电力能源系统稳态分析培训讲义

《电力系统稳态分析》课程教案电气信息学院电气系杨力森E-mail:ylsyls@电话：6392437（办）答疑地点：B1-20813872664334答疑时间：星期二下午

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课程介绍

课程名称：电力系统分析课程编号：CN101130A学分：5总学时：80适用专业：电气工程及其自动化先修课程：电路原理，电机学一、课程的性质、目的与任务本课程是“电气工程及其自动化”专业的必修专业课程，也是该专业的学位课，在教学计划中起着承上启下的作用，它和其他专业课程及专业选修课关系密切，通过本课程的学习使学生对电力系统的基本知识有所了解，熟悉并掌握电力系统的简单计算，为其专业课，专业选修课打下基础。2二、教学基本要求了解：

（1）电力系统的基本组成及其特性；

（2）电力系统的运行状态和特性及其基本要求；

（3）电力系统分析计算的目的和内容；

（4）电力系统规划、设计、建设、运行和管理中常用的分析理论和计算方法；

（5）电力系统分析的三大计算（潮流、短路、稳定）。理解：（1）电力系统元件的数学模型；

（2）电力系统计算机潮流计算的基本原理；

（3）电力系统三相短路的物理过程及其分析；

（4）电力系统静态稳定和暂态稳定的基本分析方法。3掌握：

（1）电力系统元件参数的计算及元件模型和网络模型的建立；

（2）电力系统稳态运行的电压和功率分布计算，电力网的功率损耗和电能损耗；

（3）电压调整和频率调整，电力系统有功功率和无功功率的最优分配；

（4）电力系统简单故障的分析计算；

（5）简单电力系统的稳定性分析。其中要求学生熟练掌握：

不同计算目的的元件模型和及其参数计算；简单电力系统稳态运行的电压和功率分布的计算原理和方法；电压与无功功率平衡的关系，几种电压调整的原理和计算方法；电力系统的频率特性与频率调整；电力系统三相短路的实用计算，简单不对称故障的分析计算；简单系统静态稳定和暂态稳定的分析计算。4三、教学参考书《电力系统稳态分析》（第二版）（东南大学陈珩编）《电力系统暂态分析》（第二版）（西安交大李光琦编）《电力系统分析》（上、下）（华工何仰赞编）《电力系统习题集》（上海电院陆敏政编）

四、考核方式平时成绩：主要是上课考勤记录、课堂练习、作业占总成绩。考试成绩：笔试闭卷（A、B卷任选）、120分钟、卷面100分。总评成绩：平时成绩（30%）+考试成绩（70%）。

5第一章电力系统的基本概念一．电力系统概述二．我国电力系统和电力工业简介三．电力系统运行应满足的基本要求四．电力系统的结线方式和电压等级五．电力系统工程学科和电力系统分析课程6一．电力系统概述电力系统的形成和发展1、1831年法拉第发现了电磁感应定律。很快出现了原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机；输电电压只有直流低压100—400v2、第一次高压输电出现于1882年。法国人M·德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能输送到57km外的慕尼黑，并用以驱动水泵。电压：直流1500—2000v功率：1.5kw7一．电力系统概述3、1885年在制成变压器的基础上，实现单向交流输电；1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，实现了三相交流输电。4、1891年在法兰克福举行的国际电工技术展览会上，在德国人奥斯卡·冯·密勒主持下展出的输电系统，奠定了近代输电技术的基础。8一．电力系统概述系统概况：起于劳芬镇，止于法兰克福，全长178km；劳芬镇的水轮发电机组：其功率为230kvA，电压约95v，转速为150r／min。升压变压器将电压升高至25000v，电功率经直径为4mm的铜线输送至法兰克福。在法兰克福，用两台降压变压器将电压降至112v。其中一台变压器供电给白炽灯，另一台给异步电动机，电动机驱动一台功率为75w的水泵。5、之后，汽轮机取代蒸汽机，交流电取代直流电，高电压取代低电压，输电距离增加，大的电力系统出现。9一．电力系统概述近代电力系统特点1：电源成分和负荷成分方面的巨大变化特点2：运行管理上的高度自动化特点3：输电电压，输电距离，输电功率上的巨大变化。交流输电电压超过1000kv，输电距离超过1000km，输电功率超过5000MW。直流输电电压达到±600kv10一．电力系统概述电力系统——是由发电厂、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。11一．电力系统概述电力系统的基本参量和接线图总装机容量——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。

