电力系统Chap1重庆大学电气学院赵渊

1、电力系统稳态分析1课程简介电力专业一门重要的专业基础课先修课程: 电路原理、电机学、电磁场，等“电力系统及其自动化”方向后续专业课： 电力系统故障分析、电力系统稳定分析、电力系统继电保护、电力系统规划、电力系统可靠性、发电厂电气部分、电力系统运行与控制、电力市场，等2课程内容电力系统分析：稳态分析、暂态分析稳态：电力系统正常的、相对静止的运行状态发电功率与负荷功率相等所有运行设备的电流、电压、频率、波形在允许范围所有发电机在负荷正常变动和小扰动时保持同步暂态：从一种运行状态向另一种运行状态过渡的过程。本质区别：电力系统稳态中运行变量的变化特性与时间无关，描述其特性的是代数方程；电力系统暂态中的

2、运行变量与时间有关，描述其特性的是微分方程。3课程内容稳态分析的主要内容：电力系统的基本知识（第一章）电力系统各元件的特性和数学模型（第二章）电力系统的正常运行状态的分析和计算潮流计算（第三、四章）电力系统的运行调节和优化（第五、六章）4课程特点涉及电力系统正常运行状态下的各种计算、分析和优化控制理论性强、计算多内容随新理论、新技术的发展不断丰富、充实5课程考试及答疑平时成绩 20 平时作业及课堂表现 出席情况 答疑安排：时间待定地点待定考试安排： 初步定在5月19日（课程结束后1周考试）。6教材及参考资料陈珩，电力系统稳态分析，中国电力出版社华智明，电力系统稳态计算，重庆大学出版社何仰赞等，

3、电力系统分析（上、下册），华中理工大学出版社78910第一章 电力系统的基本概念第一节 电力系统概述第二节 我国电力工业和电力系统简介第三节 电力系统运行应该满足的要求第四节 电力系统的结线方式和电压等级学时：5本章作业：电力系统稳态计算25页：思考题1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-623页：习题1-111第一节 电力系统概述电力系统的形成和发展电力系统的组成电力系统的基本参量和结线图 12第一节 电力系统概述电力系统的形成和发展1831年 电磁感应和电磁力定律的发现奠定了发电机和电动机的理论基础。此后很快出现原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机。1882年 第一次出现了高压输

4、电（直流15002000V，57km，1.5kW）。1885年 在制成单相变压器的基础上，实现单相交流输电。1891年 制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，实现三相交流输电（2.5kV），形成近代电力系统的雏形。 电力系统的发展经历了： 直流交流 单相三相 低压高压13第一节 电力系统概述近代电力系统（超/特高压、远距离、大容量）在输电电压、输送距离、输送功率等方面有了千百倍的增长在电源构成、负荷成分等方面也有很大的变化在运行管理上实现了高度自动化当前世界上交流输电线路的输电电压已超过1000kV，输送距离已超过1000km，输送功率已超过5000MW。个别跨国电力系统中发电设备的总容量则

5、已超过400GW为解决交流输电同步发电机并联运行的稳定性问题，直流输电又得到应用，800kV，距离1000km以上14第一节 电力系统概述电力系统的组成 发电厂：生产电能的工厂，将其它各种形式的一次能源（煤、石油，天然气等的化学能、核能、水的势能、风能、潮汐、地热、太阳能等）转换为电能。 15第一节 电力系统概述升压变：将发电机的机端电压升高到输电电压设置升压变的理由：减小远距离输电的损耗实现大容量输电由于运送一次能源与输送电能相比不经济（铁路40和水运的1/3） ，发电厂多建于能源基地，例如坑口火电厂；由于发电机的设计、制造原因，发电机机端额定电压一般小于20kV。 16第一节 电力系统概述

6、输电网络：将发电厂生产的电能输送到配电系统输电电压：与输电距离和输送功率有关输电方式：三相交流、高压直流17第一节 电力系统概述配电网络：将高压电能逐级降压后分配给电力用户，在电力网中主要起分配电能作用的网络就称为配电网络。 高压配电电压：35kV、63kV 、110kV中压配电电压：10kV、6kV低压配电电压：380V/220V电力用户：有消耗电能的设备，电力系统的服务对象 18第一节 电力系统概述几个基本概念电力系统：由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备（一次设备）以及测量、保护、控制、通讯等智能装置（二次设备）组成的统一整体。电力网络：由变

