电力系统分析.ppt

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1、2021/9/211教材：教材：电力系统分析电力系统分析 于永源于永源 杨绮雯杨绮雯 编著编著 电力出版社电力出版社参考书：参考书：1 1、何仰赞等、何仰赞等.电力系统分析（上、下）电力系统分析（上、下）,华中科华中科 技大学出版社技大学出版社2 2、夏道止、夏道止.电力系统分析电力系统分析,中国电力出版社中国电力出版社 电力系统分析电力系统分析2021/9/2123 3 韩祯祥主编韩祯祥主编.电力系统分析电力系统分析,浙江大学出版社浙江大学出版社4 4 陈珩陈珩.电力系统稳态分析电力系统稳态分析,水利电力出版社水利电力出版社5 5 李光琦李光琦.电力系统暂态分析电力系统暂态分析,水利电力出版

2、社水利电力出版社6 6 单渊达主编单渊达主编.电能系统基础电能系统基础,机械工业出版社机械工业出版社电力系统分析电力系统分析2021/9/2131.1.目的：掌握电力系统分析计算的目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法原理和方法2.2.主要内容主要内容电力系统分析理论电力系统分析理论2021/9/214电电力力系系统统元元件件模模型型及及参参数数计计算算电电力力网网的的电电压压和和功功率率分分布布电电力力系系统统的的电电压压和和频频率率调调整整稳态分析稳态分析故障分析故障分析稳定性分析稳定性分析电力系统分析理论电力系统分析理论电电力力系系统统的的三三相相短短路路电电力力系系统统的的不不对对称称

3、故故障障电电力力系系统统的的暂暂态态稳稳定定电电力力系系统统的的静静态态稳稳定定2021/9/215第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念电力系统的组成电力系统的组成对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线电电力力系系统统的的额额定定电电压压、电电力力输输送送中中电压与输送容量的关系电压与输送容量的关系电力传输的接线方式电力传输的接线方式2021/9/216 电电 力力 系系 统统 发电发电 输送输送-分配分配 用户用户 发电机发电机 变压器变压器-输电线路输电线路 用电设备用电设备 电网电网1-1 电力系统及其发展电力系统及

4、其发展2021/9/2171-1 电力系统及其发展电力系统及其发展2021/9/2182021/9/219电力系统的组成电力系统的组成（1 1）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。（2 2）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。（3 3）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。1-1 电力系统及其发展电力系统及其发展2021/9/21101 1电力系统的发展简史电力系统的发展简史 2

5、 2我国的电力系统我国的电力系统 电力工业发展概况电力工业发展概况2021/9/21111.1.高压输电的发展历程（高压输电的发展历程（1 1）（1 1）高压输电的出现与电压等级的提高）高压输电的出现与电压等级的提高18901890年，英国从年，英国从DeptfordDeptford到伦敦到伦敦45km45km的的10kV10kV线路线路18911891年，德国从年，德国从LauffenLauffen到法兰克福到法兰克福170km170km的的15kV15kV线路线路远距离大容量输电是提高输电电压的动力。远距离大容量输电是提高输电电压的动力。2021/9/21121.1.高压输电的发展历程（高

6、压输电的发展历程（2 2）（2 2）特高压特高压（1000kV1000kV以上）输电的出现与展望以上）输电的出现与展望习惯上，习惯上，1 1100kV100kV为为高压高压，100 1001000kV1000kV为超为超高压高压，1000kV1000kV以上为以上为特高压特高压。2020世纪世纪6060年代国际上开始特高压输电的研究年代国际上开始特高压输电的研究19851985年苏联年苏联1228km1228km的的1150kV,1150kV,但至今运行于但至今运行于500kV500kV2020世纪世纪9090年代日本年代日本300km300km的的1000kV1000kV，但至今运行于，但至

7、今运行于500kV500kV目前国际上实际投运的最高电压等级目前国际上实际投运的最高电压等级750kV(750kV(加、美、加、美、俄、巴西、南非等国）俄、巴西、南非等国）我国西北建设我国西北建设750kV750kV2021/9/21131.1.高压输电的发展历程（高压输电的发展历程（3 3）直流输电在远距离输电中具有优越性，我国已直流输电在远距离输电中具有优越性，我国已有多条有多条500kV输电线路。输电线路。2021/9/2114直流输电优点及适用场合直流输电优点及适用场合(1)输送相同功率时，线路造价低：交流输电架空线路通常采用3根导线，而直流只需1根(单极)或2根(双极)导线。因此，直

8、流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。(2)线路有功损耗小：由于直流架空线路仅使用1根或2根导线，所以有功损耗较小，并且具有空间电荷效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。2021/9/2115(3)适宜于海下输电：在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高3倍。2根心线的直流电缆线路输送的功率Pd比3根心线的交流电缆线路输送的功率Pa大得多。运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。2021/9/2116(4)系统的稳定性问题：在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发

