第一章电力系统的基本概念华南理工大学

1电力系统分析(上)谢敏副教授，硕士生导师，工学博士2第一章电力系统的基本概念1-1电力系统的组成1-2电力系统的额定电压和额定频率1-3对电力系统运行的基本要求1-4电力系统的接线方式1-5课程主要内容及教学安排31-1电力系统的组成41-1电力系统的组成电力系统：发电机、升压变压器、输电线路、降压变压器、负荷GM简单电力系统：56复杂电力系统：GGGGG1671110985432131214IEEE14节点系统：14个节点5台发电机3台变压器15条输电线路11个负荷7891011广东电网的基本情况：通过联络线与贵州、云南、广西、三峡、香港、澳门等省和地区实现联网。广东电网拥有40余家火电、水电、核电、抽水蓄能并网统调电厂，统调机组超过140台。广东电网形成了双环网的500kV主干网络，并且是西电东送工程、世界上最大规模的“八交四直”交直流混合超高压输电线路的终端。广东电网向下属21个地级市供电，已经基本实现了重要区域的220kV电网分区供电，110kV电网完全分列运行。121-2电力系统的额定电压和额定频率‡电气设备的额定电压与额定频率¾按照指定的电压和频率来设计和制造，这个电压和频率即为额定电压和频率¾在额定电压和频率下具有最好的技术性能和经济效果‡为什么制定标准的额定电压与额定频率？¾成批生产¾设备互换‡额定频率：50Hz（中国），60Hz（美国，加拿大等）13表1-13kV以上的额定电压（线电压/kV）500－500363330－330242220－220121110－11038.535－35－13.813.810.5及1110及10.510.5106.3及6.66及6.36.363.15及3.33及3.153.153变压器二次绕组变压器一次绕组供电设备受电设备系统接受功率输出功率14电气设备额定电压的之间配合对同一电压等级：‡受电设备：UN‡系统、电力线路、网络：UN‡发电机：1.05UN‡变压器：¾一次绕组：受电设备ƒ系统：UNƒ发电机：1.05UN(直接与发电机联接)¾二次绕组：供电设备ƒ1.1UN考虑内部损耗ƒ1.05UN短路电压小于7％或直接（短距离）与用户联接15GM1.051.051.01.01.01.01.1/1.051.1/1.0510kV220kV220kV10kV10kV16变压器的分接头‡分接抽头：设置在高压绕组，电流小。通过改变线圈的匝数来改变变比‡对同一电压级的变压器，升压变压器和降压变压器，即使分接头百分比相同，分接头的额定电压也不同变压器的高压绕组常设计有分接头，如：抽头变比为5％，2.5%，0，－2.5％，-5%，指相对于该侧绕组额定电压UN的偏移百分数，通常写成(1±2×2.5%)UN。17例：对于一台10kV220kV的升压变，其额定变比为：10.5/(1±2×2.5%)242kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为:+5%:242×1.05kV=254.1kV+2.5％242×1.025kV＝248.05kV主：242kV-2.5％242×0.975kV＝235.95kV-5%:242×0.95kV=229.9kV18而对于一台220kV10kV的降压变，其额定变比为：(1±2×2.5%)220/11kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为:+5%:220×1.05kV=231kV+2.5％220×1.025kV＝225.5kV主：220kV-2.5％220×0.975kV＝214.5kV-5%:220×0.95kV=209kV19升压变压器降压变压器还有：(1±8×1.5%)110/11kV，17级高压侧抽头（广州供电局鹿鸣变电站）201-3电力系统运行的基本要求‡电力系统运行的特点¾电能不能大量存储：电能生产、输送、分配与消费同时进行¾暂态过程非常短：