电力系统分析与应用课件-施卫华

电力系统分析与应用欢迎来到电力系统分析与应用课程！课程介绍：目标与内容目标深入理解电力系统分析的基本原理，掌握常用电力系统分析方法，并应用于实际电力系统问题解决。内容涵盖电力系统概述、基本元件分析、潮流计算、短路故障分析、稳定分析、控制与保护、自动化、电力市场、规划、智能电网、电能质量等方面。电力系统概述：结构与运行1发电厂：负责将一次能源转换为电能。2输电线路：负责将电能从发电厂传输到负荷中心。3变电站：负责改变电压等级，调节电力流动方向。4配电网络：负责将电能分配到最终用户。电力系统的基本元件：发电机同步发电机用于电力系统中发电，输出交流电，通常采用同步旋转磁场原理。异步发电机用于电力系统中发电，输出交流电，通常采用感应电动机原理。直流发电机用于电力系统中直流电的供电，通常用于电气化铁路和电解工业。电力系统的基本元件：变压器变压器用于改变电压等级，实现电力传输和分配。变压器是电力系统中重要的能量转换设备，确保电力安全可靠传输。变压器种类繁多，包括电力变压器、配电变压器、仪用变压器等。电力系统的基本元件：输电线路架空线路电力线架设在电线杆或铁塔上，占地面积小，造价低廉。1地下线路电力线埋设在地下，占用土地少，景观美观，但造价较高。2海底线路电力线铺设在海底，用于跨海传输电力，技术难度大，造价高昂。3电力系统建模：等值电路1节点法将电力系统简化为节点和支路，方便分析电力流动和电压分布。2支路法将电力系统简化为支路和节点，方便分析电流和功率流动。3混合法结合节点法和支路法，根据具体情况选择合适的建模方法。电力系统参数计算阻抗计算计算输电线路、变压器、发电机等元件的阻抗，用于短路故障分析和潮流计算。电抗计算计算输电线路和变压器的电抗，用于稳定分析和暂态分析。电容计算计算输电线路和变压器的电容，用于电压控制和无功功率优化。电力系统潮流计算：目的与方法目的计算电力系统在一定负荷条件下的电压、电流、功率等运行参数，以评估系统的运行状态。方法高斯-塞德尔法、牛顿-拉夫逊法、直流潮流计算等，根据精度和计算量要求选择合适的方法。高斯-塞德尔法潮流计算迭代根据已知节点电压和电流，迭代计算每个节点的电压值，直到误差小于设定值。1收敛性高斯-塞德尔法收敛速度较慢，但对初始值不敏感。2应用适用于小型电力系统潮流计算，对精度要求不高。3牛顿-拉夫逊法潮流计算1方程组建立电力系统潮流方程组，通过牛顿-拉夫逊法求解节点电压。2收敛性牛顿-拉夫逊法收敛速度快，但对初始值敏感。3应用适用于大型电力系统潮流计算，对精度要求较高。直流潮流计算1简化忽略线路电抗，将电力系统简化为无功功率为零的电路，简化潮流计算。2应用用于电力系统规划和稳定分析，对精度要求不高。潮流计算的应用：电压控制潮流计算的应用：无功功率优化优化目标降低系统无功功率损耗，提高系统电压质量，提高电力系统运行效率。优化方法通过调整无功补偿装置和发电机励磁，优化无功功率分配，达到最佳运行状态。短路故障分析：对称故障1三相短路三相线路同时发生短路，电流最大，对系统影响最大。2单相短路单相线路发生短路，电流较小，对系统影响较小。3两相短路两相线路发生短路，电流介于三相短路和单相短路之间。短路故障分析：不对称故障相间短路两相线路发生短路，电流不均匀分布。单相接地短路单相线路发生接地短路，电流沿着线路和接地路径流动。两相接地短路两相线路发生接地短路，电流沿着线路和接地路径流动，对系统影响较大。短路电流计算：标幺制概念将实际值转换为标幺值，简化短路电流计算，便于比较不同电压等级的短路电流。应用广泛应用于电力系统短路电流计算，方便快捷，提高计算效率。短路电流计算：序分量法1将三相电流分解为正序、负序、零序分量，便于分析不对称故障。2利用序分量法可以计算出不同故障下的短路电流，并确定保护装置的整定值。3序分量法是电力系统短路故障分析的重要方法，广泛应用于电力系统保护装置的设置。序阻抗与序网络序阻抗指电力系统元件在正序、负序、零序电流下的阻抗，用于短路故障分析和保护装置整定。序网络指电力系统在正序、负序、零序电流下的等值电路，用于短路故障分析和保护装置整定。