电力系统基础_第1章

1、电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis（第（第 1 章）章）华北电力大学电气学院主讲人：陈艳波1/37n 本章需要回答以下问题本章需要回答以下问题 什么是电力系统？ 电力系统运行的特点及基本要求是什么？ 我国电力系统的发展现状如何？n 本章主要内容本章主要内容 电力系统的基本概念 电力系统运行的特点和要求 电力系统的构成、接线方式和电压等级 我国电力系统的发展现状第1章电力系统的基本概念2/37n 电力系统、电力网与动力系统电力系统、电力网与动力系统 1.1 电力系统的基本概念本图来自电力系统分析基础3/374/37n 电力系统、电力网与动力系统

2、电力系统、电力网与动力系统 电力系统电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统，包括：发电机、电力网和用电设备。 电力网（输配电网，电网）电力网（输配电网，电网）：电力线路和它两边连接的变压器。 动力系统动力系统：动力部分与电力系统组成的整体1.1 电力系统的基本概念电力网电力网电力系统电力系统动力系统动力系统5/37n 电力系统的组成电力系统的组成 一次系统一次系统（高电压部分，本课程研究部分） 发电机：一次能源转换成二次能源(电能)，火/水/核/风/太阳/地热 输电线路：输送电能 配电线路(系统)：分配电能，高压/低压配电系统 负荷：电能转换成其他形式能量，电动机/照明/电炉等 二次系统二

3、次系统（低电压），其作用是保证一次系统安全、可靠、经济运行 量测 保护1.1 电力系统的基本概念 操作 通讯6/37n 电力网的组成电力网的组成 变压器变压器，包括升压变压器和降压变压器 输配线路输配线路，包括输电线路和配电线路1.1 电力系统的基本概念1 交流输电最基本的要求是什么？ 答：（1）波形，（2）幅值，（3）频率，（4）相位2 电力系统为何要互联并网运行呢？（1）可采用高效率大容量机组减少备用容量（2）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。7/37n 动力系统的组成

4、动力系统的组成 电力系统电力系统 动力部分动力部分 火电站的锅炉、汽轮机、供热网络等 水电站的水库、水轮机 核电站的反应堆 其他（如风电场的风机）1.1 电力系统的基本概念8/371.1 电力系统的基本概念9/37n 电能的特点电能的特点 电能可方便地转换为其他形式的能量 电能便于生产、输送、分配、使用，易于控制 自然界中具有丰富的一次能源，它们可方便地转化为电能n 电力系统运行的特点电力系统运行的特点 电能不能大量储存 过渡过程非常迅速 与国民经济各部门密切相关 电力系统的地区性特点较强1.2 电力系统运行的特点和要求10/37n 对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求 保证供电可

5、靠 保证良好的电能质量 衡量电能质量的主要指标为：电压、频率和波形 努力提高电力系统运行的经济性 为用户提供充足的电力1.2 电力系统运行的特点和要求11/37n 电力系统的接线图电力系统的接线图 电气接线图电气接线图：突出各元件的电气连接关系，而不过分重视实际的位置、距离 地理接线图地理接线图：强调电厂和变电所的实际位置关系和距离，但元件间的电气联系和连接情况不必详细表示1.3 电力系统的接线方式和电压等级GG254132+j12#1#1.6+j0.83.7+j1.3电气接线图地理接线图12/37n 电力系统的接线方式电力系统的接线方式 无备用接线无备用接线：只能从一个方向取得电源的接线方式

6、 特点：简单、经济、运行方便 缺点：供电可靠性差、电能质量差 运行特点：加强检查与维护，在适当的地点装设保护装置1.3 电力系统的接线方式和电压等级图1-5 无备用接线方式（a）放射式 （b）干线式 （c） 链式13/37n 电力系统的接线方式（续）电力系统的接线方式（续） 有备用接线有备用接线：可从多个方向取得电源的接线方式 特点：供电可靠、电能质量高 缺点：运行操作和继电保护复杂，经济性较差 适用范围：电压等级较高或重要的负荷1.3 电力系统的接线方式和电压等级图1-6 有备用接线方式（a） 放射式样（b）干线式 （c） 链式 （d）环式（e）两端供电网络 1 问：如何确定接线方式？ 答:

