电力系统基础----课件

2018/7/9,1/,电力系统基础,2018年7月9日,四川省电力公司培训中心,李红军,2018/7/9,2/,内容提要,一、电力系统的基本概念 二、电力系统的电压等级与接线形式 三、电力系统的电能质量 四、电力系统的典型控制,2018/7/9,3/,一、电力系统的基本概念,2018/7/9,4/,1、电力系统的组成,2018/7/9,5/,1、电力系统的组成,（1）电力系统：由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。（2）电力网由升压和降压变电所和各种不同电压等级的送电线路连接在一起的部分，称为电力网 。,2018/7/9,6/,1、电力系统的组成,（3）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)计。 （4）装机容量发电机的额定有功功率。一般要求不超过系统总容量的8%10%。,2018/7/9,7/,1、电力系统的组成,（5）年发电量系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以 MW.h、GW.h、TW.h计。,2018/7/9,8/,2、电力系统的生产特点,（1）电力生产的同时性。发、输、供、用同时完成的，不能大量储存，用多少，发多少。（2）电力生产的整体性。发电机、变压器、高压输电线路、配电线路和用电设备在电网中形成一个不可分割的整体，缺少任一环节，电力生产都不可能完成，相反，任何设备脱离电网都将失去意义。,2018/7/9,9/,2、电力系统的生产特点,（3）电力生产的快速性。电能输送过程迅速，其传输速度与光速相同，达到30万km/s，即使相距几万公里，发、供、用都是在瞬间实现。（4）电力生产的连续性。电能的质量需要实时、连续的监视与调整。,2018/7/9,10/,2、电力系统的生产特点,（5）电力生产的实时性。电网事故发展迅速，涉及面大，需要实时安全监视。（6）电力生产的随机性。负荷变化、异常情况及事故发生的随机性；电能质量的变化随机；控制措施和方法适应随机性。,2018/7/9,11/,3、现代电网的特点,（1）由坚强的超高压系统构成主网架。500kV交流超高压电网是主网架，现在发展1000kV特高压国家网架。（2）各电网之间联系较强。大部分电网之间有多回联络线，电气联系紧密。,2018/7/9,12/,3、现代电网的特点,（3）电压等级简化科学的电压等级序列已形成，0.4kV，10kV，35kV，110kV，220kV（330kV）、500kV（750kV）、1000kV（4）具有足够的调峰、调频、调压容量、能够实现自动发电控制（AGC）。,2018/7/9,13/,3、现代电网的特点,（5）具有较高的供电可靠性供电可靠率99.9%和99.99%（6）具有相应的安全稳定控制系统全部电网主要厂站安装了安控装置。（7）具有高度自动化的监控系统微机监控系统，具有高度的智能化,2018/7/9,14/,3、现代电网的特点,（8）具有高度现代化的通信系统多种通讯方式：无线电、光纤、卫星等。（9）具有适应电力市场运营的技术支持系统。（10）有利于合理利用能源。,2018/7/9,15/,4、电力系统的负荷,（1）分类根据用户在国民经济中的部门：（1）工业用电负荷（2）农业用电负荷（3）交通运输用电负荷（4）照明及市政生活用电负荷,2018/7/9,16/,按电力用户对供电可靠性的要求分：,（1）第一类负荷一刻不能停！具有两个以上电源供电。（2）第二类负荷尽量不停电！条件许可，采用备用电源！（3）第三类负荷可以较长时间停电！,2018/7/9,17/,4、电力系统的负荷,（2）负荷曲线电力负荷大小随时间变化的图形。日负荷曲线年负荷曲线,2018/7/9,18/,运行日负荷曲线,计划和分配各发电厂的发电任务。,2018/7/9,19/,年负荷曲线,确定系统装机容量，安排主要设备检修计划。,2018/7/9,20/,二、电力系统的电压等级与接线形式,2018/7/9,21/,1、电力系统的电压等级,（1）电压等级分类低压：单相220V，三相380V。高压：6，10，35，110，220；超高压：330，500，750kV交流：500kV直流特高压：1000kV交流； 800kV直流。