第一章电力系统的基本概念

1、IPSO电力系统稳态分析电力系统稳态分析IPSO电力系统分析电力系统分析电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析3电力系统分析课程的主要内容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（Power Flow） 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 4本课程流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5电力系统稳态分析（章节）电力系统稳态分析（章节）v第一章 电力系统基本概念v第二章 电力系统各元件的特性和等值电路v第三章 简单电力网

2、络的计算和分析v第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法*v第五章 电力系统的有功功率和频率调整v第六章 电力系统的五功功率和电压调整6成绩评定成绩评定1. 平时成绩：30%考勤：5%提问：5%作业：20%（每章交一次，5次） 完成附加任务的：90982. 考试成绩（闭卷）：70%7参考书参考书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. 8联系方

3、式联系方式v李滨： 电气工程学院七楼704v教辅 邓俊 赵晶 梁振成IPSO第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念10本章主要内容本章主要内容一基本概念二电力系统运行的基本要求三接线方式及特点四频率和电压等级五中性点的运行方式及特点六电力系统的运行方式七电力系统发展的主要趋势八电力系统的研究工具11一基本概念一基本概念v电力系统：是由生产、输送、分配和消费电能的电气设备（发电机、变压器、电力线路及用电设备等）按一定方式连接的有机整体。 一次系统：发电机、变压器、电 力线路及用电设备v电力系统 二次系统：继电保护、通信和调度 控制系统12电力系统电力系统生产生产输送输送分分配配消消费

4、费发电机发电机锅炉锅炉反应堆反应堆汽轮机汽轮机水轮机水轮机变压器变压器输电线输电线变压器变压器输电线输电线电动机电动机电热电炉电热电炉电灯电灯用电设备用电设备13一基本概念一基本概念v电力网络：是由变换、输送、分配电能设备所组成的部分，包括升、降压变压器和各种电压等级的电力线路。v分为输电网和配电网。 14一基本概念一基本概念v动力部分：包括火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等。v动力系统：电力系统和发电厂动力部分的总和。15动力系统、电力系统和电力网络之间的关系动力系统、电力系统和电力网络之间的关系 锅炉、汽轮机（火电厂） 动力部分 水库、水轮机（水电厂） 核反应堆

5、、汽轮机（核电厂）动力系统 发电机 输电网 电力系统 电力网 配电网 负荷1617二二. . 电力系统运行的基本要求电力系统运行的基本要求电力系统的运行特点 重要性 快速性 同时性18二二. . 电力系统运行的基本要求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19二二. . 电力系统运行的基本要求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0.20.5Hz波形畸变率不能超过给定限制v 610kV：4%v 0.38kV：5%20二二.

6、 . 电力系统运行的基本要求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21二二. . 电力系统运行的基本要求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,xCO SO NO22三、接线方式及特点三、接线方式及特点 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

7、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23无备用结线无备用结线24有备用接线有备用接线25四、频率和电压等级四、频率和电压等级v额定频率：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。v额定频率：50Hz26四、电压等级四、电压等级v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、3

8、30kV、500kV27四、电压等级四、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，为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28四、电压等级四、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

9、次侧：U2N=(1+5%)UN(空载) U2N=(1+10%)UN(负载)29四、电压等级四、电压等级30例子例子T1:10.5/242kVT2:220/121/10.5kVT3:110/36.5kVT4:35/6.3kVT5:10500/380V31四、电压等级四、电压等级v平均额定电压：一般是额定电压UN的1.05倍。v通常在计算标幺值时用到，可以使计算简单，但误差不大。32五电力系统中性点的运行方式五电力系统中性点的运行方式1. 基本概念电力系统中性点：星形接线的变压器或发电机的中性点。电力系统中性点接地方式的形式：大接地电流方式（直接接地）：需要断路器遮断单相接地故障电流。小接地电流方

10、式（不接地）：单相接地电弧能够瞬间自行熄灭。33大接地电流方式运行特点：大接地电流方式运行特点：v当系统中发生单相接地故障时，故障点将经中性点接地支路形成回路，并有较大的故障电流流经故障回路。v由于单相接地故障时有较大的故障电流，对电力系统本身和对邻近的通信线和信号线都会造成较大的危险和干扰，所以必须迅速切除故障部分，会造成部分负荷的供电中断。 v非故障相的对地电压仍为相电压，因此对线路的绝缘水平的要求相对较低。34大接地电流方式大接地电流方式35小接地电流方式运行特点：小接地电流方式运行特点：v分为中性点不接地系统和中性点谐振接地系统两种。v当系统中发生单相接地时，将只有很小的故障电流。36

