电力系统分析

1、 讲授讲授: : 王宝华王宝华 E-mail:E-mail:电力系统分析理论电力系统分析理论 教材、参考书 本课程的目的、主要内容 本课程在电力系统及其自动化专业方向中的地位 本课程的学习 本课程的考试成绩计算方法电力系统分析理论电力系统分析理论 教材：教材：电力系统分析理论（第电力系统分析理论（第2 2版）版） 刘天琪刘天琪 邱晓燕邱晓燕 编著编著 科学出版社科学出版社 参考书：参考书：1 1、何仰赞等、何仰赞等. .电力系统分析（上、下）电力系统分析（上、下）, ,华中科华中科 技大学出版社技大学出版社2 2、 陈珩陈珩. .电力系统稳态分析电力系统稳态分析, ,电力出版社电力出版社3 3

2、、 李光琦李光琦. .电力系统暂态分析电力系统暂态分析, ,电力出版社电力出版社 电力系统分析理论电力系统分析理论4 4、 单渊达主编单渊达主编. .电能系统基础电能系统基础, ,机械工业出版社机械工业出版社5、 Stevenson, W.D. Elements of Power System Analysis, McGraw-Hill Book Co.6、 Weedy, B.M. .Electric Power Systems, John Wiley & Sons.7、 Arthur R. Bergen, Vijay Vittal. Power systems analysis, U

3、pper Saddle River, N.J. : Prentice Hall8、 J. Duncan Glover. Power system analysis and design . Mulukutla S.电力系统分析理论电力系统分析理论1.1.目的：掌握电力系统分析、计算的基本目的：掌握电力系统分析、计算的基本原理和方法原理和方法2.2.主要内容主要内容电力系统分析理论电力系统分析理论调频、调压、故障分析、稳定性分析调频、调压、故障分析、稳定性分析潮流计算、调频及调压计算、短路及断潮流计算、调频及调压计算、短路及断线计算、简单稳定性计算线计算、简单稳定性计算分析：分析：计算：计算：稳

4、态分析稳态分析故障分析故障分析稳定性分析稳定性分析电力系统分析理论电力系统分析理论电力系统元件模型及参数计算电力系统元件模型及参数计算电力网的电压和功率分布电力网的电压和功率分布电力系统的电压调整和频率调整电力系统的电压调整和频率调整同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程电力系统的三相短路电力系统的三相短路电力系统的不对称故障电力系统的不对称故障电力系统的机电特性电力系统的机电特性电力系统的暂态稳定电力系统的暂态稳定电力系统的静态稳定电力系统的静态稳定 本课程在电力系统及其自动化专业方向中的地位 该方向的专业基础课 从事电力系统科研和工作的基础 本课程的学习，实现教学目的 理解基本概念 掌握

5、基本计算 本课程的考试成绩计算方法电力系统分析理论电力系统分析理论考勤考勤作业作业实验实验期末考试期末考试第一章第一章 绪论绪论 电力系统及其发展电力系统及其发展 发电发电 电力网电力网 电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率 电力系统的接线方式电力系统的接线方式 电力系统运行的特点和要求电力系统运行的特点和要求 电能是最重要、最方便的能源；电力是工业电能是最重要、最方便的能源；电力是工业的先行的先行 电力系统电力系统（1 1）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机

6、、电力网和用电设备组成。统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。发电、输电、配电和用电发电、输电、配电和用电四个部分。四个部分。 （2 2）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分（不包含电力系统中的发电和用电部分）。（不包含电力系统中的发电和用电部分）。 （3 3）动力系统：发电厂动力部分（如火电厂中的锅）动力系统：发电厂动力部分（如火电厂中的锅炉和汽轮机）与电力系统组成的整体。炉和汽轮机）与电力系统组成的整体。1.1 电力系统及其发展电力系统及其发展1.1 电力系统及其发展电力系统及其发展1.1 电力系统及其发展电力系统及其发展枢纽变枢纽变中中间间变变

7、终端变终端变 发电厂是电力系统的电源，将不同种类的一次能源发电厂是电力系统的电源，将不同种类的一次能源转化为电能。电能是由一次能源转变而来，称为二转化为电能。电能是由一次能源转变而来，称为二次能源。次能源。 按照使用一次能源的不同将发电厂分为火电厂、水按照使用一次能源的不同将发电厂分为火电厂、水电厂、核电厂、各种新能源发电厂如风力发电厂、电厂、核电厂、各种新能源发电厂如风力发电厂、太阳能发电厂、地热能发电厂、潮汐能发电厂、燃太阳能发电厂、地热能发电厂、潮汐能发电厂、燃料电池发电等。料电池发电等。 现代电力工业中，几乎都采用同步交流发电机，原现代电力工业中，几乎都采用同步交流发电机，原动机采用汽

8、轮机、水轮机和风机。动机采用汽轮机、水轮机和风机。 太阳能发电分为光热发电和光伏发电。光热发电是太阳能发电分为光热发电和光伏发电。光热发电是反光镜集热产生蒸汽，再利用汽轮机发电；光伏发反光镜集热产生蒸汽，再利用汽轮机发电；光伏发电是用光伏电池直接把太阳能转化为电能。电是用光伏电池直接把太阳能转化为电能。 燃料电池将化学能转变为电能。燃料电池将化学能转变为电能。1.2 发电发电1.3电力网电力网1.3.1 电力网电力网 电力网由输电和变电设备组成。电力网由输电和变电设备组成。 输电设备就是输电线路、杆塔、绝缘子、电缆输电设备就是输电线路、杆塔、绝缘子、电缆等；变电设备主要有变压器、电抗器、电容器

