第一章电力系统的基本概念.pdf

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1、电力系统稳态分析电力系统稳态分析电力系统稳态电力系统稳态分析分析电电力力系系统统分分析析运行调整和优化运行调整和优化电力系统暂态分电力系统暂态分析析故障分析故障分析稳定性分析稳定性分析正常稳态分析正常稳态分析计算（计算（U、I、P、Q、f）课程目的：掌握电力系统稳态运行的基本知识、各元课程目的：掌握电力系统稳态运行的基本知识、各元件特性和数学模型、分析及计算方法、运件特性和数学模型、分析及计算方法、运行调节和优化。行调节和优化。主要内容：主要内容：电力系统稳态分析电力系统稳态分析运行调节和优化运行调节和优化电力系统的基本概念电力系统的基本概念各元件的特性和模型各元件的特性和模型潮流计算潮流计算

2、调频调频调压调压经济运行经济运行正常稳态分析正常稳态分析第一章电力系统的基本概念电力系统的组成电力系统的组成电力系统的发展概况电力系统的发展概况电力系统运行的基本要求电力系统运行的基本要求电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式1-1 电力系统的组成电力系统的组成单线图（表示三相电路）单线图（表示三相电路）电力系统：电力系统：由由发电厂发电厂、变电所变电所、输电线路输电线路、配电系统配电系统和和负荷负荷等组成等组成的电能的电能生产生产、传输传输、分配分配和和消费消费的系统。的系统。电力网：电力网：由由变压器、电力线路变压器、电力线

3、路等等变换变换、输送输送、分配分配电能设备所组电能设备所组成的联系发电与用电的统一整体。成的联系发电与用电的统一整体。动力系统：电力系统动力系统：电力系统和和动力部分动力部分的总和。的总和。1-1 电力系统的组成电力系统的组成输电网：用于电能的远距离传输输电网：用于电能的远距离传输220kV及以上配电网：用于向用户配送电能配电网：用于向用户配送电能35kV-110kV高压配电网10kV中压配电网380V低压配电网1-1 电力系统的组成电力系统的组成总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率总和总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率总和年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能

4、总和年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能总和最大负荷：规定时间（一天、一月、一年内）系统总有功负荷最大最大负荷：规定时间（一天、一月、一年内）系统总有功负荷最大值值额定频率：国内额定频率为额定频率：国内额定频率为50Hz，国外有，国外有60Hz或或25Hz最高电压等级：系统最高电压等级线路的额定电压最高电压等级：系统最高电压等级线路的额定电压地理结线图：显示元件地理位置以及连接路径地理结线图：显示元件地理位置以及连接路径电气结线图：显示元件之间的电气连接，不反映地理位置电气结线图：显示元件之间的电气连接，不反映地理位置1.电力系统的发展简史电力系统的发展简史直流三相交流交直流并存直流三

5、相交流交直流并存1-2 电力系统的发电力系统的发展概况展概况（1）直流电力系统）直流电力系统1882年，由爱迪生建成世界上第一条完整的直流电力系统，装机年，由爱迪生建成世界上第一条完整的直流电力系统，装机容量容量670kW，半径，半径1.5km，59盏白炽灯，盏白炽灯，110V地下电缆。地下电缆。缺点：无法通过变压器抬高或降低电压，无法满足大容量远距离缺点：无法通过变压器抬高或降低电压，无法满足大容量远距离输电的要求。输电的要求。1-2 电力系统的发电力系统的发展概况展概况（2）三相交流电力系统）三相交流电力系统1891年在制成三相变压器的基础上，德国建立第一个三相交流年在制成三相变压器的基础

6、上，德国建立第一个三相交流输电系统。发电机电压为输电系统。发电机电压为95V，输电线路电压，输电线路电压25kV，输电距离，输电距离178km，用电电压，用电电压12V。1-2 电力系统的发电力系统的发展概况展概况特高压输电特高压输电习惯上，习惯上，1220kV为高压，为高压，3301000kV为超高压，为超高压，1000kV以上为特高压。以上为特高压。20世纪世纪60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。1985年苏联建成年苏联建成1228km的的1150kV。2009年中国第一条特高压输电线路晋东南年中国第一条特高压输电线路晋东南南阳南阳荆门荆门1000千伏特高压

