电力系统分析课件

电力系统分析南京理工大学自动化学院电气工程系2020/1/19南京理工大学2课程简介•课程内容•教学进度•考查方式•联系方法2020/1/19南京理工大学3课程内容•电力系统巴西依泰普水电站2020/1/19南京理工大学4课程内容•电力系统中国三峡电站2020/1/19南京理工大学5课程内容•电力系统水电机组2020/1/19南京理工大学6课程内容•电力系统变压器2020/1/19南京理工大学7课程内容•电力系统输电线路2020/1/19南京理工大学8课程内容•电力系统•分析两个模型电力系统等值电路模型电力系统转子运动模型三大计算潮流计算短路计算稳定计算2020/1/19南京理工大学9课程内容•电力系统的基本概念•电网等值•电力系统潮流计算•电力系统运行方式的调整和控制•电力系统故障分析•电力系统稳定性分析2020/1/19南京理工大学10课程内容•回答八个问题：1)什么是电力系统？2)怎样将电力系统用一个电网络表示？3)怎样用计算机进行电力系统潮流计算？4)发电机节点有功功率是已知的，它是怎么确定出来的？5)变压器变比是已知的，它是怎么确定出来的？6)发电机等值电路中，电势源和电抗怎么计算？7)任意不对称的三相相量都可以分解为三组相序不同的分量之和吗？8)电力系统在不断变动中，它能保持稳定运行吗？2020/1/19南京理工大学11课程内容•先修课程电路原理电磁场电机学2020/1/19南京理工大学12教学进度•总学时数：56~64课堂教学：48-52实践环节：8-12•学时分配电力系统的基本概念：2电网等值：8-10电力系统潮流计算：10电力系统运行方式的调整和控制：10电力系统故障分析：10电力系统稳定性分析：8-102020/1/19南京理工大学13考查方式平时成绩：20%实验成绩：10%闭卷考试：70%2020/1/19南京理工大学14联系方法•授课教师：江宁强•教研室：自动化学院电气工程系•电话：84315147•Email:[e-mail]2020/1/19南京理工大学15目录•第一章电力系统的基本概念•第二章电网等值•第三章电力系统潮流计算•第四章电力系统运行方式的调整和控制•第五章电力系统故障分析•第六章电力系统稳定性分析2020/1/19南京理工大学16第一章电力系统的基本概念•1.1电力系统概述•1.2我国的电力系统•小结2020/1/19南京理工大学171.1电力系统概述•1.1.1电力系统的形成和发展•1.1.2电力系统的组成•1.1.3电力系统的特点和运行的基本要求•1.1.4电力系统的基本参量和接线图•1.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式2020/1/19南京理工大学181.1.1电力系统的形成和发展•电磁感应定律法拉第，1831•世界上第一个完整的电力系统1882，法国•三相变压器和三相异步电动机1891•直流电力系统和交流电力系统爱迪生和西屋2020/1/19南京理工大学191.1.2电力系统的组成•电力系统发电厂、输电和配电网络、用户•电网、电力系统和动力系统•一次设备和二次设备2020/1/19南京理工大学201.1.3电力系统的特点和运行的基本要求•电力系统的特点1电能与国民经济各部门、国防和日常生活之间的关系都很密切2对电能质量的要求比较严格3电能不能大量储存4电力系统中的暂态过程十分迅速•运行的基本要求1可靠性可以满足用户的用电需求：不断电，频率、电压、波形质量符合要求负荷按供电可靠性要求分为三类2安全性保证系统本身设备的安全。要求电源容量充足，电网结构合理3经济性%%4减小对环境的不利影响2020/1/19南京理工大学211.1.4电力系统的基本参量、接线图•衡量电力系统规模的基本参量总装机容量——额定有功功率之和年发电量最大负荷最高电压等级•接线图地理接线图、电气接线图2020/1/19南京理工大学221.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式•接线方式无备用接线特点：简单、经济、运行方便灵活。供电可靠性差，电能质量差有备用接线特点：供电可靠，电能质量高运行操作和继电保护复杂，经济性差•中性点接地方式（小接地方式和大接地方式）不接地供电可靠性高，绝缘成本高。35kv电网经消弧线圈接地减小接地电流。采用过补偿方式直接接地供电可靠性低，绝缘成本低。110kv电网2020/1/19南京理工大学231.2我国的电力系统（1）•4个发展阶段195x：城市电网196x：省网1970~1990：区域电网1990~：区域电网互联•电力系统的规模2004400GW2010535GW2020790GW2020/1/19南京理工大学241.2我国的电力系统（2）•电压等级（KV）发电机3.15,6.3,10.5,15.75,23.0用电设备3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再发展）3企业内部6、10配电电压（6用于高压电机负荷）110、220:高压。110：区域网，中小电力系统主干线220：大电力系统主干线330、500、750:超高压750:特高压提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路电抗，利于提高线路功率极限和稳定性，增加绝缘成本2020/1/19南京理工大学251.2我国的电力系统（3）电力系统的电压与输电容量和输电距离线路电压(kv)输送容量(MV)输送距离(km)60.1~0.24~15100.2~2.06~20352~1020~5011010~5050~150220100~500100~300330200~800200~6005001000~1500250~8502020/1/19南京理工大学261.2我国的电力系统（4）•额定电压：发电机、变压器、用电设备等正常运行时最经济的电压•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。