第01章_电力系统分析.ppt

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1、电力系统稳态分析电力系统稳态分析于永于永进进1515320655815153206558J11-213J11-2132021/9/211 1.传统的课程划分电力系统稳态分析电力系统稳态分析正常的、相对静止的正常的、相对静止的运行状态运行状态电力系统暂态分析电力系统暂态分析从一种运行状态向另从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程一种运行状态的过渡过程课程介绍课程介绍2021/9/212电电力力系系统统稳稳态态分分析析电力系统的基本知识和等值网络电力系统的基本知识和等值网络电力系统正常运行状况的分析和计算电力系统正常运行状况的分析和计算电力系统有功功率电力系统有功功率频率、无功功率频率、无功功率

2、电压的控制与调整电压的控制与调整课程介绍课程介绍2021/9/213电电力力系系统统暂暂态态分分析析波过程波过程操作或雷击时的过电压操作或雷击时的过电压（过程最短）（过程最短）电磁暂态过程电磁暂态过程与短路及励磁有关与短路及励磁有关(过程较短过程较短)机电暂态过程机电暂态过程与动力系统有关与动力系统有关(过程较长过程较长)涉及电压、电流涉及电压、电流涉及功率、功角涉及功率、功角导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行短路计算短路计算对称分量法及序网概念对称分量法及序网概念不对称故障的分析与计算不对称故障的分析与计算静稳静稳暂稳暂稳课程介绍课程介绍高电压技术高电压技术

3、2021/9/214第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1、电力系统的概念和组成、电力系统的概念和组成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3、电力系统的电压等级、电力系统的电压等级4、电力系统的接线方式、电力系统的接线方式2021/9/2151.1 1.1 电力系统的基本概念一、基本概念一、基本概念2021/9/216发电发电用电用电输电输电变电变电配电配电电力系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费）2021/9/217从调度、管理、控制的角度看从调度、管理、控制的角度看2021/9/2182021/

4、9/219电电网网图图2021/9/2110黑虚筐内为输电网黑虚筐内为输电网红虚筐内为配电网红虚筐内为配电网2021/9/2111HVDCHVDC的主要的主要元件和基本原理元件和基本原理1、主要元件、主要元件T TT XdT FT QcT LT DLT 基本原理交流母线交流系统 I无功补偿设备交 流滤波器直流线路Vd I 换流站I平波电抗器直 流滤波器桥I交流母线换 流变压器断路器桥II图 HVDC原理图换流站II 交流系统 I I无功补偿设备交 流滤波器换 流变压器Vd II 2021/9/2112 从交流系统向交流系统输电时，换流站把交流系统送来的三相交流功率变换成直流功率。通过直流输电线

5、路把直流功率输送到换流站，再由换流站将直流功率转换成交流功率，送入交流系统。这个过程称作HVDC。此时换流站为整流站，换流站为逆变站。2、HVDC的基本原理的基本原理2021/9/2113HVDC的优点：的优点：(1)线路造价低、损耗少；线路造价低、损耗少；(2)不存在稳定不存在稳定问题（没有电抗）；问题（没有电抗）；(3)可以实现交流系统非同步联网；可以实现交流系统非同步联网；(4)调节速度快，运行可靠；调节速度快，运行可靠；(5)限制短路电流；限制短路电流；(6)可方便可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益HVDC的缺点：的缺点：(1

6、)换流站造价高；换流站造价高；(2)换流器消耗的无功换流器消耗的无功多；多；(3)产生大量的谐波；产生大量的谐波；(4)换流装置几乎没有过载能力；换流装置几乎没有过载能力；(5)缺乏高压直流开关；缺乏高压直流开关；(6)直流输电利用大地（或海水）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来的一些技术问题；为回路而带来的一些技术问题；(7)直流输电线路难于引出直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。分支线路，绝大部分只用于端对端送电。HVDC应用场合：应用场合：(1)远距离大容量输电（等价距离）；远距离大容量输电（等价距离）；(2)非同步联网；非同步联网；(3)海底电缆送电；海底电缆送

