电力系统的基本概念

电力系统稳态分析主讲：陈碧云电力系统工程学科和电力系统分析课程电力系统工程学科的范畴电力系统理论输配电技术电力系统规划电力系统运行电力系统保护电力系统控制电力系统分析课程的主要内容1.稳态分析•元件的特性和数学模型•潮流计算（PowerFlow）•系统运行调节和优化2.暂态分析•波过程•电磁暂态过程•机电暂态过程本课程流程电力系统的运行状态（稳态）第三章第四章电力系统概念、组成第一章第二章电力系统的控制第五章第六章是什么为什么怎么做电力系统稳态分析（章节）第一章电力系统基本概念第二章电力系统各元件的特性和等值电路第三章简单电力网络的计算和分析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第六章电力系统的五功功率和电压调整成绩评定1.平时成绩：40%考勤与课堂表现：10%作业：10%（每章交一次）综述：20%（2次）2.考试成绩（闭卷）：60%参考书1.电力系统分析复习指导与习题精解/杨淑英，TM711-44/1，中国电力出版社2.电力系统分析学习指导/徐政，TM711/31，机械工业出版社3.电力系统分析要点与习题/韦钢，TM711-44/2，中国电力出版社4.现代电力系统分析/王锡凡，TM711/28，科学出版社5.……联系方式陈碧云E-mail：[e-mail]Tel:[phone]QQ：2242742（加Q时请说明名字）办公地址：电气工程学院307楼第一章电力系统的基本概念问题人类为何选择使用电能？电能是如何产生的？电能是如何传输的？什么是电力系统？电力系统运行的特点和要求？电力系统分析课程的主要内容及特点？人类为什么选择使用电能？十八世纪，蒸汽机发明：热能－机械能，划时代的工业革命十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代。显著优点洁净：环保方便:输送、分配、使用节能:能耗小，转换效率高人类为什么选择使用电能？电气化1830年法拉第发明电磁感应定律，为未来电力工业发展奠定基础。1875年第一台火力发电机组（直流发电机）在法国巴黎火车站，照明。1879年美国旧金山实验电厂开始发电，这是世界上最早出售电力的电厂。1882年美国爱迪生纽约珍珠街电力系统，6台直流发电机，110V，照明。1884年变压器发明。为三相交流及大容量、远距离输电奠定基础。1889年美国Oregon和Portland建立长21公里的交流输电系统。1891年德国世界上第一个三相交流输电系统，距离179英里、电压12000伏。1897年电压为44000KV的输电线路在美国Utah州建成。世界电力工业发展的历程世界电力工业发展的历程2000～2004年全球总装机容量1882年英国商人在上海创办了上海电气公司，装机容量12KW，5盏电灯。1913年上海杨树浦发电厂发电，1924年该厂装机12台，总容量121MW，成为当时远东第一大发电厂。1949年以前，仅东北有220KV和154KV的电网（日本人建造）。80年代，形成了17个以220KV为骨干输电网的跨省地区电网和省际电网。1972年由甘肃天水－陕西关中的534KM的我国第一条330KV输电线路工程。1981年由河南平顶山－湖北武汉的全长595KM的我国第一条500KV输电线路。我国电力工业的发展1989年建成了我国第一条远距离±500KV葛洲坝－上海的直流输电线路。1997年，三峡工程建设，26台700MW，15回500kV交流及三回±500KV直流，连接华东、华中、河南、四川、广东等电网，中国电网联网的核心。2006年，甘肃官厅－第一条750kV交流输电线路。2009年1月6日，中国自主研发、设计和建设的晋东南-南阳-荆门1000千伏特高压交流试验示范工程正式投运，到目前一直保持稳定运行。特高压交流1100千伏电压电网被国际电工委员会和国际大电网组织推荐为国际标准电压。2009年7月底，中国220千伏及以上输电线路达到37.5万公里，电网规模超过美国，跃居世界第一位。我国电力工业的发展电力需求旺盛、增长快1882年，我国开始使用电能1987年，全国发电装机容量突破1亿千瓦1995年3月，装机容量突破2亿千瓦1996年，发电装机容量居世界第2位。2000年4月，全国装机突破3亿千瓦2004年5月底，全国装机容量突破4亿千瓦2005年底，全国装机容量突破5亿千瓦2009年4月，全国装机容量突破8亿千瓦不到8年5年4年1.5年每增加1亿装机中国电网500kV220kV330kV火电厂水电厂核电厂新疆西藏东北华北西北川渝华中华东南方电网覆盖率96.4%第一节电力系统概述电力系统的形成与发展DC以爱迪生为代表AC以G.威斯汀豪斯为代表AC/DC混合现代电力系统什么是电力系统？所谓电力系统就是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷组成的旨在生产、传输、分配和消费电能的各种电气设备按一定方式连成的整体。电力系统的组成升压输电降压配电发电负荷升压降压输电电力系统的组成根据结构的不同，可分为：一次系统：发电机、变压器、电力线路和负荷二次系统：继电保护、通信和调度控制系统根据功能的不同，可分为：输电网：将发电厂发出的电能传输到负荷中心配电网：将电能分配给用户电力系统和电力网络示意图锅炉锅炉锅炉锅炉热力网110kV110kV220kV110kV水库35kV10kV6kV380/220V380/220V电力网电力系统动力系统电力系统和电力网络负荷配电线路降压变压器配电网输电线路升压变压器输电网电力网发电机电力系统核反应堆（核电厂））水库、水轮机（水电厂）锅炉、汽轮机（火电厂动力部分动力系统电能是如何产生的？大规模电能是由同步发电机产生同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识……..电能是如何产生的？定子转子机械能电能电能是如何产生的？推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说…..蒸汽水力风力火力、核、地热水力发电风力、潮汐发电其它汽车压力、太阳能福建安砂水电厂宽缝重力坝电力系统的基本参量和结线图1.总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和。