电力系统稳态分析(第一章)PPT(王)

1、第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念 1.电力系统的概念和组成 2.电能变换和电源构成 3.电力系统的负荷 4.电力系统运行的特点及要求 5.电力系统的电压等级 6.电力系统的接线及中性点接地主要内容：主要内容：第一节 电力系统概述一、电力系统发展简史 1、电力系统的形成和发展 直流单相交流三相交流交直流并存。 （1）最初的直流电力系统 1882年法国建立了世界上第一个电力系统，电压为直流15002000V，输电距离57km，输电功率约1.5kW。 直流电的电压不能象交流电那样很方便的通过变压器升高或降低，无法满足大容量远距离输电对高电压和用电对低电压的要求。 （2）单相交流输电

2、 1885年在制成单相变压器的基础上实现了交流输电，解决了远距离大容量输电与低压用电之间的矛盾。 单相交流输电的主要缺陷是经济性差；单相用电设备的瞬时功率是周期性变化的，所以无论是单相发电机和单相电动机运行时振动都比较大。 （3）三相交流输电 1891年在制成三相变压器的基础上，德国建立第一个三相交流输电系统。发电机功率230kVA电压95V、输电线路电压25kV、输电距离178km、用电电压112V。 三相交流输电与单相交流输电相比较主要优点是经济性好，节省输电线路导线；三相发电机和三相电动机的瞬时功率为常数，有效地减小了发电机、电动机运行中的振动问题。 三相交流输电存在的主要问题是同步发电

3、机并列运行的稳定性问题和不同频率系统之间的联网问题。随着电力系统输电距离的增大，制约输电容量的不再是导体的发热问题和输电效率问题，而是并列运行的稳定性问题；此外不同频率之间的电力系统不能联网，限制了优越性更高的联合电力系统的发展，譬如跨国电力系统的发展。（4）交直流并存的现代电力系统 直流输电不存在稳定性问题，电力电子技术的发展为重新采用直流输电创造了条件。 现代电力系统中发电和用电仍然采用三相交流，输电则采用三相交流和直流并用的方式。 直流输电不仅解决了三相交流输电的并列运行稳定性问题，也解决了不同频率系统之间的并网运行问题。 现代电力系统示意图如下图所示。2、我国电力系统现状 （1）电网建

4、设 目前我国已建成东北、华北、华中、华东、南方、西南和西北七个区域电网。（如图所示）并在华中、南方、西南、华东电网之间进行了联网。已初步建立了全国统一电网。 （2）电压等级 我国目前采用的电压等级有： 交流：1000kV（特高压）、750kV （超高压）、 500kV（超高压）、220kV、110kV、35kV、10kV。 直流：800kV（特高压）、 500kV 2、我国电力系统现状 （3）我国电力系统规模 截至2012年底，全国发电装机容量11.44亿kW，其中：水电2.49亿kW，占比21.77%；火电8.19亿kW，占比71.59%；核电1257万kW，占比1.10%；风电6237万k

5、W，占比5.45%。2012年全国发电量49774亿 kWh（世界第一）。全国电网220kV及以上输电线路长度、公用变设备容量分别为51.26万km、223.81亿kVA。 （4）与美国对比 2012年美国发电装机容量11.6亿kW，发电量40545亿kWh。 中国人均装机容量0.845kW/人（为美国的22.9%） ，而美国为3.69 kW/人；中国人均发电量3676 kWh/人（为美国的28.5%），而美国为12912 kWh/人。（2012年中国大陆人口13.54亿，美国3.14亿） 预计2013年底全国发电装机12.3亿kW左右，发电装机规模有望跃居世界第一，其中水电2.8亿kW、火电