7、 (1) 综合比较供电可靠性、电能质量、经济性、操作方便与灵活性等4个方面； (2) 考虑国家的经济政策14/37n 电力系统的电压等级电力系统的电压等级 电力系统各元件的额定电压（发电机、变压器、线路、用电设备） 额定电压：各种电气设备只有在额定电压运行时，技术经济性能最好，效率和寿命最好 最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值 为使互联的各电气设备都能运行在较有利的电压下，各设备的额定电压应相互配合 一般把电力线路和用电设备的额定电压称为系统（网络）的额定电压额定电压UN（线电压），常包括（线电压），常包括 3，6，10，35，110，220，330，500KV，1000kV1.

8、3 电力系统的接线方式和电压等级15/37n 电力系统的电压等级电力系统的电压等级 同一标称电压下，不同电气设备的额定电压是不同的1.3 电力系统的接线方式和电压等级16/37n 电力设备的额定电压电力设备的额定电压 用电设备：等于系统的额定电压等于系统的额定电压 线路：等于系统的额定电压等于系统的额定电压 发电机：比系统的额定电压高比系统的额定电压高5% 变压器 一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发电机直接相连时，则与发电机相同电机直接相连时，则与发电机相同 二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高二次侧：相当于电源，其额定电压

9、应比系统高5%，考虑，考虑变压器内部的电压损耗（变压器内部的电压损耗（5%），实际应定为比线路高），实际应定为比线路高10;漏抗很小、与电动机直接相连或电压特别高时，比线路高5。1.3 电力系统的接线方式和电压等级17/37n 变压器的额定电压变压器的额定电压 变压器的变比：变压器两侧的额定电压之比 通常在变压器的高压绕组（三绕组变压器的高压、中压绕组）有若干分接头，以供调压1.3 电力系统的接线方式和电压等级升压变压器降压变压器220kV18/37n 例题分析：例题分析：（1）确定各设备的额定电压；（2）若T1工作于5%抽头，T2工作于主抽头，T3工作于-2.5%抽头，求各变压器变比1.3

10、电力系统的接线方式和电压等级1121(10.05)10.5Tk5 .381102Tk335(1 0.025)11Tk10.5kV10.5kV121kV110kV38.5kV35kV11kV19/37n 额定电压与输送容量及输送距离的关系额定电压与输送容量及输送距离的关系1.3 电力系统的接线方式和电压等级额定电压/kV输送容量/MW输送距离/km额定电压/kV输送容量/MW输送距离/km30.11.01322010050010030060.11.2415330200800200600100.22.0620500600150040080035210205075020002500500以上1101

11、0505010010000中中压压网网络络超超高高压压网网络络特高压网络特高压网络高高压压网网络络 电力网的额定电压等级应根据输送距离和输送容量经过全面的技术经济比较来选定20/37n 中性点的运行方式中性点的运行方式 中性点指星型联接的变压器或发电机的中性点 中性点运行方式关系到绝缘水平、通信干扰、电压等级、系统接线等方面 我国电力系统中性点接地方式主要有：不接地、经消弧线圈接地和直接接地 35kV及其以下，采用中性点不接地或经消弧线圈接地，称小电流接地方式；110kV及其以上，采用中性点直接接地，称为大电流接地方式1.4 电力系统中性点的运行方式21/37n 中性点不接地系统中性点不接地系

12、统1.4 电力系统中性点的运行方式正常运行 22/37n 中性点不接地系统中性点不接地系统1.4 电力系统中性点的运行方式单相（C相）接地 中性点电位发生了偏移！23/37n 中性点不接地系统中性点不接地系统1.4 电力系统中性点的运行方式单相（C相）接地 此时特点：（1）非故障相对地电压升高为线电压，故绝缘水平应按线电压设计；（2）三相仍然对称，故可短时继续运行；（3）接地点电流为容性电流，其幅值为故障前的3倍，可引起稳定的或间歇的电弧COACCBCACCCOBCCOCACAACIIIIIIIIIXVXVI33)(333.提示：短路电流以流入地为正！24/37n 中性点经消弧线圈接地中性点经

