《电力系统分析理论》刘天琪,邱晓燕第二版精华内容.ppt

2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,1,1.1.1电力系统,电力系统的组成及分类,发电厂,电力系统,电力网,动力系统,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,2,总装机容量定义：系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和。常以千瓦(1kW=103W)、兆瓦(1MW=106W)、吉瓦(1GW=109W)、太瓦(1TW=1012W)为单位。我国工程上习惯以万千瓦为单位(1万千瓦=10MW)。年发电量定义：系统中所有发电机组全年实际发出电能之和。常以千瓦时(kWh)、兆瓦时(MWh)、吉瓦时(GWh)、太瓦时(TWh)为单位。我国工程上习惯以亿度为单位。,掌握三个概念,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,3,电压等级安全电压：通常36V以下，例如36V、24V、12V、6V；低压：1kV及以下，主要是220V和380V；中压：1kV以上、20kV及以下;高压：20kV以上、330kV以下;超高压：330kV及以上、1000kV以下;特高压：1000kV交流、800kV直流以上;目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，750kV、1000kV。,掌握三个概念,配电电压,输电电压,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,4,1.3电力网,输电线路按结构分为：架空线路和电缆线路按传输形式分为：直流输电线路和交流输电线路,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,5,1.3电力网架空线路,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,6,综合用电负荷分类从用电设备：异步电动机、同步电动机、电热炉、整流设备、照明负荷等。从用户性质：工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电负荷。从用户等级：一级负荷(党政军机关、医院、大型企业等)，二级负荷(学校、机关企事业单位等)和三级负荷(城郊结合部、非重要分散居民区等)。,1.4.1电力系统的负荷,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,7,额定频率工频50Hz，中国台湾、美国、日本、韩国等为60Hz。电压等级目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，750kV、1000kV。,配电电压,输电电压,1.5额定电压和额定频率,1、电气设备；2、发电机；3、变压器。它们的额定电压和额定频率如何确定？,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,8,1.5额定电压和额定频率,1、电气设备电气设备都是按照指定的电压和频率来设计制造的。电气设备的额定电压和频率等于输电（配电）线路的额定电压和频率。,220kV,220kV,220kV,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,9,1.5额定电压和额定频率,2、发电机考虑到电力线路电压损耗，发电机的额定电压比电力线路的额定电压高5%。,6.3kV,6kV,6kV,6kV,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,10,1.5额定电压和额定频率,3、变压器规定：接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。情况1：一次侧连接发电机，一次侧等于发电机额定电压，二次侧比电力线路额定电压高10%。,10.5kV,10kV,110kV,10.5kV,121kV,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,11,1.5额定电压和额定频率,3、变压器规定：接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。情况2：两侧连接电力线路，一次侧等于电力线路额定电压，二次侧比电力线路额定电压高10%或5%(特殊情况),35kV,11kV,Vs%7.5%或者直接/短距离与用户连接时,10.5kV(特殊情况),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,12,1.5额定电压和额定频率,小结：额定电压的规定,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,13,1.5额定电压和额定频率,例1-1如图所示，图中标明的电压为电力线路额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。,10.5kV/242kV,10.5kV,110kV/11kV,220kV/121kV,35kV/3.15kV,220kV/121kV/38.5kV,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,14,1.5额定电压和额定频率,变压器高（中）压侧通常设计有多个分接头，与额定电压对应分接头称为主抽头,额定变比和工作变比（实际变比）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,15,1.6.1电力系统接线图电气接线图、地理接线图1.6.2电力系统的接线方式无备用接线、有备用接线1.6.3电力系统中性点运行方式中性点不接地、经消弧线圈接地和直接接地等,1.6电力系统的接线方式,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,16,优缺点及应用场合不接地：单相短路时仍可运行一段时间，供电可靠性高，但绝缘要求应按线电压设计3-10kV配电网经消弧线圈接地：为了避免断续电弧，当10kV电网接地电流大于30A，35kV电网接地电流大于10A，宜用消弧线圈接地20-60kV电网直接接地：330kV与500kV超高压电网；110kV与220kV电网(个别雷灾严重地区和某些大城市才采用消弧线圈)。