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。12一．电力系统概述最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。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。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。13一．电力系统概述

地理结线图——电力系统的地理结线图主要显示该系统中发电厂、变电所的地理情况，电力线路的路径，以及它们相互问的联结。因此，由地理结线图可获得对该系统的宏观印象。

电气结线图——电力系统的电气结线图主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气结线。因此，由电气结线图可获得对该系统的更细致了解。14二．我国电力系统和电力工业简介概况电力工业起步很早，但发展缓慢1882年：我国上海出现第一个发电厂1949年：总装机容量仅达1850MW，年发电量仅达4.3TW.H2002年底全国发电装机容量达到3.56亿千瓦，发电量达到16542亿千瓦时，均居世界第二位发展速度：每年接近2000万kW15电力系统之最：我国电力系统的发展：年人均电量：我国： 1000kW.h中等发达国家： 7000kW.h北欧、美国： 18000kW.h16二．我国电力系统和电力工业简介中国电力系统现状：到2000年底发电装机容量达3.53亿千瓦;3.53/13.5=260W/人水电：8455万千瓦（24%），火电：2.64亿千瓦（75%）核电：370万千瓦（1%）风电：很少17二．我国电力系统和电力工业简介发电量16400亿千瓦时；16400/13.5=1200度/人水电：2710亿千瓦时，火电：13420亿千瓦时核电：250亿千瓦时用电负载工业交通行业：电动机55％—65％，其它（电解电镀、充电电源）等15%，照明：20％家用电器10％－15％18二．我国电力系统和电力工业简介电力先行缺电厂网分开瓶颈

能源强度

发展方针：继续发展燃煤火电厂，并提高这类电厂的效益加速水力资源的勘察和水电厂建设加紧建设高压输电线路和电力系统及早掌握原子能发电技术，以创造条件建设更多原子能发电厂因地制宜，利用其它再生能源发电19二．我国电力系统和电力工业简介我国主要电力系统简介已形成7个跨省区域电网：东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝5个独立省级电网：山东、福建、新疆、海南、西藏（未包括港澳和台湾地区）电力体制改革:２个电网公司（国家电网公司和中国南方电网有限责任公司）和５个发电公司20CEPRI5PowernetworkinChinaPowernetworkinChinaPowernetworkinChina500500kVkV220220kVkV330330kVkVThermalThermalPlantPlantHydroHydroPlantPlantNuclearNuclearPlantPlantXinjiangXinjiangTibetTibetNortheastNortheastNorthNorthNorthwestNorthwestSichyuSichyuCentralCentralEastEastSouthSouthPowernetworkcoverage96.4%

