电力系统稳态分析(第一章)分析

黑龙江科技学院电力系统稳态分析PowerSystemSteadyAnalysis（一）苏勋文电气与信息工程学院1.电力专业类专业课程介绍----传统上的课程划分，为选课提供参考课程介绍电力系统稳态分析—正常的、相对静止的运行状态电力系统暂态分析—从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程课程介绍电力系统稳态分析电力系统的基本知识和等值网络电力系统正常运行状况的分析和计算电力系统有功功率—频率、无功功率—电压的控制与调整课程介绍电力系统暂态分析波过程—操作或雷击产生的过电压(过程最短)高压课程主讲电磁暂态过程—与短路及励磁有关(过程较长)机电暂态过程—与动力系统有关(过程最长)涉及电压、电流电力系统故障分析主讲涉及功率、功角—导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行短路计算对称分量法及序网概念不对称故障的分析与计算静稳暂稳课程介绍发电厂电气部分电气主接线—卖电的网络电器的原理与选择—卖电的工具控制与信号—二次系统配电装置—电器的组合及布置高压断路器运行同步发电机的运行变压器的运行课程介绍电力系统继电保护原理电流保护距离保护高频保护自动重合闸变压器保护发电机保护母线保护讲课方式1、侧重基础2、物理概念与数学模型相结合3、补充新概念及专业领域研究成果和方向4、辅助教学手段，模型、图片5、以讲为主，自学为辅6、欢迎讨论、提意见参考资料1、电力系统分析基础李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版2、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3、电力系统稳态分析（第二版）东南大学，陈珩，水利电力出版社4、电力系统暂态分析（第二版）西安交通大学，李光琦，水利电力出版社6、电力系统自动化、电网技术等杂志5、电力系统分析浙江大学，韩桢祥，浙江大学出版社第一章电力系统的基本概念1.电力系统的概念和组成2.电能变换和电源构成3.电能的特点4.电力系统的运行要求7.电力系统的电压等级6.电力系统的结线5.电力系统的负荷9.仿真工具8.中性点接地方式第一节电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）第一节电力系统的概念和组成从调度、管理、控制的角度看第一节电力系统的概念和组成第一节电力系统的概念和组成第一节电力系统的概念和组成从发电到用户的供电过程第一节电力系统的概念和组成我国电网介绍第一节电力系统的概念和组成我国电网介绍第一节电力系统的概念和组成两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；５家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；４家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。电力体制改革方案：1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团)第一节电力系统的概念和组成电网图第一节电力系统的概念和组成电力系统为什么要互联并网运行呢？1.采用高效率大容量机组—减少备用容量2.合理利用动力资源—水、火电互补3.提高供电可靠性—系统越大，抗干扰能力越强4.提高运行的经济性—装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。第一节电力系统的概念和组成全国联网势在必行2015年全国联网：以三峡电站为中心，东西南北四方向联网东西以送电和联网效益并重南北以获得联网效益为主，兼顾送电联网方案：首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地第一节电力系统的概念和组成全国联网势在必行北部和中部三纵：西线：西北与川渝以直流方式相联中线：华北与华中以直流背靠背相联东线：山东与华东以直流背靠背相联南部和中部：提高水电利用容量，减少弃水湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电三峡到广东的远距离直流输电第一节电力系统的概念和组成近年来停电事故频发8.14美加大停电8.28伦敦大停电9.1悉尼和马来西亚大停电9.28意大利大停电近年来面临严重缺电去年缺电3500万KW，今年缺电2500万KW。电力建设滞后于电力需求增长，电力供应总量不足，是造成电力供应逐步紧张的根本原因。频率的抖动会造成次品堆积如山，大停电造成的灾难不压于一次强烈的地震第二节电能变换和电源构成一、电能变换第二节电能变换和电源构成二、电源构成及展望火电70%、水电20%、核电10%风能、燃料电池、太阳能（分散型）—21世纪新能源热核反应—不使用放射性材料的核能，2030年后实用化2050年时，电力供应是现在的2~3倍（15000亿KW.h)核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系统约占15%~20%第二节电能变换和电源构成我国的能源结构极不合理73.625.81.60火电水电核电其它65.525.94.54.3目前电源配置情况2020年电源配置情况第二节电能变换和电源构成二、电源构成及展望第二节电能变换和电源构成三、火力发电火电发电燃料燃烧水蒸汽机械能发电火电厂凝汽式—效率低（37~40%）、容量大，坑口电厂热电厂—效率高（67~70%）、容量小，城市区第二节电能变换和电源构成三、火力发电第二节电能变换和电源构成三、火力发电第二节电能变换和电源构成三、火力发电第二节电能变换和电源构成三、火力发电第二节电能变换和电源构成四、水力发电水冲击水轮机旋转带动发电机发电水电厂堤坝式引水式：河床坡度较大时坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂第二节电能变换和电源构成四、水力发电第二节电能变换和电源构成四、水力发电第二节电能变换和电源构成四、水力发电水资源蕴藏量：6.8亿KW可利用量：3.78亿KW20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW三峡水位：200m流量：14300m3/s可装机：2500万kw计划装机：70*26=1820万kw，已投980第二节电能变换和电源构成三峡电站第二节电能变换和电源构成三峡电站第二节电能变换和电源构成三峡电站第二节电能变换和电源构成总投资603.3亿元、总工期12年两个月、装机容量1260万千瓦的中国第二大水站——溪洛渡水电站，已于今春正式开工长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电站。