电力系统稳态.ppt

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1、 电力系统稳态分析电力系统稳态分析东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 SOUTHEAST SOUTHEAST University University东南大学电气工程学院电力系统基础徐青山徐青山徐青山徐青山2021/9/211雪灾雪灾2008年伊始，暴风雪席卷全国，低温雨雪冰冻灾害已造成21个省（区、市、兵团）不同程度受灾，170多个市、县停电降雪在高压输电线路上形成覆冰，坠断电线，并使一些铁塔失去平衡而倒塌。城市断电、断水。2021/9/212规划 设计 建设 运行维护扩展规划规划预测电源规划电源规划网络规划网络规划规划规划网络设计网络设计发电厂、变电发电厂、变电站设计站设计规划规划

2、正常运行正常运行故障处理故障处理认识认识2021/9/213引引 论论电能系统的定义电力系统得形成和发展电力系统的组成电力系统工程学科的范畴课程的内容2021/9/214电能传输电能传输2021/9/215电能系统、电力系统、电能系统、电力系统、电力网示意图电力网示意图2021/9/2162021/9/217地理接线地理接线2021/9/2182021/9/219电能系统与电力系统的定义电能系统与电力系统的定义电能系统：在动力系统中，生产、输送、转换的能量主要部分是电能的，称为电能系统电能系统。电力系统：电能系统中的电气部分称为电力系统电力系统。电力网：在电力系统中通常把发电机和用电之间属于输

3、电和配电的环节称为电力网电力网。2021/9/2110电力系统的形成和发展电力系统的形成和发展2021/9/211118201820年奥斯特证实了电流的磁效应年奥斯特证实了电流的磁效应18311831年法拉第发现了电磁感应定律，促进电动机年法拉第发现了电磁感应定律，促进电动机和发电机的发明和发电机的发明18821882年实现了较高电压的直流输电年实现了较高电压的直流输电远距离、大功率传输困难远距离、大功率传输困难18851885年实现了单相交流输电，年实现了单相交流输电，18891889年发明了年发明了三相异步电动机、三相变压器和三相交流制三相异步电动机、三相变压器和三相交流制18911891

4、年建立了最早的三相交流输电系统年建立了最早的三相交流输电系统2021/9/2112电力系统的发展电力系统的发展输电技术发展的初期输电技术发展的初期:减少线路损耗，提高电压减少线路损耗，提高电压针式绝缘子使电压提高到针式绝缘子使电压提高到80kV80kV19061906年悬式绝缘子使电压提高到年悬式绝缘子使电压提高到110110120kV120kV2020世纪世纪2020年代采用均压环电压可做到年代采用均压环电压可做到220kV220kV解决交流输电同步发电机并联运行的稳定性问题，解决交流输电同步发电机并联运行的稳定性问题，直流输电又得到应用直流输电又得到应用800kV800kV，距离，距离10

5、00km1000km以上，容量以上，容量3000MW3000MW2021/9/2113现代电力系统由三大系统组成能量变换、传输、分配和使用的一次系统。发电机、变压器、电力线路和负荷这四大元件构成了电力系统的主体（躯干）。也可称为物流系统。为了保证电力系统可靠、稳定、安全和经济运行的监控、保护、自动控制、调度等系统称为二次系统。如：继电保护装置、通讯装置和能量管理系统等。也可称为信息流系统。电能量交易系统，也可称为货币流系统。2021/9/21142021/9/2115我国电力工业发展概况(2)2021/9/2116国家电网公司已经启动了特高压电流示范工程的设计工作，具体路线为：陕北晋东南南阳荆

6、门武汉，荆门1000kV特高压变电站是该示范工程的第一个建设项目。在2年内，国家电网公司还将开工第二项特高压交流工程，具体路线为：淮南皖南浙北上海线。2021/9/21171.我国有丰富的煤炭、石油和水力资源，这为我国电力工业的发展提供了条件.2.新中国成立以来，我国电力工业取得了长足的发展。3.我国今后电力工业发展方向：我国电源结构要坚持优化火电结构、优先发展水电、适当发展核电、积极利用新能源的方针。2021/9/2118江苏电网现状江苏电网现状江苏电网是华东电网重要组成部分，2004年全省全社会最高用电负荷27100MW，用电量为1820.1亿kWh.2004年江苏全社会500kW及以上机

7、组的总装机容量28447.75MW（不含阳城、天荒坪、秦山），机组190台，总装机容量23979.2MW。至2004年底，江苏电网拥有：500kV变电所（含开关站）17座，变压器25台（组），主变压器总容量19000MVA;500kV线路52条，总长度5279.67km（含省际联络线和阳城送出专线）；220kV变电所（含开关站）198座，变压器355台,主变压器总容量47314MVA;220kV线路507条，总长度11007.53km。2021/9/2119电力系统工程电力系统工程学科的范畴学科的范畴2021/9/2120电力系统工程学科是衍生于电路、电磁场、电机学，并随着电力系统的发展而发展