国家电网公司中国南方电网有限责任公司21二．我国电力系统和电力工业简介我国电力工业的发展前景2000、2015年的总装机容量和年发电量

290GW

580GW

1450TW•h

2900TW•h全国性联合电力系统的出现到2002年底：35kV及以上线路总长度：80.6万公里其中：500kV线路：3.5万公里330kV线路：9.7万公里220kV线路：14.2万公里35KV线路：53.2万公里22二．我国电力系统和电力工业简介“西电东送，南北互供，全国联网”是我国一次能源和负荷中心分布的不均衡性和在全国范围内实现资源优化配置的目标所决定的。西电东送和全国联网工程的目标正在逐步实现。三峡向华东送电工程投产拉开了大规模西电东送的序幕。23二．我国电力系统和电力工业简介华北－东北、川瑜－华中、华东－福建和华北－华中联网已经于9月21日实现。形成了由东北、华北、华中、川瑜４大电网组成，起伊敏、南至二滩，地跨14省、市、自治区，装机容量超过1.4亿千瓦，南北距离超过4600km的同步大电网。2004年底三峡－广东的直流线投产后，除西北电网外，全国大区电网的互联将基本实现。24二．我国电力系统和电力工业简介西电东送的3条通道南通道：云(南)电、贵(州)电东送广东中通道：川电、三峡东送华中、华东、三峡电力系统。金沙江水电送华中、华东北通道：‘三西(蒙西、山西、陕西)’火电，西北水电送华北京津唐、河北南网到2020年，三条通道西电东送的总容量将超过1亿kW。253000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2005DC263000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseRegionalGridsInterconnectionin2010DCPossibleInternationalconnectionAC273000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2015-2020DCPossibleInternationalconnection28三．电力系统运行应满足的基本要求电能生产、输送、消费的特点电能与国民经济各个部门之间的关系都很密切。电能不能大量储存。生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。对电能质量的要求颇为严格29对电力系统运行的基本要求保证可靠地持续供电计划内停电计划外停电保证供电可靠性的措施可靠性的定量和定性分析三．电力系统运行应满足的基本要求30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，经济严重损失，人民生活发生混乱。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。三．电力系统运行应满足的基本要求31保证良好的电能质量

电压:±5%

频率:±0.2~0.5Hz

波形:谐波污染经济性

煤耗率

线损率三．电力系统运行应满足的基本要求32单一电力系统的联合可大大提高供电的可靠性，减少为防止设备事故引起供电中断而设置的备电容量；可更合理地调配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减少电力系统中发电设备的总容量；三．电力系统运行应满足的基本要求33更合理地利用系统中各种类型的发电厂，从而提高运行为经济性。由于个别负荷在系统总负荷中所占比重的减小，其被动对系统电能质量力影响也将减小。联合电力系统容量很大，个别机组的开停甚至故障，对系统的影响将减小，从而可采用大容量、高效率的机组三．电力系统运行应满足的基本要求34包括单回路放射式、干线式和链式网络

优点：简单、经济、运行方便

无备用结线缺点：供电可靠性差

适用范围：二级负荷

包括双回路放射式、干线式和链式网络

优点：供电可靠性和电压质量高

有备用结线

缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷几种典型结线方式的特点四．电力系统的结线方式和电压等级35不同电压等级的适用范围四．电力系统的结线方式和电压等级36不同电压等级的适用范围的说明：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%；在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%；取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；四．电力系统的结线方式和电压等级37取线路始端电压为额定电压的105%；取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。

四．电力系统的结线方式和电压等级38升压变压器（例如35/121，10.5/242）一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压；二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。39降压变压器（110/38.5，220/38.5）一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。40电力系统中性点的运行方式特点：供电可靠性低，比较经济；

故障时：如发生接地故障，则构成直接接地短路回路，接地相电流很大；适用范围：110KV以上系统。

特点：供电可靠性高，绝缘费用高；故障时：如发生接地故障，不必切不接地除接地相，但非接地相对地电压为

相电压适用范围：60KV以下系统

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1.中性点经消弧线圈接地（电抗线圈）中性点不接地方式

2.中性点经非线性电阻接地

过补偿（总电流为感性）

欠补偿（总电流为容性）

电力系统中性点的运行方式42负荷ABCCCCICa.电路图适用范围3kV~60kV的电力系统

正常运行时0UAUBUCICBICCICAb.矢量图UA＋UB＋UC＝0ICA＋ICB＋ICC＝0结论：三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。中性点不接地的电力系统43中性点不接地的电力系统0UBUAUCI’CBI’CC-I’CA60-UAUC’UB’

-UAICAICAICBICBICCICCIPE负荷ABCCCCUA’UB’UC’

