电力系统分析A-7课件

1、电电力力系系统统分分析析一一李建华 电力系统新技术简介 直流输电 灵活交流输电电电力力系系统统分分析析一一李建华 直流输电电电力力系系统统分分析析一一李建华 换流站把三相交流电变换成直流电的换流站逆变站：把直流线路送来的直流电变换成交流电的换流站整流站：电电力力系系统统分分析析一一李建华 三相桥式整流电路原理接线图 换流变压器 换流器 平波电抗器aebece1i5i3i4i6i2iSLSLSLdLdUdI1K4K6K2K5K3Kai电电力力系系统统分分析析一一李建华 msin()2beEtmsin()6aeEtm5sin()6ceEt 假设1）三相电源对称2）平波电抗很大，负载电流Id无纹波3

2、）可控硅阀K1-K6具有理想的开关特性导通时压降为零，关断后阻抗为无穷大电电力力系系统统分分析析一一李建华 阀只有在承受正向电压，同时又在控制极得到触发信号时才导通。 一经导通，即使除去触发信号，仍保持导通状态，直至承受反向电压时才会关断。 可控硅导通条件1.阀承受正向电压2.控制极得到触发脉冲信号1.阀承受反向电压 可控硅导通后关断条件2.电流过零电电力力系系统统分分析析一一李建华 相电压波形 电电力力系系统统分分析析一一李建华 线电压及直流电压波形 电电力力系系统统分分析析一一李建华 三相电流波形 电电力力系系统统分分析析一一李建华 阀V5和V6导通，其它阀都处于关断状态，直流侧电流为Id

3、. 阀V5和V6导通 电电力力系系统统分分析析一一李建华 t时对阀V1进行触发，在正向电压作用下开始导通 阀V5和V1换相电电力力系系统统分分析析一一李建华 阀V1和V6导通 电电力力系系统统分分析析一一李建华 六组轮流导通K5、K6（Ucb)K6、K1 （Uab)K1、K2（Uac)K2、K3（Ubc)K3、K4（Uba)K4、K5（Uca) 每组可控硅导通时间60o电角度 每一可控硅导通时间为120o电角度 六脉动整流电路电电力力系系统统分分析析一一李建华 333() ()33sin()()33 3coscosdrabmmdoEee dtEtdtEE,2时直流输出电压随控制角的增加而减少直

4、流输出电压为零整流状态控制角的变化范围：0-90直流输出电压平均值 Edr电电力力系系统统分分析析一一李建华 （2）逆变工作状态(90 90时，直流侧电压为负，流过可控硅的电流方向不变，直流侧吸收负的功率此时，由直流端向交流电网供电，换流器的工作状态转为逆变工作状态cosddoVE电电力力系系统统分分析析一一李建华 直流输电的接线方式 单极单极- -大地大地 单极单极- -金属金属 双极直流输电双极直流输电电电力力系系统统分分析析一一李建华 双极直流输电II整整 流流逆逆 变变电电力力系系统统分分析析一一李建华 单极单极- -大地大地特点:结构简单，经济地电流对地下埋设设备的金属物腐蚀严重对交

5、流系统的影响电电力力系系统统分分析析一一李建华 电电力力系系统统分分析析一一李建华 电电力力系系统统分分析析一一李建华 单极-金属II整整 流流逆逆 变变送送 端端受受 端端电电力力系系统统分分析析一一李建华 直流输电的优缺点及适用场合 优点1.当输送功率相同时,其线路造价低（建设费用）线路：2根架空线路杆塔结构较简单线路走廊较窄2.当输送功率相同时,其功率损耗小（运行费用）3.两端交流电力系统不需要同步运行,输电距离不受电力系统同步运行稳定性的限制电电力力系系统统分分析析一一李建华 4.直流线路的电压、电流、功率的调节比较容易和迅速5.可以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系.6.

