电力系统分析 概述

第一章电力系统概述和基本概念电子与电气工程学院冯宇第一篇电力系统稳态分析电力系统分析第一章电力系统概述和基本概念本课程的主要内容主要框架电力系统稳态分析电力系统暂态电力系统电磁暂态电力系统机电暂态《电力系统分析》主要研究电力系统在正常以及故障下的运行状态。第一章电力系统概述和基本概念本课程的主要内容主要内容电力系统稳态分析电力系统元件的等值电路、参数电力系统的基本概念正常情况下系统运行状态的分析计算电力系统运行与控制无功/电压控制有功/频率控制第一章电力系统概述和基本概念本课程的主要内容主要内容电力系统暂态分析电力系统短路时的基本概念电力系统三相短路电流计算电力系统稳定性分析静态稳定暂态稳定电力系统不对称短路分析计算第一章电力系统概述和基本概念课程特点该课程既是专业课，也是专业基础课。是学习和研究该领域的重要课程。1理论性强、工程性强既有严格的理论推导，又有必要合理的简化近似2涉及内容广、概念多，公式多，计算多有一定深度。第一章电力系统概述和基本概念第一章电力系统概述和基本概念•第一节电力系统概述•第三节电力系统中性点的接地方式•第二节电力系统的电压等级和负荷•第四节电力系统的接线方式第一章电力系统概述和基本概念发电用电输电变电配电RTURTURTU数据采集和传输应用服务器电网调度1.1电力系统概述电力系统的组成第一章电力系统概述和基本概念一、电力系统的基本概念大容量、远距离输电的方法：高压输电SUlPslUPRIpNNL22222cos)cos3(33绝缘技术所限，发电机的最高电压不高于20KV，故需要建立升压变电所以提高电压，经高压输电线路—负荷后通过降压变电所，再通过配电线路向用户供电。第一章电力系统概述和基本概念电力系统示意图如图1-1所示。电力网：由变电所和不同电压等级的输配电线路组成的网络。电力系统：由各类发电厂、电力网和用户组成的一个系统，能够完成发电、输电、变电、配电直到用电的全过程。第一章电力系统概述和基本概念图1-1动力系统、电力系统和电力网络示意图动力系统：在电力系统的基础上又加上动力设备，称为动力系统。返回1.4第一章电力系统概述和基本概念通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（6～35kV）和低压配电线路（380/220V）。地方电力网：电压等级在35kV及以下、供电半径在20～50km以内的中压电力网，又称配电网;区域电力网：电压等级在35kV以上、供电半径在50～300km的电力网：各省区的高压电力网;超高压远距离输电网：电压等级为330～750kV、供电半径在300～1000km的电力网。电力网的类型：根据电压的高低和供电范围的大小，分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种。第一章电力系统概述和基本概念变电所：是变换电能电压和接受分配电能的场所。类型：配电所：只接受和分配电能，不变换电压。电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。区域（枢纽）变电所：连接电力系统中高压和中压的几个电压等级，汇集多个电源，变压器容量大，进出线回路数多，高压侧电压330～500kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解；地区（中间）变电所：将发电厂、枢纽变电所和负荷中心联系起来，可以向附近用户供电，也可以中转一部分电能到别的负荷中心，高压侧电压为110～220kV，全所停电后，将使该地区中断供电；终端变电所：是电网的末端变电所，其高压侧为10～110kV，全所停电后，将使用户中断供电。二.电力系统的发展概况1882年，法国人首先实现了较高电压的直流输电，被认为是世界上第一个电力系统(57km，送端电压1300V，受端电压850V，输送功率1.5KW)1.电力工业发展历程第一章电力系统概述和基本概念1891年，德国工程师密勒主持建立了第一条三相交流输电线路，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。(输送距离175km，输送功率130KW)目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和相邻国家的跨国联合电力系统。1889年，俄国工程师先后发明了三相异步电动机、三相变压器和三相交流制。第一章电力系统概述和基本概念2.我国电力工业发展概况年份总装机容量/KW年发电量/TW·h人均用电量/kW·h世界排序1882上海第一台12kW机组发电1949185万4.3小于102519795200万280719858000万400519982.7亿1150220003.2亿13001000220044.4亿21002第一章电力系统概述和基本概念•中国电力工业的发展可分为三个以下阶段1882~1937年。全国共有461个发电厂，总装机容量630MW，年发电量为17亿kW·h，初步形成北京、天津、上海、南京、武汉、广州、南通等大、中城市的配电系统。1937~1949年。1937年抗日战争开始后，日本帝国主义以东北为基地，为战争生产和提拱军需物资，从而使东北电力系统也有一定的发展。1949年新中国成立时，全国发电装机容量为1848.6MW，年发电量约43亿kW·h，居世界第25位。当时中国已形成的电力系统有：东北中部电力系统；东北南部电力系统；东北东部电力系统；冀北电力系统。第一章电力系统概述和基本概念•输电线路建设1949年以来，中国的电力工业有很大的发展。平均每年以10%以上的速度在增长，到1998年全国装机容量/年发电量均跃居世界第2位。但人均装机量为0.5kW,仅为发达国家的1/101954年，第一条220kV线路投入运行，全长369.25km；1972年，第一条330kV线路投入运行，全长534km；1981年，第一条500kV线路投入运行，全长595km；1989年，第一条500kV直流输电线路投入运行，全长1080km，实现了华中电网与华东电网的互联。2006年，第一条800kV直流输电线路破土动工，全长1430km第一章电力系统概述和基本概念基本形成500kV和330kV的骨干网架；目前，我国已形成东北、华北、华东、华中、西北、川渝、南方共7个跨省电网以及山东、福建、新疆、海南和西藏5个独立省网。•我国电力系统现状1998年，成立了国家电力公司，提出“厂网分开”，建立电力市场，实行“竞价上网”的改革方案。