第一章电力系统基本概念.ppt
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1、电力系统稳态分析电力系统稳态分析主讲主讲 王帆王帆电气工程教研室电气工程教研室2021/9/2111 1、教材:东南大学、教材:东南大学 陈珩(第三版)陈珩(第三版)2 2、本课程前修课程、后续课程、本课程前修课程、后续课程 前修课程:电路理论、电机学前修课程:电路理论、电机学 后后续续课课程程:电电力力系系统统自自动动装装置置、继继电电保保护护、电力系统自动化电力系统自动化3 3、考核方式:考核方式:笔笔试试(闭闭卷卷,120120分分钟钟、卷卷面面100100分分,占占6060),平平时时(主主要要是是上上课课考考勤勤记记录录、课堂练习、作业,占课堂练习、作业,占4040)前言前言2021
2、/9/212n重点:n三大计算1、标幺值计算2、稳态计算:潮流;调频、调压3、暂态计算:故障;稳定性2021/9/213第一章 电力系统的基本概念1 11 1 电力系统概述电力系统概述1 12 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1 13 3 结线方式和电压等级结线方式和电压等级1 14 4 课程的主要内容课程的主要内容2021/9/21411 电力系统概述一、电力系统的形成和发展一、电力系统的形成和发展工业工业农业农业商业商业生活生活发电发电 输电输电 配电配电 用电用电电网电网电力系统电力系统2021/9/21511 电力系统概述一、电力系统的形成和发展一、电力系统的形成和
3、发展1882年,托马斯 爱迪生在新纽约城建造了世界上第一个公用发电系统。由蒸汽机驱动直流发电机,电压为100VDC,为800盏白炽灯提供电力。1886年美国西屋电气公司成立2021/9/216一、电力系统的形成和发展一、电力系统的形成和发展1883年,Stanley发明了变压器1885年,特斯拉发明了交流电机,并成功地将它同变压器连接起来,实现了单相交流输电。1893年,特斯拉同西屋电气公司合作为当年在美国芝加哥举行的世界博览会建造了交流供电系统,并借世博会向世界展示了交流技术的优点交流技术的优点 易于通过变压器升,降压。适合长距离输电,传输损耗小相应的交流开关等设备的安装简单,价格便宜202
4、1/9/217一、电力系统的形成和发展一、电力系统的形成和发展1891年,世界上第一台水轮发电机组在德国劳芬建成并向法兰克福 送电,传输电压15kV-25kV,传输距离175km,传输功率172kW1910年,出现了真正意义上的独立电网,传输电压110kV。1920年,高压输电线路,电压达到220kV1957年,欧洲第一条380kV高压输电线路于德国科隆和卢德维希堡之间投入使用目前输电电压以超过1000kV,传输距离超过1000km,输送功率超过5000MW2021/9/21811 电力系统概述二、电力系统的组成二、电力系统的组成 1、来源来源 火电:锅炉汽轮机发电机火电:锅炉汽轮机发电机 水
5、电:水库水轮机发电机水电:水库水轮机发电机 核电:核反应堆汽轮机发电机核电:核反应堆汽轮机发电机 其它:如风能、地热能、太阳能、潮汐等其它:如风能、地热能、太阳能、潮汐等2021/9/21911 电力系统概述二、电力系统的组成二、电力系统的组成2、基本概念基本概念n电力系统电力系统是由是由发电厂、变电所、输电线、发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。最庞杂的工程系统之一。n电力网络电力网络是由是由变压器、电力线路变压器、电力线路等变换、等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。输送、分配电能设备所组成的部
6、分。n动力系统动力系统在电力系统的基础上,把发电厂在电力系统的基础上,把发电厂的动力部分(例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和的动力部分(例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等)包含在内的系统。反应堆等)包含在内的系统。2021/9/211011 电力系统概述二、二、电力系统的组成电力系统的组成2 2、基本概念、基本概念n总装机容量指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和,以千瓦(KW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)为单位计。n年发电量指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和,以千瓦时(KWh)、兆瓦时(MW
7、h)、吉瓦时(GWh)为单位计。n最大负荷指规定时间内,电力系统总有功功率负荷的最大值,以千瓦(KW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)为单位计。2021/9/211111 电力系统概述二、电力系统的组成二、电力系统的组成2 2、基本概念、基本概念n额定频率按国家标准规定,我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。n最高电压等级是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。n地理接线图主要显示系统中发电厂,变电所的地理位置,电力线路的路径,以及它们相互间的连接n电气接线图主要显示系统中发电机,变压器,母线,断路器,电力线路等主要元器件之间的电气接线2021/9/211211 电力系统概述三、近代电力
8、系统三、近代电力系统电压、输送距离、输送功率;电源的构 成;负荷的构成;高度自动化;远距离大容量直流输电2021/9/211311 电力系统概述四、电力系统的发展趋势四、电力系统的发展趋势智能化智能化以物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、以物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网理电网高度集成而形成的新型电网 分布式分布式2021/9/211411 电力系统概述四、电力系统的发展趋势四、电力系统的发展趋势2021/9/211512电力系统运行应满足的基本要求特点特点 与