7、电；(4)用地下电缆向大城用地下电缆向大城市供电；市供电；(5)交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路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；电流的措施之一；(6)配合新能源的输电。配合新能源的输电。2021/9/2114(1)输送相同功率时，线路造价低：输送相同功率时，线路造价低：交流输电架空线路通常采用交流输电架空线路通常采用3根导线，而直流只需根导线，而直流只需1根根(单极单极)或或2根根(双极双极)导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可导线。因此，直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。减少大量的运输、安装费。(2)线路有功损耗小：线路有

8、功损耗小：由于直流架空线路仅使用由于直流架空线路仅使用1根或根或2根导线，所以有功损耗较小，根导线，所以有功损耗较小，并且具有并且具有空间电荷空间电荷效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。空线路要小。(3)适宜于海下输电：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压比在交流下约高3倍。倍。2根心线的直流电缆线路输送的功率根心线的直流电缆线路输送的功率Pd比比3根心线的交流电缆线路输送的功率根心线的交流电缆线路输送的功率Pa大得多。大得多。运行中，没有磁

9、感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线运行中，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。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。2021/9/2115(4)系统的稳定性问题：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电机必须保在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发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没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电

10、不受输电距离的限制。电距离的限制。(5)能限制系统的短路电流：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。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。(6)调节速度快，运行可靠：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。实现

11、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。回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。2021/9/2116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

12、部分与电力系统组成的整体。几个基本参量几个基本参量(1)总装机容量总装机容量:指该系统中实际安装的发电机组额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（定有功功率的总和，以千瓦（KWKW）、兆瓦（）、兆瓦（MWMW）、）、吉瓦（吉瓦（GWGW）为单位计）为单位计。1.1 1.1 电力系统的基本概念2021/9/21171.1 1.1 电力系统的基本概念年发电量年发电量指该系统中所有发电机组全年实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（际发出电能的总和，以千瓦时（kWhkWh）、兆瓦时）、兆瓦时（MWhMWh）、吉瓦时（）、吉瓦时（GWhGWh）为单位计。）为单位计。

13、最大负荷最大负荷指规定时间内，电力系统总有功指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（功率负荷的最大值，以千瓦（kWkW）、兆瓦）、兆瓦（MWMW）、吉瓦（）、吉瓦（GWGW）为单位计。）为单位计。额定频率额定频率按国家标准规定，我国所有交流按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为电力系统的额定功率为50Hz50Hz。最高电压等级最高电压等级是指该系统中最高的电压等是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。级电力线路的额定电压。2021/9/21181.1 电力系统的基本概念二、电力工业的发展史二、电力工业的发展史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

14、电压等级的提高18311831年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打下了基础下了基础18821882年，爱迪生小型电力系统（年，爱迪生小型电力系统（pearlstreetpowerstation），），6 6台直流发电机，台直流发电机，16km16km，5959个用户，电压：直个用户，电压：直流流110V110V。18851885年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础18901890年，英国从年，英国从DeptfordDeptford到伦敦到伦敦11km11km的的10kV10kV线路（第一线路（第一条

15、高压交流电力线路）条高压交流电力线路）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（第一条三相交流输电线路）（第一条三相交流输电线路）2021/9/21191.1 电力系统的基本概念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。2021/9/21202 2、特高压（特高压（1000kV1000kV及以上）输电的出现与展望及以上）输电的出现与展望习惯上，习惯上，110110220kV220kV为高压，为高压，330330750kV750kV为超高压，为超高压，1000kV1000

16、kV及以上为特高压。及以上为特高压。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426km426km的的1000kV1000kV，但至今运行于，但至今运行于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、俄、巴加、美、俄、巴西、南非等国）西、南非等国）我国西北电网我国西北电网750kV750kV（青海官亭（青海官亭甘肃兰州