7、交流输电线路投运行，全长千伏特高压交流输电线路投运行，全长640公里。公里。1-2 电力系统的发电力系统的发展概况展概况（2）三相交流电力系统）三相交流电力系统优点：交流系统电压变换容易；优点：交流系统电压变换容易；交流发电机和电动机简单便宜。交流发电机和电动机简单便宜。存在问题：同步发电机并列运行的稳定性；存在问题：同步发电机并列运行的稳定性；不同频率系统之间的联网。不同频率系统之间的联网。1-2 电力系统的发电力系统的发展概况展概况（3）交直流并存的现代电力系统）交直流并存的现代电力系统1972年，加拿大伊尔河晶闸管工程标志着进入晶年，加拿大伊尔河晶闸管工程标志着进入晶闸管换流的高压直流输

8、电时代。闸管换流的高压直流输电时代。1-2 电力系统的发电力系统的发展概况展概况直流输电的优点：每根同样截面的导线，能输送更大的功率，并且有功损耗小。每根同样截面的导线，能输送更大的功率，并且有功损耗小。费用相同时，传输功率约为交流输电的1.5倍每根导线都可以作为一个独立回路运行，并且可以采用大地或海每根导线都可以作为一个独立回路运行，并且可以采用大地或海水作回路。水作回路。一极发生故障时，仍能半负载运行不存在磁滞损耗和涡流损耗，没有集肤效应。不存在磁滞损耗和涡流损耗，没有集肤效应。线损小，节约能量不存在稳定问题。不存在稳定问题。不需要同步运行，输送功率不受电力网稳定性的约束直流输电的缺点：换

9、流器投资昂贵，且需要消耗较多的无功功率。换流器投资昂贵，且需要消耗较多的无功功率。换流器是一个谐波源会产生电力污染，而且几乎没有过载能力。换流器是一个谐波源会产生电力污染，而且几乎没有过载能力。目前尚无适用的直流断路器。目前尚无适用的直流断路器。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2012年，全国全口径发电量年，全国全口径发电量49774亿千瓦时，比上年增长亿千瓦时，比上年增长5.22%。火电发电量火电发电量39108亿千瓦时，同比增长亿千瓦时，同比增长0.3%，占全国发电量的，占全国发电量的78.6%，比上年降低，比上年降低3.9个百分点；个百分点；水电发电量水电发电量864

10、1亿千瓦时，同比增长亿千瓦时，同比增长29.3%，占全国发电量的，占全国发电量的17.4%，比上年提高，比上年提高3.2个百分点；个百分点；核电、并网风电发电量为核电、并网风电发电量为982亿千瓦时和亿千瓦时和1004亿千瓦时，同比分亿千瓦时，同比分别增长别增长12.6%和和35.5%，占全国发电量的比重分别比上年提高，占全国发电量的比重分别比上年提高0.1和和0.5个百分点。个百分点。1-2 电力系统的发电力系统的发展概况展概况中国电力网中国电力网“十一五”以来，全“十一五”以来，全省装机容量增长省装机容量增长65.4%,火电、火电、LNG、新能源装机、新能源装机容量快速增长，水电装容量快速

11、增长，水电装机趋于饱和。机趋于饱和。福建电网装机情况福建电网装机情况福建电网装机情况福建电网装机情况单单位位：万万千千瓦瓦火火电电水水电电新新能能源源LNG239728033035341236482205目前全省总装机3716.2万千瓦，其中火电装机2042.6万千瓦，大型火电主要分布在沿海，其北部偏多；水电装机1125万千瓦，主要分布在西北部，且大部分为径流或日调节性能；3个LNG电厂总装机385.8万千瓦，分布在沿海，其中2个在厦门、泉州负荷中心；风电都是陆上风电，也全部分布在沿海，共有18座，总装机82.6万千瓦；其它新能源13.2万千瓦。福建电源结构福建电源结构福建电源结构福建电源结构

