第一章电力系统概述和基本概念

电话：1377662505118951997296E-Mail:[e-mail]办公室：新实验大楼3#C405（ElectricPowerSystemAnalysis）课程重要性时间：2003年8月14日下午4:11pm地点：美国8个洲加拿大2个省系统失去61800MW的负荷PJMInterconnection–4,000MWMidwestISO–18500MWHydroQuebec–100MWOntarioIMO–21000MWISONewEngland–2500MWNewYorkISO–24400MWTotal–61,800MWlost(approximate)一、影响•有史以来、全球最大的一次停电•布什要求汇报、国会要求质询•胡锦涛、温家宝批示要求：–高度重视，未雨绸缪，防患于未然二、过程•潜伏期•发展期•爆发期•恢复期潜伏期(12:05～3:06)•高温大负荷•又有电厂退出•造成供不应求•部分线路过载•当天刮起了强风发展期(3:06～4:06)•“发源地”在克利夫兰（Cleveland）•从单条线路开断开始•几条线路相继开断•潮流在网络中窜动•历时1个小时爆发期(4:06～4:13)•加拿大电网与美国东部电网之间发生振荡，造成线路、电站进一步停运•4:11pm发生“雪崩”，造成大停电•至少263个电厂、34000英里线路停运恢复期(4:13～次日晚)•逐步“黑启动”•次日（15日）晚大部分地区恢复供电•少部分地区几天甚至一周后才恢复供电•美加联合调查组“中期报告”•(InterimReport)宣称–归责于“第一能源（FirstEnergy）”–没有发现计算机病毒、黑客侵袭、蓄意破坏–树撞电线＋内部失察＝大停电–小错＋小错＋。。＝大祸树撞电缆：“发源地”是“第一能源”在克利夫兰的线路当天刮起的强风把树枝压在电缆上，使电缆短路内部失察违反四条标准：未能在30分钟之内对故障电缆作出反应没有通知邻近电力公司作准备没有对故障进行分析没有对业务员进行足够的培训一系列低级错误：业务员因不知如何操作而使故障电缆在1.5小时内都未被关停电网监管机构MISO在事发当天下午正值检修期，检修过后又忘记将数据自动更新装置恢复原状，致使MISO在出事后还在向其它公司提供过时的“安全数据”电力系统分析1.目的：了解电力系统分析计算的原理和方法2.主要内容---电力系统分析三大计算•电力系统稳态分析•电力系统故障分析•电力系统稳定性分析稳态分析故障分析稳定性分析电力系统分析理论电力系统元件模型及参数计算电力网的电压和功率分布电力系统的电压和频率调整电力系统的三相短路电力系统的不对称故障电力系统的机电特性电力系统的暂态稳定电力系统的静态稳定中国电力系统概述国家电网公司南方电网公司电监会国家电网公司成立于2002年12月29日，注册资金2000亿元，经营区域覆盖26个省，自治区，直辖市，覆盖国土面积88％以上，2010年被《财富》杂志公布的全球企业500强第8位，是全球最大的公用事业企业。南方电网公司成立于2002年12月29日，经营范围：广东、广西、云南、贵州、和海南五省区。国家电网公司南方电网公司范围：广东、广西、云南、贵州、海南五大发电集团概况第一章电力系统的基本概念1电力系统概述1-1电力系统的组成1-2电力系统的发展概况1-3对电力系统运行的基本要求1-4电力系统的基本参量1-5电力系统的电压等级1-6电力系统结线图及结线方式1-7电力系统的负荷1-1电力系统的组成电力系统如何组成？一次系统（高电压本课程研究内容）二次系统（低电压保障一次系统安全可靠经济运行的信息系统及其操作机构）动力系统：电力系统加上动力设备，如锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机等电力网络：在电力系统中，各种电压等级输配电力线路及升降压变压器所组成的部分电力系统:通常将生产、变换、输送、分配电能的设备如发电机、变压器、输配电力线路等，使用电能的设备如发电机、电炉、电灯等，以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。返回1－2电力系统发展概况1、电力线路使用的是100－400v的低压直流电，输电电压低，输送距离短，输送功率小～1831年法拉第发现了电磁感应定律。出现了原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机；2第一次高压输电出现于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外的慕尼黑，并用以驱动水泵。电压：直流1500—2000v功率：1.5kw。是世界上第一个电力系统！3、1885年在制成变压器的基础上，实现单向交流输电；1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，实现了三相交流输电。4、之后，汽轮机取代蒸汽机，交流电取代直流电，高电压取代低电压，输电距离增加，大的电力系统出现。返回1-3对电力系统运行的基本要求•1.电力系统的运行特点–电能不能大量的存贮–电力系统的暂态过程非常短促–与各行业和人民生活密切相关•2.