9、电机必须保持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制。(5)能限制系统的短路电流：用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的遮断容量，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。2021/9/2117(6)调节速度快，运行可靠：直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。直流输电适用于以下场合：远距离大功率输电

10、；海底电缆送电；不同频率或同频率非同期运行的交流系统之间的联络；用地下电缆向大城市供电；交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；配合新能源的输电。2021/9/21182.2.中国电力工业的现状与展望中国电力工业的现状与展望（1）发电量：）发电量：1980年以来，平均年增长率年以来，平均年增长率9，现为世，现为世 界第二位。界第二位。2021/9/21192.2.中国电力工业的现状与展望中国电力工业的现状与展望（2 2）装机容量：居世界第二位。）装机容量：居世界第二位。2021/9/21202.2.中国电力工业的现状与展望中国电力工业的现状与展望（3）电压等级、输电线路长度与变

11、电设备容量）电压等级、输电线路长度与变电设备容量除西北地区以外：除西北地区以外：交流：交流：500kV,220kV,110kV,35kV,10kV直流：直流：500kV西北地区：西北地区：750kV,330kV,220kV,10kV,35kV,10kV2021/9/21212.2.中国电力工业的现状与展望中国电力工业的现状与展望(4)缺电问题与城乡电网改造缺电问题与城乡电网改造 1970年以来出现缺电问题年以来出现缺电问题 1998年低用电水平下的电力平衡。年低用电水平下的电力平衡。电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因2021

12、/9/21222.2.中国电力工业的现状与展望中国电力工业的现状与展望我国在发电、输电、配电各方面投资比例失调是缺电的另一个我国在发电、输电、配电各方面投资比例失调是缺电的另一个方面原因。发电、输电、配电比例方面原因。发电、输电、配电比例美国美国 1:0.43:0.7日本日本 1:0.47:0.68 英国英国 1:0.45:0.78 我国我国 1:0.21:0.12我国居民用电比例较低我国居民用电比例较低2021/9/21232.2.中国电力工业的现状与展望中国电力工业的现状与展望我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发展空间我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发展空间（5）中国电力

13、工业展望）中国电力工业展望“十五十五”期间，期间，GDP年增长率年增长率78，电力增长率将达，电力增长率将达6以以上。上。2010年，年，25000亿亿kW.h2021/9/21242.2.中国电力工业的现状与展望中国电力工业的现状与展望2015年，年，30000亿亿kW.h2020年，年，36000亿亿kW.h高压远距离输电是我国面临的主要问题（水电、火高压远距离输电是我国面临的主要问题（水电、火电），必须出现新的电压等级。电），必须出现新的电压等级。电能质量问题是我国电力发展必须面临的又一个问电能质量问题是我国电力发展必须面临的又一个问题。题。2021/9/21252021/9/21261

14、.电力系统的运行特点电力系统的运行特点电能不能大量的存贮电能不能大量的存贮电力系统的暂态过程非常短促电力系统的暂态过程非常短促与各行业和人民生活密切相关与各行业和人民生活密切相关2.对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求提供充足的电能提供充足的电能保证安全可靠的供电保证安全可靠的供电(3级负荷级负荷)保证良好的电能质量保证良好的电能质量(u;f;波形波形)良好的经济性良好的经济性(煤耗煤耗;厂用电率厂用电率;网损率网损率)环保问题环保问题1-2对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求2021/9/21271-3 1-3 电力系统的负荷和负荷曲线一电力系统的负荷1 1、负荷、负

15、荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称率总和。也称电力系统的综合用电负荷。电力系统的综合用电负荷。是所有用户是所有用户的负荷总加。的负荷总加。2 2、负荷分类（按负荷性质分类）、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。输业、商业、生活等。3 3、电力系统的供电负荷：、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功综合用电负荷加上电力网的功率损耗。率损耗。4 4、电力系统的发电负荷、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。耗的功率。2021/9/212

16、81-3 1-3 电力系统的负荷和负荷曲线二负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律荷随时间变化的规律 1.日负荷曲线日负荷曲线 一天的总耗电量一天的总耗电量 日平均负荷日平均负荷 2021/9/2129负荷率km 最小负荷系数 2021/9/2130(a）钢铁工业负荷；钢铁工业负荷；(b)食品工业负荷；食品工业负荷；(c)农村加工负荷；农村加工负荷；(d)市政生活负荷市政生活负荷 2021/9/21312.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 3.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成 t1P