,2018/7/9,22/,1、电力系统的电压等级,（2）电压等级选择配合规律 110kV以上，相邻电压比为2：110kV以下，相邻电压比为3；,2018/7/9,23/,1、电力系统的电压等级,（3）我国电力系统的电压等级配合西北地区：750/330/（220）/110/（35）10kV；东北系统：500/220/63/10kV；其它系统：500/220/110/（35）/10kV。,2018/7/9,24/,电压等级的发展历史,我国电压等级历史：第一条110kV输电线路：北京东北郊至官厅1952年；第一条220kV输电线路：丰满经东陵至李石寨1954年；第一条330kV输电线路：1972年；第一条500kV输电线路：平顶山至武昌1985年；第一条750kV输电线路：青海官亭兰州东2005年；,国外电压等级历史1906年，110kV；1923年，220kV； 1953年，330kV； 1965年，500kV； 1966年，735kV；,2018/7/9,25/,2、电力系统的接线,2018/7/9,26/,2、电力系统的接线,（1）电力网接线方式满足的要求：必须保证系统运行和供电的可靠性；必须能灵活地适应系统各种可能的运行方式；应力求节约设备和材料，减少投资与运行费用；应保证在各种运行方式下，运行人员能安全地操作。,2018/7/9,27/,2、电力系统的接线,（2）无备用接线用户只能从一个方向取得电源的接线方式，包括放射式、干线式、链式。,2018/7/9,28/,2、电力系统的接线,（3）有备用接线用户可以从两个或两个以上方向取得电源的接线方式，包括双回路的放射式、干线式、链式、环式和两端供电网等,2018/7/9,29/,中低低压配电网典型接线方式,2018/7/9,30/,骨干电网的接线方式,2018/7/9,31/,未来中国的骨干电网,2018/7/9,32/,3、电磁环网问题,（1）什么是电磁环网？ 指不同电压等级运行的线路,通过变压器电磁回路的联接而构成的环路；（2）弊端 容易引起系统热稳定、暂态稳定的破坏；潮流调度分配困难等。,2018/7/9,33/,4、 关于中性点的运行方式,（1）中性点概念：作星型（Y型）连接的发电机、变压器三相绕组的公共连接点。,2018/7/9,34/,4、关于中性点的运行方式,（2）中性点接地方式110kV及以上电压等级，中性点接地；110kV以下电压等级，中性点不接地或经消弧线圈接地。,2018/7/9,35/,中性点接地或不接地？,主要考虑因素：110kV以上电网，绝缘投资与运行维护费用考虑要接地。10kV、35kV电网，供电可靠性考虑不接地。,2018/7/9,36/,4、关于中性点的运行方式,（3）中性点不接地系统故障时特点 :（1）三相间电压为线电压，仍能向用户短时供电；（2）中性点对地电压上升为相电压，另外两相对地电压上升为线电压大小。,2018/7/9,37/,4、关于中性点的运行方式,（4）中性点经消弧线圈接地的作用为了防止三相不接地系统单相短路时产生电弧。,2018/7/9,38/,三、电力系统的电能质量,2018/7/9,39/,1、电能质量的标准,电能是商品；提供优质合格的电能是电力企业的责任。频率、电压、波形是电能质量的三个核心参数。,2018/7/9,40/,2、理想供电系统提供的电产品,1、电压恒定2、频率恒定3、波形正弦4、三相平衡5、电压电流同相位,2018/7/9,41/,3、不断受影响的电能质量,雷电（风雨、冰雪）等自然现象对架空线路的损害；设备（变压器、电缆绝缘等）与电网故障；电容器组和变压器冲击；配电变电站或工厂电气运行中的误操作；大型负荷设备（如电机等）投入启动；非线性、波动性、功率冲击性及不平衡负荷运行；电力系统接地方式等。,2018/7/9,42/,电能质量现象部分波形图（1）,低频振荡 高频振荡瞬变脉冲 电力谐波噪声干扰 电压暂降电压暂升 短时中断,2018/7/9,43/,电能质量现象部分波形图（2）,暂降SAGS，DIPS,中断INTERRUPTIONS,暂升SWELLS,瞬变TRANSIENTS,谐波HARMONICS，DISTORTIONS,陷波NOTCHES,波动FLUCTUATIONS,频率FREQUENCY DEVIATIONS,2018/7/9,44/,南京电网突遭谐波袭击出现大面积短暂断电 2006年03月18日02:35 中国江苏网,昨天夜里7点多钟，南京电网突遭谐波袭击，引发电网启用自动保护动作，城南、城中大面积出现短暂断电现象，这也是南京电网有史以来首次发生此类故障。