6、直流输电线路在稳态运行时没有电容电流.沿线电压分布平稳线路电压降较小（仅电阻性压降）线路部分不需要无功补偿装置.每个极可以作为一个独立回路运行，便于检修，分期投资和建设。电电力力系系统统分分析析一一李建华 HVDC和交流输电对环境影响的比较电电力力系系统统分分析析一一李建华 直流输电的主要用途1. 远距离大功率输电2. 海底电缆送电3. 不同频率或相同额定频率非同步运行 的交流系统之间的联络4. 用地下电缆向用电密度高的城市供电电电力力系系统统分分析析一一李建华 我国直流输电的发展概况已经投运和在建的直流输电工程 （1）舟山直流输电工程 1987年12月投入试运行额定电压100kV，功率50M

7、W（2）葛上直流输电工程1989年底建成单极500 kV，输送电力600MW1990年建成双极500 kV，输送电力1200MW（3）天广直流输电工程额定电压500 kV，输送功率1800MW（4）嵊泗直流输电工程2003年正式投入运行额定电压500kV，输送功率双极600MW电电力力系系统统分分析析一一李建华 （5）三常直流输电工程 2000年开始建设 全长890km2002年底已建成单极500 kV 输送电力1500MW2003年5月建成双极500 kV 输送电力3000MW（6）三广直流输电工程2003年底建成单极500 kV 输送电力1500MW2004年上半年建成双极500 kV 输

8、送电力3000MW2003年开始建设电电力力系系统统分分析析一一李建华 2001年开始建设（7）贵广直流输电工程2001年开始建设 全长900km 2004年建成单极500 kV 输送电力1500MW2005年建成双极500 kV 输送电力3000MW（8）灵宝背靠背直流输电工程2005年建成双极120 kV 输送电力360MW（9） 800 kV云广直流输电工程 2006年底破土动工电电力力系系统统分分析析一一李建华 灵活交流输电Flexible Alternative Current Transmission Systems （ FACTS）灵活交流输电系统灵活交流输电系统FACTS (

9、(柔性交流输电系统柔性交流输电系统) ) 利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行参数和或网络参数从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统的输电能力的技术。电电力力系系统统分分析析一一李建华 电力系统潮流控制 当系统中不加任何控制时，网络的功率为自然分布，可能出现功率分布不合理的情况，不一定满足安全、经济的要求。 可以证明网损最小的潮流分布是按电阻分布的，即：12323*123aSZZS ZSZZZ1233.123a optSRRS RSRRR电电力力系系统统分分析析一一李建华 由于电流是按阻抗成反比分流，阻抗小的输电回路电流大，因此，经常发生一条线路己达到其热稳极限，

10、而另一条线路尚未充分利用的情况。 *.()/Ca optaNcxcyESSZUEjE这样就提出了控制潮流的问题，在线路中加附加电势可以产生循环功率，从而改变潮流的分布。cycxfcfcfcNNEESPjQUjUXX()RX电电力力系系统统分分析析一一李建华 可见 横分量，影响 纵分量，影响 传统的调节方式均为机械式开关，动作缓慢，不连续，寿命短。 随着电力电子技术的发展，20世纪70年代，直流输电，SVC获得应用。1988年美国电力科学院(EPRI) 提出了柔性输电(Flexible AC Transmission System)cxEcyEfcPfcQ电电力力系系统统分分析析一一李建华 目的

11、是对系统潮流进行灵活的控制和提高线路的传输能力。只要思想是用电力电子装置组成的器件来控制电力系统，提高安全性，提高供电质量。 柔性输电技术是利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调解该点电力系统的运行参数或网络参数，从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统的输电能力。 电电力力系系统统分分析析一一李建华 产生和应用FACTS的背景（1）电力负荷不断地增长使现有的输电系统在现有的运行控制技术下已不能满足长距离大容量输送电能的需要。（2）由于环境保护的需要，架设新的输电线路受到线路走廊短缺的制约。因此，挖掘已有输电网络的潜力，提高其输送能力成为解决输电问题的一条重要途径。（3）大功率电力电子元