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–提高系统运行的经济性及环保问题•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、产品报废、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，人民生活受影响。•三级负荷：所有不属于一、二级的负荷保证可靠地持续供电保证良好的电能质量•电压偏移：不超过用电设备额定电压的±5％•频率偏移：不超过±0.2～0.5Hz•波形质量：畸变率不超过给定值。•畸变率：各次谐波有效值平方和的方根值与基波有效值的百分比返回1－4电力系统的基本参量1、总装机容量——指该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）为单位计。05年5亿kw2、年发电量——指该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）为单位计。05年24747亿kwh3、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，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。4、额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。日本东部50HZ，西部60HZ返回1－5电力系统的电压等级括号内为要淘汰的电压等级各级电压架空线路的输送能力电气设备的额定电压平均额定电压：UN=(Ua+Ub)/2用电设备和电力线路平均额定电压相同，允许电压偏移±5％，而沿线路的电压降落一般为10％，线路始端电压为105％。1.发电机：规定比网络的额定电压高5%UG＝1.05UN2.用电设备和电力线路：等于额定电压UN3.变压器一次侧：相当于用电设备，其额定电压与网络相同UN，与发电机直接相连时，则与发电机UG相同二次侧：相当于电源，其额定电压应比线路高5%，考虑变压器内部的电压损耗5%，实际应定为比线路高10%，即为1.1UN。直接与用电设备相连的B为1.05UN连接用电设备用线电压表示的抽头额定电压升压变压器降压变压器例题1：图中已标明各级电压等级。试标出图中G的额定电压及B的额定变比。G：10.5kvT1：10.5/242T2：220/121/6.3T3：220/38.5T4：10.5/3.15M1：3kvM2：6KV例题2：图中已标明各级电压等级。试标出图中G的额定电压及B的额定变比。返回1－6电力系统的结线图和接线方式地理结线图：主要显示该系统中发电厂、变电所的地理情况，电力线路的路径，以及它们相互问的联结。电气结线图：主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等电器元件之间的电气结线。电力系统接线图－地理接线图和电气接线图电力系统接线方式－有备用和无备用无备用接线形式：单回路干线式，放射式，链式特点1、供电可靠性差2、经济性好3、运行方便适用范围：二级负荷有备用接线形式：双回路干线式，放射式，链式，两端供电网，环形接线特点：1、供电可靠性较好2、经济性差3、运行灵活返回一．电力系统的负荷1-7电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的总负荷是指系统中千万个用电设备消耗功率的总和。可以分为动力负荷（各种电动机、电热电炉、整流设备）与照明负荷（电灯）电力系统的综合用电负荷电力系统的供电负荷＝电力系统的综合用电负荷＋网损电力系统的发电负荷＝供电负荷＋厂用电二．负荷曲线：就是用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律1.有功和无功的日负荷曲线2.年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况3.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成表各类用户的年最大负荷利用小时数负荷类型Tmax/h户内照明及生活用电2000~3000一班制企业用电1500~2200二班制企业用电3000~4500三班制企业用电6000~7000农灌用电1000~15002电力系统中性点接地方式中性点：Y形接线的变压器或发电机的中性点发电机定子绕组Y联结的中性点：1）不接地2）经过避雷器接地是为了防护定子绕组过电压而采用。避雷器内部有气隙，所以正常运行和不接地一样。变压器Y接法线圈的中性点：1）直接接地2）不接地（包含经消弧线圈接地）特点：供电可靠性低，比较经济；1）直接接地故障时：如发生接地故障，则构成短路回路，接地相电流很大；适用范围：110KV及以上系统。特点：供电可靠性高，绝缘费用高；故障时：如发生接地故障，不必切2）不接地除接地相，但非接地相对地电压为相电压适用范围：60KV及以下系统3经消弧线圈（电抗线圈）接地：3－60kv网络，容性电流超过下列数值，中性点经消弧线圈接地•3~6kV电力网(接地电流30A)•10kV电力网(接地电流20A)•35~60kV电力网(接地电流10A)中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿和欠补偿之分过补偿：感性电流Ia’大于容性电流Ia的补偿方式欠补偿：感性电流Ia’小于容性电流Ia的补偿方式实践中一般采用过补偿方式