电力系统稳态分析(第一章)

1、黑龙江科技学院黑龙江科技学院电力系统稳态分析电力系统稳态分析Power System Steady Analysis（一）（一） 苏 勋 文电气与信息工程学院电气与信息工程学院 1.电力专业类专业课程介绍 -传统上的课程划分，为选课提供参考 课程介绍电力系统稳态分析电力系统稳态分析正常的、相对静止的 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一种运行状态的过渡过程 课程介绍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

2、功率电压的控制与调整电压的控制与调整 课程介绍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产生的过电压操作或雷击产生的过电压(过程最短过程最短) ) 高压课程高压课程 主讲主讲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(过程较长过程较长) )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(过程最长过程最长) )涉及电压、电流涉及电压、电流电力系统故障分析电力系统故障分析 主讲主讲涉及功率、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

3、析与计算静稳静稳暂稳暂稳 课程介绍发发电电厂厂电电气气部部分分电气主接线电气主接线卖电的网络卖电的网络电器的原理与选择电器的原理与选择卖电的工具卖电的工具控制与信号控制与信号二次系统二次系统配电装置配电装置电器的组合及布置电器的组合及布置高压断路器运行高压断路器运行同步发电机的运行同步发电机的运行变压器的运行变压器的运行 课程介绍电电力力系系统统继继电电保保护护原原理理电流保护电流保护距离保护距离保护高频保护高频保护自动重合闸自动重合闸变压器保护变压器保护发电机保护发电机保护母线保护母线保护 讲课方式1、侧重基础、侧重基础2、物理概念与数学模型相结合、物理概念与数学模型相结合3、补充新概念及专

4、业领域研究成果和方向、补充新概念及专业领域研究成果和方向4、辅助教学手段，模型、图片、辅助教学手段，模型、图片5、以讲为主，自学为辅、以讲为主，自学为辅6、欢迎讨论、提意见、欢迎讨论、提意见 参考资料1、电力系统分析基础电力系统分析基础 李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版2、电力系统分析复习指导与习题精解、电力系统分析复习指导与习题精解 杨淑英杨淑英 中国电力出版社中国电力出版社3、电力系统稳态分析电力系统稳态分析 （第二版）（第二版） 东南大学，陈珩，水利电力出版社东南大学，陈珩，水利电力出版社 4、电力系统暂态分析电力系统暂态分析 （第二版）（第二版） 西

5、安交通大学，李光琦，水利电力出版社西安交通大学，李光琦，水利电力出版社6、电力系统自动化、电网技术等杂志、电力系统自动化、电网技术等杂志5、电力系统分析电力系统分析 浙江大学，韩桢祥，浙江大学出版社浙江大学，韩桢祥，浙江大学出版社 第一章 电力系统的基本概念 1.电力系统的概念和组成 2.电能变换和电源构成 3.电能的特点 4.电力系统的运行要求 7.电力系统的电压等级 6.电力系统的结线 5.电力系统的负荷 9.仿真工具 8.中性点接地方式第一节第一节 电力系统的概念和组成电力系统由发、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）第一节第一节

6、电力系统的概念和组成从调度、管理、控制的角度看从调度、管理、控制的角度看第一节第一节 电力系统的概念和组成第一节第一节 电力系统的概念和组成第一节第一节 电力系统的概念和组成从发电到用户的供电过程第一节第一节 电力系统的概念和组成我国电网介绍第一节第一节 电力系统的概念和组成我国电网介绍第一节第一节 电力系统的概念和组成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

7、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。 电力体制改革方案：电力体制改革方案： 1(电监会电监会)+2(电网公司电网公司)+5(发电集团发电集团)+4(辅业集团辅业集团)第一节第一节 电力系统的概念和组成电电 网网 图图第一节第一节 电力系统的概念和组成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.采用高效率大容量机组减少备用容量 2.