7、压器、变换器 、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分常称电力网络，即电力系统中除发电机和电力用户以外的部分。动力系统：电力系统和动力部分的总和。其中，动力部分，包括火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备；水电厂的水库、水轮机等；核电厂的核反应堆等。 广义电力系统19Single Line Diagram20第一节 电力系统概述三者的关系：21第一节 电力系统概述电力系统的基本参量和结线图 总装机容量（有功功率）电力系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和以千瓦（1kW=103W）、兆瓦（1MW=106 1MW0.1万千瓦）、吉瓦（1GW= 109W）为单位 年发电量（电度量）：系统

8、中所有发电机组全年实际发出电能的总和以兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）、太瓦时（TWh）为单位22第一节 电力系统概述最大负荷（有功） 一般指规定时间内，如一天、一个月或一年内，电力系统有功功率负荷的最大值，以千瓦、兆瓦、吉瓦为单位。 额定频率： 我国所有交流电力系统的额定频率为50Hz。国外存在额定频率为60Hz、25Hz的电力系统。 最高电压等级： 电力系统中最高电压等级电力线路的额定电压，以千伏（kV）为单位23第一节 电力系统概述地理结线图：显示电力系统中各发电厂、变电站的地理位置，电力线路的路径及其相互间的联结。电气结线图：显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机

9、、电器、线路之间的电气连接。 24华中电网25第二节 我国电力工业及电力系统简介我国电力工业概况我国主要电力系统我国电力工业发展前景26第二节 我国电力工业及电力系统简介我国电力工业概况1882年 英国商人开办的上海电光公司所属的乍浦路电灯厂（12kW）1911 上海杨树浦电厂，12.1万kW(1924年)，远东第一发电厂1949年 全国发电装机容量185万kW，世界第21位1987年 全国发电装机容量突破1亿kW1995年3月 全国发电装机容量达到2亿kW1996年 装机容量和发电量跃居世界第2位2000年4月 全国发电装机容量突破 3亿kW2004年5月全国发电装机容量突破 4亿kW200

10、5年12月27日全国发电装机容量突破 5亿kW2006年底达到62200万千瓦，全国发电装机容量突破6亿千瓦2007年底突破7亿千瓦（71329万千瓦）2008年底为7.92亿千瓦2009年底为8.74亿千瓦2010年底为9.62亿千瓦,同比增长10.07%（5年年均增长13.22%）2011年底为10.56亿千瓦,新增容量9041万千瓦(连续6年超过9000万千瓦)2012年底为11.44亿千瓦,新增容量8020万千瓦27三峡 （长江，1820/2240万千瓦，世界第一）溪洛渡 （金沙江第3个梯级电站，1260万千瓦，中国第二，世界第三）白鹤滩 （金沙江第2个梯级电站，1250万千瓦） 乌东

11、德 （金沙江第1个梯级电站，760万千瓦） 龙滩 （红水河，630万千瓦 ） 向家坝 （金沙江第4个梯级电站，600万千瓦 ）二滩 （雅砻江 ，330万千瓦）2004年9月26日，位于黄河上游的公伯峡水电站首台机组投产，使我国水电装机容量突破1亿千瓦大关，处于世界第一2010年5月份，随着中国华能集团公司云南澜沧江小湾水电站4号机组建成投产，全国水电装机容量突破2亿千瓦；2011年，全国水电装机容量达到2.3亿千瓦，居世界第一大型水电站建设28电网建设1972年，我国第一条330kV刘天关线路将陕、甘、青电网互联形成西北电网1981年底，我国第一项自行施工设计的500kV平武输变电工程建成投产

