电力系统分析第一章新

1、电力系统分析第一章新第1页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五参考书： 1、何仰赞等.电力系统分析（上/下），华中科技大学出版社 2、夏道止.电力系统分析，中国电力出版社 3、韩祯祥主编. 电力系统分析，浙江大学出版社 4、陈珩.电力系统稳态分析，水利电力出版社 5、李光琦.电力系统暂态分析，水利电力出版 6、单渊达主编.电能系统基础，机械工业出版社目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法。本课程涉及的主要学科知识：高等数学、电路理论，电机学理论，基础物理，控制理论等。 电力系统分析 第2页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五电力系统分析第一章 电力系统的基本

2、概念第3页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五第一章 电力系统的基本概念1.5 电力系统元件的参数和等值电路1.6 标幺值1.3 电力系统的接线和额定电压等级1.2 电力系统的负荷和负荷曲线1.1 电力系统概述1.4 电力线路的结构第4页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.1 电力系统概述一、电力工业概述1、电力工业的重要性 首先，电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点； 其次，电力是一种安全、卫生和可持续的能源，电力工业能够为社会经济的发展提供持久和卫生的

3、动力和能量。2、电力工业的发展： 目前，我国电力工业格局主要包括两大电网和五大发电 集团，全国总发电装机容量已突破9亿千瓦；2020年末，预计达到16亿千瓦。第5页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五山 东河 北 安 徽浙 江上 海江 苏黑 龙 江广 东湖北陕西福 建广 西江 西河南湖 南四 川内 蒙 古海南西 藏宁夏甘 肃青 海新 疆天 津吉 林辽 宁贵 州北 京云 南重 庆山 西南方电网公司国家电网公司1.1 电力系统概述第6页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五山 东河 北 安 徽浙 江上 海江 苏黑 龙 江广 东湖北陕西福 建广 西江 西河南湖 南四

4、 川内 蒙 古海南西 藏宁夏甘 肃青 海新 疆天 津吉 林辽 宁贵 州北 京云 南重 庆山 西南方电网公司国家电网公司东北电网华北电网华东电网华中电网西北电网国家电网公司代管华能集团公司大唐集团公司华电集团公司国电集团公司电力投资集团公司1.1 电力系统概述第7页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.1 电力系统概述自1996年起，我国发电装机容量一直位居世界第二位。美国能源部信息管理局发布的国际能源展望2006预测，到2020年中国发电总装机容量将超越美国跃居世界第一。 我国2010年底发电总装机容量(包括火电、核电、水电、风电)已达9.62亿千瓦，到2012年10月，装

5、机总量将突破10亿千瓦。 10亿千瓦的发电装机总容量是日本全国发电装机总容量的3.3倍，是欧盟所有国家发电装机总容量的1.25倍，与美国基本持平略微超出，这当然是个了不起的成就，从1995年的2.18亿千瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。 第8页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五沂蒙站临沂站十里泉电厂郯城站苍山站云蒙站沂水站九莲站沈泉站临沂电厂费县电厂梅埠站相公站阳都站500kV枣庄站500kV日照站日照莒州站日照电厂钟罗站柳青站温水站临沂电网地理接线图江泉热电宝泉站常林站1.1 电力系统概述第9页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1

6、.1 电力系统概述二、电力系统概述第10页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.1 电力系统概述第11页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五动力系统（广义电力系统）：动力部分与电力系统组 成的整体。 1、电力系统的组成：1.1 电力系统概述电力网：电力系统中输送与分配电能的部分，主要由 输电网和配电网组成。 电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统。 包括：发电机、电力网（变压器、电力线 路）和用电设备组成。第12页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.1 电力系统概述2、电力系统的运行特点与基本要求：电能不能大量的存贮电力系统的暂态

7、过程非常短促与各行业和人民生活密切相关电力系统的运行特点 提供充足的电能保证安全可靠的供电保证良好的电能质量良好的经济性环保问题 系统运行基本要求第13页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五3、本课程主要学习内容：稳态分析电力系统元件模型及参数计算电力网的电压和功率分布电力系统的电压和频率调整故障分析电力系统的三相短路故障电力系统的不对称故障稳定性分析电力系统的机电特性电力系统的暂态稳定、静态稳定1.1 电力系统概述第14页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.2 电力系统的负荷和负荷曲线一、电力系统的负荷： 负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功