17、），甘肃兰州），20052005年投运年投运20092009年我国首条年我国首条1000kV1000kV（山西长治晋东南变电站南阳湖（山西长治晋东南变电站南阳湖北荆门变电站）投运，北荆门变电站）投运，645km645km，实现华北和华中电网互连，实现华北和华中电网互连1.1 电力系统的基本概念2021/9/21213、直流输电线路、高自然功率的紧凑型线路以及灵活交流直流输电线路、高自然功率的紧凑型线路以及灵活交流输电（输电（FACTSFACTS）等多种多样输电新技术的研究也取得很大）等多种多样输电新技术的研究也取得很大进展，有的已进入工程实践。进展，有的已进入工程实践。1.1 电力系统的基本概

18、念高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国500kV500kV紧凑型输电线路北京昌平到房山。紧凑型输电线路北京昌平到房山。灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。外已有较广泛应用。2021/9/21221.1 电力系统的基本概念三、我国电力工业和电力系统的发展史三、我国电力工业和电力系统的发展史1 1、基本发展史、基本发展史 18821882年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，一台一台12kW12kW直流发电机

19、直流发电机 19111911年，年，杨树浦发电厂动工，杨树浦发电厂动工，19131913年开始发电，到年开始发电，到19241924年，年，共有共有1212台发电机，装机台发电机，装机121MW121MW。19541954年，中国自行设计施工的第一条年，中国自行设计施工的第一条220kV220kV输电线路输电线路（369km369km）建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。这）建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。这是中国输电线路建设史上的一个里程碑。是中国输电线路建设史上的一个里程碑。2021/9/21231.1 电力系统的基本概念 1972 1972年，第一条年，第一条330kV3

20、30kV超高压输电线路建成，从刘家峡水电超高压输电线路建成，从刘家峡水电站至汉中，全长站至汉中，全长534534公里。随后公里。随后330kV330kV线路延伸到陕甘宁青线路延伸到陕甘宁青4 4个个省区，形成西北跨省联合电网省区，形成西北跨省联合电网 。19811981年，第一条年，第一条500500千伏超高压输电线路投入运行，从河南千伏超高压输电线路投入运行，从河南平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世界上第界上第8 8个拥有个拥有500500千伏超高压输电的国家。千伏超高压输电的国家。19891989年，中国第一条年，中国第

21、一条500500千伏直流输电线路（葛洲坝上千伏直流输电线路（葛洲坝上海，海，10801080公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。2021/9/21241.1 电力系统的基本概念 2005 2005年年9 9月月,西北电网建成西北电网建成750kV750kV青海官亭青海官亭-甘肃兰州线超高甘肃兰州线超高压输变电工程（压输变电工程（140.7km140.7km），中国输电技术提高到了一个新的），中国输电技术提高到了一个新的水平水平.20082008年年

22、1212月月3030日，我国首条日，我国首条1000kV1000kV（山西长治晋东南变电站（山西长治晋东南变电站南阳湖北荆门变电站）投运，南阳湖北荆门变电站）投运，645km645km，实现华北和华中电，实现华北和华中电网互连。网互连。800kV800kV特高压直流输电线路（向家坝特高压直流输电线路（向家坝上海）正在建设中。上海）正在建设中。2021/9/21251.1 电力系统的基本概念2 2、中国电力工业的现状、中国电力工业的现状年发电量：年发电量：19801980年以来，平均年增长率年以来，平均年增长率9 9，现为世界第，现为世界第二位。二位。表表41980年以来中国年发电量年以来中国年

23、发电量年年份份19801981198219831984198519861987发电发电量量/亿亿kWh30063093327735143700410744964973年年份份19881989199019911992199319941995发电发电量量/亿亿kWh545158476213677575428364927810069年年份份19961997199819992000200120022003发电发电量量/亿亿kWh1075011600116701230013250140201654219052年年份份20042005200620072008发电发电量量/亿亿kWh219432497528

24、34432559346692021/9/21261.1 电力系统的基本概念装机容量：装机容量：现居世界第二位。现居世界第二位。表表51980年以来中国发电设备装机容量年以来中国发电设备装机容量年年 份份19801981198219831984198519861987装机容量装机容量/亿亿kWkW0.6590.6910.7240.7640.8010.8710.9381.029年年 份份19881989199019911992199319941995装机容量装机容量/亿亿kWkW1.1551.2661.3791.5151.6651.8291.9992.172年年 份份199619971998199