这4座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万KW第二节电能变换和电源构成五、核电厂核能用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击，目前采用快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能中子撞击，效率高100倍，个别国家使用1kg铀235相当于2700t煤第二节电能变换和电源构成按减速剂分轻水堆（86%）压力堆（PWR）：3/4沸水堆（BWR）重水堆气体冷却堆•1951年第一座100KW核电站在美国•现在全世界有441座，总装机3.5亿kw•我国秦山（30+2*60+2*70），大亚湾（2*90万KW）第二节电能变换和电源构成•2004年7月在浙江三门、广东阳江，江苏田湾各建200万kw，投资500亿人民币•2020年我国装机达8~8.5亿kw,其中核电4000万kw•未来15年计划修建40座100万kw核电站•核电投资大：1.1~1.65万元/kw；火电：4000元/kw•建设周期：核电70个月；火电：30个月•核电比火电寿命长30年第二节电能变换和电源构成五、核电厂第二节电能变换和电源构成五、核电厂第二节电能变换和电源构成五、核电厂第二节电能变换和电源构成六、新能源发电和电力储存风力发电第三节电能的特点电能不能大量储存过渡过程非常迅速（30万KM/S）电力和国民经济各部门关系密切第四节电力系统的运行要求运行要求最大限度地满足用户的用电要求保证供电的可靠性（分类负荷）保证电能质量（电压、频率、波形）提高电力系统的经济性环保第五节电力系统的负荷一、负荷类型负荷—用电设备在某时刻从系统中取用的功率负荷类型异步电动机同步电动机各类电炉整流设备电子仪器电灯负荷变化是随机的—规律性用负荷曲线表示第五节电力系统的负荷二、负荷曲线负荷曲线及表示法日负荷曲线—安排电能生产计划的基础年负荷曲线—安排检修计划、装机计划的依据第五节电力系统的负荷1、日负荷曲线日用电量：240WPdt日平均负荷：240/24/24avPWPdt负荷率：kp=pav/pmax第五节电力系统的负荷2、年负荷曲线年用电量：1niiiWPtTmax=W/Pmax第六节电力系统的结线结线图（电气元件连接图）地理结线图电气结线图1、地理结线图（元件的相对地理位置及输电线路距离）电力系统结线图及接线方式第六节电力系统的结线2、电气结线图无备用：结构简单、投资少、可靠性差有备用：每个用户由两个或以上电源供电第七节电力系统的电压等级一、电力系统标称电压和最高电压标称电压经济电压：cosUI3P电压高，损耗小绝缘水平高，投资大制定标准电压，以便实现互联最高电压：正常运行时，系统中出现的电压最高值二、电气设备的额定电压和最高电压最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好第七节电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压=电网额定电压升压变：=发电机额定电压同一标称电压下，不同电气的额定电压是不同的1、用电设备允许偏差%52、线路首末端允许偏差%101.05UN0.95UNU2U1UN3、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压5%4、变压器一次侧：用电设备降压变：=电网额定电压UN二次侧：发电设备额定电压为空载电压内部损耗约5%二次电压高出10%第七节电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压第七节电力系统的电压等级四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围第八节中性点接地方式电力系统中性点接地方式中性点接地的影响交流输电用三相，经发电机、变压器时，用星形联接形成中性点短路电流大小绝缘水平供电可靠性接地保护方式对通信的干扰系统接地方式中性点接地方式直接接地—大电流系统110kv及以上不直接接地—小电流系统110kv以下小电流系统不接地经消弧线圈接地经电阻接地第八节中性点接地方式1、中性点直接接地系统一相接地的特点•故障相电流大•故障相及中性点对地电压为零•非故障相对地电压仍为相电压•与故障相相关的线电压降为相电压第八节中性点接地方式2、中性点不接地系统一相接地的特点•故障电流小•中性点对地电压升高为相电压•非故障相对地电压升为线电压•三相线电压仍对称第八节中性点接地方式3、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点装设的目的：熄灭接地电流产生的电弧装设原则补偿方式3~6kv电网：30A10kv电网：20A35~66kv电网：10A过补（IpIc），一般采用这种方式欠补（IpIc）全补（Ip=Ic），不允许，容易谐振第九节仿真软件•MATLAB•BPA•PSASP•DIGSILENT•PSCAD•PSS/E附录：电力系统的高次谐波一、高次谐波的概念及谐波源1、高次谐波的概念及产生原因)tsin()t(Itsin)t(UIUmm理想系统：f=50hz，ω=2πf负荷线性则u，i保持正弦波由于存在非线性元件（换流设备、二极管、铁芯元件）使u，i波形畸变——谐波污染发生畸变后仍为周期函数，可用付里叶分析法1nn1nm01nn1nm0)tnsin(II)t(i)tnsin(UU)t(u附录：电力系统的高次谐波2、畸变率—衡量畸变的程度0.38(5%)；6及10(4%)；35及66(3%)；110(2%)%100IID%100UUD12n2nI12n2nU3、谐波源谐波电压源