9、等；变电设备主要有变压器、电抗器、电容器、断路器、隔离开关、避雷器、互感器、母线、断路器、隔离开关、避雷器、互感器、母线等一次设备和保证输变电安全可靠运行的继电等一次设备和保证输变电安全可靠运行的继电保护、自动装置、控制设备等二次设备。保护、自动装置、控制设备等二次设备。 电力网按照电压等级和承担功能的不同分为：电力网按照电压等级和承担功能的不同分为：输电网络、次级输电网络和配电网络。输电网络、次级输电网络和配电网络。 输电网络输电网络：连接系统中主要发电厂和主要负荷：连接系统中主要发电厂和主要负荷中心。输电网通常将发电厂或发电基地发出的中心。输电网通常将发电厂或发电基地发出的电力输送到消费电

10、能的地区即负荷中心；或者电力输送到消费电能的地区即负荷中心；或者实现电网互联，将一个电网的电力输送到另外实现电网互联，将一个电网的电力输送到另外一个电网。一个电网。 输电网络形成整个系统的输电网络形成整个系统的骨干网络骨干网络并运行于系并运行于系统的统的最高电压水平最高电压水平。 发电和输电网络通常被称作主力电力系统。发电和输电网络通常被称作主力电力系统。 现代输电网的现代输电网的特征特征是特高压、超高压、交直流是特高压、超高压、交直流输电、大区域互联电网、大容量输电设备、超输电、大区域互联电网、大容量输电设备、超特高压继电保护、自动装置、大电网安全稳定特高压继电保护、自动装置、大电网安全稳定

11、控制、现代电网调度自动化、光纤化、信息化控制、现代电网调度自动化、光纤化、信息化等。等。 次级输电网络：次级输电网络：将电力从输电变电站输往配电变将电力从输电变电站输往配电变电站。通常大的工业用户直接由次级输电系统供电站。通常大的工业用户直接由次级输电系统供电。在某些系统中，次级输电和输电之间没有清电。在某些系统中，次级输电和输电之间没有清晰的界限。晰的界限。 现代电网中，次级输电网的现代电网中，次级输电网的特征特征是高压、局部区是高压、局部区域内电网互联、大电网安全稳定辅助执行控制、域内电网互联、大电网安全稳定辅助执行控制、无油化、城市电缆化、变电站自动化及无人值班无油化、城市电缆化、变电站

12、自动化及无人值班、地区电网调度自动化、光纤化、信息化等。、地区电网调度自动化、光纤化、信息化等。 配电网络配电网络：将电力送往用户的最后一级电网。一：将电力送往用户的最后一级电网。一次配电电压通常在次配电电压通常在635kV之间。较小的工业用之间。较小的工业用户通过这一级电压的主馈线供电。二次配电馈线户通过这一级电压的主馈线供电。二次配电馈线以以220/380V电压向民用和商业用户供电。电压向民用和商业用户供电。 现代配电网的特征：中低压、网络复杂化、城市现代配电网的特征：中低压、网络复杂化、城市电缆化、绝缘化、无油化、小型化、配电自动化电缆化、绝缘化、无油化、小型化、配电自动化、光纤化、信息

13、化等。、光纤化、信息化等。 1.3.2 电压变换电压变换 变电所变电所 电力网的重要组成部分，汇集电源、升降电压和分配电能电力网的重要组成部分，汇集电源、升降电压和分配电能。按容量和重要性分为：枢纽变（容量较大、中枢位置、。按容量和重要性分为：枢纽变（容量较大、中枢位置、地位重要）、中间变（发电厂和负荷中心之间，可以转送地位重要）、中间变（发电厂和负荷中心之间，可以转送或抽引部分负荷）、终端变（只供应负荷，不转送）或抽引部分负荷）、终端变（只供应负荷，不转送） 电压变换电压变换 输送功率时会产生电压损耗和功率损耗。远距离输电时需输送功率时会产生电压损耗和功率损耗。远距离输电时需要提高电压，从而

14、节约电网建设投资和提高运行经济性。要提高电压，从而节约电网建设投资和提高运行经济性。电能输送到负荷中心时，再将电压降低，以供各种用户使电能输送到负荷中心时，再将电压降低，以供各种用户使用。用。 交流系统中，实现电压升降的是电力变压器。其既实现了交流系统中，实现电压升降的是电力变压器。其既实现了电压的升降又起到连接不同电压等级电网的作用。电压的升降又起到连接不同电压等级电网的作用。 只要改变一次或二次绕组的匝数，便可改变输电电压。电只要改变一次或二次绕组的匝数，便可改变输电电压。电力变压器把一种电压的交流电能变换成频率相同的另一种力变压器把一种电压的交流电能变换成频率相同的另一种电压的交流电能。

15、电压的交流电能。 变压器分类变压器分类 相数：单相和三相。有些特大容量变压器制成相数：单相和三相。有些特大容量变压器制成单相式，安装后连接成三相变压器组。单相式，安装后连接成三相变压器组。 每相绕组数：双绕组和三绕组变压器。每相绕组数：双绕组和三绕组变压器。 线圈耦合方式：普通变压器和自耦变压器。（线圈耦合方式：普通变压器和自耦变压器。（自耦变压器损耗小、重量轻、成本低、漏抗小自耦变压器损耗小、重量轻、成本低、漏抗小使得短路电流增大）使得短路电流增大） 功能功能:升压变压器、降压变压器和配电变压器升压变压器、降压变压器和配电变压器等等1 架空输电线路架空输电线路 导线导线 避雷线避雷线 杆塔杆