12、。现在500kV线路已构成我国电网的骨干网络。 1990年 葛上线500kV直流输电线路双极运行，实现华中和华东两大区电网非同期联网，标志着我国进入大电网、大机组、交直流超高压输电的新阶段除西北电网330kV外，其它跨省电网和山东电网已建成500kV主网架29特高压输电西北电网青海官亭至兰州东750千伏输变电工程截至2006年9月26日零时已安全稳定运行一周年，按照“十一五”期间电网规划要求，西北电网将新增750kV输电线路4900km。 国家电网公司：晋东南至荆门特高压交流试验示范工程起于山西长治，经河南南阳，南至湖北荆门，跨越黄河、汉江，全长约653.8千米，额定电压1000kV，最高运行

13、电压1100kV，自然输送功率500万千瓦。 07年5月21日，四川上海800千伏特高压直流输电示范工程在上海奠基，额定输送功率640万千瓦，最大输送功率700万千瓦。全长约2000公里，工程动态投资估算约180亿元，计划于2011年建成投运。 南方电网公司：云南昭通广西桂林广东惠东1000kV交流线路，全长1200km，输电能力400500万千瓦；云南广东800kV直流线路，全长1600km，输电容量500万千瓦30第二节 我国电力工业及电力系统简介我国电力工业概况（经济发展，电力先行）目前基本上进入大电网、大电厂、大机组、特高电压输电、高度自动化的新时代；每年增长超过10%（2007年装机

14、容量同比增长14.36% ），但仍面临缺电，能源强度高（单位产值消耗的能源高，能源利用率低）；基于绿色可再生能源的分布式发电和智能电网是今后的发展方向31第二节 我国电力工业及电力系统简介今后我国发展电力工业的方针：继续发展燃煤火电厂（煤炭世界第三），并提高这类电厂的效率。（环保问题）加速水力资源的勘察和水电厂建设（水能资源世界第一）。（生态问题）加紧建设高压输电线路和电力系统。（资金、占地问题)及早掌握核能发电技术，以创造条件建设更多核能发电厂。（安全问题，必由之路）因地制宜，利用其它再生能源发电。（依赖技术进步）2012年中国陆上风电新增装机容量1590万千瓦，占全球新增容量三分之一以上，

15、 32第二节 我国电力工业及电力系统简介我国主要的电力系统 2011年12月9日，青藏联网工程正式投入试运行，结束了西藏电网长期孤网运行的历史 ，实现了除台湾之外的全国电网互联 。 2009年6月30日，亚洲第一、世界第二的超高压、大长度、大容量琼州海峡500kV跨海联网工程正式投运，结束了海南电力孤岛的历史。 33第二节 我国电力工业及电力系统简介我国电网组成国家电网公司：东北电网公司、华北电网公司、华东电网公司、华中电网公司（含重庆、四川、湖北、河南、湖南、江西 ）、西北电网公司、西藏电力有限公司（国网公司控股）南方电网公司：由广东、广西、云南、贵州、海南五个省级电力公司组成。34电网主网

16、架示意图 35第二节 我国电力工业及电力系统简介我国的主要发电公司五大发电集团：中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司。四小豪门：华润电力、国华电力、国投电力、中广核36第三节 电力系统运行应满足的要求电力系统运行的特点对电力系统运行的基本要求单一电力系统的联合37第三节 电力系统运行应满足的要求 电力系统运行的特点 与国民经济关系密切电能一般不能大量储存生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割电力系统的暂态过程非常短促对电能质量的要求严格电能质量的指标：电压、频率和波形 38第三节 电力系统运行应满足的要求 对电力系统运行的基本

17、要求 ：可靠、优质、经济保证可靠地持续供电 （可靠） 按对供电可靠性的要求，将负荷分为三级： 一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，设备损坏，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等。需保证不间断供电、独立的双电源。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产、使人民生活受到影响。对这一级负荷，需要具体论证是否需要独立的双电源。三级负荷：所有不属于第一、二级的负荷，如工厂的附属车间、小城镇等。在不增加备用设备的情况下，尽量保证可靠性。特殊重要负荷：要求绝对可靠地不间断供电。 39 2003年8月14日北美大停电 美加大停电的的经验教训。40美加大停电时间：2003年8月14日事件

