第一章电力系统的基本概念(夏道止版)

电力系统分析1、教材：中国电力出版社夏道止2、本课程特点、前修课程、后续课程特点：前修课程：电路理论、电机学，电磁场、高等数学，线性代数，后续课程：继电保护、电力系统自动化等3、教学参考书:4、考核方式：笔试（闭卷，120分钟、卷面100分，占70％），平时（主要是上课考勤记录、课堂练习、作业，占20％），实验（10％）前言特点电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系；电力系统的地区性特点较强第一章电力系统的基本概念1－1电力系统概述1－2我国电力工业和电力系统简介1－3对电力系统运行的基本要求1－4结线方式和电压等级1－5课程的主要内容第一章电力系统的基本概念重点及难点：重点：1、电力系统的基本概念2、电力系统的基本要求3、电能质量4、结线方式5、电压等级难点：1、电能质量2、电压等级1－1电力系统概述一、电力系统的形成和发展电磁感应定律（1831年法拉第）直流发电机（1882年三相交流高压直流输电发展电压、输送距离、输送功率；电源的构成；负荷的构成；高度自动化；远距离大容量直流输电1－1电力系统概述二、电力系统的组成～工业农业商业生活发电＋输电＋配电＋用电电网电力系统1－1电力系统概述二、电力系统的组成1、来源火电：锅炉－汽轮机－发电机水电：水库－水轮机－发电机核电：核反应堆－汽轮机－发电机其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等1－1电力系统概述二、电力系统的组成2、基本概念电力系统——是由发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。动力系统——在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统二、电力系统的组成一次系统：直接参与生产、输送、分配使用电能的设备—一次设备—一次回路二次系统：对一次设备进行测量、保护、监视、控制的的设备—二次设备—二次回路1－1电力系统概述三、电力系统的基本参量和接线图1、基本概念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。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。1－1电力系统概述三、电力系统的基本参量和接线图1、基本概念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。1-2发电厂生产过程-火电厂（不讲）分类燃料：煤，燃油，燃气原动机：汽轮机，蒸汽机，内燃机，燃气轮机作用：凝汽式火电厂，热电厂凝汽式火电厂生产过程能量转换化学能-热能-机械能-电能主要组成：锅炉及附属设备汽轮机及附属设备发电机及励磁机凝汽式火电厂生产过程1-2发电厂生产过程-水电厂坝式：坝后式（三峡）：高中水头，河床式（葛洲坝）引水式1-2发电厂生产过程-核电厂1-3电力系统负荷负荷的构成用电设备电力系统的综合用电负荷：用户消耗功率之和电力系统供电负荷发电负荷1-3电力系统负荷负荷曲线分类：按负荷种类分，可分为有功功率负荷和无功功率负荷曲线；按时间段长短分，可分为日负荷和年负荷曲线按计量地点分，可分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个系统的负荷曲线将上述三种特征相组合，就确定了某一种特定的负荷曲线。1-3电力系统负荷电力系统的有功功率日负荷曲线：为拿握电力系统的运行，这种负荷曲线很有用，它是制订各发电厂发电负荷计划的依据。1-3电力系统负荷年最大负荷曲线：作用，检修扩建年持续负荷曲线;作用，电能计算，求最大负荷利用小时数Tmax。1－4我国电力系统一、我国主要电力系统概述二、电力系统的接线方式和电压等级三、中性点接地方式1－4我国的电力系统一、我国电力系统概况我国的电力工业起步很早，但发展缓慢。早在1882年镕波列茨进行第—次高压输电试验时，在上海就已出现了我国第一个发电厂。但直至1949年，全国的总装机容量仅达1850Mw，年发电量仅达4l3Tw‘h。嗣后，经三十年努力，至1980年底，全国的总装机容量增加为65869．1Mw，年发电量增加为300．6TW*h，分别上升为世界第八、第六位。近年来，我国发电设备装机容量增长很快，每年约15000Mw，已居世界首位，1992年底总装机容量166532．4Mw、年发电量754．2TW．h、均巳进—步上升为世界第四位。自1996年稳居第2位，2011年底装机容量10.5亿千瓦。二电力系统的结线方式和电压等级放射式干线式树状无备用结线包括单回路放射式、干线式和链式网络优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围：二级负荷1、结线方式二电力系统的结线方式和电压等级环行网络双端供电有备用结线包括双回路放射式、干线式和链式网络优点：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二电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围1）、电力系统的额定电压等级电压等级的选择S=√3U2II∝（U1－U2）/Z传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系S＝Const，l∝U2l＝Const，S∝U2U1IU2SZ二电力系统的结线方式和电压等级1）、电力系统的额定电压等级额定电压等级变压器线电压用电设备额定线电压交流发电机线电压一次绕组二次绕组3610351102203305003.156.310.53及3.156及6.310及10.5351102203305003.15及3.36.3及6.610.5及1138.5121242345及363525及550二电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围说明：1.