16、塔 绝缘子绝缘子 金具金具1.3.3 输电线路输电线路（1 1）导线和避雷线导线和避雷线：电性能，机械强度，抗腐蚀：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；能力； 主要材料：铝，铜，钢；例：主要材料：铝，铜，钢；例：LJ TJ LGJLJ TJ LGJ1-5（2 2）杆塔）杆塔 木杆：较少采用木杆：较少采用 铁塔：主要用于铁塔：主要用于220kV220kV及以上系统及以上系统 钢筋混凝土杆：应用广泛钢筋混凝土杆：应用广泛（3 3）绝缘子绝缘子 针式针式：10kV及以下线路及以下线路 悬式绝缘子悬式绝缘子 棒式绝缘子棒式绝缘子针式绝缘子针式绝缘子 悬式绝缘子悬式绝缘子 主要用于主要用于35kV及以上系统，

17、根及以上系统，根据电压等级的高据电压等级的高低组成数目不同低组成数目不同的绝缘子链。的绝缘子链。悬式绝缘子悬式绝缘子 棒式绝缘子棒式绝缘子 起到绝缘和起到绝缘和横担的作用，横担的作用，应用于应用于1035kV农网。农网。 棒式绝缘子棒式绝缘子 起到绝缘和起到绝缘和横担的作用，横担的作用，应用于应用于1035kV农网。农网。棒式绝缘子棒式绝缘子4）金具）金具连接导线和绝缘子所使用的金属部件总称为连接导线和绝缘子所使用的金属部件总称为金具金具。 悬垂线夹悬垂线夹：将导线固定在直线杆塔的悬式绝缘子上，使导：将导线固定在直线杆塔的悬式绝缘子上，使导线不能自由活动；线不能自由活动； 耐张线夹耐张线夹：将

18、导线固定在非直线杆塔的耐张绝缘子链上；：将导线固定在非直线杆塔的耐张绝缘子链上； 接续金具接续金具：将两段导线连接在一起；：将两段导线连接在一起； 连接金具连接金具：将绝缘子、悬垂线夹、耐张线夹及保护金具等：将绝缘子、悬垂线夹、耐张线夹及保护金具等连接组合成悬垂或耐张串组的金具；连接组合成悬垂或耐张串组的金具； 保护金具保护金具：护线条护线条（减小导线振动时所受的机械应力）、（减小导线振动时所受的机械应力）、防震锤防震锤（在导线振动时产生与振动方向相反的阻尼力）（在导线振动时产生与振动方向相反的阻尼力） 悬重锤悬重锤（绝缘保护金具，减少绝缘子链的偏移，防止其过（绝缘保护金具，减少绝缘子链的偏移

19、，防止其过分靠近杆塔）。分靠近杆塔）。2.2.电缆线路电缆线路 导体导体 绝缘层绝缘层 保护层保护层1.3.4 直流输电直流输电直流输电：将发电厂发出的交流电经过升压后，由换直流输电：将发电厂发出的交流电经过升压后，由换流设备（整流站）变换成直流，通过直流输电线路流设备（整流站）变换成直流，通过直流输电线路送到受电端，再经过换流设备（逆变器）变换成交送到受电端，再经过换流设备（逆变器）变换成交流电，供给受电端的交流系统。需要改变输电方向流电，供给受电端的交流系统。需要改变输电方向时，只需让两端换流器互换工作状态即可。时，只需让两端换流器互换工作状态即可。1 1）国际电力工业发展简史国际电力工业

20、发展简史 机组，电网，电压等级（欧美发展情况，机组，电网，电压等级（欧美发展情况，含我国）含我国）2 2）我国电力系统发展简史及与未来我国电力系统发展简史及与未来 输电线路，电网，国家特高压电网基本输电线路，电网，国家特高压电网基本功能和现状，我国配电网，面临挑战，功能和现状，我国配电网，面临挑战，发展方向和智能电网发展方向和智能电网1.3.5 电力工业发展概况电力工业发展概况电力工业发展概况电力工业发展概况1）世界电力工业发展概况）世界电力工业发展概况a)机组情况机组情况 1831年法拉第发现电磁感应定律年法拉第发现电磁感应定律 1875年巴黎北火车站发电厂建立（第一台直流发年巴黎北火车站发

21、电厂建立（第一台直流发电机）电机） 1882年上海出现第一个电厂年上海出现第一个电厂 2006年全世界总装机容量年全世界总装机容量43.7亿亿kW，中国，中国04年年5亿亿kW，11年年10亿亿kW。 火电厂蒸气温度火电厂蒸气温度650oC，压力，压力352大气压，最大单大气压，最大单机容量机容量1300MW，截止，截止2010年年6月，月，1000MW机机组日本投运组日本投运9台，德国台，德国1台，我国台，我国25台。台。电力工业发展概况电力工业发展概况a)机组情况机组情况水电机组最大容量水电机组最大容量852MW，我国三峡共，我国三峡共26台台700MW机组，总容量机组，总容量18200M

22、W核电：核电：1954年第一台核电机组，最大核电站：日年第一台核电机组，最大核电站：日本福岛核电站，容量本福岛核电站，容量9096MW，单机：前苏联，单机：前苏联1500MW我国：浙江秦山（我国：浙江秦山（3001,6502,7282）广东）广东大亚湾（大亚湾（9892）；广东岭澳（）；广东岭澳（9902, 10002） ；江苏田湾（；江苏田湾（10602）其它能源电站正在兴起：太阳能、风能、地热能、其它能源电站正在兴起：太阳能、风能、地热能、生物质能。生物质能。b)电力系统情况电力系统情况第一个电力系统（直流）第一个电力系统（直流）1882年年1891年（交流）伦敦年（交流）伦敦慕尼黑博慕尼