6、8.6亿kW、核电1478万kW、并网风电7500万kW、并网太阳能600万kW左右。二、电力系统、电力网及动力系统的概念电能变换过程：电能变换过程：火力发电厂：火力发电厂：从发电到用户的供电过程各类发电厂（电站）各类发电厂（电站） 电力网络（电力网、电网）从调度、管理、控制的角度看从调度、管理、控制的角度看1、电力系统 由发电机、变压器、线路、用电设备以及其测量、保护、控制装置等按一定规律联系在一起组成的用于电能生产、输送、分配和消费的系统称为电力系统。 2、电力网 电力网（电网）是由变压器和各种电压等级输电线路组成的，用于电能输送和分配的网络。其中电压等级在220kV及以上的电力网主要用于

7、电能的远距离输送，称为输电网；110kV及以下的电力网主要用于向用户配送电能，称为配电网。3、动力系统 电力系统及其动力部分的总体称为动力系统。动力部分包括火力发电厂的锅炉、汽轮发电机；水电厂的水库、水轮机；原子能电厂的反应堆、汽轮机等。 下图为电力系统、电力网和动力系统的示意图。 电力系统示意图4、电力系统的基本参量 v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。v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。 v最大负荷指规定时间内，电力系统总有功功率负

8、荷的最大值，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 v额定频率按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。 v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。 第二节 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1.电能与国民经济各部门关系密切 电能是国民经济各部门的主要能源。由于电能生产的连续性和瞬时性，电能供应的中断和减少将对国名经济各部门产生重要影响。2.电能不能大量储存 电能不能大量储存，电能的生产、输送和消费同时完成，任何一个环节出现问题都会影响到其他环节。3.过渡过程非常迅速 电能是以光速传输的，其过渡过程很短，所以电力系统任何一

9、点的故障将瞬间波及到整个电力系统。二、对电能生产的基本要求1、保证供电可靠性 即满足负荷对电能供应的要求。不同类型的负荷对供电可靠性的要求不同。 （1）分类原则 按照供电中断或减少所造成的危害大小进行划分。 （2）负荷分类 一类负荷（重要负荷）：指电能供应的中断或减少将造成设备损坏、人员伤亡、生产秩序混乱，人民生活在较长时间内得不到恢复的用户的用电设备。 二类负荷（较重要负荷）：指供电中断或减少将造成产品产量和质量下降，人民生活正常秩序受到影响的用户的用电设备。 三类负荷（一般负荷）：除一类负荷和二类负荷之外的用户的用电设备。 （3）各类负荷对供电可靠性要求 一类负荷（重要负荷）：任何情况下不

10、允许停电； 二类负荷（较重要负荷）：尽可能不停电； 三类负荷（一般负荷）：允许停电。2、良好的电能质量 电能质量用电压偏移、频率偏移和电压波形来衡量。 （1）电压偏移 电气设备的实际电压偏离额定电压的程度，百分值表示。 （2）频率偏移 电力系统的实际运行频率与额定频率的差值。 我国对电力系统频率偏移的基本要求是 100(%)nnUUUUnfffZHf)2 . 01 . 0(3、电力系统运行的经济性好 电力系统运行的经济性用燃料消耗率、厂用电率和网损率衡量。 （1）燃料消耗率 指发电厂每发单位电能（1kWh)所消耗标准煤（g）的多少。 2012年统计数据： 平均煤耗：326g/kWh 效益分析：

11、1000MW电厂，煤耗降低1g,年节约1000万元。（2）厂用电率 为保证发电厂主要设备运行所需的用电设备的用电称为厂用电。 厂用电率为厂用电量与同期发电厂发电量的比值的百分值。 凝汽式火力发电厂的厂用电率在（68）%。（3）网损率 指一定时间内，电网在传输电能过程中所损耗的电能和发电厂送入电网的电能的比值的百分数。100%发电厂同期发电量厂用电量）厂用电率（1211%WWWWW）网损率（三、联合电力系统 满足电力系统基本要求的措施很多，但根本的措施是采用联合电力系统。1、联合电力系统 将几个区域电力系统通过联络线路联系在一起所形成的统一电力系统称为联合电力系统。2、联合电力系统的优越性电力系