13、消弧线圈接地1.4 电力系统中性点的运行方式单相（C相）接地 正常运行时，三相对称。单相接地故障时，感性电流和容性电流相互补偿，从而可抑制接地处的电弧以及它所产生的危害，使系统扔能继续运行。25/37n 中性点经消弧线圈接地的应用中性点经消弧线圈接地的应用 3-6kV 电力网 （接地电流 30 A ） 10kV 电力网 （接地电流 20 A ） 35-60kV 电力网 （接地电流 10 A ） 1.4 电力系统中性点的运行方式补偿方式补偿方式过补（过补（ILIc），一般采用这种方式），一般采用这种方式欠补（欠补（ILIc）全补（全补（IL=Ic），不允许，容易谐振），不允许，容易谐振26/37

14、n 中性点直接接地系统中性点直接接地系统 适用范围：110kV及以上电压等级 特点：供电可靠性较差，一旦发生单相接地构成回路，电抗很小，短路电流很大，继电保护切除短路。1.4 电力系统中性点的运行方式27/37 1.4 电力系统中性点的运行方式28/37n 中性点接地系统总结（续）中性点接地系统总结（续）1.4 电力系统中性点的运行方式中性点不接地经消弧线圈接地中性点直接接地中性点电压中性点电位发生了偏移，其电压幅值等于故障前的相电压中性点电位发生了偏移，其电压幅值等于故障前的相电压中性点电位始终为0，因而电压为0非故障相电压非故障相对地电压升高为线电压非故障相对地电压升高为线电压非故障相对地

15、电压仍为相电压线电压三相平衡三相平衡三相不平衡电流接地点的电容电流是正常运行时一相对地电容电流的3倍适当选择线圈感抗,接地点电流可减小到很小故障相电流和流入故障点的电流很大经消弧线圈接地经消弧线圈接地:适当选择线圈感抗,接地点电流可减小到很小,易熄灭接地电流产生的电弧。其他特点与不接地系统基本相同。29/37n 我国电力工业的现状概括我国电力工业的现状概括 发展速度快，日新月异； 全国互联电力系统的形成； 交直流混合系统； 特高压输电线路； 智能电网建设如火如荼。1.5 我国电力工业的发展现状30/37n 我国电力系统发展迅速，已经形成华北、东北、华东、华中、我国电力系统发展迅速，已经形成华北

16、、东北、华东、华中、西北、南方互联等六个跨省区电网。除西北电网主网架电压等西北、南方互联等六个跨省区电网。除西北电网主网架电压等级为级为330千伏外，其他跨省电网均已建成千伏外，其他跨省电网均已建成500千伏主网架；千伏主网架；n 截止到截止到2010年底，全国发电设备容量年底，全国发电设备容量96219万千瓦。其中，万千瓦。其中，水电装机容量水电装机容量21340万千瓦，火电装机容量万千瓦，火电装机容量70663万千瓦，万千瓦，核电装机容量核电装机容量1082万千瓦，风电并网装机容量万千瓦，风电并网装机容量3107万千瓦。万千瓦。n 我国的发电量和装机容量均居世界第二位，大致相当于世界前我国

17、的发电量和装机容量均居世界第二位，大致相当于世界前10位电力大国中的日本、德国、加拿大、法国和英国位电力大国中的日本、德国、加拿大、法国和英国5个国家个国家发电装机容量的总和。发电装机容量的总和。1.5 我国电力工业的发展现状资料来自中国电力联合会31/371.5 我国电力工业的发展现状自自1996年起，我国装机容量位于世界第二年起，我国装机容量位于世界第二32/371.5 我国电力工业的发展现状2009年，三华电网互联结构示意图年，三华电网互联结构示意图33/371.5 我国电力工业的发展现状n 直流输电与交流输电比较直流输电与交流输电比较优点缺点直流输电1、不存在同步稳定性问题；2、可联接