25、92000200120022003装机容量装机容量/亿亿kWkW2.3222.462.62.943.143.33.573.91年年 份份20042005200620072008装机容量装机容量/亿亿kWkW4.425.176.247.417.922021/9/21271.1 电力系统的基本概念电压等级、输电线路长度和变电容量：电压等级、输电线路长度和变电容量：电压等级电压等级除西北地区以外除西北地区以外 交流：交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV 直流：直流：500kV西北地区：西北地区：750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV7

26、50kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV截至截至20092009年年7 7月，月，220kV220kV及以上输电线路长度达到及以上输电线路长度达到37.537.5万公里，跃居世界第一位。万公里，跃居世界第一位。20082008年，年，220kV220kV及以上变电容量及以上变电容量13.9亿亿kVA。电网规模不断壮大：电网规模不断壮大：我国现有发电装机容量在我国现有发电装机容量在2000MW2000MW以上的以上的电力网电力网1111个，其中东北、华北、华东、华中区域电网装机容个，其中东北、华北、华东、华中区域电网装机容量均超过量均超过30000MW30000MW，华东

27、、华中电网甚至超过，华东、华中电网甚至超过40000MW40000MW，西北，西北电网的装机容量也达到电网的装机容量也达到20000MW20000MW。2021/9/2128大大区区电电网网图图2021/9/21291.1 电力系统的基本概念 20102010年前后，建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川年前后，建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川渝的渝的中部电网中部电网；华北、东北、西北三个电网互联形成的；华北、东北、西北三个电网互联形成的北部北部电网电网；以及云、贵、广西、广东；以及云、贵、广西、广东4 4省区的省区的南部联合电网南部联合电网。同时，。同时，加快北、中、南三大电网之间实现

28、局部互联：华北华中加加快北、中、南三大电网之间实现局部互联：华北华中加强联网、华中西北联网、川渝西北联网、华东华北联强联网、华中西北联网、川渝西北联网、华东华北联网、川黔联网等跨区电网工程建设，实现网、川黔联网等跨区电网工程建设，实现西电东送、南北互西电东送、南北互供供，初步形成全国统一的联合电网的格局，实现全国范围内，初步形成全国统一的联合电网的格局，实现全国范围内的资源优化配置，满足国民经济发展和全面建设小康社会的的资源优化配置，满足国民经济发展和全面建设小康社会的要求要求 。2021/9/21301.1 电力系统的基本概念 2020 2020年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、年前后，

29、随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河上一系列大型水电站的开发，西部和北部大红水河上一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海核电站的建设，以及一大批长距离、型火电厂和沿海核电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施，电网结构进一步加强，真大容量输电工程的实施，电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。在全国统一电网中充正形成全国统一的联合电网。在全国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源优化配分实现西部水电东送，北部火电南送的能源优化配置。此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现置。此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周边电网互联和能源优势互补。周边电网互

30、联和能源优势互补。2021/9/2131电力系统为什么要互联并网运行呢？电力系统为什么要互联并网运行呢？1.1.采用高效率大容量机组采用高效率大容量机组减少备用容量减少备用容量 最大单机容量最大单机容量 最大发电厂最大发电厂 2.2.合理利用动力资源合理利用动力资源水、火电互补水、火电互补 3.3.提高供电可靠性提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强系统越大，抗干扰能力越强 4.4.提高运行的经济性提高运行的经济性装装高效率大容量机组、高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。1.1 电力系统的基本概念2021/9/2132我国的能源结

31、构极不合理我国的能源结构极不合理636323.723.74.34.38.88.8目前电源配置情况目前电源配置情况20202020年电源配置情况年电源配置情况2021/9/2133我国最大单机容量我国最大单机容量最大火电机组最大火电机组：1000 MW1000 MW（浙江华能玉环电厂，上海（浙江华能玉环电厂，上海外高桥第二发电厂外高桥第二发电厂900MW900MW）最大水电机组最大水电机组：700 MW700 MW（三峡电厂）（葛洲坝水电（三峡电厂）（葛洲坝水电厂厂320 MW320 MW）最大核电机组最大核电机组：1060MW1060MW（江苏田湾核电厂（江苏田湾核电厂)1.1 电力系统的基本

