电力系统分析第一章

电力系统分析基础主讲人：于永进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1.1 电力系统的基本概念一、基本概念发电发电 用电用电输电输电 变电变电 配电配电电力系统：生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体。电力生产的主要环节发电厂升压站输电网降压站配电网用户电力生产过程：发电 + 输电 + 配电 + 变电 + 用电（一）电力系统中的发电厂火力发电厂水力发电厂风力发电厂光伏电站其他能源发电厂1、火力发电n 火力火力 发电发电 是利用煤、石油、天燃气或其它燃料燃是利用煤、石油、天燃气或其它燃料燃 烧烧 所所 产产 生的生的热热 能能 ,在在 锅锅 炉中将水炉中将水 变变 成高温高成高温高 压压 蒸汽蒸汽 ,推推 动动 汽汽 轮轮 机机 转动转动 ,带带动发电动发电 机机 发电发电 。化学能。化学能 热热 能能 机械能机械能 电电 能能 2、水力发电n 水力水力 发电发电 厂厂 是是 利用水流的利用水流的 动动 能和能和 势势 能来生能来生 产电产电 能。水能。水 驱动驱动 水水轮轮 机机 转动转动 ，与水，与水 轮轮 机直接相机直接相 连连 的的 发电发电 机将机械能机将机械能 转换转换 成成 电电能。水能能。水能 机械能机械能 电电 能能3、风力及光伏发电n 风风 力力 发电发电 是利用是利用 风风 力力 带动风带动风 机叶片旋机叶片旋 转转 ，来促使，来促使 发电发电 机机 发发电电 ，是，是 风风 能能 转转 化化 为电为电 能的一种方式。能的一种方式。n 光伏光伏 发电发电 是利用光伏是利用光伏 电电 池板将太阳光池板将太阳光 辐辐 射能量直接射能量直接 转转 化化 为电为电能的直接能的直接 发电发电 形式。形式。从调度、管理、控制的角度看电网图黑虚筐内为输电网红虚筐内为配电网HVDC的主要 元件和基本原理1、主要元件T T T Xd T F T Qc T L T DLT 基本原理交流母线交流系统 I无功补偿设备 交 流滤波器直流线路Vd I 换流站 I 平波电抗器直 流滤波器桥 I交流母线换 流变压器断路器桥 II图 HVDC原理图换流站 II 交流系统 I I无功补偿设备交 流滤波器换 流变压器Vd II 从交流系统 向交流系统 输电时，换流站 把交流系统 送来的三相交流功率变换成直流功率。通过直流输电线路把直流功率输送到换流站 ，再由换流站 将直流功率转换成交流功率，送入交流系统 。这个过程称作HVDC。 此时换流站 为整流站，换流站 为逆变站。2、 HVDC的基本原理 HVDC的优点： (1)线路造价低、损耗少； (2)不存在稳定问题（没有电抗）； (3)可以实现交流系统非同步联网； (4)调节速度快，运行可靠； (5)限制短路电流； (6)可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益 HVDC的缺点： (1)换流站造价高； (2)换流器消耗的无功多； (3)产生大量的谐波； (4)换流装置几乎没有过载能力； (5)缺乏高压直流开关； (6)直流输电利用大地（或海水）为回路而带来的一些技术问题； (7)直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。 HVDC应用场合： (1)远距离大容量输电（等价距离）； (2)非同步联网； (3)海底电缆送电； (4) 用地下电缆向大城市供电； (5)交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一； (6)配合新能源的输电。 (1) 输送相同功率时，线路造价低： 交流输电架空线路通常采用 3根导线，而直流只需 1根 (单极 )或2根 (双极 )导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。 (2) 线路有功损耗小： 由于直流架空线路仅使用 1根或 2根导线，所以有功损耗较小，并且具有 “空间电荷 “效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。 (3) 适宜于海下输电： 在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高 3倍。 2根心线的直流电缆线路输送的功率 Pd比 3根心线的交流电缆线路输送的功率 Pa大得多。 运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。 (4) 系统的稳定性问题： 在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制。 (5) 能限制系统的短路电流： 用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的遮断容量 (断路器的额定开断电流与额定电压乘积的根号三倍 )，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。 (6) 调节速度快，运行可靠： 直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。 如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。 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。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（ pearl street power station）， 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。截至目前，中国直流输电线路总长度达 7085公里，输送容量达 1856万千瓦 ， 线路总长度和输送容量均居世界第一 。到 2020年，中国将建成 15个特高压直流输电工程，并成为世界上拥有直流输电工程最多、输送线路最长、容量最大的国家 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