12、器件的制造技术日益发展，价格日趋低廉，使得用柔性输电技术来改造已有电力系统在经济上成为可能。电电力力系系统统分分析析一一李建华 （4）计算技术、通讯技术和控制技术方面的快速发展和计算机的广泛应用，为柔性输电技术发挥其对电力系统快速、灵活地进行调整、控制的作用提供了有力的支持。（5）电力系统运营机制的市场化使得电力系统的运行方式更加复杂多变，为尽可能地满足市场参与者各方面的技术经济要求，电力系统必须具有更强的自身调控能力。电电力力系系统统分分析析一一李建华 传统交流输电系统存在的问题 电力系统局部故障如果处理不当，则会造成事故扩大，甚至危及整个系统 由于稳定性问题而使线路得不到充分利用 短路电流

13、随系统容量增大，断路器在断流容量和动热稳定性方面可能满足不了要求 电力系统结构越来越复杂，调控手段缺乏，安全运行管理难度大电电力力系系统统分分析析一一李建华 机械开关的局限 调节速度慢 调整频率有限 可靠性差，寿命短电电力力系系统统分分析析一一李建华 灵活交流输电系统 以大功率可控硅部件组成的电子开关代替现有的机械开关，灵活自如地调节电网电压、功角和线路参数。使电力系统变得更加灵活、可控、安全可靠。从而能在不改变现有电网结构的情况下提高系统的输送能力，增加其稳定性。电电力力系系统统分分析析一一李建华 FACTS控制设备接入电力系统的方式并联型静止无功补偿器SVC（Staic Var Compe

14、nsator）静止同步调相器STATCOM（Static Synchronous Compensator） 可控串联补偿器TCSC（Thyristor Controlled Series Capacitor）串联型 统一潮流控制器UPFC（Unified Power Flow Controller）混合型电电力力系系统统分分析析一一李建华 可控并联补偿装置种类可控硅控制的电抗器TCR（Thyristor Controlled Reactor）可控硅操作的电容器TSC磁控式可调电抗器MCR（Thyristor Switched Capacitor）(Magnetically Controlled

15、 Reactor)静止（同步）调相器STATCOM静止（无功） 补偿器 SVC电电力力系系统统分分析析一一李建华 可控串联补偿装置1.可控硅投切串联电容(TSSC)电电力力系系统统分分析析一一李建华 可控硅控制串联电容(TCSC) 由C与TCR并联组成,通过改变TCR的电抗值可实现等效串补电容值的连续变化。电电力力系系统统分分析析一一李建华 统一潮流控制器UPFC 将可控并联补偿和可控串联补偿结合，协调控制，不仅可对电网实施电压控制，还能有效地调节潮流。 UPFC是迄今为止通用性最好的FACTS装置，它包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力，它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和

16、无功功率。 电电力力系系统统分分析析一一李建华 电力系统分析（1）小结笫一章 电力系统的基本概念一电力系统组成发电厂、变电所、输电线路、负荷、联合电力系统。二电力系统基本参量总装机容量、年发电量、最大负荷、额定频率、最高电压等级。三电力系统的结线方式开式网、闭式网，无备用、有备用电电力力系系统统分分析析一一李建华 四电压等级及适用范围 线路（电网）额定电压= 用电设备额定电压 发电机额定电压= 105%线路额定电压 升压变压器额定电压： 一次侧（受电端）= 线路额定电压（与线路相联） = 发电机额定电压(与发电机相联：105%） 二次侧（送电端） = 110%线路额定电压 降压变压器额定电压：

17、 一次侧（受电端） = 线路额定电压 二次侧（送电端） = 110%（或105%）线路额定电压电电力力系系统统分分析析一一李建华 五电力系统运行的特点、要求 特点：同时性、迅速性、密切性。 要求：安全、可靠、优质、经济。六电力系统中性点的运行方式 不接地系统:供电可靠性高，绝缘要求高。 中性点绝缘 35kV及以下电压等级电网。 中性点经消弧线圈接地：容性电流大的场所。 直接接地系统： 110kV及以上电压等级电网。 电电力力系系统统分分析析一一李建华 第二章电力系统各元件的特性和数学模型一、发电机稳态运行模型 隐极发电机的相量图和功角特性qdEUjIx隐极发电机输出的有功功率为sinqdE U