32、概念2021/9/2134我国最大发电厂我国最大发电厂最大火电厂最大火电厂：北仑港电厂，北仑港电厂，5600 MW5600 MW最大水电厂最大水电厂：三峡电厂三峡电厂26700 MW26700 MW（二滩水电厂（二滩水电厂6550 MW6550 MW，溪洛渡水电站，溪洛渡水电站8700MW 8700MW）最大核电厂最大核电厂：秦山（秦山（300+2600+2700MW300+2600+2700MW）,(大亚湾大亚湾290290万万KW,KW,江苏田湾江苏田湾21060 MW,21060 MW,浙江三门、浙江三门、广东阳江广东阳江21000MW)21000MW)最大抽水蓄能电厂最大抽水蓄能电厂：

33、广东抽水蓄能电厂广东抽水蓄能电厂8300 8300 MWMW1.1 电力系统的基本概念2021/9/21351.1 电力系统的基本概念机构改革初显成效：机构改革初显成效：20022002年年1212月，中国电力工业新机构为月，中国电力工业新机构为适应市场发展应运而生，成立了两家电网公司、适应市场发展应运而生，成立了两家电网公司、5 5家发电集家发电集团公司和团公司和4 4家辅业集团公司；家辅业集团公司；20032003年年2 2月，国家电力监管委月，国家电力监管委员会宣告成立。员会宣告成立。两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；责任公

34、司；家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；电力投资集团公司；家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。和中国葛洲坝集团公司。2021/9/21361.1 电力系统的基本概念缺电问题：缺电问题：19701970年以来出现缺电问题年以来出现缺电问题 19981998年低用电水

35、平下基本实现了电力的供需平衡年低用电水平下基本实现了电力的供需平衡 20012001电力再度短缺电力再度短缺 原因：原因：（1 1）电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺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的重要原因 2021/9/21371.1 电力系统的基本概念（2 2）电网的瓶颈制约，网络输送能力不足，输配电电网的瓶颈制约，网络输送能力不足，输配电“卡脖子卡脖子”问题严重，制约了电力供应。问题严重，制约了电力供应。发电、输电、配电比例：美国发电、输电、配电比例：美国 1:0.43:0.71:0.43:0.7，日本，日本 1:0.47:0.68 1:0.47:0.68，

36、英国，英国1:0.45:0.78 1:0.45:0.78，我国，我国 1:0.21:0.121:0.21:0.12（3 3）发电机组出力不足（水电来水不足，火电电煤紧张）发电机组出力不足（水电来水不足，火电电煤紧张）（4 4）经济快速增长带动用电需求高涨）经济快速增长带动用电需求高涨（5 5）居民用电被激活）居民用电被激活（6 6）高耗能行业发展迅速）高耗能行业发展迅速2021/9/21381.1 电力系统的基本概念展望：我国电力工业进入了新一轮的快速发展期展望：我国电力工业进入了新一轮的快速发展期 形成形成以大型清洁高效燃煤发电、大型水电、大型核电、以大型清洁高效燃煤发电、大型水电、大型核电

37、、多种形式的可再生能源发电和分布式电源构成的多元化发多种形式的可再生能源发电和分布式电源构成的多元化发电结构。电结构。形成以特形成以特/超高压交直流输电为骨干，区域电网互联，超高压交直流输电为骨干，区域电网互联，各级电压电网协调发展的各级电压电网协调发展的坚强智能电网坚强智能电网。2021/9/21391.1 电力系统的基本概念目前电网和智能电网的比较目前电网和智能电网的比较目前电网目前电网智能电网智能电网通讯通讯没有或单向没有或单向双向双向与用户交互与用户交互很少很少很多很多仪表型式仪表型式机电的机电的数字的数字的运行与管理运行与管理人工的设备校核人工的设备校核远方监控远方监控功率的提供与支