23、黑博览会的一览会的一台电动机台电动机高压（高压（HV）：）：35-220kV的电压；的电压；超高压（超高压（EHV）：）：330kV及以上，及以上，1000kV以下的电压以下的电压特高压（特高压（UHV）：）：1000kV及以上电压及以上电压高压直流（高压直流（HVDC）：）：600kV及以下的直流输电电压及以下的直流输电电压特高压直流（特高压直流（UHVDC）：）：600kV以上的直流输电电压以上的直流输电电压国国际际上上 电电 压压 等等 级级我我国国高压（高压（HV）：）：110kV、220kV的电压；的电压；超高压（超高压（EHV）：）：330kV、500kV、750kV的电压；的电压

24、； 500kV的直流电压的直流电压特高压（特高压（UHV）：）：1000kV交流电压及交流电压及800kV的直流电压的直流电压我国未来电网我国未来电网：以：以1000kV输电网为骨干网架，超高压输电网和输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成的分层、分区、结构清晰的现代化大电网的分层、分区、结构清晰的现代化大电网. .c)c)电压等级电压等级 欧洲和北美的欧洲和北美的输电线路输电线路发展发展第一条第一条380kV超高压输电线路超高压输电线路1952年在瑞典建成年在瑞典建成第一条第一条345kV输

25、电线路输电线路1954年在美国建成年在美国建成第一条第一条400kV输电线路输电线路1956年在前苏联建成年在前苏联建成第一条第一条500kV输电线路输电线路1959年在前苏联建成年在前苏联建成第一条第一条735kV输电线路输电线路1965年在加拿大建成年在加拿大建成第一条第一条765kV输电线路输电线路1969年在美国建成年在美国建成第一条经济高压直流输电线路第一条经济高压直流输电线路1954年在瑞典建成年在瑞典建成2）我国电力系统发展简史我国电力系统发展简史A)输电线路输电线路第一条第一条330kV输电线路输电线路1972年在西北地区建成（刘家峡年在西北地区建成（刘家峡汉中）汉中）第一条第

26、一条500kV输电线路输电线路1981年在中部地区建成（平顶山年在中部地区建成（平顶山武汉）武汉）第一条第一条750kV输电线路输电线路2005年在西北地区建成（兰州东年在西北地区建成（兰州东官亭）官亭）第一条第一条1000kV特高压输电线路特高压输电线路09年在中部地区建成，为特高压示范线年在中部地区建成，为特高压示范线B）电网）电网a.随着第一条随着第一条330kV输电线路在输电线路在1972年建成，中国第一个省间区域电网年建成，中国第一个省间区域电网（西北电网）建成，（西北电网）建成，330kV成为西北电网骨干网架；成为西北电网骨干网架；1981年建成年建成500kV平平-武线，开始形成

27、华中电网武线，开始形成华中电网500kV骨干网架；骨干网架；1989年年500kV超高压直流输电线路建成，实现了华中超高压直流输电线路建成，实现了华中-华东两大区的华东两大区的直流联网；直流联网；2005年我国第一条年我国第一条750kV官亭官亭-兰州东线路建成，开始了西北电网的兰州东线路建成，开始了西北电网的750kV骨干网架建设，预计将建成骨干网架建设，预计将建成36条条750kV线路线路b.世界最大的水电工程世界最大的水电工程三峡电站（三峡电站（18200MW，26台机组，单机台机组，单机700MW）在）在2003年到年到2009年建成年建成c.随着三峡电站的投入运行，一个全国性的电网建

28、成了。随着三峡电站的投入运行，一个全国性的电网建成了。中国第一条中国第一条330kV，500kV，1000kV输电线路输电线路间间kV三峡电站和输电系统三峡电站和输电系统三峡电站三峡电站三峡高压交流和高三峡高压交流和高压直流输电系统：压直流输电系统：直流直流500kV500kV，交，交流流500kV500kV 国家特高压电网的基本功能国家特高压电网的基本功能： 为实现跨大区、跨流域水火电互济、全国范围内能源为实现跨大区、跨流域水火电互济、全国范围内能源资源优化配置提供充分支持以满足我国国民经济发展资源优化配置提供充分支持以满足我国国民经济发展的需求；的需求； 满足大容量、远距离、高效率、低损耗

29、地实现满足大容量、远距离、高效率、低损耗地实现“西电西电东送、南北互供东送、南北互供”的要求；的要求； 满足我国市场交易灵活的要求，促进电力市场的发展；满足我国市场交易灵活的要求，促进电力市场的发展； 具有坚强的网络功能，具有电网的可扩展性，可灵活具有坚强的网络功能，具有电网的可扩展性，可灵活地适应远景能源流的变化；地适应远景能源流的变化； 有效解决目前有效解决目前500kV电网存在的因电力密度过大引起电网存在的因电力密度过大引起的短路电流过大、输电能力过低和安全稳定性差等系的短路电流过大、输电能力过低和安全稳定性差等系统安全问题。统安全问题。特高压电网的建设情况特高压电网的建设情况 2009

