大学电力系统课程第一章电力系统简介.ppt

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1、青岛理工大学自动化工程学院讲授讲授:马淋淋马淋淋 电力系统分析电力系统分析n教材：教材：电力系统分析（第三版）电力系统分析（第三版）于永源于永源 杨绮雯杨绮雯 编著编著 中国电力出版社中国电力出版社n参考书：参考书：电力系统分析（上、下）电力系统分析（上、下）何仰赞等何仰赞等 编著编著 华中科技大学出版社华中科技大学出版社 电力系统分析电力系统分析1.1.目的：掌握电力系统分析计算目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法的原理和方法2.2.主要内容主要内容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

2、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故故障障电电力力系系统统的的机机电电特特性性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第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念n电力系统的组成电力系统的组成n对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求n电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线n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n电力传输的接线方式电力传输的接线方式 电电 力力

3、 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其发展n电力系统的组成电力系统的组成（1 1）电力系统电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系：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）电力网电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。：电力系统中输送与分配电能的部分。（3 3）动力系统动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。：动力部分与电力系统组成的整体。1 1电力系统的发展简史电力系统的发展简史 2 2我

4、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1.1.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n18821882年，年，第一座发电厂第一座发电厂在英国建成；输送低压直流电，在英国建成；输送低压直流电，100-400V100-400Vn18821882年，法国人年，法国人德普列茨德普列茨提高直流输电电压，提高直流输电电压，1500-2000v1500-2000v，2kW2kW，57km57km；一般认为是；一般认为是第一个电力系统第一个电力系统n18851885年，出现了变压器年，出现了变压器单相输电线

5、路单相输电线路n1891年，年，第一条三相输电线路第一条三相输电线路在德国运行，在德国运行，12kV,180kMn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。当前世界：当前世界：n交流输电：交流输电：1200kV1200kV，超过，超过1000kM1000kM，输送功率超过，输送功率超过5000MW5000MWn直流输电：直流输电：800kV,800kV,超过超过1000kM,1000kM,输送功率超过输送功率超过4000MW4000MW2.2.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）发电量：）发电量：1980年以来，平均年增长率年以来，平均年增长

6、率9，现为，现为世界第二位。世界第二位。（3 3）装机容量：居世界第二位（水电世界）装机容量：居世界第二位（水电世界第一）第一）(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的重要原因n我国在发电、输电、配电各方面投资比例失调是缺电的我国在发电、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、配电比例另一个方面原因。发电、输电、配电比例n美国美国 1:0.43:0.7n日本日

7、本 1:0.47:0.68 n英国英国 1:0.45:0.78 n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n我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发展空间展空间（5）中国电力工业展望）中国电力工业展望n“十五十五”期间，期间，GDP年增长率年增长率78，电力增长率，电力增长率将达将达6以上。以上。n2010年，年，25000亿亿kW.hn2015年，年，30000亿亿kW.hn2020年，年，36000亿亿kW.hn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

8、现新的电压等级。电），必须出现新的电压等级。n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。n我国现已形成六大电力系统：东北，我国现已形成六大电力系统：东北，华东，华中，华北，华南，西北华东，华中，华北，华南，西北n原有原有五个省属独立电力系统：五个省属独立电力系统：山东山东福建福建海南海南四川四川台湾台湾n三峡总装机容量为18.2GW，单机额定700MW(世界第一)n黄岛发电厂：2000年：70万kW 2007年：205万kW三峡简介：n工程总投资为954.6亿元人民币，工程施工总工期自1993年到2009年共17年。n大坝为混凝土重力坝，坝

9、顶总长3035米，坝顶高185 米，正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，能够抵御百年一遇的特大洪水。n年均发电量 849亿度。n航运能力将从1000万吨提高到5000万吨，万吨级船队可直达重庆。1.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保证安全可靠的供电保证安全可靠的供电保证良好的电能质量保证良好的电能质量良好的经济性良好的经济性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一、保证安全可靠