从一种运行状态到另一种运行状态的过度极为迅速¾与国民经济及人民生活关系密切‡电力系统运行的要求（安全、经济、优质、环保）¾保证安全可靠的供电¾合乎要求的电能质量¾良好的经济性¾减小对生态环境的有害影响211保证供电的安全可靠„提高供电安全可靠性的方法¾设备运行、管理¾有功和无功电源：充足¾完善电力系统结构„用户的分类¾一级负荷¾二级负荷¾三级负荷222合乎要求的电能质量„频率：¾50±0.2~±0.5„电压对额定值的偏移：¾35kV及以上：±5%¾10kV以下：±7%„电压正弦波形畸变率：¾谐波有效值平方和的方根值对基波有效值的百分比¾6~10kV：≦4%¾0.38kV：≦5%„措施：¾f:有功功率平衡；v:无功功率平衡，谐波治理233具有良好的经济性ƒ电厂：¾降低发电厂的煤（水）耗率、厂用电率ƒ电网：¾减少电网损耗率ƒ实现方法：¾做好规划设计¾采用高效率低损耗设备¾实行发电厂经济调度¾实行电网经济运行244减小对生态环境的有害影响„火电厂装机：70%以上，煤炭为主产生大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘、废渣等„措施：安装脱硫、脱硝设备251-4电力系统的接线方式每个负荷只能靠一条线路取得电能无备用至少有一个负荷可以通过两条线路取得电能有备用电力网接线方式发电厂主接线变电所主接线261无备用接线方式ƒ优点：简单，设备费用少，运行方便ƒ缺点：可靠性低，任一线路故障/检修需中断部分用户；干线式、树状网络，线路较长时，末端电压偏低开式网络：每一负荷都只能沿唯一路径取得电能（a)放射式网络（b)干线式网络（c)树状网络272有备用接线方式闭式网络：每一个负荷点至少通过两条线路从不同的方向取得电能（a)双回路（b)环形网络（c)两端供电网络28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291-5课程主要内容及教学安排‡目的介绍电力系统的基本概念、电力系统各元件和电力网数学模型的建立，以及故障分析的原理和方法，从而为今后其它专业课程的学习奠定专业理论基础。‡基本要求（1）掌握电力系统数学模型的建立和参数计算；（2）掌握电力系统故障电磁暂态过程分析的原理和方法；（3）掌握电力系统故障工程实用计算的基本概念和方法；（4）掌握电力系统故障计算的计算机建模和算法。30‡教学内容与学时分配（52学时）（1）电力系统的基本概念（2学时）概述,电力系统的组成，额定电压、频率，运行特点和要求（2）电力系统各元件的等值电路和参数计算（8学时）架空线路的集中参数模型、变压器等值电路和参数计算；标幺值计算（3）同步电机方程和等值电路（8学时）同步发电机的abc坐标系方程，Park变换和Park方程，稳态运行等值电路31（4）电力网络的数学模型（4学时）节点导纳矩阵和网络方程的解法。（5）电力系统突然三相短路的电磁暂态过程分析（8学时）无穷大系统突然三相短路的暂态过程、实用计算；同步发电机机端突然三相短路的电磁暂态分析（6）电力系统三相短路电流的实用计算（4学时）起始次暂态电流、冲击电流，以及电流计算曲线的应用32（7）电力系统不对称故障分析计算（10学时）对称分量法，电力系统各元件的正、负、零序等值电路，120序网的制定，电力系统不对称故障的分析与计算（横向故障、纵向故障），电流、电压分布计算（8）电力系统故障的计算机分析（8学时）电力网络的数学模型，简单对称、不对称故障的计算机建模，程序原理和算法流程。33‡教材和主要参考书目教材：电力系统分析（上）（第三版），何仰赞等编著，华中理工大学出版社出版参考书目：¾刘万顺，电力系统故障分析，中国电力出版社¾陈衍，电力系统暂态分析，水利电力出版社¾李光崎，电力系统暂态分析，水利电力出版社34‡考试成绩评定（100分）¾平时成绩：20-30%平时作业，课堂到课率（点名）¾期末考试：70-80%，闭卷，电气工程及其自动化专业统一考卷及评分