30、年建成晋东南年建成晋东南荆州的荆州的1000kV示范网络，示范网络， 三条三条 800kV的特高压直流输电网络：的特高压直流输电网络： 向家坝向家坝-上海：上海： 800kV直流特高压线路，直流特高压线路，1935km，4000A，6400MW； 锦屏锦屏- -苏南苏南： 800kV直流特高压线路，直流特高压线路，2059km，4500A，7200MW四川西昌裕隆四川西昌裕隆江苏苏州同里，江苏苏州同里，800千伏直流输电千伏直流输电工程，工程，2012年年12月月12日投运，总投资日投运，总投资220亿元亿元世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术世界上电压等级最高、输送容量最大、

31、送电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程，是我国能源领域取得的世界级水平最先进的直流输电工程，是我国能源领域取得的世界级创新成果，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平创新成果，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平云南云南-广东：广东： 800kV直流特高压线路，直流特高压线路，1418km，3125A，5000MW云南普洱至广东江门云南普洱至广东江门800千伏直流输电工千伏直流输电工程，程，2013年年9月月6日投运日投运 第一条第一条1000kV输电线路工程输电线路工程连接北部和中部地区电网，连接北部和中部地区电网，645km单回路，三个站，采用中国单回路，三个站，采用中国制造的设

32、备制造的设备(1) 中国目前电网结构中国目前电网结构 六个地区的电网通六个地区的电网通过交流和直流输电过交流和直流输电线路联系起来线路联系起来 建立全国性的电网建立全国性的电网互联系统旨在建成互联系统旨在建成强大的全国电网强大的全国电网 一个一个1000kV特高特高压输电系统已投入压输电系统已投入运作，运作，3个特高压个特高压直流输电系统投运直流输电系统投运我国电力系统现状总结我国电力系统现状总结国家电网国家电网 20032012累计增长累计增长总资产总资产(十亿十亿 美元美元)168373.4124%收入收入 (十亿美元十亿美元)76.7299.3290%110kV 及以上输电及以上输电线路

33、的长度线路的长度(km)304,666713,081134%110kV 及以上变换及以上变换容量容量(GVA)7312,807284%35kV和和10kV网络网络配电线路长度配电线路长度-3,741,500-3510kV网络变换网络变换容量（容量（GVA ）-984-电力销售电力销售TWh1,120 3,254 191%（2） 关键性能指标关键性能指标（3） 特点特点强大和主动的智能网络强大和主动的智能网络智能电网智能电网自动的自动的, 基于基于ICT, 交互的交互的包括发电，传输，变换，配电，包括发电，传输，变换，配电，用电和调度用电和调度 UHV交直流传输项目交直流传输项目 最高的运行电压

34、最高的运行电压 最长的传输距离最长的传输距离 最大的传输容量最大的传输容量运行中的运行中的UHV交直流传输项目交直流传输项目 国家风能国家风能/ /太阳能太阳能/ /储能储能/ /智能智能电网示范项目电网示范项目 中国配电系统发展现状中国配电系统发展现状（1）电力需求的电力需求的快速发展快速发展用电量用电量: 2012年为年为4960TWh（49600亿亿kWh），并且国家电网），并且国家电网服务的地区占到服务的地区占到80%。平均年增长率平均年增长率: 9.3%。发电机装机容量发电机装机容量: 2012年为年为1140GW(11.4亿亿kW)，并且，并且国家电网服务的地区占到国家电网服务的地

35、区占到77%。平均年增长率平均年增长率: 9.4%。（2）可再生能源的快速发展可再生能源的快速发展 截至截至2012年总装机容量年总装机容量: 风能风能: 60.8 GW (国家电网占国家电网占56.8 GW)。 太阳能：太阳能：3.58 GW (国家电网占国家电网占3.3 GW)电源类型电源类型容量容量 (GW)小水电小水电23.76分布式太分布式太阳能阳能1.03分布式风分布式风能能0.48天然气天然气0.38生物质能生物质能0.45垃圾发电垃圾发电0.96余热发电余热发电7.30总计总计34.36分布式发电（分布式发电（DG）:国家电网：国家电网：34.36 GW，其中：，其中：小水电小

36、水电: 23.76 GW (占占69%)分布式风能分布式风能: 0.48 GW (占占1.4%)分布式太阳能分布式太阳能:1.03 GW (占占3%)（3）电压等级主要电压等级主要电压等级大部分城市：大部分城市：110 (66)/10/0.4 kV大部分乡村：大部分乡村： 35 (66)/10/0.4 kV在某些城市在某些城市220/35/10/0.4 kV （4）网络结构）网络结构10 kV架空线路架空线路: 放射式，多分支和多互联。放射式，多分支和多互联。 10 kV电缆电缆: 放射式，单回路和双回路。放射式，单回路和双回路。 10 kV配电的互联比例配电的互联比例:城市城市2012年占年

37、占78%。 10 kV配电的配电的“N-1”达标率达标率:城市城市2012年年68%。 （5）运行指标运行指标 供电质量：供电质量： 上升上升 线路损耗：线路损耗： 下降下降城市平均故障城市平均故障持续时间持续时间乡村平均故障乡村平均故障持续时间持续时间城市电压合格率城市电压合格率乡村电压合格率乡村电压合格率110kV及以下及以下线路的线路的损耗率损耗率(%) （6）设备状态）设备状态 截至截至2012年年 配电电缆覆盖率配电电缆覆盖率: 110(66) kV: 2.96% 35 kV: 5.47%10 kV: 8.89% 单独单独10kV架空线路架空线路18.34%非晶合金变压器非晶合金变压

