华电《电力系统分析基础》第1章

电力系统分析基础PowerSystemAnalysisBasis（一）主讲人：栗然1.传统的课程划分电力系统稳态分析—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—操作或雷击时的过电压（过程最短）电磁暂态过程—与短路及励磁有关(过程较短)机电暂态过程—与动力系统有关(过程较长)涉及电压、电流涉及功率、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高电压技术2.电力系统分析基础-------改革后的电力系的平台课程主要学习电力系统稳态和短路分析知识电力系统的基本概念—发、输、变、配。（8学时）电力网元件参数及等值电路—物理元件的数学模型（8学时）简单电力网稳态分析与计算—功率流动、手工潮流计算（8学时）课程介绍电力系统潮流的计算机算法—潮流计算的基本原理、数学模型、求解方法和计算程序框图。（8学时）有功最优分配及频率控制—如何保证低损耗、高回收（6学时）无功功率及电压调整—如何使无功合理分布使功率损耗最小（6学时）短路电流分析与计算—三相短路及不对称故障计算（20学时）课程介绍3、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1、电力系统稳态分析（第三版）东南大学，陈珩，水利电力出版社2、电力系统暂态分析（第三版）西安交通大学，李光琦，水利电力出版社教材1、先修课程：电路，电机学2、听课为主，自学为辅如何学习这门课程4、及时、独立的完成作业5、理解基本概念，不要死记硬背6、多翻阅电网技术、电力系统自动化等期刊，了解新概念，专业领域的成果和分析。3、看书2～3遍第一章电力系统的基本概念1、电力系统的概念和组成2、对电力系统运行的基本要求3、电力系统的电压等级4、电力系统的接线方式和中性点接地5、电力系统的负荷§1.1电力系统的基本概念一、基本概念•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、电力网和用电设备组成。（2）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。（3）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。•几个基本参量(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。§1.1电力系统的基本概念§1.1电力系统的基本概念年发电量——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。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。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。最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。§1.1电力系统的基本概念地理接线图——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。从调度、管理、控制的角度看§1.1电力系统的基本概念§1.1电力系统的基本概念二、电力工业的发展史1、高压输电的出现与电压等级的提高•1831年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打下了基础•1882年，爱迪生小型电力系统（pearlstreetpowerstation），6台直流发电机，16km，59个用户，电压：直流110V。•1885年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础•1890年，英国从Deptford到伦敦11km的10kV线路（第一条高压交流电力线路）•1891年，德国从Lauffen到法兰克福170km的15kV线路（第一条三相交流输电线路）§1.1电力系统的基本概念•远距离大容量输电是提高输电电压的动力。2、特高压（1000kV及以上）输电的出现与展望•习惯上，110～220kV为高压，330～750kV为超高压，1000kV及以上为特高压。•20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究•1985年苏联1228km的1150kV,但至今运行于500kV•20世纪90年代日本426km的1000kV，但至今运行于500kV•目前国际上实际投运的最高电压等级750kV(加、美、俄、巴西、南非等国）•我国西北电网750kV（青海官亭—甘肃兰州），2005年投运•2009年我国首条1000kV（山西长治晋东南变电站－南阳－湖北荆门变电站）投运，645km，实现华北和华中电网互连§1.1电力系统的基本概念3、直流输电线路、高自然功率的紧凑型线路以及灵活交流输电（FACTS）等多种多样输电新技术的研究也取得很大进展，有的已进入工程实践。§1.1电力系统的基本概念•高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国500kV紧凑型输电线路北京昌平到房山。•灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。§1.1电力系统的基本概念三、我国电力工业和电力系统的发展史1、基本发展史•1882年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，一台12kW直流发电机•1911年，杨树浦发电厂动工，1913年开始发电，到1924年，共有12台发电机，装机121MW。•1954年，中国自行设计施工的第一条220kV输电线路（369km）建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。这是中国输电线路建设史上的一个里程碑。§1.1电力系统的基本概念•1972年，第一条330kV超高压输电线路建成，从刘家峡水电站至汉中，全长534公里。随后330kV线路延伸到陕甘宁青4个省区，形成西北跨省联合电网。•1981年，第一条500千伏超高压输电线路投入运行，从河南平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世界上第8个拥有500千伏超高压输电的国家。