经小电阻或阻抗接地：城网电缆线路，目前研究热点。,1.6.3电力系统中性点运行方式,绝缘成本,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,17,单位长度输电线路(单位：km)电阻r：反映线路的热效应（有功损耗）电抗x=L：反映载流导线周围的磁场效应电导g：反映泄露损耗和电晕损耗（g=0）电纳b=C：反映带电导线周围的电场效应,2.2输电线路的等值电路和参数计算,注：1：小写r、x、g、b表示单位长度线路的等值参数；2：电缆线路参数计算较为复杂，可从手册查找，重点讨论的是架空线路。,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,18,分裂导线电抗超高压(2、3、4)、特高压(6、8、10或12),2.2输电线路的等值电路和参数计算,一般单根导线时：0.40/km分裂根数为2根时：0.33/km分裂根数为3根时：0.30/km分裂根数为4根时：0.28/km,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,19,中等距离输电线路(100km300km),2.2输电线路的等值电路和参数计算,型等值电路,任意长度等值电路,必须掌握,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,20,双绕组变压器的等值电路电阻RT、电抗XT、电导GT、电纳BT,型等值电路,表示铜耗,表示铁耗,2.4.1变压器的等值电路,漏磁损耗,励磁损耗,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,21,电气量的单位,2.4.2双绕组变压器的参数计算,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,22,双绕组变压器的参数计算,型等值电路,2.4.2双绕组变压器的参数计算,短路损耗：PS(kW)短路电压：VS%空载损耗：P0(kW)空载电流：I0%额定容量：SN(MVA)额定线电压：VN(kV),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,23,一台SFL1-20000/110型向10kV网络供电的降压变压器，铭牌试验参数：PS=135kW，VS%=10.5，P0=22kW，I0%=0.8,求归算到高压侧参数并画出等值电路。,2.4.2双绕组变压器的参数计算,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,24,标幺值的概念例如发电机额定端电压有名值为VG=10.5kV，如果基准值选定为VB=10.5kV，则其标幺值为如果端电压标幺值VG*=1.1，说明此时,标幺值无量纲,2.6.2电力系统的标幺值,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,25,3.1潮流计算的一般概念,电力系统中，功率的流动称为潮流（PowerFlow,LoadFlow），电压和功率的分布（各节点电压、各支路功率）称为潮流分布。,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,26,3.1潮流计算的一般概念,潮流计算是电力系统三大计算（潮流、短路、稳定计算）之一，是电力系统最基本、最重要的计算，在电力系统规划和运行中具有重要作用。,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,27,3.1潮流计算的一般概念,手算和机算两大类方法。手算只能计算简单网络，但有助于加深对物理概念和物理现象的理解；机算可以计算大规模复杂系统，速度快、精度高。,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,28,3.2.1网络元件的电压降落,电压降落条件1：已知末端电压，求首端电压条件2：已知首端电压，求末端电压,网络元件的等值电路,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,29,现实条件：已知首端电压和末端功率，求末端电压,3.2.1网络元件的电压降落,条件1和条件2对比,网络元件的等值电路,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,30,3.2.1网络元件的电压降落,现实条件：已知首端电压和末端功率，求末端电压,网络元件的等值电路,关键：由末端功率推导首端功率(如何计算元件的功率损耗),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,31,3.2.1网络元件的电压降落,电压损耗和电压偏移,电压损耗示意图,反映供电电压质量,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,32,3.2.2网络元件的功率损耗,输电线路的功率损耗,输电线路的等值电路,通常用额定电压VN代替V1、V2,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,33,3.2.2网络元件的功率损耗,变压器的功率损耗,变压器的等值电路,通常用额定电压VN代替V1、V2,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,34,3.3.2同级电压开式电力网的潮流计算,潮流计算步骤：第一步：做出等值电路并计算参数第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率第三步：根据首端电压和求得的前级功率，从前往后逐次计算后级电压为了提高精度，可以利用第一轮求得的电压，从后往前再次逐次计算前级功率，然后,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,35,第一步：做出等值电路并计算参数,开式电力网及其等值电路,3.3.2同级电压开式电力网的潮流计算,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,36,3.3.2同级电压开式电力网的潮流计算,第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,37,3.3.2同级电压开式电力网的潮流计算,第三步：根据首端电压，从前往后逐次计算后级电压,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,38,最大电压损耗的计算,电力网等值电路,3.3.2同级电压开式电力网的潮流计算,具有分支线的开式网络,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,39,例3-1额定电压为110kV双回输电线路,长度为80km,采用LGJ-150导线，其单位长度参数为：r1=0.21/km,x1=0.416/km,b1=2.7410-6S/km。