电力系统分析课件第三版电力出版社

电力系统分析任课教师张俐本课程的主要内容及特点主要内容电力系统同步电机的数学模型电力系统故障分析电力系统稳定性分析静态稳定暂态稳定稳态分析暂态分析电力系统的分析与计算电力系统的平衡与调整电力系统的经济运行简单复杂有功无功◆课堂教学：60学时◆实验课：8学时◆教材：于永源，《电力系统分析》中国电力出版社。◆参考书：各种与其相关书籍课程安排考核方式理论教学：80%平时成绩：20%（出勤、课堂表现、作业、回答问题）考试：60%（闭卷或开卷）实验教学：20%联系方式授课教师：张俐Email：[e-mail]♣第一节电力系统概述♣第二节电力系统的电压等级和负荷♣第三节电力系统的中性点得接地方式♣第四节电力系统分析课程的主要内容第一篇电力系统稳态分析第1章电力系统分析基本概念主要知识点：♣电力系统的组成♣电能生产的特点♣电力系统运行的基本要求♣电力系统的接线方式和特点♣电压等级♣中性点运行方式及特点♣电力系统的负荷及其曲线第一节电力系统的概述问题的提出显著优点洁净：环保方便:输送、分配、使用节能:能耗小，转换效率高人类为什么选择使用电能？电气化电能是如何产生的？大规模电能是由同步发电机产生同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识……..定子转子机械能电能推动转子旋转的能源形式→多种多样，大家说说…..蒸汽水力风力火力、核、地热水力发电风力、潮汐发电福建安砂水电厂宽缝重力坝2002年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为42％，2020年达到70％左右。2002年，中国人均电力消费1280千瓦时，仅相当于20世纪70年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平2500千瓦时的一半。2011年1-10月全国电力消费，1-10月份，全国全社会用电量38951亿千瓦时，同比增长11.9%。10月份，全社会用电量3797亿千瓦时，同比增长11.4%。今年各季用电量增速基本在12.3%-11.9%之间波动,总体处于平稳增长的范围，是2007年以来各季增长最平稳的一年。试想：没有电能你的生活会如何？苏维埃＋电气化＝共产主义（^_^）美加2003年“8.14”大停电事故纽约一篇漆黑，布什一脸无奈，与911并提损失6180万KW5000万居民无电300亿美元/天电力系统是如何描述的？020004000600080001000012000140001600018000808488929600年总发电火电水电1980~2002年全国发电量如图示（亿千瓦时）电力需求旺盛、增长快1882年我国开始使用电能1987年全国发电装机容量突破1亿千瓦1995年3月，装机容量突破2亿千瓦到1996年，发电装机容量居世界第2位。2000年4月，全国装机突破3亿千瓦2004年5月底，全国装机容量突破4亿千瓦2005年底我国装机总容量将突破5亿千瓦。不到8年5年4年1.5年每增加1亿装机00.511.522.533.5195219571962196719721977198219871992199720022000年容量3亿千瓦1995年容量2亿千瓦1987年容量1亿千瓦1978年容量5712万千瓦1949年容量185万千瓦中国电网500kV220kV330kV火电厂水电厂核电厂新疆西藏东北华北西北川渝华中华东南方电网覆盖率96.4%电力系统中国三峡电站巴西依泰普水电站500kV交流变电站全景220kV交流变电站一、电力系统的基本概念电力系统发电机--变压器--输电线路--用电设备（负荷）网络通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。