8、合理利用动力资源水、火电互补 3.提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强 4.提高运行的经济性装高效率大容量机组、 合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。第一节第一节 电力系统的概念和组成全国联网势在必行全国联网势在必行2015年全国联网：年全国联网：以三峡电站为中心，东西南北四方向联网以三峡电站为中心，东西南北四方向联网东西以送电和联网效益并重东西以送电和联网效益并重南北以获得联网效益为主，兼顾送电南北以获得联网效益为主，兼顾送电联网方案：联网方案：首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开中部电网：以三峡电站

9、为中心沿长江展开北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发 黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地第一节第一节 电力系统的概念和组成全国联网势在必行全国联网势在必行北部和中部三纵：北部和中部三纵：西线：西北与川渝以直流方式相联西线：西北与川渝以直流方式相联中线：华北与华中以直流背靠背相联中线：华北与华中以直流背靠背相联东线：山东与华东以直流背靠背相联东线：山东与华东以直流背靠背相联南部和中部：南部和中部：提高水电

10、利用容量，减少弃水提高水电利用容量，减少弃水湖南衡阳到广东韶关湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电交直流输电三峡到广东的远距离直流输电三峡到广东的远距离直流输电第一节第一节 电力系统的概念和组成近年来停电事故频发近年来停电事故频发8.14美加大停电美加大停电8.28伦敦大停电伦敦大停电9.1悉尼和马来西亚大停电悉尼和马来西亚大停电9.28意大利大停电意大利大停电近年来面临严重缺电近年来面临严重缺电去年缺电去年缺电3500万万KW，今年缺电，今年缺电2500万万KW。电力建设滞后。电力建设滞后于电力需求增长，电力供应总量不足，是造成电力供应逐于电力需求增长，电力供应总量不足，是造成电力供应逐步

11、紧张的根本原因。步紧张的根本原因。频率的抖动会造成次品堆积如山，大停电造成的灾难不频率的抖动会造成次品堆积如山，大停电造成的灾难不压于一次强烈的地震压于一次强烈的地震第二节第二节 电能变换和电源构成一、电能变换一、电能变换第二节第二节 电能变换和电源构成二、电源构成及展望二、电源构成及展望 火电火电70%、水电、水电20%、核电、核电10% 风能、燃料电池、太阳能（分散型）风能、燃料电池、太阳能（分散型）21世纪新能源世纪新能源 热核反应热核反应不使用放射性材料的核能，不使用放射性材料的核能，2030年后实用化年后实用化 2050年时，电力供应是现在的年时，电力供应是现在的23倍（倍（1500

12、0亿亿KW.h) 核能约占核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系，燃料电池等分散型电源和电力储存系 统约占统约占15%20%第二节第二节 电能变换和电源构成我国的能源结构极不合理我国的能源结构极不合理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第二节第二节 电能变换和电源构成二、电源构成及展望二、电源构成及展望第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电 火电发电火电发电 燃料燃烧燃料燃烧 水水 蒸汽蒸汽 机械能机械能 发电发电 火 电 厂凝汽式效率低（3740%）、容量大，坑口电厂热电厂效率高（6770%）、容量小，城市区第二节第二节 电

13、能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电第二节第二节 电能变换和电源构成四、水力发电四、水力发电水水 冲击水轮机旋转冲击水轮机旋转 带动发电机发电带动发电机发电 水 电 厂堤坝式引水式：河床坡度较大时坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂第二节第二节 电能变换和电源构成四、水力发电四、水力发电第二节第二节 电能变换和电源构成四、水力发电四、水力发电第二节第二节

14、 电能变换和电源构成四、水力发电四、水力发电水 资 源蕴藏量： 6.8亿KW可利用量：3.78亿KW20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW三 峡水位： 200m流量： 14300m3/s可装机： 2500万kw计划装机：70*26=1820万kw，已投980第二节第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节第二节 电能变换和电源构成总投资总投资603.3603.3亿元、总工期亿元、总工期1212年两个月、装机容量年两个月、装机容量12601260万千瓦的万千瓦的中国第二大水站中国第二大水站溪洛