10、供电1.1.一级（重要）：由于中断供电会造成人身事一级（重要）：由于中断供电会造成人身事故、设备损坏、产品报废、生产秩序长时间故、设备损坏、产品报废、生产秩序长时间不能恢复，人民生活混乱及政治影响大的用不能恢复，人民生活混乱及政治影响大的用户。如：医院，钢厂等。户。如：医院，钢厂等。2.2.二级（较重要）：断电造成大量减产，人民二级（较重要）：断电造成大量减产，人民生活受到较大影响的用户。如：大工业企业，生活受到较大影响的用户。如：大工业企业，交通工薪枢纽，高等学校，影剧院等交通工薪枢纽，高等学校，影剧院等3.3.三级三级(非重要非重要)：不属于一、二级负荷的负荷。：不属于一、二级负荷的负荷。

11、如：农村负荷。如：农村负荷。二、保证良好的电能质量n衡量电能质量的三个指标：衡量电能质量的三个指标：1.1.电压（偏移不超过电压（偏移不超过5%5%）2.2.频率（偏移不超过频率（偏移不超过）3.3.波形（降低谐波成分）波形（降低谐波成分）三、提高电力系统运行的经济性1.降低网损，提高经济效益降低网损，提高经济效益2.保护环境保护环境1-3 电力系统的额定电压1.1.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)2.2.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3.3.同一电压级别下各电气设备的额定电压并不完全相等同一电压级别下各电气设备的额定电

12、压并不完全相等。线电压相电流三相功率电气设备的额定电压电气设备的额定电压1.1.线路额定电压线路额定电压:等于等于系统的额定电压，与系统的额定电压，与用电设备额定电压相等，称为用电设备额定电压相等，称为网络电压网络电压。2.2.例如：例如：3 3，6 6，1010，3535，110110，220220（kVkV）电力线路的电力线路的平均额定电压平均额定电压（不考虑电压（不考虑电压偏移）偏移）电力线路的额定电压电力线路的额定电压2.用电设备用电设备和电力线路的额定电压（网络和电力线路的额定电压（网络电压）相同，并允许电压偏移电压）相同，并允许电压偏移5%，而，而沿线路的电压降落一般为沿线路的电压

13、降落一般为10%，这就要，这就要求线路始端电压为额定值的求线路始端电压为额定值的105%，以，以使末端电压不低于额定值的使末端电压不低于额定值的95%3.发电机发电机：连在线路始端，发电机的额定：连在线路始端，发电机的额定电压比电力线路的额定电压电压比电力线路的额定电压高高5%电气设备的额定电压电气设备的额定电压4.变压器变压器一次侧一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；：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，则与发电机相同与发电机直接相连时，则与发电机相同二次侧二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高：相当于电源，其额定电压应比系统高5%，考虑考虑大容量大容量变压

14、器内部的电压损耗（变压器内部的电压损耗（5%），实际），实际应定为比线路高应定为比线路高10%。不同电压等级的实用范围500kV，330kV，220kV：大电力系统的主干线：大电力系统的主干线（154kV,60kV不推广）不推广）110kV:中小电力系统的主干线，也用于大电力系中小电力系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络统的二次网络35kV：城市或大工业企业内部，广泛用于农村电：城市或大工业企业内部，广泛用于农村电网网10kV：最常用的低一级配电电压：最常用的低一级配电电压6kV：只有负荷中高压电动机比重较大时考虑：只有负荷中高压电动机比重较大时考虑3kV：只用于工业企业内部：只用于工业企

15、业内部例题例题:电力系统的部分接线图示于题图，各电压等级电力系统的部分接线图示于题图，各电压等级的额定电压及功率输送方向已标明在图中，试求发电机的额定电压及功率输送方向已标明在图中，试求发电机及各变压器高低压绕组的额定电压。及各变压器高低压绕组的额定电压。一电力系统的负荷 1 1、负荷、负荷：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、综合负荷：、综合负荷：工业、农业、交通运输业、商业、生活等工业、农业、交通运输业、商业、生活等消耗功率