•1989年，中国第一条±500千伏直流输电线路（葛洲坝－上海，1080公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。§1.1电力系统的基本概念•2005年9月,西北电网建成750kV青海官亭-甘肃兰州线超高压输变电工程（140.7km），中国输电技术提高到了一个新的水平.•2008年12月30日，我国首条1000kV（山西长治晋东南变电站－南阳－湖北荆门变电站）投运，645km，实现华北和华中电网互连。•±800kV特高压直流输电线路（向家坝—上海）正在建设中。§1.1电力系统的基本概念2、中国电力工业的现状•年发电量：1980年以来，平均年增长率9％，现为世界第二位。表41980年以来中国年发电量年份19801981198219831984198519861987发电量/亿kW·h30063093327735143700410744964973年份19881989199019911992199319941995发电量/亿kW·h545158476213677575428364927810069年份19961997199819992000200120022003发电量/亿kW·h1075011600116701230013250140201654219052年份20042005200620072008发电量/亿kW·h2194324975283443255934669§1.1电力系统的基本概念•装机容量：现居世界第二位。表51980年以来中国发电设备装机容量年份19801981198219831984198519861987装机容量/亿kW0.6590.6910.7240.7640.8010.8710.9381.029年份19881989199019911992199319941995装机容量/亿kW1.1551.2661.3791.5151.6651.8291.9992.172年份19961997199819992000200120022003装机容量/亿kW2.3222.462.62.943.143.33.573.91年份20042005200620072008装机容量/亿kW4.425.176.247.417.92§1.1电力系统的基本概念•电压等级、输电线路长度和变电容量：电压等级除西北地区以外交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV直流：±500kV西北地区：750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV截至2009年7月，220kV及以上输电线路长度达到37.5万公里，跃居世界第一位。2008年，220kV及以上变电容量13.9亿kVA。§1.1电力系统的基本概念•电网规模不断壮大：我国现有发电装机容量在2000MW以上的电力网11个，其中东北、华北、华东、华中区域电网装机容量均超过30000MW，华东、华中电网甚至超过40000MW，西北电网的装机容量也达到20000MW。3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2005DC•全国联网基本建成：§1.1电力系统的基本概念2010年前后，建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川渝的中部电网；华北、东北、西北三个电网互联形成的北部电网；以及云、贵、广西、广东4省区的南部联合电网。同时，加快北、中、南三大电网之间实现局部互联：华北－华中加强联网、华中－西北联网、川渝－西北联网、华东－华北联网、川黔联网等跨区电网工程建设，实现西电东送、南北互供，初步形成全国统一的联合电网的格局，实现全国范围内的资源优化配置，满足国民经济发展和全面建设小康社会的要求。3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseRegionalGridsInterconnectionin2010DCPossibleInternationalconnectionAC§1.1电力系统的基本概念2020年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河上一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海核电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施，电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。在全国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源优化配置。此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周边电网互联和能源优势互补。3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2015-2020DCPossibleInternationalconnection西电东送三大通道：•南部通道：将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和贵州坑口火火电厂开发出来送往广东。•中部通道：将金沙江干支流(雅砻江、大渡河)水电站开发出来送往华东地区。•北部通道：将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火电厂开发出来送往京津唐地区。§1.1电力系统的基本概念500kv220kv330kv火电厂水电厂核电厂变电站2020年西电东送方案京津唐长江三角洲珠江三角洲传输功率1.2亿千瓦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—减少备用容量最大单机容量最大发电厂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。§1.1电力系统的基本概念我国最大单机容量•最大火电机组：1000MW（浙江华能玉环电厂，上海外高桥第二发电厂900MW）•最大水