38、器 7.3% 电缆电缆覆盖覆盖非晶合金非晶合金变压器变压器 单独单独架空线路架空线路 (7)自动化水平自动化水平截至截至2012年，年，配电自动化配电自动化 (DA) : 在在23个大城市个大城市实施的试验性项目完成。实施的试验性项目完成。电力信息获取终端电力信息获取终端:覆盖率覆盖率50.2%。光纤覆盖率光纤覆盖率: 110(66) kV变电站变电站: 98%。 35 kV变电站变电站: 80%。EV充电设备充电设备: 353个充电变电站。个充电变电站。 14,500个充电桩个充电桩 23个大城市中，随着自动化的个大城市中，随着自动化的发展，发展，10kV故障切除时间变短故障切除时间变短手动

39、手动113 min半自动半自动15 min自动自动1 min我国电力系统的发展方向我国电力系统的发展方向1.1.大规模分布式可再生能源和核能在电网中发挥很大作大规模分布式可再生能源和核能在电网中发挥很大作用；用；2.2.包括包括ITIT和现代通信技术的智能功能必须在整个电网的和现代通信技术的智能功能必须在整个电网的运行和管理中得到应用，即为运行和管理中得到应用，即为互动智能电网互动智能电网；3.3.集中式和分布式结构的结合与大电网（集中式和分布式结构的结合与大电网（国家特高压电国家特高压电网网）与微型电网相结合，这使得供电更加的安全和可）与微型电网相结合，这使得供电更加的安全和可靠。靠。 智能

40、电网将支撑特高压电网运行，构建智能电网将支撑特高压电网运行，构建坚强智能电网坚强智能电网，实现各类电源和用电设施并网接入标准化和电网运行实现各类电源和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化，提高电力系统资产的运营效益和全社会控制智能化，提高电力系统资产的运营效益和全社会的能源效率，提高电能质量和供电可靠性，创新商业的能源效率，提高电能质量和供电可靠性，创新商业服务模式，提升电网与客户双向互动能力和客户增值服务模式，提升电网与客户双向互动能力和客户增值服务水平。其是服务水平。其是对当前电网的继承和发展对当前电网的继承和发展智能电网简介智能电网简介 智能电网的概念智能电网的概念 到目前为止，智

41、能电网并没有统一的定义，它到目前为止，智能电网并没有统一的定义，它是指一个完全是指一个完全自动化自动化的电力网络，其中的每一的电力网络，其中的每一个用户和节点都得到了个用户和节点都得到了实时监控实时监控，并保证从发，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信电流和信息的双向流动息的双向流动，通过广泛应用的分布式智能和，通过广泛应用的分布式智能和宽带通讯及自动控制系统的集成，它能保证市宽带通讯及自动控制系统的集成，它能保证市场交易的场交易的实时实时进行和电网上各成员之间的进行和电网上各成员之间的无缝无缝连接及实时互动连接及实时互动。就其本质而言是一个。就其

42、本质而言是一个互动互动的的电网。电网。 智能电网的特点和目标智能电网的特点和目标1）自愈，不论发生什么事故，智能电网都能自身解）自愈，不论发生什么事故，智能电网都能自身解 决以保证电力系统的安全性；决以保证电力系统的安全性；2）鼓励和包括末端电力用户，使之与电网自适应交）鼓励和包括末端电力用户，使之与电网自适应交互；互；3）防范网络攻击和抵御自然灾害；）防范网络攻击和抵御自然灾害；4）提供）提供21世纪所需要的电能质量；世纪所需要的电能质量；5）优化，以使资产和设备得到最好的应用；）优化，以使资产和设备得到最好的应用；6）协调发电和储能选择；）协调发电和储能选择；7）使电力市场化可以进一步实现

43、）使电力市场化可以进一步实现中国发展智能电网的策略中国发展智能电网的策略 中国发展智能（互动）电网中国发展智能（互动）电网 再生能源和低碳能源再生能源和低碳能源作为主力能源作为主力能源 发展超导电网发展超导电网解决中国城市电网增容解决中国城市电网增容 大规模大规模发展电动车辆发展电动车辆 逐步将电力地上网改造为逐步将电力地上网改造为地下网地下网 从电力一网送电一线的传统制式提升为从电力一网送电一线的传统制式提升为电力一网电力一网兼容多线兼容多线的运转模式（的运转模式（应支持在现有的电力线的应支持在现有的电力线的基础上，添加两、三条光纤线缆，解决民用网、基础上，添加两、三条光纤线缆，解决民用网、

44、政府网和军用网三网捆入电缆线运行的问题政府网和军用网三网捆入电缆线运行的问题）1.4 电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线1.4.1电力系统的负荷1 1、负荷、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗功率的系统中所有电力用户的用电设备所消耗功率的总和。也称总和。也称电力系统的综合用电负荷。电力系统的综合用电负荷。是所有用户的是所有用户的负荷总和。负荷总和。2 2、电力系统的供电负荷：、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功综合用电负荷加上电力网的功率损耗。率损耗。3 3、电力系统的发电负荷、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。耗

45、的功率。4 4、负荷分类（按负荷性质分类）、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。输业、商业、生活等。1.4 电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线厂厂用用电电1.4 电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线1.4.2负荷曲线：用曲线描述某一时间段内用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律负荷随时间变化的规律有功、无功负荷曲线；日、年负荷曲线有功、无功负荷曲线；日、年负荷曲线 1. 日负荷曲线日负荷曲线 一天的总耗电量一天的总耗电量 日平均负荷日平均负荷 240PdtAd24024124PdtAPdav常用负荷率和最小负荷系数

