合工大-电力系统稳态分析1

电力电力力系统力系统稳态分稳态分分析分析电力系统稳态分析电力系统稳态分析合肥工业大学杨向真合肥工业大学杨向真[e-mail]2015/11/171电力系统稳态分析合肥工业大学前言前言1.课程内容2考核方式2.考核方式2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学2课程内容课程内容教材•教材–《电力系统稳态分析》陈珩主编中国电力出版社2010年–《电力系统稳态分析》，陈珩主编，中国电力出版社，2010年•内容内容–各元件以及电力网络的数学模型；–潮流计算；–经济优化运行。2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学3课程内容课程内容•前修课程•前修课程《电路理论》、《电机学》、《电气工程概论》《电路理论》、《电机学》、《电气工程概论》•后续课程《电力系统暂态分析》、《发电厂电气部分》、《继电保护》……•参考资料《电力系统分析》，何仰赞、温增银主编，华中科技大学出版社，2002年2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学4《电力系统分析》，褚俊伟主编，中国电力出版社，2003年考核方式考核方式•笔试令人纠•笔试–120分钟，100分，70%令人纠结的平时成绩•平时–100分，30%100分，30%–考勤•100分，20%；（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分）100分，20%；（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分）–作业•100分，50%（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分）分，（分；分；分；分）–课堂提问•100分，30%（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分）2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学5第一章电力系统的基本概念第一章电力系统的基本概念11电力系统概述•1.1电力系统概述–PS的形成和发展–现代电力系统–电力系统的基本参量和结线图•1.2电力系统运行应满足的基本要求–电力系统的基本参量和结线图电力系统运行应满足的基本要求•1.3电力系统的结线方式和电压等级•1.4电力系统工程学科和电力系统分析课程2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学611早期电力系统（PS）的形成1.1早期电力系统（PS）的形成电力系统蓬勃发展，仅仅数十年，一些国家甚至出现了全国性和跨国性的电力系统逐步形成现代电力系统性的电力系统，逐步形成现代电力系统1891德国人建立了一个：发电—升压—传输—降压—用户的小型电力系统电力系统的发展取得了重大突破1882特点：凸显了三相交流制的优越性？1882法国人M.德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的直流电输送到57km外的慕尼黑，并用以驱动水泵，形成世界上第一个电力系统特点：Vdc1500~2000V，P=1.5kW，包含了发电、输电、用电设备法拉第-电磁感应，原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机特点：电机制造和电力输送技术的发展集中在直流电100V~400V18312015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学7特点：电机制造和电力输送技术的发展集中在直流电，100V~400V缺点:输电电压低，输送距离近，功率小现代电力系统的特点现代电力系统的特点•输电电压—超过1000kV10001891•输送距离—超过1000km800kV）189120世纪初1906•输送功率—超过5000MW400600压等级（k19061920s如今•高度自动化—能量管理系统200电压•高压直流输电—HVDC0时间彻底解决同步发电机并列运行的稳定性问2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学8彻底解决同步发电机并列运行的稳定性问题，进一步提高输送能力现代电力系统的特点现代电力系统的特点•电源的构成煤石油天然气核能水能•发电•输电配电–煤、石油、天然气、核能、水能–风能、太阳能、潮汐能等•配电•继电保护•调度管理稳定性分析•负荷的构成•稳定性分析–电动机、电灯–电热电炉整流装置新能源的并网发电对电力系统有电热电炉、整流装置–电动汽车哪些影响？2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学9现代电力系统现代电力系统火三火力发三峡水发电厂水电厂厂厂变高压压压输电器线路2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学10现代电力系统现代电力系统风风力光伏发发电电燃料电海上风电池发风力发2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学11电电现代电力系统一次系统&二次系统现代电力系统_一次系统&二次系统应用服务器应用服务器电网电网监控系统监控系统RTURTU数据采集和传输通信通信RTURTURTURTURTURTU发电发电用电用电输电输电变电变电配电配电2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学12电力系统的定义电力系统的定义广义的电力系统应该是包括生产电能的设备输广义的电力系统应该是包括生产电能的设备、输配变电设备消耗电能的设备二次系统设备的配变电设备、消耗电能的设备、二次系统设备的统一整体统整体。2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学13电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图1.系统装机容量(发电机额定有功功率总和,kW/MW/GW)2.系统年发电量(发电机全年发电量总和,MWh/GWh/TWh)3.年用电量（所有用户全年所用电量总和，MWh）4.最大负荷(一段时间内有功负荷最大值,kW/MW/GW)最大负荷(段间内有功负荷最大值,//)2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学14电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图5额定频率（交流工频50H60H）5.额定频率（交流工频：50Hz，60Hz）6.最高电压等级（最高额定电压，kV）7.地理结线图（显示该系统中发电厂、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，宏观印象）同时参阅8.