8、率总和。 也称电力系统的综合用电负荷，是所有用户的负荷总加。负荷分类：按负荷性质分类：工业、农业、交通运输业、商业、生活等；按供电可靠性分类：一级负荷、二级负荷和三级负荷。 电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。 电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。 第15页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.2 电力系统的负荷和负荷曲线定义：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律。分类：日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。 二、负荷曲线： 日负荷曲线：描述负荷一天24小时内所需功率的变化情况； 是供调度部门制定各个发电厂发电计划的依据。 日平均负

9、荷：一天的总耗电量：第16页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五(a）钢铁工业负荷；(b) 食品工业负荷；(c) 农村加工负荷；(d) 市政生活负荷。 日负荷曲线举例：1.2 电力系统的负荷和负荷曲线第17页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.2 电力系统的负荷和负荷曲线 年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率 负荷变化的情况；可供调度、计划部门有计划安排全年机组 检修、扩建或新建发电厂。 机组维修新建或扩建机组的容量第18页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.2 电力系统的负荷和负荷曲线 年持续负荷曲线：按一年中系统

10、负荷的数值大小及其持续小 时数顺序排列绘制而成；可供编制电力系统发电计划和进行 可靠性计算用。 t1PPmaxP1P2P3tt3t28760全年耗电量：最大负荷利用小时数：最大负荷利用小时数Tmax ：即用最大负荷消耗一年的电能所 需的时间。 第19页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.2 电力系统的负荷和负荷曲线最大负荷利用小时数 Tmax 可用于估算常用电力用户的全年用电量。 表1-1 各类用户的年最大负荷利用小时数负 荷 类 型Tmax/h户内照明及生活用电20003000一班制企业用电15002200二班制企业用电30004500三班制企业用电60007000农灌

11、用电10001500三、负荷特性负荷功率随电压或频率变化的特性。 第20页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级一、电力系统的接线1、电力系统接线图：电气接线图和地理接线图 电气接线图 反映系统主要元件之间的电气连接关系。第21页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级 地理接线图反映发电厂、变电所的相对地理位置和电力线路路径。 第22页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级2、电力系统接线方式及其特点： 无备用接线方式：单回路放射式、干式、

12、链式网络 放射式 干线式 链式优点：简单、经济、运行方便；缺点：供电可靠性差。第23页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级 有备用接线方式：双回路放射式、干式、链式网络；环式和 两端供电网。 放射式 干线式 链式 环式 两端供电网络优点：供电可靠性高、电压质量高；缺点：不经济、运行调度复杂。适用范围：电压等级较高或重要的负荷。 接线方式选择依据：运行的可靠性、经济性、灵活性和操 作的安全性。 第24页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级1、电力系统电压等级：二、电力系统的电压等级 目前，

13、我国电力系统（电网）额定电压等级主要有：3kV， 6kV，10kV， 35kV，110kV，220kV，500kV，750kV。 说明： 在一个电力系统内，电压等级差一般为23倍； 在一个国家内，宜选用一种电压系列。 在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电 机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压 各不相同。额定电压：用来代表电力网或电气设备运行电压特性的数值。第25页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级第26页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级2、电力元件额定电压等级选择原则：

14、 某一级的额定电压是以系统的额定电压（用电设备额定电压） 为中心而定的。线路：等于系统的额定电压（用电设备额定电压）。 发电机：规定比系统的额定电压高5%。 变压器：一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相 同；与发电机直接相连时，则与发电机相同。 二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%， 考虑变压器内部的电压损耗（5%），实际应定为 比线路高10%。 注意：二次侧直接与用电设备相连时，即线路不长，则 其二次侧额定电压比系统高5%。第27页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级典型例题：确定各设备额定电压作业1：确定各设备的额定电压1

15、0.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV第28页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级三、电力系统中性点接地方式：1、中性点直接接地方式：特点：供电可靠性差，但较经济。适用范围：110kV以上系统。发生接地故障时：非故障相对地电压不变，接地相短路电流很大。第29页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级2、中性点不接地方式： 发生接地故障时：不必切除故障相，非故障相电压变为 倍相电压。特点：供电可靠性高，但绝缘费用高。适用范围：60kV以下系统。第30页，共83页

16、，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级总结：系统中一相接地的特点比较中性点直接接地方式： 电流：故障相电流和流入故障点的电流很大 中性点电压：故障相和中性点电压为零 非故障相电压：对地电压仍为相电压 线电压：与故障相相关的线电压降低为相电压中性点不接地方式： 电流：接地点的电容电流是正常运行时一相对地 电容电流的3倍中性点电压：中性点电压升高为相电压非故障相电压：对地电压升高为线电压线电压：三相之间的线电压保持与正常时相同第31页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.3 电力系统的接线和额定电压等级3、中性点经消弧线圈接地： 特点：