46、说明负荷曲线的起伏特性，两者相近说明负荷波动小负荷率km 最小负荷系数maxPPkavmmaxminPP曲线的最大（曲线的最大（小小）值称为最大（）值称为最大（小小）负荷（峰荷）（负荷（峰荷）（谷荷谷荷）不同行业的有功功不同行业的有功功率日负荷曲线相差率日负荷曲线相差很大很大(a）钢铁工业负荷；钢铁工业负荷；(b) 食品工业负荷；食品工业负荷；(c) 农村加工负荷；农村加工负荷；(d) 市政生活负荷市政生活负荷 负荷曲线对电力系统的运行有很重要的意义，是安排负荷曲线对电力系统的运行有很重要的意义，是安排日发电计划和确定系统运行方式的重要依据日发电计划和确定系统运行方式的重要依据2.年最大负荷曲

47、线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况3.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成 t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量87600i iAPdtPt最大负荷利用小时数TmaxPdtPPAT87600maxmaxmax1 年最大负荷曲线年最大负荷曲线主要用来安排发电设主要用来安排发电设备的检修计划，同时备的检修计划，同时也为制定发电机组或也为制定发电机组或发电厂的扩建或新建发电厂的扩建或新建计划提供依据计划提供依据 设计电网时，用户的负荷曲线往往未知，设计电网时，用户的负荷曲线往往未知，但知道用户的性质，就可以选择适当的但

48、知道用户的性质，就可以选择适当的Tmax， 估算出全年的耗电量估算出全年的耗电量 A=PmaxTmax表1-6 各类用户的年最大负荷利用小时数负 荷 类 型Tmax/h户内照明及生活用电户内照明及生活用电20003000一班制企业用电一班制企业用电15002200二班制企业用电二班制企业用电30004500三班制企业用电三班制企业用电60007000农农 灌灌 用用 电电100015001.5 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率1. 1. 额定电压和额定频率额定电压和额定频率(50Hz)(50Hz)2. 2. 标准额定电压标准额定电压3. 3. 电气设备的额定电压电气设备

49、的额定电压( (发电机发电机, ,变压器变压器, ,线路线路) )4. 4. 电力输送中电压与输送容量的关系电力输送中电压与输送容量的关系UIS3 额定电压和额定频率：当设备在该电压和频率下运额定电压和额定频率：当设备在该电压和频率下运行时具有最好的技术性能和经济效果。行时具有最好的技术性能和经济效果。 我国规定：额定频率：我国规定：额定频率：50Hz50Hz，工业用电的标准频率，工业用电的标准频率，简称工频。简称工频。 标准额定电压标准额定电压 （三类）（三类） 从表中可以看出，同一电压等级下，各种设备的额从表中可以看出，同一电压等级下，各种设备的额定电压不完全相等，各设备的额定电压之间要有

50、配定电压不完全相等，各设备的额定电压之间要有配合。合。100V以下适用于蓄电池和安全照明用以下适用于蓄电池和安全照明用具等电气设备具等电气设备500V以下适用于一般工业和民用设备以下适用于一般工业和民用设备1000V以上高压电气设备，其额定电压以上高压电气设备，其额定电压（表（表1-31-3）电气设备的额定电压电气设备的额定电压1. 1. 线路线路: :和用电设备相等，和用电设备相等，等于等于系统的额定电压，系统的额定电压，称网络额定电压。称网络额定电压。2. 2. 发电机：其额定电压与网络额定电压为同一电压发电机：其额定电压与网络额定电压为同一电压等级时，规定比网络的额定电压等级时，规定比网

51、络的额定电压高高5%5% 发电机额定电压大于等于发电机额定电压大于等于13.8kV时，网络没有这时，网络没有这样的电压，为发电机专用额定电压。样的电压，为发电机专用额定电压。 目前大容量发电机的额定电压有目前大容量发电机的额定电压有24kV和和27kV等。等。VaVb)/2V(VVbaN3. 3. 变压器变压器一次侧一次侧：接受功率侧；相当于用电设备，：接受功率侧；相当于用电设备，其额定电压与系统（网络）相同；与发电机其额定电压与系统（网络）相同；与发电机直接相连时，则与发电机电压相同。直接相连时，则与发电机电压相同。二次侧二次侧：输出功率侧；相当于电源，其额：输出功率侧；相当于电源，其额定电

52、压应比系统高定电压应比系统高5%5%，考虑变压器内部的电，考虑变压器内部的电压损耗（压损耗（5%5%），实际应定为比线路高），实际应定为比线路高10%10%。若直接与负荷（电动机）相连，则高若直接与负荷（电动机）相连，则高5%5%。用线电压表示的抽头额定电压用线电压表示的抽头额定电压220kV升压变压器降压变压器各级电压架空线路的输送能力各级电压架空线路的输送能力电力系统的电压越高，输送容量越大，输送距离越远电力系统的电压越高，输送容量越大，输送距离越远典型例题典型例题 : : ( ( 1)1)确定各设备额定电压确定各设备额定电压;(2);(2)若若T1T1工作于工作于+2.5%+2.5%抽头

53、抽头, T2, T2工作于主抽头工作于主抽头,T3,T3工作于工作于-5%-5%抽头抽头, ,求各变压器变比求各变压器变比. .10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV5 .10)025. 01 (1211Tk5 .381102Tk11)05. 01 (353Tk1.6 电力系统的接线方式电力系统的接线方式1.6.1 电力系统接线图电力系统接线图 电源与负荷之间通过各种电压等级的电力线路、电源与负荷之间通过各种电压等级的电力线路、变压器与配电设备相互连接形成庞大的电力系变压器与配电设备相互连接形成庞大的电力系统。大型的电力系统通常以电压等级进行分层，统。大型的电