（8.74亿kW）2.年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和。（36506亿kWh）3.最大负荷：规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值（2009.12.23，南宁，2553MW）2009年全国发电量（单位：亿kWh）火力发电量29814.22水力发电量5544.95核能发电量692.63合计36506.23电力系统的基本参量和结线图6.额定频率：（50Hz）7.最高电压等级：（AC1000，DC800）8.地理接线图：反映各发电厂、变电所的相对地理位置以及电力线路的路径。9.电气接线图：反映元件之间的电气联系。电力系统的地理接线图电力系统的地理接线图第二节电力系统运行应满足的基本要求一、电能生产、输送、消费的特点1.重要性如果说石油是现代国家最脆弱的血管，那么电力就是现代国家最脆弱的神经！第二节电力系统运行应满足的基本要求2.同时性3.整体性电能不能大量储存，其生产、传输、分配和消费是同时进行的。生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。第二节电力系统运行应满足的基本要求4.快速性5.严格性电能的传播速度接近于光速。电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。二、电力系统运行的基本要求1.保证安全可靠的供电（安全）•对系统的运行进行安全监控•认真维修设备•配备足够的有功电源和无功电源•完善的电力系统结构二、电力系统运行的基本要求2.要有合乎有的电能质量（优质）•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±0.2~0.5Hz•波形畸变率不能超过给定限制6~10kV：4%0.38kV：5%二、电力系统运行的基本要求3.要有良好的经济性（经济）•火电厂的煤耗•电厂的厂用电率•电网的网损率二、电力系统运行的基本要求4.尽可能减小对生态环境的有害影响（环保）•优先调度清洁能源（风能、太阳能、海洋能、水能、生物质能、核能）。•对火电机组，按照煤耗水平调度发电。•减少废气（）排放量22,,xCOSONO第三节电力系统的结线方式和电压等级（1）无备用接线（开式）每一个负荷点只能从一电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求较低的网络或负荷。～～～(a)放射式(b)干线式(c)链式（2）有备用接线（闭式）每一个负荷点只能从两个或两个以上的电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求高的网络，如输电网等。(a)放射式(b)干线式(c)链式～～～～～～(d)环网(e)两端供电网第三节电力系统的结线方式和电压等级包括单回路放射式、干线式和链式网络简单结线优点：简单、经济、运行方便（无备用）缺点：供电可靠性差适用范围：二、三级负荷包括双回路放射式、干线式和链式网络复杂结线优点：供电可靠性和电压质量高（有备用）缺点：投资大适用范围：电压等级较高或重要的负荷二、频率与电压等级所有的电气设备都是按指定的频率和电压设计制造的，在此频率和电压下运行电气设备将具有最佳的技术经济指标。额定频率：50Hz第三节电力系统的结线方式和电压等级为什么要规定电力系统的电压等级？综合考虑导线载流部分截面大小和绝缘等要求，对应一定的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。从设备制造商的角度考虑，为保证产品的系列性，规定了电力系统的电压等级：0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、800kV、1000kV第三节电力系统的结线方式和电压等级第三节电力系统的结线方式和电压等级GMUN10%UNU1=UN(1+5%)U2=UN(1-5%)UGN=UN(1+5%)5%第三节电力系统的结线方式和电压等级①用电设备的额定电压：UN②线路的额定电压：线路始端和末端的平均电压=UN•用电设备的容许电压偏移一般为±5%•沿线路的电压降落一般为10%•U1=UN(1+5%)，U2=UN(1-5%)③发电机的额定电压UGN：UN（1+5%）•接在线路的首端，通常还带有一定量的地方负荷第三节电力系统的结线方式和电压等级④变压器的额定电压在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%一次侧是接受电能的，相当于用电设备二次侧送出电能的，相当于发电机一次侧：U1N=UN(降压变压器或中间联络变压器)U1N=UGN=(1+5%)UN(直接和发电机相连变压器）二次侧：U2N=(1+5%)UN(空载)U2N=(1+10%)UN(负载)我国规定的1kV以上的电力系统额定电压标准用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压一次绕组二次绕组一次绕组二次绕组33.153,3.153.15,3.3110－11012166.36,6.36.3,6.6(154)(154)(169)1010.510,10.510.5,11220－220242－15.7515.75－330－33036335－3538.5500－500－(60)(60)(66)以上所指额定电压均为线电压第三节电力系统的结线方式和电压等级10kV10kV35kVT3T2T110kV110kVG例1－110.5kV10.5/121kV110/38.5kV35/11kV例子T1:10.5/242kVT2:220/121/11kVT3:110/38.5kVT4:35/6.6kVT5:10.5/0.4kV第三节电力系统的结线方式和电压等级平均额定电压：大约为电网额定电压UN的1.05倍;一般在标么值计算中采用，可以使计算简单，但误差不大。额定电压UN361035平均额定电压UavN3.156.310.537额定电压UN110220330500平均额定电压UavN115230345525第三节电力系统的结线方式和电压等级不同电压等级的适用范围1000、800、750、500、330、220kV110、3