：东北电网公司、华北电网公司、华东电网公司、华中电网公司、西北电网公司南方电网公司：由广东、广西、云南、贵州、海南五个省级电力公司组成。27东北电网28华北电网29华东电网30华中电网31西北电网32重庆电网33华中电网结构图34南方电网35第二节我国电力工业及电力系统简介我国电力工业的发展前景装机容量和年发电量逐年递增全国性联合电力系统的出现三峡电厂全面建成，促成全国电网形成36第三节电力系统运行应满足的要求电力系统运行的特点对电力系统运行的基本要求单一电力系统的联合37第三节电力系统运行应满足的要求电力系统运行的特点与国民经济关系密切电能一般不能大量储存生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割电力系统的暂态过程非常短促对电能质量的要求严格电能质量的指标：电压、频率和波形38第三节电力系统运行应满足的要求对电力系统运行的基本要求：可靠、优质、经济保证可靠地持续供电按对供电可靠性的要求，将负荷分为三级：一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，设备损坏，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等。需保证不间断供电、独立的双电源。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产、使人民生活受到影响。对这一级负荷，需要具体论证是否需要独立的双电源。三级负荷：所有不属于第一、二级的负荷，如工厂的附属车间、小城镇等。在不增加备用设备的情况下，尽量保证可靠性。特殊重要负荷：要求绝对可靠地不间断供电。39第三节电力系统运行应满足的要求良好的电能质量电压质量：以电压偏移（）是否超过给定值来衡量。允许偏移对35kV及以上的电压等级为额定值的±5%，10kV及以上电压级为±7%。频率质量：频率质量：以频率偏移（f-fN）是否超过给定值来衡量。我国的额定频率（工频）为50Hz，正常运行时允许的偏移为±0.2~0.5Hz。波形质量：以正弦波形畸变率是否超过给定值来衡量。NNUUU)(40第三节电力系统运行应满足的要求波形畸变率：正弦波形畸变率＝我国规定，6～10kV的系统，正弦波形畸变率不超过4%，380V系统，不超过5％。12UUni41第三节电力系统运行应满足的要求保证电力系统运行的经济性一次能源耗量：例如煤耗量（每生产1度电所消耗的标准煤重）。标准煤：每kg含热量为29.31MJ的煤。线损率：电网中损耗的电能与向电力网络供应电能的百分比。厂用电率：每生产1度电能发电厂内部生产设备所消耗的电能%1001WW42第三节电力系统运行应满足的要求电力系统运行的几个技术指标：发电设备利用率（或发电设备平均利用小时数）：发电设备全年所发电能与发电设备容量之比。负荷率：全年平均负荷与最大负荷的百分比。电压合格率：系统中所有电压监视点定时测得的合格电压次数与全部测量次数的百分比。频率合格率：系统频率合格的时间长度与全年时间长度的百分比。43第三节电力系统运行应满足的要求互联系统的优点：大大提高供电的可靠性，减少事故备用容量可更合理地调配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减少联合系统中发电设备的总容量可更合理地利用系统中各种类型的发电厂，从而提高运行的经济性由于个别负荷在系统总负荷中所占比重的减小，其波动对系统电能质量的影响也将减小联合电力系统容量很大，个别机组的开停甚至故障，对系统的影响将减小，从而可采用大容量、高效率的机组44第四节电力系统的结线方式和电压等级典型结线方式电力系统的额定电压电力系统中性点的运行方式45第四节电力系统的结线方式和电压等级典型结线方式按可靠性分为无备用和有备用两类无备用结线：单回路放射式单回路干线式单回路链式有备用结线双回路放射式、干线式、链式环网双端供电网络46第四节电力系统的结线方式和电压等级特点：每一个负荷都只能沿唯一的路径获取电能简单、经济、运行方便缺点是供电可靠性差单回路放射式单回路干线式单回路链式图1-1647第四节电力系统的结线方式和电压等级特点：供电可靠性高，电压质量高，但可能不够经济，环网的调度复杂。图1-1748第四节电力系统的结线方式和电压等级开式网络和闭式网络开式网络：负荷只能从一个方向获取电能的网络。如放射式、干线式、链式网络。辐射型网络、树状网络闭式网络：负荷能从两个及两个以上不同的方向获取电能的网络。如环网、双端供电网络。结线方式的选择：技术经济分析49第四节电力系统的结线方式和电压等级电力系统的额定电压（RatedVoltage）额定电压：国家标准规定的标准电压为什么要规定额定电压？对应一定的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压生产的系列性和标准化的要求电气设备均按照额定电压设计，运行在额定电压时具有最好的技术经济性50第四节电力系统的结线方式和电压等级51第四节电力系统的结线方式和电压等级同一电压等级的电气设备额定电压不一致，存在电压配合问题原因：沿功率输送方向，存在电压降落用电设备－UN电力线路－ULN发电机－UGN变压器－UTN52第四节电力系统的结线方式和电压等级电力线路的额定电压53第四节电力系统的结线方式和电压等级电力线路的额定电压线路的额定电压＝同级用电设备的额定电压称为网络的额定电压或系统的额定电压发电机的额定电压发电机一般接在线路始端，考虑到沿线的电压降落，取UGN＝105%UN54第四节电力系统的结线方式和电压等级变压器的额定电压变压器一、二次绕组的规