单相接地短路分析单相线路发生接地短路，电流沿着线路和接地路径流动，对系统影响较大。单相接地短路会造成系统电压下降，影响电力设备的正常运行。单相接地短路需要及时切断故障线路，避免故障扩大，保护电力系统安全。两相短路分析1故障类型两相短路是指电力系统中两相线路发生短路，电流不均匀分布。2影响两相短路会导致短路电流增大，影响电力设备的安全运行。3保护两相短路需要及时切断故障线路，避免故障扩大，保护电力系统安全。两相接地短路分析故障特点两相线路发生接地短路，电流沿着线路和接地路径流动，对系统影响较大。保护措施需要及时切断故障线路，避免故障扩大，保护电力系统安全。短路故障的保护距离保护根据故障点到保护装置的距离，判断故障位置，并发出跳闸指令。电流保护根据故障电流的大小，判断故障发生的位置，并发出跳闸指令。差动保护比较故障线路两端的电流，判断故障发生的位置，并发出跳闸指令。方向保护根据故障电流的方向，判断故障发生的位置，并发出跳闸指令。电力系统稳定分析：基本概念稳定性指电力系统在受到扰动后，能够保持正常运行状态的能力。1稳定性类型包括静态稳定、动态稳定、暂态稳定等。2分析方法利用电力系统分析软件进行模拟，评估系统稳定性，找出潜在问题。3静态稳定分析1概念指电力系统在受到扰动后，能够在新的平衡状态下保持稳定运行的能力。2方法利用电力系统分析软件进行模拟，计算系统在不同扰动下的功率极限，评估系统稳定性。3应用用于规划和运行电力系统，确保系统在受到扰动后能够稳定运行。动态稳定分析1概念指电力系统在受到扰动后，能够在短时间内恢复到稳定运行状态的能力。2方法利用电力系统分析软件进行模拟，计算系统在不同扰动下的暂态响应，评估系统稳定性。3应用用于规划和运行电力系统，确保系统在受到扰动后能够快速恢复稳定运行。暂态稳定分析提高电力系统稳定性的措施增加发电机容量增加发电机容量可以提高系统稳定性，降低系统频率下降的幅度。提高输电线路传输能力提高输电线路传输能力可以减少功率损失，提高系统稳定性。增加无功补偿装置增加无功补偿装置可以提高系统电压水平，改善系统稳定性。电力系统控制：目标与方法1目标确保电力系统安全、稳定、经济、高效运行。2方法包括发电机励磁控制、频率控制、电压控制、负荷控制等。发电机励磁控制原理通过调节发电机励磁电流，控制发电机端电压，保证系统电压稳定。应用用于电压控制，提高系统稳定性，改善电力质量。频率控制1频率控制是电力系统控制的重要内容，确保系统频率在安全范围内波动。2频率控制通过调节发电机出力，平衡负荷变化，维持系统频率稳定。3频率控制对于电力系统安全稳定运行至关重要，可以防止系统崩溃。电压控制电压控制目标保证系统电压在安全范围内波动，提高电压质量，降低电压损耗。电压控制方法通过调节变压器电压、无功补偿装置、发电机励磁等方式，控制系统电压。电力系统继电保护：原理与配置继电保护是电力系统的重要组成部分，用于保护电力设备安全，防止故障扩大。继电保护通过快速检测故障，发出跳闸指令，切断故障线路，保护电力系统安全。继电保护种类繁多，包括距离保护、电流保护、差动保护、方向保护等。距离保护1工作原理根据故障点到保护装置的距离，判断故障位置，并发出跳闸指令。2应用场景适用于长距离输电线路，能够快速准确地识别故障点，保护线路安全。3优点选择性好，误动率低，能够有效保护线路安全。电流保护工作原理根据故障电流的大小，判断故障发生的位置，并发出跳闸指令。应用场景适用于短距离线路和电力设备的保护，能够快速切断故障线路，保护系统安全。优点简单可靠，成本低廉，能够有效保护电力设备安全。差动保护工作原理比较故障线路两端的电流，判断故障发生的位置，并发出跳闸指令。应用场景适用于变压器、发电机、母线等电力设备的保护，能够快速准确地识别故障点。优点选择性高，误动率低，能够有效保护电力设备安全。方向保护工作原理根据故障电流的方向，判断故障发生的位置，并发出跳闸指令。1应用场景适用于输电线路、变压器等电力设备的保护，能够有效防止故障扩大。2优点选择性高，误动率低，能够有效保护电力系统安全。