9、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 电能不能大量储存电能不能大量储存 电能生产、输送、消费的整体环节不可分电能生产、输送、消费的整体环节不可分 割,工况的改变十分迅速割,工况的改变十分迅速要求要求 安全安全 优质优质 经济经济 环保环保2021/9/211612电力系统运行应满足的基本要求安全:安全:保证可靠的供电保证可靠的供电 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)SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 设备检修(计划检修设备检修(计划检修状态检修)状态检修)人员素质人员素质2
10、021/9/211712电力系统运行应满足的基本要求优质优质指标指标 电压:电压:35kV 5%6 10kV 4%380V 5%(无功功率)无功功率)频率:频率:0.2(3000mw)0.5Hz(3000MW)(有功功率)(有功功率)谐波:波形畸变率谐波:波形畸变率 10kV 5%10kV 4%2021/9/211812电力系统运行应满足的基本要求负荷负荷(一级一级 二级二级 三级三级)n一级负荷:对这一级负荷中断供电,将造成一级负荷:对这一级负荷中断供电,将造成人身事故,经济严重损失,人民生活发生混乱。人身事故,经济严重损失,人民生活发生混乱。n二级负荷:对这一级负荷中断供电,将造成二级负荷
11、:对这一级负荷中断供电,将造成大量减产,人民生活受影响。大量减产,人民生活受影响。n三级负荷:所有不属于一、二级的负荷三级负荷:所有不属于一、二级的负荷。2021/9/211912电力系统运行应满足的基本要求经济经济EX:EX:一台一台600MW火电机组,年利用小时火电机组,年利用小时6000h,煤耗率煤耗率320g/kW.h,煤价:煤价:300元元/吨。吨。Sol:年发电量:年发电量:600000kW6000h36亿亿kW.h需标煤:需标煤:36亿亿kW.h320g/kW.h115.2万吨标煤万吨标煤燃料费:燃料费:115.2万吨万吨300元元/吨吨34560万元万元1%节约:燃料:节约:燃
12、料:1.152万吨标煤万吨标煤燃料费:燃料费:345.6万元万元 网损网损煤耗率(水耗率)煤耗率(水耗率)2021/9/212012电力系统运行应满足的基本要求环保环保火电厂装机火电厂装机70 煤炭燃烧造成的污染煤炭燃烧造成的污染 限制污染物的排放量限制污染物的排放量2021/9/212113 电力系统的结线方式和电压等级放射式放射式干线式干线式树状树状无无备备用用结结线线包括单回路放射式、干线式和链式网络包括单回路放射式、干线式和链式网络优点: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 适用范围:二级负荷适用范围:二级负荷一、结线方式一、结线方式202
13、1/9/212213 电力系统的结线方式和电压等级环行网络环行网络双端供电双端供电有有备备用用结结线线包括双回路放射式、干线式和链式网络包括双回路放射式、干线式和链式网络 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:不经济缺点:不经济 适用范围:电压等级较高或重要的负荷适用范围:电压等级较高或重要的负荷2021/9/212313 电力系统的结线方式和电压等级二、电压等级及其适用范围二、电压等级及其适用范围电压等级的选择 S=3U2I I(U1U2)/Z传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系SConst,l U2lConst,S U2U1I U2SZ1、电力系统的额定电压
14、等级2021/9/212413 电力系统的结线方式和电压等级1、电力系统的额定电压等级2021/9/212513 电力系统的结线方式和电压等级1、电力系统的额定电压等级说明:说明:1.1.用电设备的容许电压偏移一般为用电设备的容许电压偏移一般为5%5%;2.2.沿线路的电压降落一般为沿线路的电压降落一般为10%10%;3.3.在额定负荷下,变压器内部的电压降落约为在额定负荷下,变压器内部的电压降落约为5%5%。2021/9/212613 电力系统的结线方式和电压等级1、电力系统的额定电压等级电力网络中电压分布采取的措施:电力网络中电压分布采取的措施:1.1.取取用用电电设设备备的的额额定定电电
15、压压为为线线路路额额定定电电压压,使使所所有设备能在接近它们的额定电压下运行;有设备能在接近它们的额定电压下运行;2.2.取线路始端电压为额定电压的取线路始端电压为额定电压的105%105%;3.3.取发电机的额定电压为线路额定电压的取发电机的额定电压为线路额定电压的105%105%;4.4.变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源,变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源,取一次侧额定电压等于用电设备额定电压;二取一次侧额定电压等于用电设备额定电压;二次侧接负荷,取二次侧额定电压等于线路额定次侧接负荷,取二次侧额定电压等于线路额定电压电压。2021/9/212713 电力系统的结线方式和电压等级
16、1、电力系统的额定电压等级变压器的电压等级变压器的电压等级n升压变压器(例如升压变压器(例如35/121,10.5/242)二次侧(高压侧)接线路始端,向负荷供电,二次侧(高压侧)接线路始端,向负荷供电,相当于发电机,应比线路的额定电压高相当于发电机,应比线路的额定电压高5%,加,加上变压器内耗上变压器内耗5%,所以二次侧额定电压等于,所以二次侧额定电压等于用用电设备的额定电压电设备的额定电压110%110%。直接和发电机相联的变压器直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压一次侧额定电压等于等于发电机的额定电压即发电机的额定电压即105105U UN N;一次侧(低压侧)接电源,相当于用电设备,
17、一次侧(低压侧)接电源,相当于用电设备,一次侧额定电压等于一次侧额定电压等于用电设备的额定电压用电设备的额定电压U UN N;2021/9/212813 电力系统的结线方式和电压等级1、电力系统的额定电压等级变压器的电压等级变压器的电压等级n降压变压器(降压变压器(110/38.5,220/38.5)一次侧(高压侧)接线路末端,相当于用一次侧(高压侧)接线路末端,相当于用电设备,一次侧额定电压等于电设备,一次侧额定电压等于用电设备的用电设备的额定电压;额定电压;二次侧(低压侧)向负荷供电,相当于发二次侧(低压侧)向负荷供电,相当于发电机,应比线路的额定电压高电机,应比线路的额定电压高5%,加上
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