15、渡水电站，溪洛渡水电站，已于今春正式开工已于今春正式开工 长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电座梯级电站。这站。这4座电站的总装机容量达座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。发电量都超过两个三峡工程。已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万万KW第二节第二节 电能变换和电源构成五、核电厂五、核电厂核 能用核蒸汽发生系统代替

16、火电厂锅炉生产蒸汽系统用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆热中子反应堆：铀铀235为燃料，低中子撞击，目前采用为燃料，低中子撞击，目前采用快中子反应堆快中子反应堆：铀铀238、钚、钚239为燃料，高速、高能中子为燃料，高速、高能中子 撞击，效率高撞击，效率高100倍，个别国家使用倍，个别国家使用1kg铀235相当于2700t煤第二节第二节 电能变换和电源构成按减速剂分轻水堆（轻水堆（86%

17、）压力堆（压力堆（PWR）：）：3/4沸水堆（沸水堆（BWR）重水堆重水堆气体冷却堆气体冷却堆1951年第一座100KW核电站在美国现在全世界有441座，总装机3.5亿kw我国秦山（30+2*60+2*70），大亚湾（2*90万KW）第二节第二节 电能变换和电源构成2004年7月在浙江三门、广东阳江，江苏田湾各建200万kw，投资500亿人民币2020年我国装机达88.5亿kw,其中核电4000万kw未来15年计划修建40座100万kw核电站核电投资大：1.11.65万元/kw；火电：4000元/kw建设周期：核电70个月；火电：30个月核电比火电寿命长30年第二节第二节 电能变换和电源构成五

18、、核电厂五、核电厂第二节第二节 电能变换和电源构成五、核电厂五、核电厂第二节第二节 电能变换和电源构成五、核电厂五、核电厂第二节第二节 电能变换和电源构成六、新能源发电和电力储存六、新能源发电和电力储存风力发电风力发电第三节第三节 电能的特点v 电能不能大量储存电能不能大量储存v 过渡过程非常迅速（过渡过程非常迅速（30万万KM/S）v 电力和国民经济各部门关系密切电力和国民经济各部门关系密切第四节第四节 电力系统的运行要求运行要求运行要求最大限度地满足用户的用电要求最大限度地满足用户的用电要求保证供电的可靠性（分类负荷）保证供电的可靠性（分类负荷）保证电能质量（电压、频率、波形）保证电能质量

19、（电压、频率、波形）提高电力系统的经济性提高电力系统的经济性环保环保第五节第五节 电力系统的负荷一、负荷类型一、负荷类型负荷负荷用电设备在某时刻从系统中取用的功率用电设备在某时刻从系统中取用的功率负负 荷荷 类类 型型异步电动机异步电动机同步电动机同步电动机各类电炉各类电炉整流设备整流设备电子仪器电子仪器电灯电灯负荷变化是随机的负荷变化是随机的规律性用负荷曲线表示规律性用负荷曲线表示第五节第五节 电力系统的负荷二、负荷曲线二、负荷曲线负荷曲线及表示法负荷曲线及表示法日负荷曲线日负荷曲线安排电能生产计划的基础安排电能生产计划的基础年负荷曲线年负荷曲线安排检修计划、装机计划的依据安排检修计划、装机

20、计划的依据第五节第五节 电力系统的负荷1 1、日负荷曲线、日负荷曲线日用电量：日用电量：240WPdt 日平均负荷：日平均负荷：240/24/24avPWPdt负荷率：负荷率： kp=pav/pmax第五节第五节 电力系统的负荷2 2、年负荷曲线、年负荷曲线年用电量：年用电量：1niiiWPtTmax=W/Pmax第六节第六节 电力系统的结线结线图（电气元件连接图）结线图（电气元件连接图）地理结线图地理结线图电气结线图电气结线图1、地理结线图（元件的相、地理结线图（元件的相对地理位置及输电线路距离）对地理位置及输电线路距离）电力系统结线图及接线方式电力系统结线图及接线方式第六节第六节电力系统的