18、：美国东北部和加拿大东部联合电网停电 影响范围：美国中西部和东北部大部分地区，以及加拿大安大略省，影响人口约5000万，停电负荷约6180万kW停电损失 ：美国 40-100亿美元 ，加拿大23亿加元 内在原因 ：美加电网缺乏统一规划 ；电力市场的唯利性可能导致牺牲可靠性来换取经济利益 教训：必须强调统一规划、科学规划2003年重庆电网最大负荷435 万kW（2011年1188万kW ）41第三节 电力系统运行应满足的要求良好的电能质量（优质） 电压质量：以电压偏移（ ）是否超过给定值来衡量。允许电压偏移对35kV及以上的电压等级为额定值的5%，10kV及以下电压级为7% 。 频率质量：频率质

19、量：以频率偏移（f-fN）是否超过给定值来衡量。我国的额定频率（工频）为50Hz，正常运行时允许的偏移为0.20.5 Hz。 波形质量：以正弦波形畸变率是否超过给定值来衡量。 42第三节 电力系统运行应满足的要求波形畸变率： 正弦波形畸变率 我国规定，610kV的系统，正弦波形畸变率不超过4%，380V系统，不超过5。 43第三节 电力系统运行应满足的要求保证电力系统运行的经济性（经济）一次能源耗量：例如煤耗率（每生产1度电所消耗的标准煤重）。标准煤：每kg含热量为29.31MJ的煤。 线损率：电网中损耗的电能与向电力网络供应电能的百分比 。厂用电率：每生产1度电能发电厂内部生产设备所消耗的电

20、能 变电站的站用电44第三节 电力系统运行应满足的要求电力系统运行的几个技术指标：发电设备利用率（或发电设备平均利用小时数）：发电设备全年所发电能与发电设备容量之比。负荷率 ：全年平均负荷与最大负荷的百分比。电压合格率：系统中所有电压监视点定时测得的合格电压次数与全部测量次数的百分比。频率合格率：系统频率合格的时间长度与全年时间长度的百分比。 45第三节 电力系统运行应满足的要求互联系统的优点：大大提高供电的可靠性，减少事故备用容量可更合理地利用系统中各种类型的发电厂，从而提高运行的经济性由于个别负荷在系统总负荷中所占比重的减小，其波动对系统电能质量的影响也将减小联合电力系统容量很大，个别机组

21、的开停甚至故障，对系统的影响将减小，从而可采用大容量、高效率的机组46第四节 电力系统的结线方式和电压等级典型结线方式电力系统的额定电压电力系统中性点的运行方式47第四节 电力系统的结线方式和电压等级典型结线方式按可靠性分为无备用和有备用两类无备用结线：单回路放射式单回路干线式单回路链式有备用结线双回路放射式、干线式、链式环网双端供电网络48第四节 电力系统的结线方式和电压等级特点：每一个负荷都只能沿唯一的路径获取电能简单、经济、运行方便缺点是供电可靠性差 图1-1649第四节 电力系统的结线方式和电压等级特点：供电可靠性高，电压质量高，但可能不够经济，环网的调度复杂。 图1-1750第四节

22、电力系统的结线方式和电压等级开式网络和闭式网络开式网络：负荷只能从一个方向获取电能的网络。如放射式、干线式、链式网络。 辐射型网络、树状网络闭式网络： 负荷能从两个及两个以上不同的方向获取电能的网络。如环网、双端供电网络。结线方式的选择：技术经济分析51第四节 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的额定电压（Rated Voltage）额定电压：国家标准规定的标准电压 为什么要规定额定电压？对应一定的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压生产的系列性、标准化和互换性的要求电气设备均按照额定电压设计，运行在额定电压时具有最好的技术经济性52第四节 电力系统的结线方式和电压等级53第四节 电力系统

23、的结线方式和电压等级同一电压等级下各电气设备所处电压不一致，存在电压配合问题 原因：沿功率输送方向，存在电压降落用电设备UN电力线路ULN发电机 UGN变压器 UTN nominal voltage generator line transformer 54第四节 电力系统的结线方式和电压等级电力线路的额定电压55第四节 电力系统的结线方式和电压等级电力线路的额定电压线路的额定电压同级用电设备的额定电压称为网络的额定电压或系统的额定电压 发电机的额定电压发电机一般接在线路始端，考虑到沿线的电压降落，取UGN105% UN56第四节 电力系统的结线方式和电压等级变压器的额定电压：变压器一、二次绕组的规