生产变换输送和分配消费（发电机）（变压器、整流器、逆变器）（电力传输线、配电网）（负荷）热负荷电力网络110KVGG锅炉G核堆GG水库G锅炉G锅炉G锅炉G锅炉G锅炉GMMMM380/220V380/220V6KV10KV35KV110KV110KV500KV直流+500KV220KV水库电力系统示意图电力系统动力系统现代电力系统的构成20世纪中叶以来出现的大电力系统，是一切工业系统中，规模最大、层次复杂、资金和技术密集的人造复合系统，是人类工程科学史上最重要的成就之一。电力信息系统电力交易系统GM发18KV输500KV变110KV配10KV用0.4KV动态电力系统现代电力系统由电力流、信息流、货币流构成电力流：由高压设备（如发电机、变压器、输电线路以及其它配电装置）构成（一次系统），实现电能的转化和变换、电能传输、分配、使用。信息流：由传感器、通信网络和计算机构成的，旨在电力系统可靠、稳定、安全和经济运行的监控、保护、自动控制、调度自动化等（二次系统）；货币流：电能的市场行为交易活动。电力技术→发展，直流输电作为补充的输电方式→应用。在交流电力系统内或两个交流电力系统间嵌入直流输电系统，便构成了现代交、直流联合系统。图1-2为直流输电系统示意图。电力网络定义：发电机用电设备（负荷）中间环节组成：变压器+输电线路功能：实现电能的传输与分配的功能。特点：电力网络是由许多子电力网络发展、互联而成，分区分层是电力网络的一大特点。类型：输电网络、高压配电网络中压配电网络低压配电网络。500KV/220KV输电网络110～35KV高压配电网络6～10KV中压配电网络380/220V低压配电网络其它电力系统大型发电厂地方发电厂大用户中等用户小用户连接二、电力系统的发展概况自学•电力系统的参量电压等级(KV）--最高额定值1000（计划建设中）、750（建设中）、500、330、220、110、60、35、10、0.60.38/0.22频率（Hz）50，60三、电力系统的基本参量和接线图总装机容量—实际安装发电机组，额定有功功率总和。kW、MW、GW年发电量—系统中所有发电机组全年实际发出电能总和。M（G、T）Wh最大负荷—电力系统总有功负荷在一年内的最大值数。电力系统接线图电气接线图地理位置接线图年最大负荷利用小时数—负荷的年耗电量与最大负荷比—最大负荷利用小时数。电力系统的电气接线图电力系统各元件之间的电气联系的电路图。一般是以单线图表示，但不能反映发电厂、变电所的相对地理位置。如图1-3所示的简单电力系统接线图。图中，G--发电机，T1、T2--变压器，l--电力线路，L--负荷。电力系统的地理接线图按比例表示出电力系统中各发电厂和变电所相对地理位置，以及反映各条电力线路按一定比例的路径的接线图。但它不能完全表示出各电力元件之间的连接情况，如图1-4所示。图1-3电力系统的电气接线图图1-4电力系统的地理接线图四、电力系统运行的特点与要求电力系统运行的特点电能不能大量储存，要求电能的生产、输送、分配和使用几乎是在同一瞬间内完成。电能和生产、人民生活、国民经济紧密相关。电力系统的暂态过程短促。对电能质量的要求比较严格。电力系统运行的基本要求供电安全可靠性持续为用户供电—电源容量充足、布局合理电能的优质性（电能质量）-频率—50Hz(±0.2~±0.5)电压--供电电压（+5%~-7%）运行的经济性一次能源的消耗、网损和线损↓环保第二节电力系统的电压等级和负荷电力线路输送功率一定，输电电压越↑，线路电流越↓，导线载流截面积越↓；电压越↑，设备绝缘水平要求越↑，设备的投资越↑。综之，对一定输送功率和输送距离有--最合理的线路电压。国际电工委员会的《IEC标准电压》对电压等级的选择建议在任意国家内，相邻两级电压之比不应小于2倍。我国规定的电力网标准电压等级为线路的额定电压，主要有0.22/0.38、3、6、10、35(60)、110、220、330、500KV、750KV、1000KV。一、电力系统的额定电压等级我国的电力网额定电压等级（KV）：--0.22,0.38,3,6,10,35,60,110,220,330,500。配电线路—10kV以下线路，输电线路—35kV、60kV线路，高压线路—110kV、220kV线路，超高压线路—330kV以上线路，地域电网—60kV以下电网，区域电网—110kV、220kV电网，超高压电网—330kV以上电网，负荷--电力用户从系统所取用的功率，低压设备—1kV以下的电力设备及装置，高压设备—1kV以上的设备。