合工大-电力系统稳态分析1.pdf

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1、电电力力电电力力力力系统系统力力系统系统稳态稳态分分稳态稳态分分分析分析分析分析电 力 系 统 稳 态 分 析电 力 系 统 稳 态 分 析合肥工业大学杨向真合肥工业大学杨向真greenleaf_2015/11/171电力系统稳态分析 合肥工业大学前 言前 言1.课程内容2 考核方式2.考核方式2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学2课程内容课程内容教材 教材 电力系统稳态分析陈珩主编中国电力出版社2010年 电力系统稳态分析，陈珩主编，中国电力出版社，2010年 内容内容 各元件以及电力网络的数学模型；潮流计算；经济优化运行。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学3课

2、程内容课程内容 前修课程 前修课程电路理论、电机学、电气工程概论电路理论、电机学、电气工程概论 后续课程电力系统暂态分析、发电厂电气部分、继电保护 参考资料电力系统分析，何仰赞、温增银主编，华中科技大学出版社，2002年2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学4电力系统分析，褚俊伟主编，中国电力出版社，2003年考核方式考核方式 笔试令人纠 笔试 120分钟，100分，70%令人纠结的平时成绩 平时 100分，30%100分，30%考勤 100分，20%；（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分分）100分，20%；（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分分）作业 1

3、00分，50%（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分）分，（分；分；分；分）课堂提问 100分，30%（A：100分；B：80分；C：60分；D：0分分）2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学5第一章 电力系统的基本概念第一章 电力系统的基本概念1 1电力系统概述 1.1电力系统概述 PS的形成和发展 现代电力系统 电力系统的基本参量和结线图 1.2 电力系统运行应满足的基本要求 电力系统的基本参量和结线图电力系统运行应满足的基本要求 1.3 电力系统的结线方式和电压等级 1.4 电力系统工程学科和电力系统分析课程2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学61 1

4、 早期电力系统（PS）的形成1.1 早期电力系统（PS）的形成电力系统蓬勃发展，仅仅数十年，一些国家甚至出现了全国性和跨国性的电力系统逐步形成现代电力系统性的电力系统，逐步形成现代电力系统1891德国人建立了一个：发电升压传输降压用户的小型电力系统电力系统的发展取得了重大突破1882特点：凸显了三相交流制的优越性？1882法国人M.德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的直流电输送到57km外的慕尼黑，并用以驱动水泵，形成世界上第一个电力系统特点：特点：Vdc15002000V，P=1.5kW，包含了发电、输电、用电设备法拉第-电磁感应，原始的交流发电机、直流发电机和直流电动机特点特点：电机制

5、造和电力输送技术的发展集中在直流电100V400V18312015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学7特点特点：电机制造和电力输送技术的发展集中在直流电，100V400V缺点:缺点:输电电压低，输送距离近，功率小现代电力系统的特点现代电力系统的特点 输电电压 超过1000kV10001891 输送距离 超过1000km800k kV）V）189120世纪初1906 输送功率 超过5000MW400600压压等级（等级（k k19061920s如今 高度自动化 能量管理系统200电电压压 高压直流输电 HVDC0时间时间彻底解决同步发电机并列运行的稳定性问2015/11/17电力系统稳态

6、分析 合肥工业大学8彻底解决同步发电机并列运行的稳定性问题，进一步提高输送能力现代电力系统的特点现代电力系统的特点 电源的构成煤石油天然气核能水能发电输电配电煤、石油、天然气、核能、水能 风能、太阳能、潮汐能等配电继电保护调度管理稳定性分析 负荷的构成稳定性分析 电动机、电灯 电热电炉整流装置新能源的并网发电对电力系统有电热电炉、整流装置 电动汽车哪些影响？2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学9现代电力系统现代电力系统火三火力发三峡水发电厂水电厂厂厂变高压压压输电器线路2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学10现代电力系统现代电力系统风风力光伏发发电电燃料电海上风电池

7、发风力发2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学11电电现代电力系统 一次系统&二次系统现代电力系统_一次系统&二次系统应用服务器应用服务器电网电网监控系统监控系统应用服务器应用服务器电网电网监控系统监控系统RTURTU数据采集和传输数据采集和传输通信通信通信通信RTURTURTURTURTURTU发电发电用电用电发电发电用电用电输电输电变电变电输电输电变电变电配电配电配电配电2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学12电力系统的定义电力系统的定义广义的电力系统应该是包括生产电能的设备输广义的电力系统应该是包括生产电能的设备、输配变电设备消耗电能的设备二次系统设备的配变电设