变电所中装有两台三相110kV/11kV的变压器,每台的容量为15MVA,其参数为：P0=40.5kW,PS=128kW,VS%=10.5,I0%=3.5。负荷功率：SLDb=30+j12MVA,SLDc=20+j15MVA,母线A的实际运行电压为117kV。当变压器取主抽头时，求母线c的电压。,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,双回输电线路接线图,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,40,第一步：作出等值电路并计算参数,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,41,第一步：作出等值电路并计算参数,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,42,第一步：作出等值电路并计算参数,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,43,第一步：作出等值电路并计算参数,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,44,第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,45,第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,46,第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,47,第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,48,电压损耗及电压偏移：,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,49,例3-210kV配电网，已知各节点负荷功率及线路参数，试求电压和功率分布。,10kV配电网结构图,3.3.4配电网的潮流计算（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,50,第一步：作出等值电路并计算参数,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,等值电路,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,51,第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,52,第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,53,第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,54,第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,55,第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,56,第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,57,电压损耗及电压偏移：,3.3.3两级电压的开式电力网（习题）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,58,额定频率工频50Hz：220V中国、俄罗斯、泰国、巴基斯坦等230V法国、德国、西班牙、荷兰、意大利、印度、新加坡等240V英国、澳大利亚、马来西亚等工频60Hz：110V/220V中国台湾、巴西、巴拿马等120V美国、加拿大、委内瑞拉等220V韩国,问题的提出,正常运行条件下频率偏差限值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到0.5Hz。,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,59,4.1.2电力系统频率与有功平衡的关系,频率改变的根源有功功率不平衡,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,60,4.1.4有功功率平衡及备用容量,备用容量按性质分类负荷备用(2%-5%)PM事故备用(5%-10%)PM检修备用(4%-5%)PM国民经济备用(3%-5%)PM,只有拥有适当备用容量，讨论有功分配和频率调整才有意义,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,61,4.1.4有功功率平衡及备用容量,备用容量按状态分类热备用(不易过大）负荷备用、事故备用冷备用检修备用、国民经济备用,只有拥有适当备用容量，讨论有功分配和频率调整才有意义,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,62,公式（采用有名值时）,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,63,例4-4设系统中各类发电机组的台数、容量和它们的调差系数分别为水轮机组G1100MW5台=500MW，%=2.5G275MW5台=375MW，%=2.75汽轮机组G3100MW6台=600MW，%=3.5G450MW20台=1000MW，%=4.0较小容量汽轮机合计G51000MW，%=4.0系统额定频率为50Hz，总负荷为3000MW，负荷响应系数KD*=1.5。