12、福建电网网架及负荷特点福建电网网架及负荷特点福建电网网架及负荷特点福建电网网架及负荷特点2009年以后，福建电网年以后，福建电网500千伏千伏大环网大环网形成，沿海形成，沿海2-3回，西部回，西部1回。回。220kV双环网的双环网的结构。结构。由于电源主要分布在北由于电源主要分布在北部，负荷中心在沿海南部部，负荷中心在沿海南部地区，主网潮流地区，主网潮流北电南北电南送送，断面最大输送潮流达，断面最大输送潮流达380万千瓦。万千瓦。2001年福建与华东实现年福建与华东实现联网运行联网运行,最大外送电能力最大外送电能力180万千瓦，累计实现外送万千瓦，累计实现外送电量电量384.7亿千瓦时。亿千瓦

13、时。特点特点连续性：连续性：电能不能大量储存电能不能大量储存瞬时性：瞬时性：暂态过程非常短促暂态过程非常短促重要性：重要性：与国民经济及日常生活关系密切与国民经济及日常生活关系密切要求要求可靠优质经济可靠优质经济环保环保1-3 电力系统电力系统运行运行应应满足满足的的基基本本要求要求1.可靠：保证供电的可靠性可靠：保证供电的可靠性负荷分级负荷分级按供按供电中电中断断或或减少减少所所造造成的成的危害危害大大小划小划分分一级负荷（不允许停电）一级负荷（不允许停电）：指电能供应的中断或减少将造成设备损坏、人员伤亡、生产秩序混乱，人民生活在较长时间内得不到恢复的用电设备。二级负荷（尽可能不停电）二级负

14、荷（尽可能不停电）：指电能供应的中断或减少将造成产品产量和质量的下降，人民生活正常秩序受到影响的用电设备。三级负荷（允许停电）三级负荷（允许停电）：除一、二级负荷外的用电设备。1-3电力系统电力系统运行运行应应满足满足的的基基本本要求要求1.可靠：保证供电的可靠性可靠：保证供电的可靠性相相应应措施措施电源与电网的建设（西电东送全国联网）电源与电网的建设（西电东送全国联网）备用调度备用调度设备检修（计划检修状态检修）设备检修（计划检修状态检修）1-3电力系统电力系统运行运行应应满足满足的的基基本本要求要求2.优质：保证良好的电能质量优质：保证良好的电能质量电压质量、频率质量、波形质量（1）电压：

15、）电压：以电压偏移率来衡量35kV 5%10kV 7%低压照明用户+5-10%（2）频率：）频率：以频率偏移值来衡量3000MW0.2Hz 3000MW0.5Hz1-3电力系统电力系统运行运行应应满足满足的的基基本本要求要求(%)nnUUUU=nfff=2.优质：保证良好的电能质量优质：保证良好的电能质量电压质量、频率质量、波形质量（3）波形：）波形：以畸变率来衡量1-3电力系统电力系统运行运行应应满足满足的的基基本本要求要求212/nnTHDII=0.38kV:5%10kV:4%35kV:3%110kV:2%3.经济：保证系统运行的经济性经济：保证系统运行的经济性（1）煤耗率（水耗率）煤耗率

16、（水耗率）电厂每发单位电能所消耗的资源多少电厂每发单位电能所消耗的资源多少提高能量转换效率提高能量转换效率经济调度经济调度（2）线损率：）线损率：电力网络中损耗的电能与向电力网络供应电力网络中损耗的电能与向电力网络供应电能的百分比电能的百分比无功补偿无功补偿分布式电源分布式电源1-3电力系统电力系统运行运行应应满足满足的的基基本本要求要求4.环保环保低低碳碳、PM2.5（1）控制污染物的排放）控制污染物的排放（2）采用清洁能源）采用清洁能源1-3电力系统电力系统运行运行应应满足满足的的基基本本要求要求一、几种典型结线方式的特点一、几种典型结线方式的特点（1）无备用）无备用(a)放射式放射式(b

