电力系统稳态

1、电力系统稳态分析 前言课程简介课程简介学科范畴学科范畴课程主要内容课程主要内容课程特点课程特点考试及答疑考试及答疑教材及参考资料教材及参考资料2前言课程简介课程简介电气工程与自动化电气工程与自动化专业一门重要的专业一门重要的专业课专业课先修专业基础课程：先修专业基础课程： 电路原理、电磁场、电机学，等电路原理、电磁场、电机学，等电力系统及其自动化电力系统及其自动化方向后续课程：方向后续课程： 电力系统电磁暂态分析、发电厂电气部分、电力系统电磁暂态分析、发电厂电气部分、电力系统稳定、电力系统继电保护电力系统稳定、电力系统继电保护、电力系统规、电力系统规划、电力系统可靠性、电力系统自动化、电力市划

2、、电力系统可靠性、电力系统自动化、电力市场，等场，等3前言学科范畴学科范畴4前言课程主要内容课程主要内容电力系统分析电力系统分析（稳态分析、暂态分析）（稳态分析、暂态分析）稳态稳态：电力系统正常的、相对静止的运行状态：电力系统正常的、相对静止的运行状态暂态暂态：从一种运行状态过渡到另一种运行状态：从一种运行状态过渡到另一种运行状态电力系统稳态分析电力系统稳态分析主要内容：主要内容：电力系统的基本知识（电力系统的基本知识（第第1章章）电力系统各元件的特性和数学模型（电力系统各元件的特性和数学模型（第第2章章）电力系统正常运行状态的分析和计算电力系统正常运行状态的分析和计算潮流计算潮流计算（第第3

3、、4章章）电力系统的运行调节和优化（电力系统的运行调节和优化（第第5、6章章）5前言课程特点课程特点涉及涉及电力系统正常运行状态电力系统正常运行状态下的各种下的各种计算计算、分析分析和和优化优化问题问题理论性和实践性并重理论性和实践性并重随着新理论和新技术的发展，内容不断丰富充实随着新理论和新技术的发展，内容不断丰富充实6前言考试及答疑考试及答疑成绩构成：成绩构成：答疑安排：每周一次答疑安排：每周一次近近5年的考试情况年的考试情况7期末考试期末考试作业及课堂表现作业及课堂表现考勤考勤85%10%5% 近近5 5年的考试情况年的考试情况8前言教材及参考资料教材及参考资料陈珩陈珩. .电力系统稳态

4、分析电力系统稳态分析( (第三版第三版) ) . .中国电力出中国电力出版社版社华智明华智明. .电力系统稳态计算电力系统稳态计算. .重庆大学出版社重庆大学出版社何仰赞，等何仰赞，等. .电力系统分析（上、下册）电力系统分析（上、下册）. .华中理华中理工大学出版社工大学出版社韩祯祥，等，韩祯祥，等，电力系统分析电力系统分析，浙江大学出版社，浙江大学出版社J D Glover, etc. . . Power System Analysis and Design . .机械工业出版社机械工业出版社精品课程网站精品课程网站9电力系统的基本概念第一章第一章目 录1.1 1.2 电力系统运行应满足的

5、基本要求电力系统运行应满足的基本要求1.3 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1.4 电力系统的研究工具电力系统的研究工具11学时：学时：4 4作业：作业：电力系统稳态计算电力系统稳态计算25页：思考题页：思考题1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-623页：习题页：习题1-11.1 电力系统概述电力系统的形成和发展电力系统的形成和发展近、现代电力系统近、现代电力系统电力系统的组成电力系统的组成电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图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 12电力系统的形成和发展电力系统的形成和发展13近、现代电力系统近、

6、现代电力系统超超/特高电压、远距离、大规模特高电压、远距离、大规模电源构成电源构成、负荷成分负荷成分变化巨大变化巨大高度自动化高度自动化14交流输电电压交流输电电压1000kV直流输电电压直流输电电压达达800kV输电距离输电距离1000km输送功率输送功率5000MW电力系统的组成电力系统的组成“最小系统最小系统”15发电厂（火电）发电厂（火电）输、配电网络输、配电网络用户用户汽轮机汽轮机发电机发电机升压变升压变输电线路输电线路降压变降压变电动机电动机电力系统的组成电力系统的组成“最小系统最小系统”16发电厂（火电）发电厂（火电）输、配电网络输、配电网络用户用户汽轮机汽轮机发电机发电机升压变