16、总和。消耗功率总和。3 3、电力系统的供电负荷：、电力系统的供电负荷：综合负荷加上电力网的功率损综合负荷加上电力网的功率损耗。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。1-41-4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荷随时间变化的规律。分类：按负荷种类，按时间段，按计量地点 1.日负荷曲线 （1）有功，无功日负荷曲线n有功日负荷曲线是制定发电厂发电负荷计划及系统调度运行的依据。n无功日负荷曲线在系统无功平衡时候有作用。(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

17、)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 2.有功年最大负荷曲线：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 t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量 最大负荷利用小时数 Tmax A=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10001500一.电力系统的电气连接方式和分类包括发电厂、变电

18、所、电力网（主要介绍）n按供电可靠性分为无备用和有备用 无备用：每个负荷只能依靠一条线路获得电能。有备用：每个负荷至少可以依靠两条线路获取电能。2.按接线形式分为：开式、闭式（环形网络、两端供电网络）1-51-5电力系统的接线方式（1）开式网络：每个负荷点只能沿唯一的路径获取电能。无备用开式电网无备用开式电网（a）放射式样放射式样 （b）干线式干线式 （c）链式链式有备用开式电网有备用开式电网（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（2）闭式网络：每个负荷点至少通过两条路径从不同的方向获取电能。（3）不同接线方式的特点无备用开式电

19、网n优点：简单、设备投资少、运行方便。n缺点：可靠性低，任一段故障或检修都要中断部分用户，干线式和链式线路较长时线路末端电压往往偏低。有备用开式电网（采用双回路）n优点：可靠性提高，且同样简单，运行方便。n缺点：设备投资费用增加很多。闭式电网n优点：可靠性高、经济。n缺点：运行调度比较复杂。单电源环网：某段线路故障开路时，正常线路段过负荷，末节点电压偏低。两端供电网络：可靠性相当于双源环网。必要时也环网也可采用双回路。3.按职能分：输电网和配电网输电网的主要任务：将大容量发电厂的电能可靠而经济的送到负荷集中地区，通常由系统中电压等级最高的一级或两级线路组成。对接线方式的要求：足够的可靠性、稳定

20、性、有助经济调度，适应运行方式的变更和系统发展。配电网的主要任务：分配电能，接线形式取决于负荷性质。三级负荷无备用一、二级负荷要有备用负荷密度较大，供电可靠性要求高时也可采用闭式网。对接线形式的要求：满足用户可靠性和电压质量的要求，运行灵活，好的经济指标。1电力系统中性点及其接地方式2 1、电力系统的中性点及接地中性点：星型接线的发电机或者变压器的中点。接地方式：按照接地电流的大小分为大接地和小接地。1-61-6电力系统中性点的接地方式n大接地电流方式：需要断路器隔断接地电流。n小接地电流方式：单相接地电弧可自行熄灭。大接地大接地有效接地有效接地全接地全接地经低电抗中电阻、低经低电抗中电阻、低

21、电阻接地电阻接地小接地小接地不接地不接地经消弧线圈接地经消弧线圈接地经高阻抗接地经高阻抗接地 2、不同接地方式的优缺点大接地：（优点）快速切除故障，安全性好，电压不会升高，绝缘水平可按相电压考虑，经济性好。（缺点）跳闸多，可靠性低。小接地：（优点）可靠性高，单相接地不是短路，可不跳闸继续工作两个小时。（缺点）经济性差，绝缘水平按线电压考虑。110kV及220kV：中性点有效接地；330kV和500kV：中性点全接地35kV 60 kV：经消弧线圈接地310kV：不接地或经消弧线圈接地3、我国电力系统中性点的运行方式大接地小接地二、消弧线圈的工作原理二、消弧线圈的工作原理1 1、中性点不接地系统发生单相接地故障、中性点不接地系统发生单相接地故障n中性点不接地系统发生单相接地时，有接地电流非短路电流（纯电容电流），值不大，超过一定值时，可产生间歇性电弧，产生过电压，甚至烧坏电气设备。2、消弧线圈的工作原理、消弧线圈的工作原理