11、 中性点不接地系统：中性点不接地系统：v所有中性点均不接地或部分经高阻抗接地。v系统中若发生单相接地故障，经线路对地电容形成回路，因而流经故障回路的电流是电容性电流Ig。v当网络电压等级低，规模小，Ig一般都很小，所以若故障点形成开放性电弧，常可自行熄灭；即使是金属性单相接地故障，由于故障并未流经短路电流，三相仍可维持平衡对称，所以系统仍可继续运行一段时间。37中性点不接地系统中性点不接地系统IaIbabcEbEcIbIcEaIaIc38 中性点谐振接地系统：中性点谐振接地系统：v当接地电容性电流增大，并且随电力系统的运行方式（包括接地和负荷水平）的改变而变化，故障点开放电弧不易自行熄灭，需要

12、在系统中部分中性点装设消弧线圈。v消弧线圈是一个有很多抽头的线性电感。v当系统中发生单相接地时，故障点原来的电容性电流被消弧线圈中电感性电流所补偿。当消弧线圈正确调谐时，数值接近时，故障点电流降至较低的数值，使电弧容易熄灭；在电弧熄灭以后，由于消弧线圈的存在，故障点弧道两端的电压上升缓慢，使电弧不易重燃，因而起到“消弧”作用。39中性点谐振接地系统中性点谐振接地系统IaIbabcEbEcIbIcEaIaIcIaIaIa40电力系统中性点接地方式的优缺点：电力系统中性点接地方式的优缺点：1) 大接地电流方式：v快速切除故障。当发生单相短路，其接地电流很大，使断路器跳闸快速切除故障，可不装设绝缘监

13、察装置。v经济性好。产生的内过电压最低，而过电压是电网绝缘配合的基础，电网选用的绝缘水平高低，反映的是风险率不同，绝缘配合归根到底是个经济问题。v干扰大。产生的接地电流大，故对通讯系统的干扰影响也大。当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。v若发生单相接地故障时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。 v110kV以上系统41电力系统中性点接地方式的优缺点：电力系统中性点接地方式的优缺点：2) 小接地电流方式：v这种系统中的单相接地故障能瞬时自动消除，或在系统继续运行一段时间后，在有准备的情况下(如负荷转移后)切除，因而减少了停电次数，提高了供电可靠性。 v非

14、接地相对地电压为 相电压，绝缘费用高。v发生单相接地故障时，故障电流分布在全网内，查找故障点很麻烦，是继电保护专业的一个传统难题。v35kV以下系统。342电力系统中性点接地方式对继电保护的影响电力系统中性点接地方式对继电保护的影响1) 大接地电流方式：v由于短路电流和跨步电压很大，须安全教育和正确配置继电保护及严格的安全措施。其办法是：尽量使电杆接地电阻降至最小对电杆的拉线或附装在电杆上的接地引下线的裸露部分加护套倒闸操作人员应严格执行电业安全工作规程。 43电力系统中性点接地方式对系统的影响电力系统中性点接地方式对系统的影响2) 小接地电流方式：v绝缘要求高。由于对地电容中的能量不能释放，

15、造成电压升高，从而产生弧光接地过电压或谐振过电压，其值可达很高的倍数，对设备绝缘造成威胁。 v容易引发线性谐振或铁磁谐振。这时馈线较短的电网会激发高频谐振，产生较高谐振过电压，导致电压互感器击穿。44电力系统中性点接地方式对系统的影响电力系统中性点接地方式对系统的影响2) 小接地电流方式：v中性点经消弧线圈接地，因电网发生单相接地的故障是随机的，造成单相接地保护装置动作情况复杂，寻找发现故障点比较难。消弧线圈采用无载分接开关，靠人工凭经验操作比较难实现过补偿。消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压。消弧线圈能使单相接地电流得到补偿而变小，这对实现继电保护比较困难。 45六六. .电力系统的运行状态电力系统的运行状态v电力系统稳态：电力系统正常的、变化相对较慢较小以至可以忽略的运行状态。v电力系统暂态：电力系统非正常的、变化较大以至引起系统从一个稳定运行状态向另一个稳定运行状态过渡的变化过程。46七电力系统发展的主要趋势七电力系统发展的主要趋势 v 高参数：高温、高压、超临界、单机容量