上海、浙江、山东作为首批改革试点，东北三省紧随其后，到2010年，全面实行“厂网分开、竟价上网”。2010年后，实现发、输、配三个环节分开，建立规范有序的电力市场，在更大范围内引入竞争机制。•商业化运行（电力市场）第一章电力系统概述和基本概念2010年全国装机容量达到650GW，2020年达到950GW。2010年：形成以三峡电站为中心，连接华中、华东、川渝三个地区电网的中部电网。届时，全国将形成北、中、南三大互联电网的格局。2020年：形成除新疆、西藏、台湾之外的，以三峡电网为中心的全国统一联合电网。21世纪：在北、中、南三大电网的基本格局下，逐步形成全国联合大电网。与此同时，在21世纪将形成与周边国家互联的亚洲东部联合电网。•我国电力系统发展前景第一章电力系统概述和基本概念三、电力系统的基本参量1.总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以MW、GW计。2.年发电量：指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以MW·h、GW·h、TW·h计。3.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MW、GW计。4.额定频率：50Hz5.最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电压，以kV计。1GW=103MW（100万千瓦）1MW=103kW（1000千瓦）1MW·h=103kW·h（千度），1GW·h=103MW·h（100万度）1TW·h=103GW·h（10亿度），1kW·h=1度第一章电力系统概述和基本概念四、电力系统的特点1．电能的生产和使用是同时完成的，不能大量储存。2．电力系统的过渡过程十分短暂。因此电力系统的安全监测与控制非常困难。3．与国民经济各部门的关系密切。P发P用＋P频率fQ发Q用＋Q电压V第一章电力系统概述和基本概念美加2003年“8.14”大停电事故纽约一篇漆黑，布什一脸无奈，与911并提第一章电力系统概述和基本概念1．保证供电的可靠性。2．保证良好的电能质量。五、对电力系统的基本要求根据电力负荷对供电可靠性的要求，负荷分为一类、二类和三类负荷。电力系统供电的可靠性，就是要保证一级负荷在任何情况下都不停电，二级负荷尽量不停电，三级负荷可以停电。保证系统的电压、频率、波形在允许的范围内变动。电压偏移：一般不超过用电设备额定电压的±5%。频率偏移：一般不超过±0.2Hz。第一章电力系统概述和基本概念3．为用户提供充足的电能。4．提高电力系统运行的经济性。波形畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以及电厂的厂用电率和电力网的网损率等。第一章电力系统概述和基本概念1.2电力系统的电压等级和负荷一、电力系统的电压等级电力线路输送的功率一定时，输电电压越高，线路电流越小，导线截面积越小；但电压越高，对设备绝缘水平的要求越高，设备的投资越大。综合上述考虑，对应一定的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。我国电力网标准电压等级为线路的额定电压，有0.22/0.38、3、6、10、35(60)、110、220、330、500KV、750KV。我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1。1电力系统的额定电压第一章电力系统概述和基本概念表1-1我国三相交流电力网和用电设备的额定电压∕kV分类电力网和用电设备的额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次绕组二次绕组低压0.22/0.1270.230.22/0.1270.23/0.1330.38/0.220.400.38/0.220.40/0.230.66/0.380.690.66/0.380.69/0.40高压33.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及11—13.8，15.75，18，2013.8，15.75，18，20—35—3538.560—6066110—110121220—220242330—330363500—500550750—750—第一章电力系统概述和基本概念1)用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。2)发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。图供电线路上的电压变化示意图3)变压器的额定电压变压器的一次绕组：相当于是用电设备，其额定电压应与电网的额定电压相同。注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电机的额定电压相同。第一章电力系统概述和基本概念变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电压高10%当变压器二次侧供电线路较短时：应比同级电网额定电压高5%其中5%用于补偿变压器满载供电时一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，用于35kV及以上线路。可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可，用于10kV及以下线路。2电压等级的选择表1-2电力线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系额定电压(kV)输送功率(kW)输送距离(km)额定电压(kV)输送功率(kW)输送距离(km)3100~10001~3603500~3000030~1006100~12004~1511010000~5000050~15010200~20006~20220100000~50000100~300352000~1000020~50第一章电力系统概述和基本概念220kV及以上：用于大型电力系统的主干线。110kV：用于中小型电力系统的主干线。35kV：用于大型工业企业内部电力网。10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