第1章电力系统的基本概念

1、电力系统稳态分析电力系统稳态分析第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念 第二章第二章 电力系统各元件的特性和数学模型电力系统各元件的特性和数学模型第三章第三章 简单电力网络的计算和分析简单电力网络的计算和分析第四章第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法复杂电力系统潮流的计算机算法第五章第五章 电力系统的有功功率和频率调整电力系统的有功功率和频率调整第六章第六章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整第一章 电力系统的基本概念第一节第一节 电力系统概述电力系统概述一、电力系统的形成和发展一、电力系统的形成和发展 DC以爱迪生为代表以爱迪生为代表AC以以G.威斯汀豪斯为

2、代表威斯汀豪斯为代表AC/DC混合混合现代电力系统现代电力系统 第一节第一节 电力系统概述电力系统概述 1880年至1882年间，爱迪生设计了电灯插座、电钮、保险丝、电流切断器、电表、挂灯，还设计了主线和支线系统，又制成了当时世界上容量最大的发电机，并在纽约建立第一座发电厂，开辟了第一个民用照明系统。 第一节第一节 电力系统概述电力系统概述 西屋电气公司（Westinghouse Electric Corporation） 1886年1月8日，由G.威斯汀豪斯在美国宾夕法尼亚州创立。西屋电气公司1886年在美国建立了第一座交流发电厂，1890年建立了第一条交流输电线路，1895年在尼亚加拉瀑布

3、安装了第一台水轮发电机（5000千瓦），1900年制造出美国第一台汽轮发电机。1955年试制成超临界、二次再热汽轮发电机，1957年建成了美国第一座商用核电站。大古力水电站的巨型水电机组也是西屋电气公司制造。公司还最早制成500千伏六氟化硫断路器,70年代制成1100千伏安变压器,此外还在世界上率先生产低损耗非晶态合金配电变压器。 第一节第一节 电力系统概述电力系统概述二、近代电力系统二、近代电力系统（1）什么是电力系统？ 所谓电力系统就是由大量的发电机发电机、变压器变压器、电力线路电力线路和负荷负荷组成的旨在生产、传输、分配和消费电能的各种电气设备按一定方式连成的整体。第一节第一节 电力系统

4、概述电力系统概述（2）电力系统的组成）电力系统的组成 煤、油、水、风、 核、太阳能、垃圾、地热、潮汐升压输电降压配电转换负荷电能升压降压输电第一节第一节 电力系统概述电力系统概述 根据结构的不同，可分为： 一次系统：发电机、变压器、电力线路和负荷一次系统：发电机、变压器、电力线路和负荷 二次系统：继电保护、通信和调度控制系统二次系统：继电保护、通信和调度控制系统 根据功能的不同，可分为： 输电网：将发电厂发出的电能传输到负荷中心输电网：将发电厂发出的电能传输到负荷中心 配电网：将电能分配给用户配电网：将电能分配给用户第一节第一节 电力系统概述电力系统概述图13 电力系统和电力网络示意图锅 炉锅

5、 炉锅 炉锅 炉热力网110kV110kV220kV110kV水库35kV10kV6kV380/220V380/220V电力网电力系统动力系统 第一节第一节 电力系统概述电力系统概述负荷配电线路降压变压器配电网输电线路升压变压器输电网电力网发电机电力系统核反应堆（核电厂）水库、水轮机（水电厂）锅炉、汽轮机（火电厂动力部分动力系统 第一节第一节 电力系统概述电力系统概述三、电力系统的基本参量和结线图三、电力系统的基本参量和结线图 总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和。（2012年超1144GW） 年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和。（2012年达49591亿千瓦

6、时 ）1. 最大负荷：规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值第一节第一节 电力系统概述电力系统概述 额定频率：（50Hz） 最高电压等级：（AC 750/1000，DC 500/800） 地理接线图：反映各发电厂、变电所的相对地理位置以及电力线路的路径。 电气接线图：反映元件之间的电气联系。第一节第一节 电力系统概述电力系统概述图14 电力系统的地理接线图第一节第一节 电力系统概述电力系统概述图14 电力系统的地理接线图第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求一、电能生产、输送、消费的特点一、电能生产、输送、消费的特点 1. 重要性重要性 如果说石油是现代国家最