3自动重合闸1工作原理当故障线路被切断后，自动重合闸装置会尝试再次合闸，恢复线路运行。2应用场景适用于短暂的故障，例如雷击或鸟类触线，能够提高供电可靠性。3优点能够快速恢复供电，减少停电时间，提高供电可靠性。低频减载1工作原理当系统频率下降到一定值时，低频减载装置会自动切断部分负荷，减轻系统负担，提高频率。2应用场景适用于电力系统负荷过大，导致频率下降时，防止系统崩溃。3优点能够稳定系统频率，提高供电可靠性，防止系统崩溃。电力系统自动化：SCADA系统电力系统自动化：DMS系统DMS功能DMS系统是电力系统自动化控制的核心，负责对电力系统进行实时监控、分析和控制。DMS应用DMS系统能够帮助电力公司提高电力系统运行效率，降低运行成本，提高供电可靠性。电力系统优化运行1目标提高电力系统运行效率，降低运行成本，提高供电可靠性。2方法包括无功功率优化、发电机出力优化、负荷控制优化等。电力市场概述：基本概念电力市场指电力生产者和消费者之间进行电力交易的市场机制，通过市场机制来实现电力资源的优化配置。电力交易指电力生产者和消费者之间进行的电力买卖行为，通过市场机制来确定电力价格。电力市场模式1批发市场：指电力生产者之间进行电力交易的市场，交易规模大，价格波动幅度大。2零售市场：指电力零售商向最终用户销售电力的市场，交易规模小，价格相对稳定。电力市场定价机制边际成本定价指电力价格由电力生产者边际成本决定，即生产最后一单位电力的成本。拍卖定价指电力生产者通过拍卖的方式出售电力，价格由市场竞争决定。电力系统规划：负荷预测负荷预测是电力系统规划的重要基础，通过预测未来的电力需求，为电力系统规划提供依据。负荷预测方法多种多样，包括时间序列分析、回归分析、神经网络等。准确的负荷预测可以帮助电力公司合理规划电源建设，提高供电可靠性，降低运行成本。电力系统规划：电源规划1电源规划目标满足未来电力需求，保证电力系统安全稳定运行，降低运行成本。2电源规划内容包括发电厂建设规模、发电厂类型、发电厂位置等。3电源规划方法包括电力系统分析软件、数学规划模型等。电力系统规划：网络规划网络规划目标保证电力系统安全稳定运行，提高输电效率，降低输电成本。网络规划内容包括输电线路建设规模、输电线路类型、输电线路位置等。网络规划方法包括电力系统分析软件、数学规划模型等。智能电网：概念与特点概念智能电网是指利用信息技术、自动化技术、通信技术，实现电网的智能化运行。特点包括自动化、信息化、数字化、互动性等。智能电网的关键技术信息采集通过传感器、通信网络等，实时采集电力系统运行数据。1数据分析利用数据挖掘、机器学习等技术，分析电力系统运行数据，发现规律和趋势。2自动控制根据分析结果，自动调整电力系统运行参数，优化电力系统运行状态。3微电网：概念与应用1概念微电网是指由分布式电源、储能装置、负荷等组成的局部电力系统，能够独立运行或并网运行。2应用适用于岛屿、偏远地区，以及需要提高供电可靠性的场所。分布式发电：类型与接入1类型包括光伏发电、风力发电、生物质发电、燃料电池发电等。2接入分布式电源可以通过并网或离网方式接入电力系统。电动汽车充电基础设施电能质量：谐波定义指电力系统中频率为基波频率整数倍的电流或电压，会对电力系统造成危害。危害会导致电力设备发热、效率降低、寿命缩短，甚至造成系统故障。电能质量：电压暂降1定义指电力系统电压短时间内下降到正常值的90%以下，但没有完全消失。2危害会导致电力设备无法正常工作，甚至造成设备损坏。电能质量：三相不平衡定义指电力系统中三相电压或电流幅值不相等，或者相位不一致。危害会导致电力设备发热、效率降低、寿命缩短，甚至造成系统故障。电能质量控制措施1谐波治理：通过安装谐波滤波器、改变负载等方式，抑制谐波电流。2电压暂降抑制：通过安装稳压器、UPS等设备，稳定电压，防止电压暂降。3三相平衡控制：通过调整负载、安装平衡器等方式，改善三相平衡。电力系统仿真软件介绍：PSASP功能PSASP软件是一款功能强大的电力系统分析软件，可以进行潮流计算、短路故障分析、稳定分析等。特点PSASP软件具有界面友好、功能齐全、精度高、效率高