8、备、消耗电能的设备、二次系统设备的统一整体统整体。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学13电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图1.系统装机容量(发电机额定有功功率总和,kW/MW/GW)2.系统年发电量(发电机全年发电量总和,MWh/GWh/TWh)3.年用电量（所有用户全年所用电量总和，MWh）4.最大负荷(一段时间内有功负荷最大值,kW/MW/GW)最大负荷(段间内有功负荷最大值,/)2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学14电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图5额定频率（交流工频50H60H）5.额定频率（交流工频：50Hz，60

9、Hz）6.最高电压等级（最高额定电压，kV）7.地理结线图（显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径以及它们相互间的联结，宏观印象）同时参阅8.电气结线图（显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、）2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学15电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气结线，细致了解）地理结线图地理结线图2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学16地理结线图地理结线图2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学17电气结线图电气结线图电电电力系统分电气结线图分析中提到图到的电力力系统图指的是2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学1

10、81 2 电力系统运行应满足的基本要求1.2 电力系统运行应满足的基本要求 电能的特点电能能大量储存储能 电能不能大量储存（储能）电力系统暂态过程非常短促（电力系统暂稳态分析的意义）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（一级负荷、二级负荷、三级负荷）2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学191 3 电力系统运行应满足的基本要求1.3 电力系统运行应满足的基本要求对电力系统运行的基本要求 可靠 对电力系统运行的基本要求 I 级负荷：造成人身事故、设备损坏、产生次品，生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等不间断供电 II 级负荷：造成大量减产，将使人民生活受到影

11、响等 III 级负荷：不属于一级二级的负荷如小城镇供电等尽量不间断供电无任何要求III 级负荷：不属于级、二级的负荷，如小城镇供电等无任何要求2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学201 2 电力系统运行应满足的基本要求1.2 电力系统运行应满足的基本要求优质 优质35kV5%-电压（无功功率）35kV5%10kV7%（三相供电）220V单相+7%、-10%第六章-频率有功功率0.2Hz（3000MW)0 5H(3000MW)第五章（有功功率）0.5Hz(3000MW)（1）电压总谐波畸变率和各次谐波电压含有量不超过限值-波形量不超过限值（2）各谐波源用户注入电力系统的谐波电流不超

12、过允许值电热电炉电力电备2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学21电热电炉、电力电子设备1 2 电力系统运行应满足的基本要求1.2 电力系统运行应满足的基本要求 经济 燃料成本经济性考核指标经济性考核指标 燃料成本煤/石油/天然气 煤耗率：煤耗率：每生产1kW h电能所消耗的标准煤重，g/kW h经济性考核指标经济性考核指标 厂用电率照明、电动设备 网损率：网损率：电力网络中消耗的电能与向电力网络供应电能的百分比 网损率输电线路损耗输电线路损耗 环保成本2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学221 3 电力系统的结线方式和电压等级1.3 电力系统的结线方式和电压等级一几

13、种典型的结线方式、几种典型的结线方式无备独立电源负荷点备用结优点：简单经济运行方便单回路放射式单回路链式负荷点单回路干线式结线优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围（1）三级负荷适用范围：（1）三级负荷（2）一级负荷比重不大，且为其单独配置备用电源2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学23（3）由采用自动重合闸装置架空线路供电的二级负荷1 3 电力系统的结线方式和电压等级1.3 电力系统的结线方式和电压等级有有备用用结线环形网络双端供电线类型：环形网络、双回路放射式、干线式和链式网络、双端供电优点：供电可靠性和电压质量高优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围

14、电压等级较高或重要的负荷2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学24适用范围：电压等级较高或重要的负荷1 3 电力系统的结线方式和电压等级二电力系统电压等级1.3 电力系统的结线方式和电压等级?电气设备额定电压之间的配合二、电力系统电压等级3、6、10、35、110、220、330、500、750电气设备额定电压之间的配合?供电设备：比额定电压等级高5%?受电设备：等于额定电压等级?变压器一次侧作为受电设备：（1）连接发电机，等于发电机的额定电压，即1.05UN（2）连接线路，即UN?变压器二次侧作为负荷的供电设备：（1）比额定电压等级高10%：供电设备高5%UN+自身5%UN损耗（

15、2）若二次侧输电距离较短、变压器漏抗较小或电压特别高时，可以比额定2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学25电压等级高5%1 3 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的额定电压等级1.3 电力系统的结线方式和电压等级用 电 设 备/线路额 定线 电 压（kV）交 流 发 电机 线 电 压（kV）变 压 器 线 电 压（kV）一 次 绕 组二 次 绕 组一 次 绕 组二 次 绕 组363.156.33及3.156及6.33.15及3.36.3及6.6倍倍1倍倍1.05倍倍1.05倍倍倍倍103510.515.7510及10.515.753510.5及1138 51.05倍倍1.1倍倍