17、接地消弧线圈可以形成一个与容性接地电流大小相近的感性电流，减少接地点电流，提高供电可靠性。 适用范围：36kV电力网（接地电流30A）；10kV电力网（接地电流20A）；3560kV电力网（接地电流10A）。 第32页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.4 电力线路的结构电力线路按结构分为架空线路和电缆线路。1、架空线路组成包括五部分： 导线 避雷线 杆塔 绝缘子 金具第33页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.4 电力线路的结构针式绝缘子：10kV及以下线路 绝缘子：针式、悬式、棒式 第34页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1

18、.4 电力线路的结构悬式绝缘子：主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。第35页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.4 电力线路的结构棒式绝缘子：起到绝缘和横担的作用，应用于1035kV农网。第36页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.4 电力线路的结构 杆塔按材料分为：木杆、钢筋混凝土杆、铁塔 第37页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.4 电力线路的结构2、电缆线路包括三部分： 导体 绝缘层 保护层第38页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路

19、 说明： 各元件参数是电力系统稳态分析所用参数（正序 参数）； 三相系统是对称的，其等值电路一般采 用单相等值电路。 一、电力系统元件的参数和等值电路电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导 四个参数表示的等值电路，常用的是型 等效电路。1、电力线路的参数（集中分布参数）和等值电路：单位长度的各参数计算： a. 单位长度的电阻：精确计算时进行温度修正: 第39页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路b.单位长度的电抗： 三相导线排列对称(正三角形)或三相导线排列不对称，进行 整体循环换位后三相电抗相等。 分裂导线输电线路等值电抗： 其中：

20、第40页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五 分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。1.5 电力系统元件的参数和等值电路第41页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路c. 单位长度的电纳：d. 单位长度的电导： 电晕临界电压： 总结： 1）电阻和电抗是串联参数，电导和电纳是并联参数； 2）实际上，在设计线路时，已检验了所选导线的半径是 否能满足晴朗天气不发生电晕的要求，一般情况下认 为 ；电抗、电纳参数一般变化不大，近似计算时 取： ， 。g=0第42页，共83页，2022年，5月2

21、0日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路线路的电抗： 解：线路的电阻：例题1-1：某380kv输电线线路，导线水平排列并经整循换位， 相间距离为8m，求单位长度的电阻、电抗和电纳： （1）导线为LGJQ-600型，计算直径为33.2mm。线路的电纳：几何均距Dm和半径r单位要一致第43页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路（2）导线为LGJ-2300型，每根导线的计算直径为25.2mm，分 裂间距为 400mm。线路的电抗：线路的电阻：线路的电纳：解：第44页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5

22、电力系统元件的参数和等值电路电力线路的等值电路： 短输电线路：长度100km（或很短的电缆线），电导和电纳 忽略不计。线路阻抗：第45页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路(a)形等值电路 (b)T形等值电路 分析计算时电力线路常用的是型等值电路。 其中l 为线路长度；该计算为集中分布参数 计算方法。中等长度的输电线路：架空线：100km300km（电缆：300km（电缆： 100km），需要 考虑分布参数特性。精确分布参数近似分布参数第47页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路作业2：

23、 一条220kV输电线，长180km，导线为LGJ-400型，计算直径2.8cm，水平排列并经整循换位，相间距离为7m；求该线路参数R，X，B，并画出等值电路图。 第48页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路2、变压器的参数和等值电路： 变压器的试验数据：短路损耗Ps，短路电压百分比Us%；空载损耗P0，空载电流百分比I 0%。电阻RT：变压器的短路损耗Ps近似等于变压器的电阻产生的 额定总铜耗； 双绕组变压器（常用的是型等值电路）第49页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路电抗XT：短

24、路压降Us几乎全部降落在电抗上；电导GT：变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压 器的空载损耗P0；电纳BT：在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上 接近相等。 第50页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路 注意： 电纳 BT 是电感铁芯决定的感性电纳，在等值电路中以负号 出现； 公式中各量的单位分别是：UNkV；SNMVA；PkW； UN 为额定线电压，视需要选用一次侧或二次侧电压额定值， 即为归算到相应侧的参数。 例1-2：有一台SFL1-31500/110 型向 10kv 网络供电的降压变压器，试计算归算到高压侧的变压器参

25、数。铭牌给出的试验数据为：第51页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路解：由型号知： ；各参数如下： 作业3：计算上述变压器归算到低压侧的参数，并画出等值电路。 第52页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路三绕组变压器参数和等值电路： 三绕组变压器导纳GT-jBT的计算方法与双绕组变压器相同： 所不同的是关于阻抗 RTijXTi 的计算：第53页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路 三个绕组容量相同，相应的短路损耗 Psi 和压降 U