54、力系统通常以电压等级进行分层，它的结构与电压等级，电源、负荷的容量和数它的结构与电压等级，电源、负荷的容量和数目，电源、负荷之间的地理位置以及可靠性等目，电源、负荷之间的地理位置以及可靠性等因素有关因素有关。结构是否合理对电力系统运行的安。结构是否合理对电力系统运行的安全性、经济性、电能质量与运行管理的方便性全性、经济性、电能质量与运行管理的方便性和灵活性等均有很大影响。和灵活性等均有很大影响。 电力系统的连接图有：电力系统的连接图有：电气接线图电气接线图和地理接线和地理接线图图1.6 电力系统的接线方式电力系统的接线方式1.6.2 电力系统的接线方式 无备用无备用负荷获得电源的途径只有一个负

55、荷获得电源的途径只有一个 简单、经济、方便；可靠性差简单、经济、方便；可靠性差图图1-15无备用接线方式无备用接线方式（a）放射式）放射式 （b）树干式样）树干式样 （c） 链式链式电力系统的接线方式：无备用电源接线和有备用电电力系统的接线方式：无备用电源接线和有备用电源接线源接线有备用有备用负荷获得电源的途径有多个负荷获得电源的途径有多个 可靠性高；投资增加可靠性高；投资增加图图1-10 有备用接线方式有备用接线方式（a） 放射式样放射式样 （b） 双回树干式双回树干式 （c）双回）双回 链式链式 （d） 环式环式 （e） 两端供电网络两端供电网络1.6.3三相电力系统中性点运行方式三相电力

56、系统中性点运行方式 电力系统中性点电力系统中性点：变压器或发电机三相绕组星型接线的公共连接点。 接地方式是一个涉及短路电流大小、绝缘水平、接地方式是一个涉及短路电流大小、绝缘水平、供电可靠性、接地保护方式、对通信的干扰、供电可靠性、接地保护方式、对通信的干扰、系统接线方式等很多方面的问题。系统接线方式等很多方面的问题。 发电机定子绕组Y联结的中性点： 一种是不接地一种是不接地 另一种是为了防护定子绕组过电压而采另一种是为了防护定子绕组过电压而采用经过避雷器接地。避雷器内部有气隙，用经过避雷器接地。避雷器内部有气隙，所以正常运行和不接地一样。所以正常运行和不接地一样。 变压器Y接法线圈的中性点：

57、不接地，1035kV系统多属这类情况。 经过一个线性电抗线圈，即消弧线圈接地，1063kV系统有这种方式。 直接接地，110kV及以上电压系统和380220V三相四线低压系统都属这类情况。 经电阻或阻抗接地非有效接地系统（小接地电流系统）：有效接地系统（大接地电流系统）：X0/X13，r0/X11为有效接地系统两种系统的短路电流大小、绝缘水平、接地保护方式、对通信的干扰、系统的接线方式等都不同。1.1.中性点不接地系统中性点不接地系统 正常运行正常运行分析分析： （1）线电压与相电压关系；（线电压与相电压关系；（2）中性点）中性点 电位；（电位；（3）对地电容电流与相电压关系）对地电容电流与相

58、电压关系1.1.中性点不接地系统中性点不接地系统 单相（单相（C相）接地相）接地分析：分析：（1）中性点对地电位；（）中性点对地电位；（2）非接地相对地电）非接地相对地电 位；（位；（3）对地电容电流）对地电容电流（3 3）对地电容电流分析）对地电容电流分析COACCBCACCCOBCCOCACAACIIIIIIIIIXVXVI33)(333.3CCIjCV即入地电容电流超前故障相正常电压即入地电容电流超前故障相正常电压90o，大小为，大小为正常情况下一相电容电流的正常情况下一相电容电流的3倍。倍。1.中性点不接地系统中性点不接地系统 中性点不接地系统发生一相接地时，由于接地中性点不接地系统发

59、生一相接地时，由于接地点电容电流较大，会产生电弧，电弧会损坏电点电容电流较大，会产生电弧，电弧会损坏电气设备，且可能发展为两相或三相短路；当接气设备，且可能发展为两相或三相短路；当接地处发生所谓断续电弧，就是周期性熄灭与重地处发生所谓断续电弧，就是周期性熄灭与重燃的电弧，它与电网振荡回路的相互作用可能燃的电弧，它与电网振荡回路的相互作用可能引起相与地之间的谐振过电压。这种过电压可引起相与地之间的谐振过电压。这种过电压可达到达到2.53倍相电压值，进而导致非接地相绝缘倍相电压值，进而导致非接地相绝缘击穿形成相间短路。击穿形成相间短路。2.2.中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线

60、圈接地的应用中性点经消弧线圈接地的应用 36kV 电力网电力网 (接地电流接地电流 30A) 10kV 电力网电力网 (接地电流接地电流 20A) 3560kV 电力网电力网 ( (接地电流接地电流 10A) )3.3.中性点直接接地系统中性点直接接地系统优点优点:非故障相电非故障相电 压不变压不变.缺点缺点:单相短路电单相短路电 流大流大.4.三相四线制系统三相四线制系统保护保护接零接零 在中性点在中性点不不接地系统中，接地系统中，保护接地保护接地就是把电气设备的就是把电气设备的金属外壳用足够粗的金属导线与大地可靠地连接起来金属外壳用足够粗的金属导线与大地可靠地连接起来。电气设备采用保护接地措施后，