虽然此次停电时间只有几分钟，但给许多单位个人造成了不少麻烦，已有部分商家开始提出要对此次事件的责任方追求经济赔偿的想法。原因：记者随即联系了南京市供电部门，电力营销部负责人告诉记者，原因虽然还没查明，但突发停电已经恢复，应该不会再有这种问题出现了。南京供电公司周大平书记告诉记者，技术人员在停电一发生就赶往调度中心分析故障原因，研究相应的对策对策。此次故障可能是不明谐波造成的，由于电网比较大，网上地铁、商场、钢铁厂等用电大单位很多，任何环节一旦有冲击造成电压波动，就会导致电网受谐波影响，从而导致电力自动保护装置启动断电保护措施，避免电网大面积故障。现在各用电单位都已恢复了供电，城南最长影响时间约5-6分钟，城中约1-2分钟。虽然外地也发生过此类故障，但南京还是首次出现这种故障。供电部门期待查明原因后，找出对策，今后避免再发生此类“休克”故障。供电部门提醒市民，遇到停电别慌，将电视等电器的电源拔掉，恢复供电后再插插头。快报记者 吴宏 鲍铭东（现代快报）,2018/7/9,45/,4、电能质量的6个指标,电能质量的6个指标：电网频率偏差 、电压允许偏差、公用电网谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、电网频率暂时过电压和瞬态过电压,2018/7/9,46/,国家电能质量标准具体指标要求,不同电压等级下的电压偏差允许值一般不得超过额定电压的5%；电网正常频率偏差允许值为0.2Hz；三相电压不平衡度允许值一般为2%；按不同电压等级规定，低压系统电压总畸变率极限值为5%等；按不同电压等级规定，电压波动值 d%2%，电压闪变严重度Pst1，Plt0.8 等。,2018/7/9,47/,5、电能质量的控制和治理原则,备制造厂商、电力供应方、电力使用方、标准制定方、监督管理方等协同合作;统一标准，综合协调；分级控制，分层治理；法规约束，监督管理；技术经济的协调与最优;最终达到共同受益的目的。,2018/7/9,48/,6、电能质量的控制措施,发电企业：采用先进的控制技术，产生合格的电源；电网企业：依据国家相关法规和标准，限制电能“污染户”的接入，并采取必要技术手段治理污染；电力用户：对超过规定的用电行为自行装设改善电能质量的设备。,2018/7/9,49/,电能质量的改善,电力电容器组改善电力系统电压质量的重要元件,交流滤波器HVDC换流站谐波过滤装置,2018/7/9,50/,有源滤波器：并联于用电设备旁，限制谐波注入电网。,2018/7/9,51/,四、电力系统的典型控制,2018/7/9,52/,（一）电力系统无功平衡和电压控制,2018/7/9,53/,1、无功负荷与无功损耗,无功负荷：异步电动机：主要的无功负荷； 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定无功损耗变压器的无功损耗输电线路的无功损耗,2018/7/9,54/,2、电力系统无功功率平衡,无功平衡：无功电源=无功负荷+网络损耗无功功率的平衡原则：分层、分区、就地平衡的原则；,2018/7/9,55/,3、电力系统中的无功功率电源,发电机,同步调相机,2018/7/9,56/,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,3、电力系统中的无功功率电源,2018/7/9,57/,允许电压偏移指标,允许电压偏移指标,4、电压调整的基本概念,2018/7/9,58/,中枢点的定义,电力系统中重要的电压支撑点、是有代表性的负荷点，这些点的电压质量符合要求，其它各点的电压质量也能基本满足要求,中枢点的选择,区域性水、火电厂的高压母线枢纽变电所的二次母线有大量地方负荷的发电机电压母线中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压等级变电所总数的7,4、电压调整的基本概念-中枢点,2018/7/9,59/,4、电压调整的基本概念,中枢点调压模式,逆调压：重负荷电压调高，轻负荷调低；,顺调压：轻负荷电压调高，重负荷调低；,恒调压：无论负荷轻重，电压保持恒定。,2018/7/9,60/,5、电压调整的措施,电压调整措施,发电机调压,改变变压器变比调压,利用无功功率补偿调压,线路串联电容补偿调压,2018/7/9,61/,（二）电力系统的有功平衡及频率控制,2018/7/9,62/,1、频率和有功平衡的关系,电力系统的频率只有一个，即50Hz；有功电源=有功负荷，频率才能维持恒定。