17、)干线式干线式(c)链式链式优点：简单、经济、运行方便优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差缺点：供电可靠性差1-4电力系统的结线电力系统的结线方式方式和电压等级和电压等级（2）有备用（双回路）有备用（双回路）（a）放射式样（）放射式样（b）干线式（）干线式（c）链式）链式优点：供电可靠性高、电压质量好优点：供电可靠性高、电压质量好缺点：投资大、经济性差缺点：投资大、经济性差1-4电力系统的结线电力系统的结线方式方式和电压等级和电压等级（3）有备用（环式）有备用（环式）优点：供电可靠性高、电压质量好优点：供电可靠性高、电压质量好缺点：投资大、经济性差缺点：投资大、经济性差（4）有备用（两

18、端供电网络）有备用（两端供电网络）优点：供电可靠性高、较为经济优点：供电可靠性高、较为经济缺点：运行调度复杂、故障或检修切除缺点：运行调度复杂、故障或检修切除一侧线路时，电压质量差，供电可靠性一侧线路时，电压质量差，供电可靠性下降。下降。二、不同电压等级的适用范围二、不同电压等级的适用范围（1）电力系统的额定电压等级）电力系统的额定电压等级输送功率一定时输送功率一定时1-4电力系统的结线电力系统的结线方式方式和电压等级和电压等级3SUI=电压U导线截面电流I导线投资绝缘要求绝缘投资对对应应于一定的输送功率和输送距离于一定的输送功率和输送距离应应有一最有一最合合理的线路电压。理的线路电压。选择选

19、择电力线路电压时，电力线路电压时，只只能能选选用国用国家家规定的电压等级（表规定的电压等级（表1-1）额定电压等级额定电压等级。二、不同电压等级的适用范围二、不同电压等级的适用范围（2）电气设备的额定电压）电气设备的额定电压用电设备的额定电压：是最理想、最经济的工作电压；用电设备的额定电压：是最理想、最经济的工作电压；允许允许偏移偏移5%UN1.线路线路:等于系统的额定电压（线路平均电压）等于系统的额定电压（线路平均电压）2.发电机：规定比系统的额定电压高发电机：规定比系统的额定电压高5%Nabee()/2(1.050.95)/2UUUUU=+=+3.变压器：变压器：一次侧：相当于用电设备，其

20、额定电压与系统相同；与发电一次侧：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。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二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%，考虑变压，考虑变压器内部的电压损耗器内部的电压损耗5%，实际应比线路高，实际应比线路高10%。=30A)10kV 电力网电力网(接地电流接地电流 20A)3560kV 电力网电力网(接地电流接地电流 10A)（3）中中性性点直接接地点直接接地优点优点:非故障相电压不变非故障相电压不变缺点缺点:单相短路电流大单相短路电流大（3）中中性性点直接接地点直接接地三相四三相四线线制制

21、引出中线以向单相设备供电引出中线以向单相设备供电中中性性点点不不接地接地中中性性点直接接地点直接接地电电流流中中性性点点电压电压非非故障相故障相电压电压线电压线电压接地点接地点的电容电的电容电流是正流是正常常运行运行时一时一相对地相对地电容电电容电流流的的3倍倍故障相故障相电电流流和和流入故流入故障点障点的电的电流很流很大大中中性性点点电压电压升高为相升高为相电压电压故障相故障相和和中中性性点点电电压压为零为零非非故障相对地故障相对地电压电压仍仍为相为相电压电压非非故障相对地故障相对地电压电压升升高为高为线电压线电压与与故障相相故障相相关的线电关的线电压压降低为相降低为相电压电压三相之间三相之间的线电压保的线电压保持持与与正正常时常时相同相同1-5 电力系统中电力系统中性性点点的的运行运行方式方式