8、形成的一门工程学科。它的研究领域大致包括：（1）电力系统理论电力系统理论：电力系统理论是以电路、电磁场和电机理论为基础，吸收大量新兴学科的有关内容，并结合电力系统的特点而形成的面向现代电力系统的理论，是其它各个领域的理论基础。（2）输配电技术输配电技术: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。2021/9/2121（3）电力系统规划电力系统规划：电力系统规划主要涉及远景负荷预测、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。（4）电力系统运行电力系统运行：电力系统运行主要涉及稳态运行分析、暂态过程分析、安全性分析、

9、电能质量管理、运行方式优化等方面的内容。（5）电力系统保护电力系统保护：电力系统保护主要涉及故障分析、元件保护、线路保护、系统性故障保护和过电压及其防护等方面的问题。（6）电力系统控制电力系统控制：主要涉及数据采集、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。2021/9/2122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。发电量与负荷相等所有运行设备的电流、电压、频率、波形在允许范围所有发电机在负荷正常变动和小扰动时保持同步电力系统暂态电力系统暂态：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

10、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。二者的本质差别二者的本质差别在于：电力系统稳态中的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；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。2021/9/2123电力系统暂态电力系统暂态电力系统暂态过程可分为三类：（1）波过程波过程：主要与运行操作或雷击时的过电压有关，涉及电流、电压波的传播，这类过程最短暂（10-610-2s）。高电压技术（2）电磁暂态过程电磁暂态过程：主要与短路和自励磁有关，涉及电流、电压、功率角随时间的变化,分析过程中假设旋转电机的转速不变。电力系统暂态分析（3）机电暂态过程机电暂态过程：主要与

11、系统振荡、稳定性的破坏、异步运行等有关，涉及功率、功率角、旋转电机的转速等随时间的变化。持续时间长。（110s）。电力系统暂态分析2021/9/2124课程的地位、作用及任务课程的地位、作用及任务本课程是“电气工程及其自动化”专业类的专业基础课之一是电力系统及其自动化、电机电器及其控制、电气技术、高电压工程等电力类专业方向的公共专业课程之一先修课程主要是电路、电磁场、电机学、工程数学等2021/9/2125课程的地位、作用及任务课程的地位、作用及任务本课程的主要任务使电气专业类学生对发电厂、变电所、电力网及电能系统有较全面的了解，使学生掌握电能系统规划设计与运行管理的基本理论与基本方法，为今后

12、进一步学习该领域的理论及从事该领域的生产实际工作奠定坚实的基础。2021/9/2126教学内容和基本要求教学内容和基本要求1、电力系统概论 建立电力系统的基本概念，了解电能系统的重要性和整体性。电能系统运行特点及要求，电能系统负荷，电力系统的运行方式及电压等级。2、电力系统元件及基本参数 分析研究电力系统各元件的参数及等值电路,标幺制；发电机、变压器、线路及负荷的数学模型；重点在标幺值计算和多电压等级网络的等值电路的建立。2021/9/21273、电力系统稳态分析 电力系统潮流的计算方法培养计算能力，加深对电力系统各元件以及各电气量之间关系的了解。重点简单电力网的前推回推潮流计算电力网潮流计算

13、的计算机模型导纳矩阵的形成与修改，节点阻抗矩阵与节点导纳矩阵的关系及各自的特点，电力网节点性质的分类牛顿拉夫逊潮流计算及快速解耦潮流算法。2021/9/21284、电力系统的电气接线 高压输电网和配电系统的电气联接方式以及发电厂变电所的电气主接线的基本形式电气主接线的特点与选择的基本原则重点各种电力网的接线方式、特点发电厂、变电所电气主接线的基本形式断路器与隔离开关的操作顺序主变压器台数与容量的确定电能系统电气接线图的选择。2021/9/21295、电能系统的规划设计技术经济比较的基本方法电网规划的数学模型与计算方法发电厂电气部分设计的基本内容重点发电厂与变电所电气设计的基本内容电气设备的选择

14、。2021/9/21306、电能系统的运行管理电力系统有功功率与频率调整无功功率与电压调整的关系电能系统中有功功率与无功功率的经济分配。介绍电能系统运行稳定性的基本概念能量管理系统，配电管理系统，直流输电和灵活交流输电等方面的基本知识重点在有功功率与频率调整，无功功率与电压调整，有功功率与无功功率的经济分配。2021/9/2131发电厂发电厂.发电厂 发电厂是电力系统的电源，它的作用是把不同种类的一次能源转换成电力。根据一次能源的不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、核动力发电厂和其它能源电厂。2021/9/21322021/9/2133火电厂的电能生产过程火电厂的电能生产过程燃烧系统燃料的化学