有功电源：只有发电机。,2018/7/9,63/,2、电力系统有功负荷的变化情况,负荷总的变化情况,随机分量,脉冲分量,持续分量,2018/7/9,64/,3、频率的调整措施,（1）一次调频：处理对象：变动周期小于10s，变化幅度小的负荷扰动；小操作、线路摇摆等措施：利用电厂调速器，对随机负荷进行实时调整。,GKT系列高油压可编程水轮机调速器,2018/7/9,65/,3、频率的调整措施,（2）二次调频处理对象：变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电炉启停措施：利用调频器进行调整首选：水电厂；其次：中温中压电厂,2018/7/9,66/,3、频率的调整措施,（3）三次调频处理对象： 变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律措施：根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配；制定发电计划,2018/7/9,67/,4、频率调整的本质,调整发电厂原动机的出力，即调整进水量、进气量；维持原动机的能量输入速度与负荷消耗速度一致。,2018/7/9,68/,（三）电力系统潮流控制,2018/7/9,69/,1、潮流的含义及其特点,潮流就是电力系统中能量的流动。一般用功率来表示。,2018/7/9,70/,2、影响潮流分布的主要因素,交流电网络结构确定，在一定水平的电源和负荷方式向下，各支路功率值就确定下来。交流电网潮流分布的特点，主要是依赖于网络的结构。,2018/7/9,71/,3、高压直流输电（HVDC）的潮流控制,可以在换流站调整晶体管触发角来控制直流线路上的潮流。,2018/7/9,72/,4、电网潮流的控制措施,（1） 改变发电厂出力、负荷点负荷大小情况下的潮流调整。（2）投切电气元件（3）采用柔性交流输电技术（FACT装置）（4）直流线路采用相位控制来进行潮流控制,2018/7/9,73/,5、潮流分析的应用,潮流分析，主要工作是根据电网情况，进行潮流计算，分析计算结果，制定相应的控制措施。（1）电网规划（2）设备选型（3）电网运行,2018/7/9,74/,5、潮流分析的应用,（1）电网规划 电网规划中，特别是考虑新接入设备、电源、线路对电网的影响，需要使用潮流分析。,2018/7/9,75/,5、潮流分析的应用,（2）设备选型 输变电设备的选型，考虑动稳定，热稳定等因素，需要以潮流计算的结果为依据。,2018/7/9,76/,5、潮流分析的应用,（3）电网运行 确定发电机的出力，预测、监控电网的安全状况、事故分析，需要进行潮流分析。,2018/7/9,77/,（四）电力系统稳定控制,2018/7/9,78/,1、稳定性的基本概念,（1）电力系统运行的根本目的：对负荷提供可靠的供电能力。（2）供电可靠性：不间断供电；保证供电质量。,2018/7/9,79/,1、稳定性的基本概念,（3）广义稳定性：指电力系统的供电可靠性。如果系统能够满足对负荷的不间断的高质量的供要求系统就是稳定的，否则系统就是不稳定的。维持安全稳定性的基础与核心：发电机的稳定。,2018/7/9,80/,1、稳定性的基本概念,（4）狭义稳定性发电机的稳定性：电力系统经受住各种扰动（冲击）后，发电机能保持 “同步”；同步就是稳定的，不同步就是不稳定的。,2018/7/9,81/,大扰动：短路故障：三相短路d(3)、两相短路d(2) 、单相短路接地d(1)、两相短路接地d(1,1)断线故障：单相断线，两相断线；,小扰动：负荷投切,电力系统的扰动,短路时的特征：短路相电压降低，电流增大。单相接地短路是发生概率最大的短路。,2018/7/9,82/,2、稳定性的分类及其含义,电力系统安全稳定导则DL 755-2001,2018/7/9,83/,3、电力系统安全稳定的“三道防线”,（1）第一道防线：当电网发生常见的概率高的单一故障时,电力系统应当保持稳定运行,同时保持对用户的正常供电；由继电保护装置完成快速切除故障任务。,2018/7/9,84/,3、电力系统安全稳定的“三道防线”,（2）第二道防线当电网发生了性质较严重但概率较低的单一故障时,要求电力系统保持稳定运行,但允许损失部分负荷(或直接切除某些负荷,或因系统频率下降,负荷自然降低）；由切机、切负荷装置完成。,2018/7/9,85/,3、电力系统安全稳定的“三道防线”,（3）第三道防线当电网发生了罕