12、统为什么要互联并网运行呢？电力系统为什么要互联并网运行呢？ （1）采用高效率大容量机组减少备用容量。 （2）合理利用动力资源水、火电互补。 （3）提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强。 （4）提高运行的经济性装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。3、联合电力系统发展现状及趋势 国外：跨国电力系统； 国内：全国联网。第二节 电力系统的结线方式和电压等级一、电力系统的接线方式1、电力系统接线图 （1）电气接线图 表示电力系统各元件之间电气联系的电路图，一般以单线图表示。（如第一章的电力系统接线示意图） （2）地理接线图 按比例表示电力系统中各发电厂和变电所的相对地理位置接

13、线图。（如第一章的南方电网接线示意图）2、电力系统的接线方式 （1）接线方式分类 无备用接线方式用户只能从一个方向获得电能的接线方式，包括单回路放射式、单回路干线式、单回路链式接线； 无备用接线方式无备用接线方式 （a）单回路放射式）单回路放射式 （b）单回路干线式）单回路干线式 （c） 单回路链式单回路链式 （2）有备用接线方式 用户可以从两个或两个以上方向获得电能的接线方式。包括双回路放射式、干线式、链式接线；环式接线和两端供电方式。 有备用接线方式有备用接线方式 （a） 双回路放射式双回路放射式 （b） 双回路干线式双回路干线式 （c）双回路链式）双回路链式 （d） 环式环式 （e） 两

14、端供电网络两端供电网络3、各种接线方式的特点 （1）无备用接线方式 优点：接线简单、投资少、运行维护方便 缺点：供电可靠性差 （2）有备用接线方式 双回路放射式双回路放射式 优点：供电可靠性高、电压质量好 缺点：投资大、经济性差 环形接线环形接线 优点：供电可靠性较高、较为经济 缺点：运行调度复杂、故障或检修切除一侧线路时，电压质量差，供电可靠性下降。两端供电式两端供电式 优点：供电可靠性高、经济性好、故障或检修时电压质量较好； 缺点：受电源分布限制、运行复杂。4、各种接线方式的适用场所 无备用接线方式通常用于对供电可靠性要求不高的三类负荷的供电，在采取一定的提高供电可靠性的措施后（例如采用组

15、合开关电气、线路装设重合闸装置等）也可用于对二类负荷的供电。 有备用接线方式通常用于对供电可靠性较高的一类负荷和二类负荷的供电。对于一类负荷供电时应有两个以上相互独立的电源。二、电力系统的额定电压1、输电线路的理想电压 对应一定的输电距离和输送容量，输电电压等级越高，电力网的电能损耗越小，电能损耗耗费越少；但随着电压的升高，线路的投资费用越高。如下图所示，图中C1为年电能损耗费（万元/年），C2为归算到运行年的年投资费用（万元/年），C为输电线路的年费用。 显然对应于一定的输送 距离和输送容量存在一个 电压，在该电压下运行，输 电线路的经济性最好，此电 压就是其理想电压。2、电力系统额定电压规

16、定原则 电压等级越多，越有利于输电线路选择接近理想电压的额定电压；但额定电压等级越多，越不利于电气设备的规模化生产。 电力系统额定电压就是综合使用和制造两方面的要求，经经济技术比较确定，并由国家颁布实行的。3、电力系统额定电压 国家规定的电力系统的额定电压如下表所示。新增加的交流电压等级：750kV、1000kV。新增加的直流电压等级：500kV、 800kV。4、电力网中的电压分布与线路、发电机、变压器的额定电压 （1）电力网的电压分布 （2）输电线路允许的电压损耗 用电设备允许的电压偏移为 ，所以线路允许的电压损耗为10%。 （3）输电线路的额定电压 输电线路的额定电压取线路各点电压的平均

17、值，即用电设备的额定电压。 （4）发电机的额定电压 在有直配线的情况下，发电机接于线路首端，运行时电压比用电设备的额定电压高5%，为使发电机在额定电压下运行，所以发电机额定电压就取线路首端的电压，即用电设备额定电压的1.05倍。 在没有直配线的情况下，发电机的额定电压根据发电机运行的经济性确定。%5 （5）变压器的额定电压 原边绕组（一次绕组）： 对于降压型变压器，其原边绕组既可能接于线路首端，也可能接于线路末端，为保证不管哪种情况下，其实际电压都在允许的范围内，所以其额定电压取用电设备的额定电压。 对于发电厂的升压变压器，由于其与发电机直接连接，所以取发电机的额定电压。 副边绕组（一次绕组）