用电设备的容许电压偏移一般为±5%；2.沿线路的电压降落一般为10%；3.在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%。二电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围电力网络中电压分布采取的措施：1.取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；2.取线路始端电压为额定电压的105%；3.取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；4.变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。二电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围变压器的电压等级升压变压器（例如35/121，10.5/242）二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压即105％UN；一次侧（低压侧）不直接接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压UN；二电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围变压器的电压等级降压变压器（110/38.5，220/38.5）一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。三、中性点接地方式中性点接地中性点不接地1、供电可靠性2、绝缘投资与运行维护费用3、中性点经消弧线圈接地简单分析3—6kV网络30A10kV网络20A35—60kV网络10A中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿和欠补偿之分1－5电力系统的特点和运行的基本要求特点电能不能大量储存暂态过程非常短促与国民经济及日常生活关系密切要求安全优质经济环保1－3电力系统运行应满足的基本要求安全：保证可靠的供电措施电源与电网的建设（西电东送全国联网）SCADA设备检修（计划检修→状态检修）人员素质1－3电力系统运行应满足的基本要求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。1－3电力系统运行应满足的基本要求优质指标电压：≥35kV±5%≤10kV±7%6~10kV≤4%380V≤5%（无功功率）频率：±0.2（≥3000mw)~0.5Hz(≤3000MW）（有功功率）谐波：负荷谐波1－3电力系统运行应满足的基本要求经济EX:一台600MW火电机组，年利用小时6000h，煤耗率320g/kW.h，煤价：300元/吨。Sol：年发电量：600000kW×6000h＝36亿kW.h需标煤：36亿kW.h×320g/kW.h＝115.2万吨标煤燃料费：115.2万吨×300元/吨＝34560万元1%节约：燃料：1.152万吨标煤燃料费：345.6万元厂用电率网损煤耗率（水耗率）1－3电力系统运行应满足的基本要求环保火电厂装机＞70％煤炭燃烧造成的污染限制污染物的排放量电力工业发展概况及前景电力工业的发展状况及前景我国电力系统的发展：年份装机容量（万kW）年发电量（亿kWh）1949184.8643.119871000049601995210001000020003000013000200135300（2003.2.18）14780年人均电量：我国：1000kW.h中等发达国家：7000kW.h北欧、美国：18000kW.h电力工业发展概况及前景二、电力系统发展前景1.电力工业现代化超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和直流输电技术2.电力系统互联的效益与支出各系统间电负荷的错峰效益提高供电可靠性、减少系统备用容量有利于安装单机容量较大的机组进行电网的经济调度进行水电跨流域调度调峰能力互相支援增加联络线和电网内部加强所需投资以及联络线的运行费用当系统间联系较弱时，有可能引起调频的复杂性和出现低频振荡增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性电力工业发展概况及前景3.电力市场电力市场是以电价作为控制电力交易的杠杆，进行负荷管理、电力系统运行，在电力生产者、电力消费者和输供电网络管理者之间实行平等、公正的等价交换的系统的总称。这一改革最早起源于美国（50年代），80年代末英国企业民营化，英国电力改革的成功经验吸引了世界各国的纷纷仿效。改革最成功的要属澳大利亚。基本特征：开放性竞争性计划性协调性基本原则：公平公开公正电力工业发展概况及前景4.IT技术在电力系统中的应用5.GPS系统在电力系统中的应用6.谐波治理