7、如果说石油是现代国家最脆弱的血管，那么电力就是脆弱的血管，那么电力就是现代国家最脆弱的神经！现代国家最脆弱的神经！第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求2. 同时性同时性3.整体性整体性 电能不能大量储存，其生产、传输、分电能不能大量储存，其生产、传输、分配和消费是同时进行的。配和消费是同时进行的。 生产、输送、消费电能各环节所组成的生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。统一整体不可分割。第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求4. 快速性快速性5. 严格性严格性 电能的传播速度接近于光速。电能的传播速度接近于光速。

8、电能质量的好坏直接关系到国电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。民经济的总体效益。第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求二、电力系统运行的基本要求二、电力系统运行的基本要求 1. 安全可靠持续供电安全可靠持续供电 一级负荷一级负荷 停电会造成人身事故、设备损坏停电会造成人身事故、设备损坏人民生活发生混乱。人民生活发生混乱。第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求二级负荷二级负荷 停电会造成大量减产，使人民停电会造成大量减产，使人民生活受到影响。生活受到影响。三级负荷三级负荷 所有非一、二类负荷。所有非一、二类负荷。第二节第二节

9、 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求2. 优质优质1）电压正常）电压正常 允许偏移允许偏移 5%UN2）频率正常）频率正常 允许偏移允许偏移 0.2Hz 3）波形没有大的畸变）波形没有大的畸变(正弦波正弦波) 畸变率：各次谐波有效值平方和的方畸变率：各次谐波有效值平方和的方 根值与基波有效值的百分比。根值与基波有效值的百分比。4）三相对称）三相对称第二节第二节 电力系统运行应满足的基本要求电力系统运行应满足的基本要求3.经济经济 煤耗率：生产煤耗率：生产1kW?h电能所消耗的标准煤重。电能所消耗的标准煤重。 标准煤标准煤发热量为发热量为29.31MJ/kg的煤。的煤。 线

10、损率：电网中损耗的电能与向电网供应线损率：电网中损耗的电能与向电网供应 的电能之百分比。的电能之百分比。第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级一、几种典型结线方式的特点一、几种典型结线方式的特点第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 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：供电可靠性和电压质量高 （有备用） 缺点：投资大

11、适用范围：电压等级较高或重要的负荷第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级二、二、不同电压等级的适用范围不同电压等级的适用范围1. 电力系统的额定电压等级电力系统的额定电压等级为什么要规定电力系统的电压等级？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。3SUI=注： ，输送功率一定时，电压越 高， 电流越小。第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级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、10k

12、V、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 用电设备用电设备的额定电压：UN 发电机发电机的额定电压UGN：UN（1+5% ） 接在线路的首端，通常还带有一定量 的地方负荷第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 线路线路的额定电压：线路始端和末端的平均电压= 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%)1.05UN0.95UN第三节第三节

13、电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 变压器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)二次侧：U2N=(1+10%)UN(空载) U2N=(1+5%)UN(负载)第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级我国规定的我国规定的1kV以上的电力系统额定电压标准以上的电力系统额定电压标准用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压用电设备额定电压交流发电机额

14、定电压交流变压器额定电压一次绕组二次绕组一次绕组二次绕组33.153, 3.153.15, 3.311011012166.36, 6.36.3, 6.6(154)(154)(169)1010.510, 10.510.5, 1122022024215.7515.75330330363353538.5500500(60)(60)(66)以上所指额定电压均为线电压第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级1 0 k V1 0 k V3 5 k VT 3T 2T 11 0 k V1 1 0 k VG例1110.5kV10.5/121kV110/38.5kV35/11kV第三

15、节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级平均额定电压平均额定电压 大约为电网额定电压大约为电网额定电压UN的的1.051.05倍倍; ; 一般在标么值计算中采用，可以使计一般在标么值计算中采用，可以使计算简单，且误差不大。算简单，且误差不大。1.3 1.3 电力系统的额定频率和额定电压电力系统的额定频率和额定电压和额定电压对应的平均额定电压（kV）额定电压额定电压U UN N361035平均额定电压平均额定电压U UavNavN3.156.310.537额定电压额定电压U UN N110220330500平均额定电压平均额定电压U UavNavN11523034552

16、5第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级2. 不同电压等级的适用范围不同电压等级的适用范围 一般： 750kV以上 特高压输电线路 330750kV 超高压输电线路 220kV 高压输电线路 35 110kV 高压配电线路 10kV 中压配电线路 380/220kV 低压配电线路第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级表12 采用架空线时与各额定电压等级相适应的输送容量和输送距离线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）30.11.01311010505015060.11.2