18、Px发电机输出的无功功率为2cosqddE UUQxx电电力力系系统统分分析析一一李建华 凸极发电机的相量图和功角特性 凸极发电机输出的有功功率为211sin()sin22qdqdE UUPxxx 凸极发电机输出的无功功率为221111cos()cos2()22qdqdqdE UUUQxxxxx电电力力系系统统分分析析一一李建华 隐极发电机运行极限图电电力力系系统统分分析析一一李建华 二、变压器的参数和数学模型1.双绕组变压器221000kNTNPURS2%100kNTNUUXS021000TNPGUS02%100NTNISBU S 电电力力系系统统分分析析一一李建华 2.三绕组变压器两种不同

19、的结构：升压结构、降压结构额定容量有三类:100/100/100， 100/50/100， 100/100/50(1 2)KP(1 3)KP(2 3)KP分别为两两绕组间由短路试验测得 的短路损耗； 1KP2KP3KP分别为三侧绕组在额定电流下的铜耗。 电电力力系系统统分分析析一一李建华 222123123222, , 100010001000kNkNkNTTTNNNP UP UP URRRSSS(1 2)(1 3)(2 3)%,%,%kkkUUU123%,%,%kkkUUU100/50/100， 100/100/50需容量归算为额定电流下的值。222123123%, , 100100100k

20、NkNkNTTTNNNUUUUUUXXXSSS实质上是将变压器用一个只有漏磁通而没有局部互磁通的变压器来等值。当某一绕组与其它两个绕组局部互磁通的影响较大时，它的等值漏抗接近于零或甚至为负数。电电力力系系统统分分析析一一李建华 同样有按容量进行折算的问题。3.自耦变压器 三相自耦变压器的等值电路和参数计算与普通三绕组变压器基本相同。三、电力线路的参数和数学模型1 线路的物理现象 热效应 电阻r 磁场效应 电抗x 电场效应 容抗b 电晕现象和电流泄漏 电导g电电力力系系统统分分析析一一李建华 2.影响输电线路参数的因素 导线的间距(互几何均距); 导线的半径(自几何均距); 导线的材料 110k

21、V输电线路的典型值： x1 = 0.4 /km612.85 10S/kmb10 g 分裂导线电抗减小，电容增大。电电力力系系统统分分析析一一李建华 电力线路的数学模型 一般线路：一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线为300km；11()Zrjx l1Yjbl: l线路总长度短线：100km以下11()Zrjx l电电力力系系统统分分析析一一李建华 波阻抗和自然功率11/cZLC波阻抗自然功率22ecUPZ自然功率常用来衡量长距离输电线路的输电能力四、负荷的运行特性和数学模型负荷曲线：负荷率，用电量，Tmax负荷特性：有功功率和无功功率频率、电压静特性电电力力系系统统分分析析一一李建华 五

22、、电力网络等值电路1 有名制：在电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。 对于多电压级网络，都需将参数或变量归算至同一电压级基本级。归算侧电压变比被归算侧电压电电力力系系统统分分析析一一李建华 2 标幺制：在电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。有名值标幺值=基准值(与相应的有名值同单位) 当说到一个物理量的标幺值时，必须同时说明它的基准值是什么。 在电力系统分析计算中一般取功率和电压为基谁值，其它量按公式计算出来。 功率的基准值=100MVA 电压的基准值=参数和变量归算的额定电压电电力力系系统统分分析析一一李建华 331/BBBB

23、BBBBSU IUI ZZY22/3BBBBBBBBBZUSYSUISU 将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都归算到基本级，然后除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。基准值改变时标幺值的换算3 多电压等级电力网的标幺值等值电路方法一： 把所有线路和变压器的参数都按照变压器的实际变比折算到某一个指定变压器的某一侧，然后再取统一的基准值将全部参数都化成标幺值。 电电力力系系统统分分析析一一李建华 方法二 选好全系统功率基准值和基本级的基准电压 按变压器的实际变比得出个电压级的的基准电压，计算出的电压级下的阻抗基准值，各元件参数在各自的电压级下化成标幺值。 以上方法