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。用电设备端压允许在额定电压UN的5%内波动输电线路的额定电压为线路的平均电压[UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN2020/1/19南京理工大学271.2我国的电力系统（5）发电机的额定电压UN(1+5%)变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压，以变比表示为k=U1N/U2N一次侧直接与发电机相连：U1N=UN(1+5%)35kv联络（相当于用电设备）：U1N=UN二次侧相当于发电机空载U2N=UN(1+5%)带负载U2N=UN(1+10%)（内部压降约5%）Us%7.5或直接连负载时U2N=UN(1+5%)额定电压指主接头的空载电压2020/1/19南京理工大学281.2我国的电力系统（6）•我国电力工业的发展方针继续续发展煤电厂，提高能源效率，减小环境污染加速水力资源的开发利用和水电厂的建设发展核电技术并适度发展核电厂开发风力和潮汐等可再生能源加速建设输、配、变电工程，西电东送，促进区域电网互联，并最终形成全国电力系统2020/1/19南京理工大学29例题•确定图中电力系统各元件的额定电压GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vX•G:10.5kv•T1:10.5/121kvT2:110/38.5/11kvT3:35/6.3kvT4:10kv/400v•M:6kvL:220v2020/1/19南京理工大学30第一章小结•电力系统由发电机、电网和用户组成，是动力系统的一部分。由于电能不能大量储存、暂态过程迅速，为保证可靠性、安全性和经济性要求，需要合理地对电力系统进行规划、设计、运行调度和故障恢复。•在同一电压等级中，电力系统的各个环节的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。•电力系统分析的任务是建立电力系统的等值模型，计算稳态潮流，并确定故障和扰动对系统的影响。2020/1/19南京理工大学31第二章电网等值•2.1概述•2.2输电线路的等值电路•2.3变压器和电抗器的等值电路•2.4发电机等值电路•2.5负荷模型•2.6电力网的等值电路•小结2020/1/19南京理工大学322.1概述•本章计算电力线路和变压器的等值电路•假定系统的三相结构和三相负荷都完全对称，即讨论三相电流和电压的正序分量。2020/1/19南京理工大学332.2输电线路的等值电路•2.2.1输电线路的种类架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子、金具组成电力电缆包括三部分：导体、绝缘层、保护层•2.2.2架空线路的等值电路分布参数与集中参数单导线线路分裂导线2020/1/19南京理工大学34单回线路的等值电路（1）有效电阻交流电阻，一般大于直流电阻。原因：集肤效应和临近效应电力网计算中常采用较大的电阻率。原因：绞线长度比导线长度大2~3%，实际截面小于额定截面，交流电阻略大于直流电阻。0/rS0/rS0/(/)rSkm•电阻（20℃）10[1(20)](/)rrtkm铜0.00382/℃铝0.0036/℃2020/1/19南京理工大学35单回线路的等值电路（2）•电抗导线流过交流电流时，由于导线的内部和外部交变磁场的作用而产生电抗。循环换位的三相输电线路每相导线单位长度的电抗为402(4.6lg0.5)10(/)eqrDxfkmr2020/1/19南京理工大学36单回线路的等值电路（3）Deq为三相导线间的互几何间距r为导线的计算半径μr为导线材料的相对导磁系数，有色金属的相对导磁系数为1第一项为外电抗，第二项为内电抗3123eqDDDD00.1445lg0.0157(/)eqrDxkmr2020/1/19南京理工大学37单回线路的等值电路（4）导线电抗与r成对数关系。对不同截面的导线，当Deq为常数时，电抗变化不大，工程上常取x0=0.4Ω/km。00.1445lg(/)eqsDxkmDDs为导线的自几何均距非铁磁材料单股线Ds=0.779r非铁磁材料多股线Ds=0.724~0.771r钢芯铝线Ds=0.77~0.9r,计算中常取0.81r2020/1/19南京理工大学38单回线路的等值电路（5）•电纳由导线间的电容和导线与大地间的电容决定。电容电纳电缆线路的电纳比架空线路大得多600.02410(/)lg/eqcFkmDr607.5810(/)lg/eqbSkmDr2020/1/19南京理工大学39单回线路的等值电路（6）•电导反映由电晕现象和绝缘子泄露引起的有功功率损耗电晕：导线周围的电场强度超过2.1kv/cm时，导线周围会发生空气电离现象，产生光环，发出放电声。危害：消耗电能、干扰通信、表面腐蚀电晕产生的有功功率损耗称为电晕损耗。110kv以上线路与电压有关的有功功率损耗主要由电晕损耗引起。2020/1/19南京理工大学40单回线路的等值电路（7）•架空线路产生电晕的临界线电压，m1:导线表面光滑系数。单股线=1，对绞线=0.83~0.87m2：气象系数。干燥晴朗=1，恶劣天气=0.8δ：空气相对密度b：大气压力（Pa）(一个大气压为101325帕)θ：空气温度（℃）1249.3lgeqcrDUmmrr3.92b=1333.22(273+)2020/1/19南京理工大学41单回线路的等值电路（8）•关于电晕损耗的测量和计算是《高电压技术》讨论的内容。•输电线路电晕损耗（包括泄漏损耗）对应的电导为20(/)gPgSkmU2020/1/19南京理工大学42单回线路的等值电路（8）•线路方程及等值电路线路每相的等值参数是沿线路均匀分布的。1U2UlxdxxIxU1zdx1ydxxxIdIxxUdU111zrjx111ygjb2020/1/19南京理工大学43单回线路的等值电路（9）•距离线路末端x处，压降和电流增量为11xxxxdIUydxdUIzdx