电力系统稳态分析1PPT课件

1、1 1、教材：东南大学、教材：东南大学 陈珩（第二版）陈珩（第二版）2 2、本课程特点、前修课程、后续课程、本课程特点、前修课程、后续课程 特点：特点： 前修课程：电路理论、电机学前修课程：电路理论、电机学 后续课程：电力系统分析、继电保护、电力系后续课程：电力系统分析、继电保护、电力系统自动化统自动化3 3、 教学参考书教学参考书4 4、 考核方式：考核方式： 笔试（闭卷，笔试（闭卷，120120分钟、卷面分钟、卷面100100分，占分，占7070），平时（主要是上课考勤记录、课堂练），平时（主要是上课考勤记录、课堂练习、作业，占习、作业，占2020），实验（），实验（1010）前言前言第1

2、页/共46页特点电能不能大量存储；电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；过渡过程十分短暂；电能生产与国民经济各部门和人民生电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系；活有着极为密切的关系；电力系统的地区性特点较强电力系统的地区性特点较强第2页/共46页现代控制理论（作支撑）微机原理应用（作硬件）数据库应用（作软件）专业课：电力系统分析、继电保 护原理（微机保护）、发电厂电气部分、高电压技术等来进行计算机控制前前言言第3页/共46页电力系统稳态分析（一）电力系统分析正常稳态分析计算（U、I、P、Q、f）运行调整和优化电力系统的基本概念各元件的特性和模型潮流计算调频调压经济运行电力系统暂态

3、分析（二）电磁暂态分析（故障分析）正常稳态分析（稳定性分析）发电机的电磁暂态分析对称故障（三相短路）不对称短路静态暂态前前言言 主要主要内容内容第4页/共46页前前言言 重点： 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；稳定性第5页/共46页第一章 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 我国电力工业和电力系统简介我国电力工业和电力系统简介1 13 3 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 14 4 结线方式和电压等级结线方式和电压等级1 15 5 课程的主要内容课程的主要内容第6页/共46页第一章 电力系统的基本概念重

4、点及难点：重点： 1、电力系统的基本概念 2、电力系统的基本要求 3、电能质量 4、结线方式 5、电压等级难点： 1、电能质量 2、电压等级第7页/共46页1 11 1 电力系统概述电力系统概述一、电力系统的组成一、电力系统的组成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第8页/共46页1 11 1 电力系统概述电力系统概述一、电力系统的组成一、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

5、阳能、潮汐等其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等第9页/共46页1 11 1 电力系统概述电力系统概述一、电力系统的组成一、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

6、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。第10页/共46页1 11 1 电力系统概述电力系统概述一、电力系统的组成一、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（MWh）、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，

7、以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 第11页/共46页1 11 1 电力系统概述电力系统概述一、电力系统的组成一、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。第12页/共46页1 11 1 电力系统概述电力系统概述二、近代电力系统二、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第13页/共46页1 12 2 我国电力工业和电力系统简介我国电力工业和电力系统简介一、我国电力工业概况及今后发展电力一、我国

8、电力工业概况及今后发展电力工业的方针工业的方针二、我国主要电力系统概述二、我国主要电力系统概述三、我国电力工业的发展前景三、我国电力工业的发展前景第14页/共46页13电力系统运行应满足的基本要求特点特点 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 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 环保环保第15页/共46页1 13 3电力系统运行应满足的基本要求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（西电东送全国电源与电网的建设（西电东送全国联网）联网） SCADA

9、设备检修（计划检修设备检修（计划检修状态检修）状态检修） 人员素质人员素质第16页/共46页1 13 3电力系统运行应满足的基本要求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% 10kV 7% 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：负荷谐波：负荷 谐波谐波第17页/共46页1 13 3电力系统运行应满足的基本要求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

10、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：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。第18页/共46页1 13 3电力系统运行应满足的基本要求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

11、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：燃料：1.152万吨标煤万吨标煤燃料费：燃料费：345.6万元万元厂用电率厂用电率 网损网损煤耗率（水耗率）煤耗率（水耗率）第19页/共46页1 13 3电力系统运行应满足的基本要求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第20页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级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

12、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、结线方式第21页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级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

13、荷第22页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级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1、电力系统的额定电压等级电压等级的选择 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 U2SZ第23页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级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额 定 电 压 等 级 变 压 器 线 电 压 用 电 设 备 额 定 线 电 压 交 流 发 电 机 线 电 压 一 次 绕 组 二 次 绕 组 3 6 10

14、 35 110 220 330 500 3.15 6.3 10.5 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 35 110 220 330 500 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11 38.5 121 242 345 及 363 525 及 550 第24页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级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

15、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%。第25页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级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. 取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所取用电设备的额定电压为线路额定电压，使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

16、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。 第26页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级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，

17、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，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；第27页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式

18、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用电设备，一次侧额定电压等于用电设备用电设备的额定电压；的额定电压；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%，加上变，加上变压器内耗压器内耗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%。第28页/共46页