21、结线2、电气结线图、电气结线图无备用：结构简单、投资少、可靠性差无备用：结构简单、投资少、可靠性差有备用：每个用户由两个或以上电源供电有备用：每个用户由两个或以上电源供电第七节第七节 电力系统的电压等级一、电力系统标称电压和最高电压一、电力系统标称电压和最高电压标称电压标称电压经济电压：经济电压： cosUI3P电压高，损耗小电压高，损耗小绝缘水平高，投资大绝缘水平高，投资大制定标准电压，以便实现互联制定标准电压，以便实现互联最高电压：最高电压：正常运行时，系统中出现的电压最高值正常运行时，系统中出现的电压最高值二、电气设备的额定电压和最高电压二、电气设备的额定电压和最高电压最高电压：考虑设备

22、的绝缘性能确定的最高运行电压值最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好第七节第七节 电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压三、如何确定电气设备的额定电压= =电网额定电压电网额定电压升压变：升压变：= =发电机额定电压发电机额定电压同一标称电压下，不同电气的额定电压是不同的同一标称电压下，不同电气的额定电压是不同的1 1、用电设备允许偏差、用电设备允许偏差%5 2 2、线路首末端允许偏差、线路首末端允许偏差%101.05UN0.95UNU2U1UN3 3、发电机在首端：额定

23、电压高出接入电网电压、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压 5%5%4 4、变压器、变压器一次侧：用电设备一次侧：用电设备降压变：降压变：= =电网额定电压电网额定电压UN二次侧：发电设备二次侧：发电设备额定电压为空载电压额定电压为空载电压内部损耗约内部损耗约5%5%二次电压高出二次电压高出10%10%第七节第七节 电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压三、如何确定电气设备的额定电压第七节第七节 电力系统的电压等级四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围第八节第八节中性点接地方式电力系统中性点接地方式电力系统中性点接地方式中中性性点点接接地地

24、的的影影响响交流输电用三相，经发电机、变压器时，用星形联接交流输电用三相，经发电机、变压器时，用星形联接形成中性点形成中性点短路电流大小短路电流大小绝缘水平绝缘水平供电可靠性供电可靠性接地保护方式接地保护方式对通信的干扰对通信的干扰系统接地方式系统接地方式中中性性点点接接地地方方式式直接接地直接接地大电流系统大电流系统 110kv及以上及以上不直接接地不直接接地小电流系统小电流系统 110kv以下以下小电流系统小电流系统不接地不接地经消弧线圈接地经消弧线圈接地经电阻接地经电阻接地第八节第八节中性点接地方式1 1、中性点直接接地系统一相接地的特点、中性点直接接地系统一相接地的特点故障相电流大故障

25、相电流大故障相及中性点故障相及中性点 对地电压为零对地电压为零非故障相对地电非故障相对地电 压仍为相电压压仍为相电压与故障相相关的与故障相相关的线电压降为相电压线电压降为相电压第八节第八节中性点接地方式2 2、中性点不接地系统一相接地的特点、中性点不接地系统一相接地的特点故障电流小故障电流小中性点对地电压中性点对地电压 升高为相电压升高为相电压非故障相对地电非故障相对地电 压升为线电压压升为线电压三相线电压仍对称三相线电压仍对称第八节第八节中性点接地方式3 3、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点装设的目的：熄灭接地电流产生的电弧装设的目的：熄灭接地电

26、流产生的电弧装设原则装设原则补偿方式补偿方式36kv电网：电网：30A10kv电网：电网：20A3566kv电网：电网：10A过补（过补（IpIc），一般采用这种方式），一般采用这种方式欠补（欠补（IpIc）全补（全补（Ip=Ic），不允许，容易谐振），不允许，容易谐振第九节第九节仿真软件MATLABBPAPSASPDIGSILENTPSCADPSS/E附录：附录：电力系统的高次谐波一、高次谐波的概念及谐波源一、高次谐波的概念及谐波源1 1、高次谐波的概念及产生原因、高次谐波的概念及产生原因)tsin()t (Itsin)t (UIUmm 理想系统：理想系统：f=50hz，=2f负荷线性则负荷线性则u，i保持正弦波保持正弦波 由于存在非线性元件（换流设备、二极管、铁芯元件）由于