24、存在的问题是变压器的变比因分接头位置的改变而改变时，则有的参数要重新计算，这种方法实际上并没有利用到标幺制的优越性。电电力力系系统统分分析析一一李建华 将变压器用一种带变比的等值电路来反映其各侧的真实电压和电流，当变压器采用带变比的等值电路后，不同电压等级电网之间就无须再进行参数和电压、电流的折算。电电力力系系统统分分析析一一李建华 变压器的等值 型电路122110202211111TTTTTTYyyZ kkkkyYZ kkkkyYZ kk由于理想变压器的变比只反映两侧的匝数关系，因此上述变比的标幺值表示 12*12:1:NNBBUUkUU21*21NNBBUUkUU电电力力系系统统分分析析一

25、一李建华 第三章 简单电力网络的计算和分析 一、电压降落、电压损耗和电压偏移一、电压降落、电压损耗和电压偏移电压降落12()dUUUI RjX电压降落的纵分量2222P RQ XUU电压降落的横分量2222P XQ RUU电压损耗电压损耗 12%100NUUU电电力力系系统统分分析析一一李建华 电压降落的纵分量来代替电压损耗 2222P RQ XUU电压偏移始端电压偏移 末端电压偏移 1%100NNUUU2%100NNUUU电电力力系系统统分分析析一一李建华 二、功率分布和功率损耗*2*22222222()( )222YYYYYBSPj QUUUjU 222222222222222222222

26、()()ZZZSPQSPj QZRjXUUPQPQRjXUU 串联支路中的功率损耗并联支路吸收的功率1.输电线路电电力力系系统统分分析析一一李建华 变压器串联支路的功率损耗222222222()()ZTZTZTTTTSPQSPj QZRjXUU 2.变压器变压器并联支路的功率损耗*221111()()()YTYTYTTTTTTSPj QY UUGjBUGjB U 3.电力线路上的电能损耗最大负荷损耗时间计算：maxmax/zAP 电电力力系系统统分分析析一一李建华 三、电力线路运行状况的分析1220QXUUQU1.输电线路的空载运行特性12UU空载情况下，线路末端的电压将高于其始端电压。电电力

27、力系系统统分分析析一一李建华 2.输电线路的传输功率极限假定线路等值电路中的电阻等于零，并且不计两端的并联导纳，可以得出线路的传输功率与两端电压的大小及其相位差之间的关系为 12sinU UPX 输电线路的最大传输功率与两端电压的乘积成正比，而与线路的电抗呈反比。 线路采用分裂导线便是减少电抗的措施之一，另一个措施是在线路上串联电容器，用电容器的容抗来补偿线路的一部分感抗。电电力力系系统统分分析析一一李建华 3.输电线路功率与电压之间的定性关系 在高压输电系统中，由于线路和变压器的电阻远小于电抗， 有功功率与两端电压相位差之间呈比较紧密的关系，有功功率一般是由电压相位相对超前的一端向电压相位相

28、对滞后的一端传送。 无功功率与电压损耗之间呈比较紧密的关系，无功功率一般由电压高的一端向电压低的一端流动。 电电力力系系统统分分析析一一李建华 四、辐射形网络中的潮流计算一般可以分为两种：已知同一端电压和功率：从已知端逐级推算到末知端。已知末端功率、始端电压: 迭代法求解变电所运算负荷发电厂运算功率五、环形网络中的潮流计算1.简单的单一环网用力矩法计算初步功率分布；找出功率分点；电电力力系系统统分分析析一一李建华 从功率分点处把网络折成两个开式网；最终得到环形网络的电压、功率分布。2.两端供电网络 可等值于回路电压不为零的单一环网。由于回路电压不为零,出现了循环功率 *122334,NcU d

29、USZZZ称为循环功率 在初步功率分布中必须考虑循环功率,其他计算同环形网。电电力力系系统统分分析析一一李建华 建立电力网络的网络方程，节点导纳矩阵及节点阻抗矩阵。 节点i的自导纳实际上是当其它节点的电压都等于零(相当于将节点直接接地)时，节点i的注入电流与其电压之比。 节点 i与节点 j 之间的互导纳为当节点i施加单位电压而其它节点电压都为零时，j节点的注入电流。 节点导纳矩阵的组成和特点。 第四章 复杂电力系统潮流的计算计算法电电力力系系统统分分析析一一李建华 复杂网络的功率方程 节点注入电流用节点的注入功率来代替，建立起潮流计算用的节点功率方程。 两母线系统的功率方程的特点： 非线性 功