19、1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式 接地 ？ 为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。 接地分类： 工作接地：为了保证电气设备在正常或发生故障情况下可靠地工作而采取的接地。 保护接地：将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地，以保证工作人员接触时的安全。 （接地保护） 保护接零：在中性点直接接地的低压电力网中，把电气设备的外壳与接地中性线（也称零线）直接连接，以实现对人 身安全的保护作用。 防雷接地：为

20、消除大气过电压对电气设备的威胁，而对过电压保护装置采取的接地措施。 防静电接地：对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。第29页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式 如何实现工作接地 ？ 电气设备（电力变压器、电压互感器或发电机）的中性点接地 又称为电力系统中性点接地。 电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。 电力系统的中性点接地方式： 小电流接地： 中性点不接地（中性点绝缘） 中性点经消弧线圈接地 大接地电流： 中性点直接接地 中性点经电阻接地 如何确定电力系统中性点接地方

21、式 ？ 应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。第30页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式 1、中性点中性点直接接地直接接地负负荷荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1) 特点： 供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。故障时：故障时：如发生接地故障，则构成如发生接地故障，则构成 短路回短路回路，接地相电流很大；路，接地相电流很大； 为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。对地电压UN，电气设备的绝缘水平只需按电力网的

22、相电压考虑，可以降低工程造价。我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。适用范围：我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统 。380/220V低压系统。第31页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式 2、中性点中性点不接地的电力系统不接地的电力系统负负荷荷ABCCCCICa. 电路图电路图0UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量图矢量图正常运行时正常运行时UAUBUC0IAIBIC0结论： 三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相

23、电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。适用范围适用范围3kV60kV的电力系统的电力系统第32页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式单相金属性接地故障时(A相)0UBUAUC60 -UA UCUB -UA ICBICC-ICA CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(ICAICAICBICBICCICCIPE负负荷荷ABCCCCUAUBUC第33页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、

24、电力系统中性点的运行方式 CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60 -UA UCUB -UA ICBICC-ICA中性点不接地系统单相接地故障的中性点不接地系统单相接地故障的结论结论1 ： 故障相对地电压降为零；非故故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且障相对地电压升高为线电压，且相位相差相位相差600。因此，线路及各。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资而易见，电压等级越高绝缘投资越大。越大。 三相之间的线电压仍然对称，

25、三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能行，但允许继续运行的时间不能超过超过2h。第34页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式 接地故障电容电流IPE 603jBCBCBeUCjXUI BCCCCUCjXUI 3 303)(jBCCCBPEeUCIII CUICO 容电流：容电流：正常运行时每相对地电正常运行时每相对地电COPEICUI33 接接地地故故障障电电流流绝绝对对值值： CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUU

26、U)()(0)(0UBUAUC60 -UA UCUB -UA ICBICC-ICA第35页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式350/)35( NPEUlcablohI 式：式：接地电流的经验计算公接地电流的经验计算公中性点不接地系统单相接地故障的中性点不接地系统单相接地故障的结论结论2 ： 接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。如果接地电流大于如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这

27、将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于如果接地电流大于5A10A，而小于而小于30A，则有可能形成间歇则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U ，将危害整个电网的绝缘安全。将危害整个电网的绝缘安全。如果接地电流在如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。熄灭。第36页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中

28、性点的运行方式3、中性点经消弧线圈接地的电力系统 消弧线圈？ 安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。单相(C相)金属性接地故障负负荷荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB第37页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式 C相发生接地时，中性点电压变为-UC ，在消弧线圈作用 下 ， 产 生 电 感 电 流 （ 滞 后90），其数值为 ILUC / XLU / XL 消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，

29、接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。负负荷荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB第38页/共46页 消弧线圈的补偿方式消弧线圈的补偿方式欠补偿方式欠补偿方式：按：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。电感电流流过。 在过补偿方式下，即使电力网运行方式改变而切除部

30、分线路时，也不会发展成为全补在过补偿方式下，即使电力网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电力网发生谐振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，今后电力网发展，线路偿方式，致使电力网发生谐振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，今后电力网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消弧线圈还可继续使用。因此，实际上大多采用过补偿方式。增多、对地电容增加后，原有消弧线圈还可继续使用。因此，实际上大多采用过补偿方式。1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB全补

31、偿方式全补偿方式：按：按IL=IC选择消弧线圈的电感，选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。 这种补偿方式并不好，因为当感抗等于容抗时，电力这种补偿方式并不好，因为当感抗等于容抗时，电力网将发生谐振，产生危险的高电压或过电流，影响系统网将发生谐振，产生危险的高电压或过电流，影响系统安全运行。安全运行。第39页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结线方式和电压等级三、电力系统中性点的运行方式三、电力系统中性点的运行方式 消弧线圈容量的选择3/35. 1NCUISar 有关安装消弧线圈规程 1 2 3 电压等级(kV) 36 10 3560 电容电流(A) 30 20 10 第40页/共46页1 14 4 电力系统的结线方式和电压等级电力系统的结