试计算以下情况下，系统总负荷增加到3300MW时，系统频率变化情况和各机组增加的功率。(1)全部机组参加一次调频；(2)仅水轮机组参加一次调频。,4.3.2频率的二次调整(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,64,4.3.2频率的二次调整(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,65,4.3.2频率的二次调整(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,66,习题,4-7：某电力系统有4台额定功率为100MW的发电机，每台发电机的调速器的调差系数%=4，额定频率为50Hz，系统总负荷PD=320MW，负荷的频率调节效应系数KD=0。在额定频率运行时，若系统增加负荷60MW，试计算下列两种情况下系统频率的变化值。（1）4台机组原来平均承担负荷。（2）原来3台机组满载，1台带20MW负荷。说明两种情况下频率变化不同的原因。4-8：系统条件仍如题4-7，但负荷的调节效应系数KD=20MW/Hz，试作上题同样的计算，并比较分析计算结果。,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,67,例4-8某火电厂三台机组并联运行，各机组的燃料消耗特性及功率约束条件如下：F1=4+0.3PG1+0.0007P2G1t/h，100MWPG1200MWF2=3+0.32PG2+0.0004P2G2t/h，120MWPG1250MWF3=3.5+0.3PG3+0.00045P2G3t/h，150MWPG1300MW试确定当总负荷分别为400MW、700MW和600MW时，发电厂间功率的经济分配（不计网损的影响），且计算总负荷为600MW时经济分配比平均分担节约多少煤？,4.5.4多个发电厂间的负荷经济分配(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,68,4.5.4多个发电厂间的负荷经济分配(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,69,4.5.4多个发电厂间的负荷经济分配(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,70,5.1.2电力系统允许的电压偏移,无功补偿,无功损耗,无功损耗感性无功损耗导致电压跌落。无功补偿依赖无功电源发出感性无功可以提高系统电压，吸收感性无功可以降低系统电压。,概念梳理,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,71,无功损耗负荷的无功损耗输电线路的无功损耗变压器的无功损耗,5.2.1无功负荷和无功功率损耗,如何应对负荷、输电线路以及变压器的无功损耗？无功电源的无功补偿,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,72,5.2.2无功功率电源,无功电源,同步发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,无功补偿装置,静止无功发生器,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,73,在实际运行或规划设计中由于缺乏必要数据而无法确定中枢点电压控制范围时，依据电力网中负荷分布远近及负荷变化程度，对中枢点电压调整方式提出原则性要求，以确定一个大致范围：,5.3.3中枢点电压调整的方式,调压方式,逆调压,常调压,顺调压,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,74,5.4.1电压调整的基本原理,调节发电机励磁电流以改变发电机端电压VG；,改变变压器的变比k1、k2；,改变功率分布P+jQ(主要是Q)，减小电压损耗V；,改变网络参数R+jX(主要是X)，减小电压损耗V。,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,75,5.4.3改变变压器变比调压,1.降压变压器分接头的选择,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,76,5.4.3改变变压器变比调压,1.降压变压器分接头的选择,找出相应接头并验证,降压变顺调压,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,77,例5-2某变电所由阻抗为4.32+j10.5的35kV线路供电。变电所负荷集中在变压器10kV母线B点。最大负荷8+j5MVA，最小负荷4+j3MVA，线路送端母线A的电压在最大负荷与最小负荷时均为36kV，要求变电所10kV母线上的电压在最小负荷与最大负荷时电压偏移不超过5%，试选择变压器分接头。变压器阻抗折算到高压侧为0.69+j7.84，变比为3522.5%/10.5。,等值电路图,5.4.3改变变压器变比调压(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,78,5.4.3改变变压器变比调压(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,79,5.4.3改变变压器变比调压(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,80,5.4.3改变变压器变比调压,2.升压变压器分接头的选择,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,81,5.4.3改变变压器变比调压,2.升压变压器分接头的选择,找出相应接头并验证,发电机逆调压,2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,82,例5-3一升压变压器，其归算到高压侧的参数、负荷、分接头范围如图所示，最大负荷时高压母线电压为120kV，最小负荷时高压母线电压为114kV，发电机电压调节范围为66.6kV，试选择变压器分接头。,等值电路图,5.4.3改变变压器变比调压(习题),2019/11/24,电力系统三相短路的分析计算,83,5.4.3改变变压器变比调压(习题),2019/11/24,电力系统三