30、率平衡 系统损耗是电压变量的函数 必须进行节电变量的分类PQ节点、 PV节点、平衡节点。 电电力力系系统统分分析析一一李建华 求解潮流方程，得出全网的潮流分布即电压、功率分布。 牛顿拉夫逊法的原理 修正方程式 牛顿法潮流计算步骤电电力力系系统统分分析析一一李建华 第五章电力系统的有功功率和频率调整第五章电力系统的有功功率和频率调整一、有功功率和系统频率的关系Hz60npf发电机的转速取决于其转轴上的原动机的机械功率 和发电机输出的电磁功率MPEP 需要不断调整原动机的输入功率，使发电机的输出功率与系统负荷有功功率的变化相适应。 另外，系统频率的控制，与负荷有功功率的变化及其在发电机间的分配以及

31、发电机组功率的控制密切相关。电电力力系系统统分分析析一一李建华 电力系统频率的一次调整 对变化幅度较小、变化周期较短(以几秒钟为周期)的随机分量，由发电机组的调速器来调整。 一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。电力系统频率的二次调整 对变化幅度稍大、变化周期稍长的(以几分钟为周期)脉动分量，只由发电机组的调速器动作不能满足频率偏差的要求，由系统中指定发电机组的调频器来调整，这种调整称为电力系统频率的二次调整；电电力力系系统统分分析析一一李建华 电力系统频率的三次调整 对变动可以预计的负荷，根据预测负荷采用有功功率经济分配，由调度部门根据负荷曲线进行最优分

32、配。这种调整称为电力系统频率的三次调整；二、有功功率电源和系统的备用容量系统中的总装机容量 = 所有发电机额定容量之和系统中电源容量 = 可投入发电设备的可发率之和有功功率电源电电力力系系统统分分析析一一李建华 系统的备用容量负荷备用容量事故备用容量检修备用国民经济备用热备用冷备用要保证电力系统运行过程中的频率质量，首先必须满足在额定频率下系统有功功率平衡的要求maxmax10gGNiLRiPPPP电电力力系系统统分分析析一一李建华 三、电力系统中有功功率的最优分配各类发电厂的运行特点和合理组合有功功率负荷的最优分配在系统各节点的负荷都已知的情况下，如何分配发电机和的功率，使得所有设备不发生过

33、载、全部母线电压都满足要求，并且使得全系统运行最为经济，这便属于电力系统运行方式的优化问题。优化问题的数学描述：求解问题的变量，在满足等式和不等式函数约束的条件下，使目标函数达到最小。电电力力系系统统分分析析一一李建华 火力发电厂之间的有功功率经济分配火力发电机组的燃料消耗特性耗量微增率比耗量发电设备的效率不计网损变化影响的有功功率经济分配各个发电机的出力都不超过容许范围的前提下，全系统总的燃料消耗量达到最小。电电力力系系统统分分析析一一李建华 1min()giGiiFF P1s.t.()0gGiLLiPPPminmaxGiGiGiPPP1,2,ig拉格朗日函数 11()()ggiGiGiLL

34、iiLF PPPP电电力力系系统统分分析析一一李建华 d()0diGiGiGiF PLPP1()0gGiLLiLPPP1,2,ig112212d()d()d() dddgGgGGGGGgF PF PF PPPP说明，机组间有功功率经济分配的必要条件是，各机组的煤耗微增率相等。 微增率准则物理解释计算电电力力系系统统分分析析一一李建华 四、电力系统的频率调整自动调速系统及其调节特性发电机组有功功率静态频率特性调差系数百分数%GGGGPKfPKf 负荷的频率特性LLPKf000 0%100100NNGGNGNGNNNGNNfffffPPPfPfffPf 电电力力系系统统分分析析一一李建华 系统频率的一次调整0()LLGPPP