华电《电力系统分析基础》XXXX

电力系统分析基础主讲人：杨用春课程内容稳态分析第一章电力系统的基本概念第二章电力系统各元件的特性和数学模型第三章简单电力系统的潮流计算与分析第四章复杂电力系统潮流的计算机算法第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的无功功率和电压调整第七章电力系统三相短路分析与计算第八章电力系统不对称故障分析与计算暂态分析参考教材电力系统稳态分析（第三版）东南大学陈珩，水利电力出版社电力系统暂态分析（第三版）西安交通大学李光琦，水利电力出版社电力系统分析基础李庚银、杨淑英、栗然，机械工业出版社电力系统分析习题集杨国旺电力系统分析复习指导与习题精解杨淑英，中国电力出版社如何学习这门课程1.先修课程：电路、电机学2.听课为主、自学为辅3.按时、独立完成作业4.理解基本概念，不要死记硬背5.工程观念和思想，理论结合实际第一章电力系统的基本概念本章内容1.1电力系统概述1.2电力系统运行的特点和要求1.3电力系统的接线方式和电压等级1.4电力系统中性点的运行方式1.5电力系统分析的含义与内容1.6我国电力系统的发展1.1电力系统概述一、电力系统的形成与发展二、电力系统的基本概念三、电力系统的基本参量和接线图一、电力系统的形成与发展1831年法拉第发现电磁感应定律交流发电机直流发电机直流电动机特点：输电电压低，输送距离短，输送功率小。100~400V=直流发电机电弧灯M直流电动机电的产生一、电力系统的形成与发展高压输电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外的慕巴黑，并用以驱动水泵。输电电压：直流1500~2000V，输送功率：约1.5kW。世界上第一个电力系统！57km,1500~2000V=直流发电机M直流电动机一、电力系统的形成与发展交流输电1885年制成变压器实现单相交流输电1891年制成三相变压器和三相异步电动机实现三相交流输电～178km,25kVLauffen镇法兰克福水轮发电机组95V/25kV25kV/112V1891年德国建成第一条三相交流输电系统M白炽灯异步电动机95V,230kVA150r/min一、电力系统的形成与发展三相交流制迅速发展，而直流制被淘汰；汽轮发电机组取代以蒸汽机为原动机的发电机组；发电厂之间出现了并列运行；输电电压、输送距离和输送功率不断增大；电力系统的规模不断扩大。电力系统的发展二、电力系统的基本概念发电电力系统电力网动力部分动力系统用电输电变电变电电力系统、电力网与动力系统的概念发电机～工业农业商业生活•电力系统的组成（1）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统。包括：发电机、变压器、输电电路和用电设备。（2）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分，包括变压器和输电电路。（3）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。二、电力系统的基本概念三、电力系统的基本参量和接线图总装机容量：指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)计。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，以千瓦·时(kW·h)、兆瓦·时(MW·h)、吉瓦·时(GW·h)计。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。额定频率：按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定频率为50Hz。最高电压等级：指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。1．电力系统的基本参量三、电力系统的基本参量和接线图地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。2．电力系统的接线图三、电力系统的基本参量和接线图地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。2．电力系统的接线图电气接线图：主要显示系统中某发电厂（变电所）内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。三、电力系统的基本参量和接线图T210kVT1G1~G2~G3~G4~110kV220kV某发电厂的电气主接线三、电力系统的基本参量和接线图地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。电气接线图：主要显示系统中某发电厂（变电所）内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。2．电力系统的接线图宏观微观1.2电力系统运行的特点和要求一、电能的优点1.可以很方便地转换成其他形式的能，如光能、热能、机械能、化学能等。2.便于生产、输送、分配、使用，易于控制。3.可以方便地将自然界的一次能源转化为电能，如煤、石油、天然气、水能、核能、风能和太阳能等。二、电力系统运行的特点1.与国民经济各部门关系密切2.电能不能大量存储3.电力系统各个部分不可分割4.过渡过程非常迅速5.对电能质量要求严格三、对电力系统运行的基本要求1.保证可靠地持续供电2.保证良好的电能质量3.提高电力系统运行的经济性安全优质经济环保三、对电力系统运行的基本要求1.保证可靠地持续供电电网规划与建设电源与网架规划、西电东送、全国联网等电网监视与控制SCADA－数据采集与监视控制系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition）电气设备在线监测与故障诊断（计划检修→状态检修）负荷分级（一级、二级、三级），故障时，按负荷等级限电。三、对电力系统运行的基本要求负荷（一级二级三级）一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，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。三、对电力系统运行的基本要求衡量电能质量的基本指标：电压质量频率质量2.