38、持功率的提供与支持集中发电集中发电集中和分布式发电并存集中和分布式发电并存潮流控制潮流控制有限的有限的普遍的普遍的可靠性可靠性倾向于故障和电力中断倾向于故障和电力中断自适应保护和孤岛化自适应保护和孤岛化供电恢复供电恢复人工的人工的自愈的自愈的网络拓扑网络拓扑辐射状的辐射状的网状的网状的2021/9/2140国家国家发生时间发生时间 事故名称事故名称事故后果事故后果美国美国2003.8.14北北美美东东部部网网损损失失负负荷荷61.8GW，停停电电8州州1省省5000万万人人，停停电电面面积积24000平方公里，最长停电平方公里，最长停电29小时，损失小时，损失300亿美元。亿美元。瑞典丹瑞典丹

39、麦麦2003.9.23瑞瑞典典丹丹麦麦停电停电1800MW，影响，影响500万人用电，停万人用电，停6.5小时小时意大意大利利2003.9.28意大利意大利6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。小时。英国英国2003.8.28伦敦地铁伦敦地铁停停电电724MW，影影响响41万万用用户户，50万万乘乘客客被被困困，停停电电37分分钟钟1小时小时马来西马来西亚亚2003.9.1马来西亚马来西亚马来西亚北方马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。个小时。国外国外0303年发生的大停电事故特大停电事故是现

40、代社会的灾难年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾难2021/9/2141美国发生的其它大停电事故美国发生的其它大停电事故事故名称事故名称时间时间后果后果美国东北部大停电美国东北部大停电1965.11.9最长停电时间达最长停电时间达13h，影响居民，影响居民3000万人，直万人，直接经济损失达接经济损失达1亿美元。亿美元。纽约大停电事故纽约大停电事故1977.7.13停电时间达停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫，停电引起贫民区纵火与抢劫，华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。美国西部网大停电美国西部网大停电1994.12.14系系统统

41、解解列列成成东东西西南南北北四四个个大大岛岛，事事故故影影响响到到14个州个州200万人的用电。万人的用电。美国西部网大停电美国西部网大停电1996.7.2系系统统解解列列成成五五个个孤孤岛岛，事事故故影影响响14个个州州200万万用户用户美国西部网大停电美国西部网大停电1996.8.10系系统统解解列列成成四四个个孤孤岛岛，事事故故影影响响9个个州州750万万用用户户2021/9/2142美国电网为什么频发大停电事故美国电网为什么频发大停电事故美国电网自美国电网自1999年起已发生年起已发生130多起重大停电事故，和其多起重大停电事故，和其电网的特点有关。电网的特点有关。由初期的自由竞争发展

42、之后，国家由初期的自由竞争发展之后，国家6060年代才介入，导致电压年代才介入，导致电压等级混乱，、电网结构强弱不一；等级混乱，、电网结构强弱不一；电力公司对联邦能源管理委员会电力公司对联邦能源管理委员会FERCFERC和和NERCNERC的规定和导则的规定和导则基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态；基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态；在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院；电网结构老化，投入不足，电网结构老化，投入不足

43、，对其开发研究的投资比宠物食对其开发研究的投资比宠物食品制造商的还少；品制造商的还少；缺少有效应对紧急情况的方案设计缺少有效应对紧急情况的方案设计；分散安装，协调不足的安全自动化系统。分散安装，协调不足的安全自动化系统。2021/9/21431.2电力系统运行特点及基本要求特点特点 电能不能大量储存电能不能大量储存 暂态过程非常短促暂态过程非常短促（3030万万KM/SKM/S）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 安全安全 优质优质 经济经济 环保环保2021/9/2144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（西电东送全国联电源与电网

44、的建设（西电东送全国联网）网）SCADASCADA数据采集与监视控制系统数据采集与监视控制系统（SupervisorySupervisoryControlControlAndAndDataDataAcquisition 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1.2 1.2 电力系统运行特点及基本要求2021/9/2145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