15、能在锅炉里燃烧变为热能，加热锅炉中的水蒸汽汽水系统锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能电气系统汽轮机旋转的转子带动发电机旋转，把机械能变为电能2021/9/21342021/9/21352021/9/2136火电厂电气系统示意图2021/9/2137水电厂水电厂 水能水轮机机械能发电机电能2021/9/21382021/9/21392021/9/2140(3)核电厂:重核裂变能核蒸汽发生系统热能汽轮机机械能发电机电能一公斤的U235释放出的能量有81013焦,一吨标准煤释放出的能量有31010焦，因此，一公斤的U235释放出的能量相当于2667吨标准煤释放出的能量

16、。以理论计算，每千瓦时煤耗400克，一公斤的铀可发电6250000千瓦时。2021/9/2141电力网电力网电力网按其供电范围的大小和电压等级高低可分为地方电力网、区域电力网以及超高压远距离输电网络。(1)地方电力网:电压不超过110kV,输送距离在几十千米内的电力网，主要指一般城市、工矿区、农村配电网络。2021/9/2142(2)区域电力网 电压为120220kV级的电力网，区域电力网输电线路较长，用户类型较多。(3)超高压远距离输电网络 由330kV和550kV的远距离输电线路组成，担负着远距离、大容量发电厂的电能输送任务，往往同时联系几个区域电力网形成大型联合系统。(4)特高压电网20

17、21/9/2143变电所的任务是汇集电源、升降电压、分配电能。变电所可分为升压变电所和降压变电所，或分为户外变电所、户内变电所及地下变电所。也可按变电所容量和重要性不同分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。变电所变电所2021/9/2144电能系统的负荷与分类1.电能系统的负荷:电能系统的负荷指从电力系统中取用功率或电能的各种用电设备。2.负荷分类:(1)一级负荷:指供电突然中断将造成人伤亡，或政治上造成极坏影响，经济上造成重大损失或引起社会混乱的负荷。2021/9/2145(2)二级负荷指供电突然中断将造成政治上不好影响，经济上较大损失或社会生活的正常规律被打乱的负荷。(3)三级负荷指有计

18、划停电时不会造成较大影响的负荷。2021/9/2146负荷曲线 电力负荷随时间变化的图形。1.负荷曲线的用途 (1)根据预测负荷曲线，计划和分配各发电厂的发电任务。(2)按年最大负荷曲线确定系统装机容量，安排主要设备检修计划。2021/9/21472021/9/21482.负荷曲线的绘制及其特性系数 1)运行日负荷曲线 指以横轴代表时间延续，以纵轴代表实测的功率变化，逐点描绘而成的曲线。该曲线下包围的面积表示一天24小时内的电能消耗。2021/9/2149日有功负荷曲线梯形图日有功负荷曲线梯形图2021/9/2150）年负荷曲线:运行年负荷曲线：其绘制与运行日负荷曲线相似。电力负荷全年持续曲线

19、：选择典型夏季日负荷曲线和典型冬季日负荷曲线，冬季取213天，夏天取152天，以全年8760h为横轴，从最大功率开始，依功率递减顺序依次绘制出功率及其该功率在全年持续的时间。2021/9/2151负荷全年持续曲线下的面积代表一年消耗的电能:最大负荷利用小时：年平均负荷功率：2021/9/2152电能系统的电压等级电能系统的电压等级为使电力工业和电工制造业的生产标准化、系列化和统一化，世界各国都制定有关于额定电压等级的标准。我国电力系统的电压等级在西北系统采用330/110/35/10kV。东北地区采用500/220/63/10kV，其 它 地 区 采 用500/220/110/35/10kV，

20、低 压 常 用0.38/0.22kV电压等级。2021/9/2153运行中最高电压：运行中最高电压：kVkV 550 242 121 38.5 11 550 242 121 38.5 11计算时或运行中经常采用的电压：计算时或运行中经常采用的电压：525 230 115 37 10.5525 230 115 37 10.5规定的额定电压：规定的额定电压：500 220 110 35 10500 220 110 35 10线电压线电压!2021/9/21542021/9/2155电能系统的电气连接方式电能系统的电气连接方式1.电能系统的接线图电气接线图地理接线图2021/9/2156地理接线图地

21、理接线图2021/9/2157电能系统的电气连接方式电能系统的电气连接方式.电能系统的接线方式1）无备用电源接线 无备用接线包括：单回放射式、树干式、链式网络。2021/9/21582）有备用电源接线 有备用接线方式包括：双回放射式、树干式、链式、环式、两端供电等。2021/9/2159 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 无备用结线 缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷 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 有备用结线 缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷2021/9/2160中性点接地方式中性点接地方式中性点接地节省绝缘费用。中性点不接地运行可靠性高，绝缘要求也高。2021/9/21611.陈 珩 电力系统稳态分析2.刘从爱 电力工程3.王锡凡 现代电力系统分析参考书籍参考书籍2021/9/2162思考？思考？为什么电力传输需要升压后为什么电力传输需要升压后再降压？再降压？2021/9/2163思考？思考？拉登拉掉自家电灯对电网有拉登拉掉自家电灯对电网有什么影响，为什么？什么影响，为什么？2021/9/2164