不同电压等级的适用范围500、330、220kV—大电力系统的主干线；110kV—中、小电力系统的主干线（大系统的二次网络）35kV—大城市、或大工业内部网络、农村网络；10kV—常用的低一级配电电压；6kV—负荷重高压电动机较多时；3kV—仅用于工业企业内部。表1-2为用架空线路时各电压等级→输送功率和输送距离（书6页）电气设备额定电压等级间的配合关系配合原则：以电气设备的额定电压为参考表1－1，同一电压级别下各种电气设备额定电压并不完全相等线路用电设备，线路Ue=用电设备Ue(称网络Ue→110kV、220kV）用电设备允许电压±5％，线路的电压降落为10％，要求线路始端电压为其额定值的105％，使末端电压≮额定值95％。线路始端→发电机额定电压为105％，220kV500kV110kV35kV10kV242:525500:121110:38.535:11500kV多电压等级网络电气设备额定电压配合关系如图1-5所示一次侧接受电能→用电设备二次侧向负荷供电→发电机一次侧Ue=网络Ue变压器发电机变压器一次绕组Ue=发电机Ue保证正常运行时变压器二次侧U比线路Ue高5％，变压器二次侧Ue应比线路Ue高10％。二次侧接在线路首端，要求正常运行，二次侧U较线路Ue高5％二次侧Ue→空载时电压，带额定负荷，变压器内部U降落约为5％只有短路电压小于7％或直接（通过短距离线路）与用户连接的变压器，其二次测额定电压才比线路额定电压高5％直接连10%5%二、电力系统的负荷1、电力系统的负荷电力系统的综合用电负荷---电力系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率（工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之和）综合用电负荷在电网中传输会引起网络损耗系统的供电负荷综合用电负荷+电网网络损耗=各发电厂向外输送的功率厂用电发电厂大量的电动机拖动的机械设备以及运行、操作、试验、照明等设备，它们所消耗的功率总和（发电机及其辅助设备的正常运行）电力系统的负荷--指电力系统中用电设备消耗功率的总和。分为：动力负荷（异步、同步电动机、电热电炉、整流设备）照明负荷（电灯）电力系统的发电负荷供电负荷+发电厂厂用电消耗的功率以上彼此之间的关系如图1－6所示。图1-6电力系统与负荷的关系电力系统的负荷(总结)1.发电负荷：发电机发出的电功率PG厂用电：维持发电厂运行自身所需的功率P厂火电厂5-8%水电厂0.1-1%核电厂4-5%2.供电负荷：发电厂供出的功率P供=PG－P厂网络损耗：电能传输、分配中消耗的功率P损3.综合用电负荷：各用户功率之和(电力系统负荷)PLPL=P供－P损三种负荷的关系如图所示：PGP厂P供P损PL用电设备---异步电动机、同步电动机、电热装置和照明设备等。用电负荷---工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电负荷等。用户性质不同，各种用电设备消耗功率所占比重也不同，如表1－2中列出了几个工业部各类用电设备消耗功率的分配比例。根据可靠性要求不同，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ负荷Ⅰ--重要负荷，保证不间断供电若停电造成人员伤亡和设备故障、产生废品，长期影响生产或造成政治影响，人们生活混乱。Ⅱ--较重要，停电造成大量减产，人们生活受到影响。Ⅲ--一般负荷，不属于Ⅰ、Ⅱ类负荷，如：小城镇、附属车间等Ⅱ、Ⅲ类负荷，电力不足时，优先Ⅱ类负荷2、负荷分类物理性质：有功负荷、无功负荷生产与销售：发电负荷、供电负荷、用电负荷用户性质：工业、农业、交通运输、市政、人民生活（1）、符合下列情况之一时，应为一级负荷：1、中断供电将造成人身伤亡时→医院。2、中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企