18、 ： 副边绕组接于线路首端，运行时其电压比用电设备的额定电压高5%，但变压器副边绕组的额定电压是指原边绕组加额定电压，副边绕组开路时的端电压，注意到变压器正常运行时变压器的内部电压损耗约为5%，所以变压器副边绕组的额定电压应取用电设备额定电压的1.1倍。 只有当与变压器副边绕组相连接的线路路很短（或直接与用电设备相连接），线路压降很小时；或变压器本身的短路电压较小（小于7.5%）时，允许变压器副边额定电压取用电设备额定电压的1.05倍。 用线电压表示的抽头额定电压用线电压表示的抽头额定电压220kV升压变压器降压变压器5、不同电压等级的适用范围 3kV、6kV：工业企业内部使用（如3kV电动机

19、）； 1000、750、500、330、220kV：用于大电力系统的主干线； 110kV：小电力系统的主干线、大电力系统的二次网络； 35kV：大城市或大工业企业内部配电网络；农村电力网络； 10kV：配电网络。 各级电压架空线路的输送能力各级电压架空线路的输送能力 5、不同电压等级的适用范围（补充）v一回1000kV特高压输电线路的自然功率接近500万千瓦，约为500kV输电线路的五倍左右。v800kV直流特高压输电能力可达到640万千瓦，是500kV高压直流的2.1倍。v在输送相同功率的情况下，1000kV特高压输电线路的最远送电距离约为500kV线路的4倍。v800kV直流输电经济输电距

20、离可以达到2500km及以上。三、电力系统中性点运行方式1、电力系统中性点 电力系统中星形接线的发电机或变压器的中性点称为电电力系统的中性点力系统的中性点。2、电力系统中性点的运行方式 3、各种中性点运行方式的特点（1）直接接地运行方式 优点优点:正常或单相接地情况下非故障线路对地电压为相电压； 缺点缺点:单相短路电流大，需要切除故障线路，供电可靠性低。（2）不接地运行方式 优点优点:正常或单相接地情况下三个线电压保持对称，单相接地情况下接地点流过很小的电流 ，只要该电流小于规定的数值，接地点不会出现电弧，所以不影响用电设备的正常运行，可在一定时间内（如2小时）不停电，供电可靠性较高。 缺点缺

21、点:中性点电压升高为相电压，非故障相电压升高为线电压，对电气设备的对地绝缘要求较高，增大电气设备造价。UCECIA0033 （3）经消弧线圈接地运行方式 经消弧线圈接地运行方式的目的 在中性点不接地系统中，当线路较长，线路对地电容较大，或电源电压较高时，单相接地时流过接地点的电流可能较大，当电流超过规定值时（规程规定：35、66kV超过10A；10kV超过20A；36kV超过30A），就会在接地点产生电弧，从而引起弧光过电压。采用经消弧线圈接地的目的就是在发生单相接地时，用电感电流补偿电容电流，使接地点电流小于规定值，避免电弧产生。 工作原理： 由图可以看到，单相接地时，由于中性点电感电流与接地电容电流相位相反，流过接地点的总电流为二者数值之差，适当选择电感值就可以使流过接地点的电流小于规定值， 从而使故障处不会出现电弧，避免了电弧引起的弧光过电压对电气设备和线路绝缘的威胁，所以该电感称为消弧线圈。 补偿方式 欠补偿： 接地点电流为容性； 过补偿： 接地点电流为感性； 全补偿： 接地点电流为零。 UCLU03030LUUCIAUCLU03030LUUCIAUCLU03030LUUCIA 补偿方式选择 全补偿谐振情况分析 由于全补偿时 ，即 ；当电力系统在正常运行情况下出现零