26、si%不需进 行归算，直接按下述公式求解即可： （a） （b） 三个绕组容量不相同，首先需要进行容量的归算，再代入上 述式（a）和（b）求取对应的短路损耗 Psi 和压降 Usi%。 容量不相同，即SN / S2N / S3N=100/50/100或100/100/50。归算 公式如下：第54页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路 补充例题 ：三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220，额定容量为120/120/60MVA，额定电压为：220/121/11kV,求变压器归算到220kV侧的参数，并作出等值电路。 未归算已归

27、算第55页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路解：1）求各绕组的电阻：同理可得：电阻计算如下：第56页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路2）求各绕组电抗：电抗计算：变压器阻抗参数：第57页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路3）求导纳：等值电路：第58页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五作业4：有一容量比为100/100/50，额定电压为220/38.5/11kV，额定容量为90MVA的三绕组变压器，试验数据如下

28、。试求归算至高压侧的变压器参数。1.5 电力系统元件的参数和等值电路第59页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路3、电抗器R、电容器C和发电机G的参数：4、负荷参数：恒功率参数： 恒阻抗参数：第60页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路1）发电机、负荷采用恒功率等效，变压器采用型等效电路， 电力线路采用型等效电路；2）各元件参数需归算到同一电压等级（基本级）；归算如下：二、电力网络的等值电路 分别为归算前各电压等级的参数和归算后的同一电压等级的参数；k为各变压器变比。其中：和第61页，共

29、83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五例如：取10kV为归算基本级，则110kV级线路L-2阻抗、电压、电流归算如下：1.5 电力系统元件的参数和等值电路第62页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路例题1-4：某电力系统如图所示：各元件技术指标已标示，T-2、T-3参数相同， L-1、L-2参数相同，变压器忽略电阻和导纳。试分别作出归算到110kV和10kV侧该系统的等值电路。 第63页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路解：1）归算到110kV侧变压器T-1： 变压器T-2

30、、T-3： 电抗器R： 发电机G：线路L-1、L-2：第64页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路2）归算到10kV侧 发电机G：变压器T-1： 变压器T-2、T-3： 电抗器R：线路L-1、L-2：第65页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路等值电路：把对应归算等级110kV（或10kV）各元件参数标注在图中。第66页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.5 电力系统元件的参数和等值电路作业5：简单电力系统接线如下图所示，有关参数标于图中，试求此系统的等值电路（参数

31、均以有名值表示）。第67页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.6 标幺值一、标幺值 注意：1）标幺值没有量纲； 2）所选基准值不同，标幺值不同。 1、标幺值的基本概念：若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为VB，IB，SB，ZB，则相应的标幺值为： 第68页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.6 标幺值2、基准值的选择： 基准值的选取原则： 全系统只选一套； 一般选额定值； 满足电路的基本关系。1）除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任意值。2）考虑采用标幺值计算的目的：a）简化计算; b）便于对 结果进行分析比较。第69页，共83页，2022年，5

32、月20日，3点50分，星期五1.6 标幺值1）单相电路中基准值选择： 结论：只要基准值的选择满足基本电学关系，则在标幺制 中，电路中各物理量之间的关系与有名值相同，有 关公式可以直接应用。 第70页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.6 标幺值2）三相电路中基准值选择： 结论： a. 在标幺制中，三相电路计算公式与单相电路计算公式完全相同，线电压与相电压的标幺值相同，三相功率与单相功率的标幺值相同。 b. 对称三相电路完全可以按单相电路的标幺值进行计算，但各物理量的基准值是不同的。 第71页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.6 标幺值3）三相电路的

33、习惯做法：只选UB 和 SB，由此计算ZB、YB和 IB。有名值换算成标幺值：标幺值结果换算成有名值：第72页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.6 标幺值二、基准值改变时标幺值的换算（2）新基准值下的标幺值：（1）把标幺阻抗还原成有名值：例如：发电机、变压器、电抗器的换算公式：第73页，共83页，2022年，5月20日，3点50分，星期五1.6 标幺值三、多电压等级网络中各参数标幺值计算及其等值电路1将网络中各元件参数及电压、电流的有名值（实际值）先归 算到选定的基本级（UB和SB），然后再除以与基本级（UB 和SB）相对应的参数基准值ZB、YB和 IB。网络中各元件参数先不进行归算，按照其所处的电压等级直接计算其有名值（实际值）；然后用未经归算的参数有名值（实际值）除以对应电压等级的基准值即可得其标幺值。 先由选定的基本级（UB和