45、级负荷中断供电，将造成二级负荷：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。1.2 1.2 电力系统运行特点及基本要求2021/9/2146优质优质指标指标 电压电压：35kV 5%10kV 7%(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：电力电子装置，非线性负荷谐波：电力电子装置，非线性负荷1.2 1.2 电力系统运行特点及基本要求2021/9/2147电能质量的定义：导致用电设备故障或不能正常工作的电电能质量的定义：导致用电

46、设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差，其内容包括稳态电能质量和暂态电压、电流或频率偏差，其内容包括稳态电能质量和暂态电能质量。稳态电能质量：电压偏差、频率偏差、三相不平能质量。稳态电能质量：电压偏差、频率偏差、三相不平衡度、谐波、电压波动与闪变；暂态电能质量：暂时过电衡度、谐波、电压波动与闪变；暂态电能质量：暂时过电压和瞬态过电压、电压暂升、暂降、电压短时中断。压和瞬态过电压、电压暂升、暂降、电压短时中断。所谓无功平衡就是指在电网运行的每一个时刻，电网中各所谓无功平衡就是指在电网运行的每一个时刻，电网中各无功电源所发出的无功功率要等于电网中各个环节上的无无功电源所发出的无功功率要等于电

47、网中各个环节上的无功功率损耗和用户所消耗的无功功率之和。无功功率平衡功功率损耗和用户所消耗的无功功率之和。无功功率平衡直接关系到电网的运行电压水平，电网的无功功率平衡时直接关系到电网的运行电压水平，电网的无功功率平衡时维持电网电压水平的首要条件，电网无功电源的配置与电维持电网电压水平的首要条件，电网无功电源的配置与电网调压措施的实施是一密不可分的整体，二者相辅相成。网调压措施的实施是一密不可分的整体，二者相辅相成。当电网无功电源充足时，电网运行电压就高，当电网无功当电网无功电源充足时，电网运行电压就高，当电网无功电源不足时，电网运行电压就低。电源不足时，电网运行电压就低。无功电源包括同步发电机

48、、同步调相机、电力电容器、并无功电源包括同步发电机、同步调相机、电力电容器、并联电抗器、静止补偿器、同步电动机进相运行、异步电动联电抗器、静止补偿器、同步电动机进相运行、异步电动机同步化、高压电缆和高压输电线的电容等。机同步化、高压电缆和高压输电线的电容等。2021/9/2148无功负荷包括变压器、感应电动机、电抗器、感应电热无功负荷包括变压器、感应电动机、电抗器、感应电热设备、电焊机等所消耗的励磁功率，再就是电网中各环设备、电焊机等所消耗的励磁功率，再就是电网中各环节的输电线路和变压器串联阻抗支路中电抗上的无功功节的输电线路和变压器串联阻抗支路中电抗上的无功功率损耗。率损耗。电网的频率特性由

49、电网的有功负荷平衡决定。电力系统电网的频率特性由电网的有功负荷平衡决定。电力系统的有功功率和频率调整大体上可分为一次、二次、三次的有功功率和频率调整大体上可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整：由发电机调速系统频率静态特性调整三种。一次调整：由发电机调速系统频率静态特性的固有能力而增减发电机的出力。二次调整：通过运行的固有能力而增减发电机的出力。二次调整：通过运行人员手动调整或调度自动化系统自动调整，增减发电机人员手动调整或调度自动化系统自动调整，增减发电机组的发电出力。三次调整：为使有功功率负荷按最优分组的发电出力。三次调整：为使有功功率负荷按最优分配即经济负荷分配而进行的调整。配即经济负

50、荷分配而进行的调整。电力系统中的有功功率电源是各类发电厂的发电机。系电力系统中的有功功率电源是各类发电厂的发电机。系统电源容量应不小于包括网络损耗和厂用电在内的系统统电源容量应不小于包括网络损耗和厂用电在内的系统总发电负荷。系统电源容量大于发电负荷的部分成为系总发电负荷。系统电源容量大于发电负荷的部分成为系统的备用容量。系统备用容量可分为热备用和冷备用或统的备用容量。系统备用容量可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。2021/9/2149经济经济俗称俗称“耗煤率耗煤率”。指火力发电厂每生产或供应。指火力发电厂每生产或供