17、415220100500100300100.22.062033020080020060035210205050010001500250850603.5303010075020002500500以上第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级3. 电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式l 电力系统的中性点：发电机和星形接线变压电力系统的中性点：发电机和星形接线变压器的中性点器的中性点l 电力系统中性点接地方式的形式：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）：需要断路器遮大接

18、地电流方式（直接接地）：需要断路器遮断单相接地故障电流。断单相接地故障电流。 小接地电流方式（非直接接地）：单相接地电小接地电流方式（非直接接地）：单相接地电弧能够瞬间自行熄灭。弧能够瞬间自行熄灭。第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级l 大接地电流方式大接地电流方式 中性点有效接地方式（中性点有效接地方式（x0/x13和r0/x1 1） 中性点全接地方式中性点全接地方式 中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式l 小接地电流方式小接地电流方式 中性点不接地方式中性点不接地方式 中性点经消弧线圈接地方式中性点经消弧线圈接地方式

19、 中性点经高阻抗接地方式中性点经高阻抗接地方式第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级（1 1） 中性点直接接地系统acbn)1(saI)1(saI钳位作用第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级中性点直接接地方式的特点中性点直接接地方式的特点发生单相接地立即切除故障，安全性好供电可靠性低，如发生接地故障，则构成短路回路，接地相电流很大各相对地的绝缘水平决定于相电压一般用于110kV及以上电网第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级（2 2）中性点不接地系统XcacbnaIbIcInaEbEcEaIbIc

20、I(a) 电流分布； (b) 电势、电流的相量关系第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 正常运行 a、电源各相电流分别等于负荷电流及相对地电容电流的向量和。 b、因为三相对地电容电流的大小相等，相位差120，故其向量和为零，地中无电容电流通过，中性点电位为零。第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 单相接地故障 a、 故障相对地电压为零； b、非故障相（B、C相）对地电压值由相电压升至线电压； c、中性点对地电压由零升至相电压 第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 设A相完全接地，A相对地电压等

21、于零，中性点对地电压U0等于 0aUU贩= - B相对地电压 bbaUUU贩=- C相对地电压ccaUUU贩=-第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 （B、C相）对地电压值由相电压升至线电压,故对地电容电流也升至 倍。3 接地电流等于正常运行时一相对地电容电流的三倍。 第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 naEbEcEaIbIcIaI（3） 中性点经消弧线圈接地系统acbnaIbIcIaIaI (a) 电流分布； (b) 电势、电流的相量关系第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 消弧线圈是带

22、间隙铁芯的电感线圈，可消弧线圈是带间隙铁芯的电感线圈，可用以补偿电容电流。用以补偿电容电流。 接地电容电流近似计算：接地电容电流近似计算： 架空线架空线 IC = UL/350 电缆电缆 IC = UL/10注：注：L L为电压等级为电压等级U U的线路总长度的线路总长度第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级LCII13 CL（）LCII(1)(1)全补偿全补偿（2 2）欠补偿欠补偿产生串联谐振1(3)CL（3 3）过补偿）过补偿LCII1(3)CL 线路切除或频率降低 易变成全补偿实用脱谐度510%LCCIIPI补偿方式补偿方式第三节第三节 电力系统的结线方式

23、和电压等级电力系统的结线方式和电压等级中性点不接地方式的特点中性点不接地方式的特点供电可靠性高，如发生接地故障，不必切除接地相，但非接地相对地电压升高为 倍相电压 各相对地的绝缘水平决定于线电压，绝缘费用高一般用于60kV以下系统3第三节第三节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级 一般认为，一般认为，对对3 360kV60kV网络容性电流网络容性电流超过如下数值时，中性点应装设消弧线圈。超过如下数值时，中性点应装设消弧线圈。 3 36kV 30A6kV 30A 10kV 10kV 20A20A 35 3560kV60kV 10A10A 第四节第四节 电力系统工程学科和电力系统分析课程电力系统工程学科和电力系统分析课程一、电力系统工程学科的范畴一、电力系统工程学科的范畴 电力系统理论电力系统理论 输配电技术输配电技术 电力系统规划电力系统规划 电力系统运行电力系统运行 电力系统保护电力系统保护 电力系统控制电力系统控制第四节第四节 电