17、PmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量 最大负荷利用小时数 Tmax 2021/9/2132A=PmaxTmax 表1-2 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 用 电100015002021/9/21331-4 电力系统的额定电压和额定频率1.1.额定电压和额定频率额定电压和额定频率(50HZ)(50HZ)2.2.标准额定电压标准额定电压3.3.电气设备的额定电压电气设备的额定电压(发电机发电机,变压器变压器,线路线路)4.4

18、.电力输送中电压与输送容量的关系电力输送中电压与输送容量的关系 2021/9/2134额定电压和额定频率：当设备在该电压和频率下运额定电压和额定频率：当设备在该电压和频率下运行具有最好的技术性能和经济效果。行具有最好的技术性能和经济效果。系统与用电设备的额定电压系统与用电设备的额定电压（表（表1 13 3）电力网中的电压分布。电力网中的电压分布。额定频率：额定频率：50Hz50Hz。2021/9/21352021/9/2136系统的额定电压系统的额定电压2021/9/2137电气设备的额定电压电气设备的额定电压1.1.线路线路:等于等于系统的额定电压系统的额定电压2.2.发电机：规定比系统的额

19、定电压发电机：规定比系统的额定电压高高5%5%VaVb2021/9/21383.3.变压器变压器一次绕组：一般UN，与发电机直接相连时1.05UN。二次绕组：一般1.1UN，短路电压较小的变压器或直接与用户相连时可为1.05UN。2021/9/2139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2021/9/2140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2021/9/2141典型例题典型例题:(1)1)确定各设备额定电压确定各设备额定电压;(2);(2)若若T1T1工作于工作于+2.5%+2.5%抽头抽头,T2,T2工作于主抽头工作于主抽头,

20、T3,T3工作于工作于-5%-5%抽头抽头,求各个变压器变求各个变压器变比比.10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV2021/9/21421-4 电力系统的接线方式无备用无备用图图1-9 无备用接线方式无备用接线方式（a）放射式）放射式 （b）干线式样）干线式样 （c）链式链式2021/9/2143有备用有备用图图1-10 有备用接线方式有备用接线方式（a）放射式样放射式样 （b）干线式干线式 （c）链式链式 （d）环式环式 （e）两端供电网络两端供电网络2021/9/21441-4.三相电力系统中性点运行方式 发电机定子绕组Y联结的中性点：一种是不接地一种是

21、不接地另一种是为了防护定子绕组过电压而采用经过另一种是为了防护定子绕组过电压而采用经过避雷器接地。避雷器内部有气隙，所以正常运避雷器接地。避雷器内部有气隙，所以正常运行和不接地一样。行和不接地一样。变压器Y接法线圈的中性点：不接地，1035kV系统多属这类情况。经过一个线性电抗线圈，即消弧线圈接地，1063kV系统有这种方式。直接接地，110kV及以上电压系统和380220V三相四线低压系统都属这类情况。2021/9/21451.1.中性点不接地系统中性点不接地系统正常运行正常运行分析分析：（1）线电压与相电压关系；（线电压与相电压关系；（2）中性点）中性点 电位；（电位；（3）对地电容电流与

22、相电压关系）对地电容电流与相电压关系2021/9/21461.1.中性点不接地系统中性点不接地系统单相（单相（C相）接地相）接地分析：分析：（1）中性点对地电位；（）中性点对地电位；（2）非接地相对地电）非接地相对地电 位；（位；（3）对地电容电流）对地电容电流2021/9/2147（3 3）对地电容电流分析）对地电容电流分析2021/9/21482.2.中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地2021/9/2149中性点经消弧线圈接地的应用中性点经消弧线圈接地的应用3 3 6kV 6kV 电力网电力网 (接地电流接地电流 30A)30A)10kV 10kV 电力网电力网 (接地电流接地电流

23、20A)20A)3535 60kV 60kV 电力网电力网 (接地电流接地电流 10A)10A)2021/9/21503.3.中性点直接接地系统中性点直接接地系统优点优点:非故障相电非故障相电 压不变压不变.缺点缺点:单相短路电单相短路电 流大流大.2021/9/21514.三相四线制系统三相四线制系统2021/9/2152系统中一相接地的特点比较系统中一相接地的特点比较 中性点不接地 中性点直接接地电流中性点电压非故障相电压线电压接地点的电容电流是正常运行时一相对地电容电流的3倍故障相电流和流入故障点的电流很大中性点电压升高为相电压故障相和中性点电压为零非故障相对地电压仍为相电压非故障相对地电压升高为线电压与故障相相关的线电压降低为相电压三相之间的线电压保持与正常时相同经消弧线圈接地:适当选择线圈感抗,接地点电流可减小到很小,且熄灭接地电流产生的电弧。其他特点与不接地系统基本相同。2021/9/2153