16、351102203511022038.51212421倍倍1.1倍倍330500330500345及363525及5502015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学261 3 电力系统的结线方式和电压等级三电力系统中性点的运行方式1.3 电力系统的结线方式和电压等级负负A负负Ak(1)三、电力系统中性点的运行方式负负荷荷BC负负荷荷BCI(1)CCCICb.中性点不接地Ik(1)Ik(1)a.中性点直接接地单相接地时，接地相电流很大，为避免损坏设备，需迅速切除接地相甚至三相特点：供电可靠性低单相接地时，非接地相对地电压升高为线电压，需提高设备绝缘特点：可靠性高但绝缘水平要求高在我国：?1

17、10kV及以上的系统中性点直接接地特点：供电可靠性低特点：可靠性高，但绝缘水平要求高2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学27?110kV及以上的系统中性点直接接地?60kV及以下的系统中性点不接地1 3 电力系统的结线方式和电压等级1.3 电力系统的结线方式和电压等级负负ABICA加装消弧线圈（电抗线圈）的原理：加装消弧线圈（电抗线圈）的原理：增加感性电流分量，抵消容性电流分荷荷CCCCILICICCICBICCICBICAIPEL量，减小接地点电流，使电弧易于自行熄灭，提高供电可靠性CCCPEc.中性点经消弧线圈接地中心点接地统单相接地时较大的容需加装消弧线圈的中性点：需加装消

18、弧线圈的中性点：36kV网络容性电流30A中心点不接地系统出现单相接地时，较大的容性电流可能使接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压甚至发生严重的系统性事故10kV网络容性电流20A3560kV网络容性电流10A弧光接地过电压，甚至发生严重的系统性事故2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学281 4 电力系统工程学科和电力系统分析课程1.4 电力系统工程学科和电力系统分析课程电力系统的工程学科的范畴电力系统理论：面向现代电力系统的理论是其它各个领域的理论 电力系统理论：面向现代电力系统的理论，是其它各个领域的理论基础。输配电技术：输配电技术主要涉及超高压输电线路、远距离交直流输

19、电系统设计以及提高输电线路输送能力的方法等方面的研究。电力系统规划：远景负荷预测、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。、环境保护、生态平衡等方面的问题。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学291 4 电力系统工程学科和电力系统分析课程1.4 电力系统工程学科和电力系统分析课程电力系统的工程学科的范畴电力系统的工程学科的范畴 电力系统运行：稳态运行分析暂态过程分析安全性分析电能质量电力系统运行：稳态运行分析、暂态过程分析、安全性分析、电能质量管理、运行方式优化等方面的内容。电力统保护 电力系统保护：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

20、等方面的问题。电力系统控制：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。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学30电力系统分析课程电力系统分析课程电力系统稳态电力系统稳态 指系统正常的相对静止的运行状态 指系统正常的、相对静止的运行状态。发电量与负荷相等；所有运行设备的电流/电压/频率、波形在允许范围内；所有发电机在负荷正常变动和小扰动时保持同步;所有发电机在负荷常变动和小扰动时保持同步;运行变量的变化特性与时间无关，描述其特性的是代数方程。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学31电力系统分析课程电力系统分析课程电力系统

21、暂态电力系统暂态指电力系统从种运行状态向另种状态过渡的过程 指电力系统从一种运行状态向另一种状态过渡的过程。特指电力系统非正常的、变化较大以至引起系统从一个稳定运行状态向另一个稳定运行状态过渡的变化过程。有关微分 电力系统暂态中的运行变量与时间有关，描述其特性的是微分方程。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学32电力系统分析课程特点电力系统分析课程特点 工程概念很强，既有严格的理论推导，又有必要合理地简化近似，这是与学基础课不同的地方。涉及内容广、概念多，公式多，计算多，且内容有一定的深度，一定要通过做习题达到理解并掌握所学内容的目的。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工

22、业大学33电力系统研究工具简介电力系统研究工具简介电力系统的数学模拟 电力系统的数学模拟 DIgSILENT;稳态暂态计算/模拟DIgSILENT;稳态、暂态计算/模拟 PSCAD/EMTDC;暂态计算/模拟;暂态计算 模拟 Power World Simulator;稳态计算/模拟 电力系统的物理模拟 RTDS：电力系统实时数字仿真仪器2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学34作业（第一章）作业（第一章）1-1、电能质量的主要指标是什么？1 1、电能质量的主要指标是什么？1-2、考核电力系统运行经济性的指标是什么？1-3、我国电力系统中性点的运行方式是什么？各自的优缺点和适用范围？1-4、为什么要规定额定电压？电力线路、发电机、变压器和用电设备的、为什么要规定额定电压电力线路、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？1-5、给出下面各变压器的额定电压及发电机的额定电压。2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学35T H A N K ST H A N K S2015/11/17电力系统稳态分析 合肥工业大学36