单相金属性接地故障时(A相)44故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。中性点不接地的电力系统单相接地故障0UBUAUC60-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CA45

接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5A~10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.5~3）U，将危害整个电网的绝缘安全。如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。中性点不接地的电力系统单相接地故障46中性点经消弧线圈接地的电力系统

消弧线圈安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。单相(C相)金属性接地故障负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB47中性点经消弧线圈接地的电力系统

C相发生接地时，中性点电压变为-UC，在消弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90°），其数值为

IL＝UC

/XL＝U/XL消弧线圈的作用

当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB48中性点直接接地的电力系统特点：供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。适用范围：我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统。380/220V低压系统。负荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)49中性点经电阻接地的电力系统

特点：

降低工频过电压，抑制弧光过电压；消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压；设置零序保护动作跳闸；避免发生高压触电事故；供电可靠性有保证。适用范围：配网系统（与中性点经消弧线圈接地、不接地比选）在我国城市配网系统中：全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性点经消弧线圈接地；对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。50五．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的范畴大致包含电力系统理论、输配电技术、电力系统规划、电力系统运行、电力系统保护和电力系统控制等领域：电力系统理论是以电路、电磁场和电机理沦为基，吸收大量新兴学科的有关内容，并结合电力系统的特点而形成的面向近代电力系统的理论，是其它各个领域的理论基础。51输配电技术主要涉及超高压输电线路、远距离交直流输电系统，以及提高输电线路输送能力等方面的问题。电力系统规划主要涉及远景负荷规划、电源规划、网络规划、可靠性分析．环境保护、生态平衡等方面的问题。电力系统运行主要涉及稳态运行分析、暂态过程分析、安全性分析、电能质过管理，运行方式优化等方面的问题。五．电力系统工程学科和电力系统分析课程52电力系统保护主要涉及故障分析、元件保护、线路保护、系统性故障保护和过电压及其防护等方面的问题。电力系统控制主要涉及数据采集、个别变量的调节、电能质量控制、运行优化控制、安全性控制、能量管理系统等方面的问题。五．电力系统工程学科和电力系统分析课程53电力系统分析课程内容电力系统稳态分析电力系统的基本知识电力系统中各元件的特性和数学模型电力系统正常运行状况的分析和计算电力系统的运行调节和优化电力系统暂态分析电磁暂态过程机电暂态过程波过程（高电压技术课程讲）电力系统研究工具简介电力系统的数学模拟电力系统的物理模拟五．电力系统工程学科和电力系统分析课程54第二章电力系统各元件的特性和数学模型问题一．电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部分的特性和数学模型

1.发电机组 2.变压器

3.电力线路4.负荷问题二．电力网络的数学模型

55复功率的符号说明：

取

滞后功率因数为正，感性无功负荷

运行时，所吸取的无功功率

超前功率因数为负，容性无功滞后功率因数为正，感性无功发电机

运行时，所发出的无功功率

超前功率因数为负，容性无功

56第一节发电机组的运行特性和数学模型

发电机稳态运行时的相量图和功角特性隐极发电机的相量图和功角特性57隐极式发电机功率特性方程：

58凸极式发电机的相量图和功角特性图2-3凸极式机发电机的相量图图2-4凸极式机发电机的功角特性曲线59二．隐极发电机组的运行限额和数学模型

60决定隐极式发电机组运行极限的因素：定子绕组温升约束。取决于发电机的视在功率。以O点为圆心，以OB为半径的圆弧S。

励磁绕组温升约束。取决于发电机的空载电势。以O’点为圆心，以O’B为半径的圆弧F。

原动机功率约束。即发电机的额定功率。直线BC。

其他约束。当发电机以超前功率因数运行的场合。综合为圆弧T。

61发电机组的数学模型：

发电机组在约束的上、下限运行。通常以两个变量表示，即发出的有功功率P和端电压U的大小或发出的有功功率P和无功功率Q的大小。62《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品