电气结线图（显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、）2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学15电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气结线，细致了解）地理结线图地理结线图2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学16地理结线图地理结线图2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学17电气结线图电气结线图电电电力系统分电气结线图分析中提到图到的电力力系统图︐︐指的是2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学1812电力系统运行应满足的基本要求1.2电力系统运行应满足的基本要求•电能的特点电能能大量储存储能–电能不能大量储存（储能）–电力系统暂态过程非常短促（电力系统暂稳态分析的意义）与国民经济及日常生活关系密切–与国民经济及日常生活关系密切（一级负荷、二级负荷、三级负荷）2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学1913电力系统运行应满足的基本要求1.3电力系统运行应满足的基本要求对电力系统运行的基本要求–可靠•对电力系统运行的基本要求•I级负荷：造成人身事故、设备损坏、产生次品，生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等不间断供电•II级负荷：造成大量减产，将使人民生活受到影响等•III级负荷：不属于一级二级的负荷如小城镇供电等尽量不间断供电无任何要求III级负荷：不属于级、二级的负荷，如小城镇供电等无任何要求2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学2012电力系统运行应满足的基本要求1.2电力系统运行应满足的基本要求优质–优质≥35kV±5%-电压（无功功率）≥35kV±5%≤10kV±7%（三相供电）220V单相+7%、-10%第六章-频率有功功率±0.2Hz（≥3000MW)05H(3000MW)第五章（有功功率）±0.5Hz(≤3000MW)（1）电压总谐波畸变率和各次谐波电压含有量不超过限值-波形量不超过限值（2）各谐波源用户注入电力系统的谐波电流不超过允许值电热电炉电力电备2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学21电热电炉、电力电子设备12电力系统运行应满足的基本要求1.2电力系统运行应满足的基本要求–经济•燃料成本经济性考核指标•燃料成本–煤/石油/天然气•煤耗率：每生产1kW·h电能所消耗的标准煤重，g/kW·h经济性考核指标•厂用电率–照明、电动设备•网损率：电力网络中消耗的电能与向电力网络供应电能的百分比•网损率输电线路损耗–输电线路损耗•环保成本2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学2213电力系统的结线方式和电压等级1.3电力系统的结线方式和电压等级一几种典型的结线方式、几种典型的结线方式无备独立电源负荷点备用结优点：简单经济运行方便单回路放射式单回路链式负荷点单回路干线式结线优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围（1）三级负荷适用范围：（1）三级负荷（2）一级负荷比重不大，且为其单独配置备用电源2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学23（3）由采用自动重合闸装置架空线路供电的二级负荷13电力系统的结线方式和电压等级1.3电力系统的结线方式和电压等级有有备用用结线环形网络双端供电线类型：环形网络、双回路放射式、干线式和链式网络、双端供电优点：供电可靠性和电压质量高优点：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2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学24适用范围：电压等级较高或重要的负荷13电力系统的结线方式和电压等级二电力系统电压等级1.3电力系统的结线方式和电压等级‡电气设备额定电压之间的配合二、电力系统电压等级3、6、10、35、110、220、330、500、750电气设备额定电压之间的配合‹供电设备：比额定电压等级高5%‹受电设备：等于额定电压等级‹变压器一次侧作为受电设备：（1）连接发电机，等于发电机的额定电压，即1.05UN（2）连接线路，即UN‹变压器二次侧作为负荷的供电设备：（1）比额定电压等级高10%：供电设备高5%UN+自身5%UN损耗（2）若二次侧输电距离较短、变压器漏抗较小或电压特别高时，可以比额定2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学25电压等级高5%13电力系统的结线方式和电压等级电力系统的额定电压等级1.3电力系统的结线方式和电压等级用电设备/线路额定线电压（kV）交流发电机线电压（kV）变压器线电压（kV）一次绕组二次绕组一次绕组二次绕组363.156.33及3.156及6.33.15及3.36.3及6.6倍1倍1.05倍1.05倍倍103510.515.7510及10.515.753510.5及113851.05倍1.1倍351102203511022038.51212421倍1.1倍330500330500345及363525及5502015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学2613电力系统的结线方式和电压等级三电力系统中性点的运行方式1.3电力系统的结线方式和电压等级负A负Ak(1)三、电力系统中性点的运行方式负荷BC负荷BCI(1)CCCICb.中性点不接地Ik(1)Ik(1)a.中性点直接接地单相接地时，接地相电流很大，为避免损坏设备，需迅速切除接地相甚至三相特点：供电可靠性低单相接地时，非接地相对地电压升高为线电压，需提高设备绝缘特点：可靠性高但绝缘水平要求高在我国：‹110kV及以上的系统中性点直接接地特点：供电可靠性低特点：可靠性高，但绝缘水平要求高2015/11/17电力系统稳态分析合肥工业大学27‹110kV及以上的系统中性点直接接地‹60kV及以下的系统中性点不接地13电力系统的结线方式和电压等级1.3电力系统的结线方式和电压等级负ABICA加装消弧线圈（电抗线圈）的原理：增加感性电流分量，抵消容性电流分荷CCCCILICICCICBICCICBICAIPEL量，减小接地点电流，使电弧易于自行熄灭，提高供电可靠性CCCPEc.中性点经消弧线圈接地中心点接地统单相接地时较大的容需加装消弧线圈的中性点：3~6kV网络容性电流30A中心点不接地系统出现单相接地时，较大的容性电流可能使接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压甚至发生严重的系统性