保证良好的电能质量35kV及以上：±5%10kV及以上：±7%±0.2~0.5Hz主要指标：电压偏差、频率偏差、谐波畸变率、三相不平衡度、电压波动和闪变。原因：整流设备、电力机车、电弧炉、压钢机等非线性负荷和冲击负荷造起系统谐波、不对称、电压波动等。三、对电力系统运行的基本要求考核电力系统运行经济性的指标：煤耗率生产一度电消耗的标准煤重，与锅炉、汽轮机的特性及厂用电率有关。网损率电网中损耗电能与供应电能的百分比3.提高电力系统运行的经济性三、对电力系统运行的基本要求环保火电厂装机接近70％煤炭燃烧造成的污染限制污染物的排放量1.提高供电可靠性，减少系统备用容量2.有利于削峰填谷，提高发电设备利用率3.合理利用动力资源，（水、火电互补），提高经济性4.采用高效率大容量机组，减小负荷波动对系统的影响—系统越大，抗干扰能力越强四、电力系统的联网运行1.3电力系统的接线方式和电压等级一、电力系统的接线方式含义：发电厂、变电所（站）之间的接线方式。类型：无备用接线方式有备用接线方式一、电力系统的接线方式用户只能从一个方向取得电源1.无备用接线方式优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围：二级负荷放射式干线式链式一、电力系统的接线方式优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷用户可以从多个方向取得电源2.有备用接线方式双回路放射式双回路干线式双回路链式环式两端供电二、电力系统的电压等级1.电力系统的额定电压等级2.电力系统各元件的额定电压3.电力网电压等级的选择二、电力系统的电压等级1.电力系统的额定电压等级根据S=UI，当输送功率一定时，电压高，电流小，材料投资少，绝缘投资大；电压低，电流大，绝缘投资少，材料投资大。为什么规定电压等级？所以，输送一定的功率有一个经济电压。但不能任意确定线路电压！二、电力系统的电压等级我国规定的电力系统额定电压等级（kV）：3、6、10、20、35、（60）、110、（154）、220、330、500、750、1000kV交流线电压有效值表1-31000V以上的额定电压变压器额定线电压/kV用电设备额定线电压/kV交流发电机额定线电压/kV一次绕组二次绕组33.153及3.53.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及1113.813.813.8－15.7515.7515.75－181818－202020－35－3538.5(60)－(60)(66)110－110121(154)－(154)(169)220－220242330－330363500－500注：括号内为将要淘汰的电压级系统的额定电压二、电力系统的电压等级什么是额定电压？电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好为什么各种电气设备的额定电压不一样?电压损耗、电压降落、各点电压电压不相同2.电力系统各元件的额定电压二、电力系统的电压等级电力网络中的电压分布规定：线路的额定电压等于线路的平均电压，等于系统的额定电压。规定：用电设备的额定电压等于系统的额定电压。规定：发电机的额定电压比系统额定电压高5%。二、电力系统的电压等级；与发电机直接相连时，则与发电机相同。若变压器漏抗很小、二次测与用电设备直接相连或电压特别高时，其二次侧额定电压比线路仅高5％。变压器一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同变压器额定电压的规定变压器二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%，考虑变压器内部的电压损耗(5%)，实际应比线路高10%。二、电力系统的电压等级变压器的抽头（分接头）220kV升压变压器降压变压器二、电力系统的电压等级3.电力网电压等级的选择各级电压架空线路的输送能力额定电压kV输送容量MVA输送距离km额定电压kV输送容量MVA输送距离km30.1-1.01-311010-5050-15060.1-1.24-15220100-500100-300100.2-2.06-20330200-800200-600352-1020-505001000-1500150-850603.5-3030-1007502000-2500500以上二、电力系统的电压等级(1)确定各设备额定电压;(2)若T1工作于+2.5%抽头,T2工作于主抽头,T3工作于-5%抽头,求各变压器变比。10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV5.10)025.01(1211Tk5.381102Tk11)05.01(353Tk[例题]1.4电力系统中性点的运行方式引言什么是中性点？三相电源或三相负载连接成星形时出现的一个公共点。ABCO什么是中性点接地方式？中性点与大地之间的电气连接方式。中性点接地方式直接影响设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。为什么要研究中性点接地方式？接地？不接地？1.中性点不接地正常运行分析：（1）线电压与相电压关系；（2）中性点电位；（3）对地电容电流与相电压关系。1.中性点不接地单相（C相）接地分析：（1）中性点对地电位；（2）非接地相对地电位；（3）对地电容电流。（3）对地电容电流分析COACCBCACCCOBCCOCACAACIIIIIIIIIXVXVI33)(333.....2.中性点经消弧线圈接地补偿方式过补（ILIc）欠补（ILIc）全补（IL=Ic）不允许，容易谐振一般采用这种方式3.中性点直接接地单相（C相）接地优点：非故障相电压基本不变。缺点：单相短路电流大。单相接地短路时特点比较中性点不接地中性点直接接地接地点电流容性电流，是正常运行时一相对地电流的3倍很大中性点电压升高为相电压为零非故障相对地电压升高为线电压通常基本仍为相电压相间电压三相之间电压保持与正常时相同与故障相相关的线电压降低为相电压经消弧线圈接地：接地电流可减至很小，接地电流产生的电弧易于熄灭。其他特点与不接地系统基本相同。小电流接地方式：中性点不接地或经消弧线圈接地；大电流接地方式：中性点直接接地。中性点接地方式的应用不接地：3~35kV系统；经消弧线圈接地：3~60kV系统；直接接地：110kV及以上电压