18、两个不同频率的交流系统，联络线上的功率易于控制；3、输送容量大；适合大容量远距离输电；4、线路造价低，运行费用低；5、直流输电不存在磁滞损耗和涡流损耗，线损较小；6、采用它可限制交流系统的短路容量。1、换流站造价高；2、换流站在运行中需要消耗较多的无功功率，并产生谐波；3、直流断路器制造比较困难；4、发生换相失败，特别是闭锁后对整个输电系统的稳定性存在很大的影响。1.5 我国电力工业的发展现状本图来自夏青老师课件35/371、我国电力系统常见的额定电压等级有哪些？、我国电力系统常见的额定电压等级有哪些？2、我国电力系统的中性点运行方式主要有哪些？各有什么特点？、我国电力系统的中性点运行方式主要

19、有哪些？各有什么特点？3、（、（1）确定各设备的额定电压；（）确定各设备的额定电压；（2）若）若T1工作于工作于-2.5%抽头，抽头，T2工作于主抽头，工作于主抽头，T3工作于工作于5%抽头，求各变压器变比抽头，求各变压器变比第一次作业（1）36/3737/37创新点来源：创新点来源：IPv4数据报格式数据报格式04161924318版本服务类型总 长 度首部长度标 识片 偏 移标 志生 存 时 间协 议首 部 检 验 和源 地 址固定部分目 的 地 址可 选 字 段（长度可变）数 据 部 分可变部分填 充仿照仿照Ipv4数据包，我们建立了数据包，我们建立了树梅派树梅派与与单片机单片机之间通信

20、之间通信的的数据包格式：数据包格式：04816版本（Version）服务类型（ST）请求标志位（Request）CRC固定部分目 的 地 址(DA)数据长度（Data Length）设备出厂信息（D-S-I）家电类型响应标志位（Ack）源 地 址(SA)时 间 戳（Time Stamp）版本：考虑到数据包可能有更新，设置版本批次服务类型：共有三种服务类型：开关型，数据型和图片型源地址、目的地址：用于识别发送方和接收方设备的ID号家电类型：划分方式不一，例如红外控制类和开关控制类设备出厂信息：包括生产厂家，产品批次，出厂日期，额定功率等信息。时间戳：用于系统时钟的同步数据包可变部分说明数据包可变

21、部分说明可 选 字 段（长度可变）数 据 部 分可变部分填 充数据说明：开关型数据（0/1变量）：控制家电开启和关闭的标志数据型数据（功率，功率因数等实时数据，可选）：需要设备安装电量检测模块才能传输该数据。注：可变部分的数据主要取决于家电的类型注：可变部分的数据主要取决于家电的类型SYN, SEQ = xSYN, ACK, SEQ = y, ACK= x 1ACK, SEQ = x + 1, ACK = y 1确认确认Server B被动打开主动打开Client A连接请求创新点来源：创新点来源：TCP三次握手和信标网络三次握手和信标网络Ack：确认在线并执行控制内容：确认在线并执行控制内容

22、Command：发送同步时钟和控制信息发送同步时钟和控制信息ClientClient树梅派树梅派ServerServer家电设备家电设备仿照仿照TCP握手，我们建立了握手，我们建立了树梅派树梅派与与单片机单片机之间的通信方式之间的通信方式注：通信方式主要依靠时钟的同步和中断机制注：通信方式主要依靠时钟的同步和中断机制正常模式正常模式中断模式中断模式通讯方式：广播通讯方式：广播通讯方式：单播通讯方式：单播ClientClient树梅派树梅派ServerServer家电设备家电设备Command：发送同步时钟和控制信息发送同步时钟和控制信息通讯方式：广播通讯方式：广播数据通信部分数据通信部分高效、可靠、适应性强高效、可靠、适应性强Step1:完善数据包格式以及通信方式，在树梅派和STM32单片机上分别定义数据包，方便串口通信Step2:实现树梅派和单个