7、升压变输电线路输电线路降压变降压变电动机电动机 将各种形式的一次能源转换为电能将各种形式的一次能源转换为电能 升压变升压变将发电机的机端电压升高到输电电压将发电机的机端电压升高到输电电压电力系统的组成电力系统的组成“最小系统最小系统”17发电厂（火电）发电厂（火电）输、配电网络输、配电网络用户用户汽轮机汽轮机发电机发电机升压变升压变输电线路输电线路降压变降压变电动机电动机 将高压电能输送、（降压）分配给用户将高压电能输送、（降压）分配给用户 输电方式：交流、输电方式：交流、高压直流高压直流电力系统的组成电力系统的组成“最小系统最小系统”18发电厂（火电）发电厂（火电）输、配电网络输、配电网络用

8、户用户汽轮机汽轮机发电机发电机升压变升压变输电线路输电线路降压变降压变电动机电动机 用电设备（电力系统负荷）用电设备（电力系统负荷） 电力系统的服务对象电力系统的服务对象几个基本概念几个基本概念电力系统电力系统电力网络电力网络动力系统动力系统19 由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、电力线路和各种用电设备以及测量、保护、控制等装置器、电力线路和各种用电设备以及测量、保护、控制等装置组成的统一整体。组成的统一整体。 电力系统电力系统中，由变压器和不同电压等级电力线路等变换、中，由变压器和不同电压等级电力线路等变换、输送、分配电能设备

9、所组成的部分。输送、分配电能设备所组成的部分。 电力系统电力系统和锅炉、汽轮机、水轮机、核反应堆等动力部和锅炉、汽轮机、水轮机、核反应堆等动力部分的总和，又称分的总和，又称“广义电力系统广义电力系统”。三个概念的关系三个概念的关系20三个概念的关系（续）三个概念的关系（续）“最小系统最小系统”21汽轮机汽轮机发电机发电机升压变升压变输电线路输电线路降压变降压变电动机电动机电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图描述电力系统的基本参量描述电力系统的基本参量（总）装机容量（总）装机容量年发电量年发电量最大负荷最大负荷额定频率额定频率最高电压等级最高电压等级电力系统的结线图电力系统的结线

10、图地理接线图地理接线图电气接线图电气接线图22电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图描述电力系统的基本参量描述电力系统的基本参量（总）装机容量（总）装机容量年发电量年发电量最大负荷最大负荷额定频率额定频率最高电压等级最高电压等级电力系统的结线图电力系统的结线图地理结线图地理结线图电气结线图电气结线图23 系统中实际安装的发电机组额定系统中实际安装的发电机组额定有功功率有功功率的总和。的总和。 常以常以千瓦千瓦（1kW=103W）、）、兆瓦兆瓦（1MW=106 W）、）、吉瓦吉瓦（1GW= 109W）、）、太瓦太瓦（ 1TW= 1012W ）为单位。为单位。电力系统的基本参量和结线

11、图电力系统的基本参量和结线图描述电力系统的基本参量描述电力系统的基本参量（总）装机容量（总）装机容量年发电量年发电量最大负荷最大负荷额定频率额定频率最高电压等级最高电压等级电力系统的结线图电力系统的结线图地理结线图地理结线图电气结线图电气结线图24 系统中所有发电机组全年实际发出系统中所有发电机组全年实际发出电能电能之和。之和。 常以常以千瓦时千瓦时（kWh）、）、兆瓦时兆瓦时（MWh）、）、吉瓦时吉瓦时（GWh）、）、太瓦时太瓦时（TWh）为单位。为单位。电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图描述电力系统的基本参量描述电力系统的基本参量（总）装机容量（总）装机容量年发电量年发电

12、量最大负荷：最大负荷：规定时间内系统总有功负荷的最大值规定时间内系统总有功负荷的最大值额定频率：额定频率：我国电力系统的额定频率（工频）为我国电力系统的额定频率（工频）为50Hz最高电压等级：最高电压等级：系统中最高电压等级线路的额定电压系统中最高电压等级线路的额定电压电力系统的结线图电力系统的结线图地理结线图地理结线图电气结线图电气结线图25电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图描述电力系统的基本参量描述电力系统的基本参量（总）装机容量（总）装机容量年发电量年发电量最大负荷最大负荷额定频率额定频率最高电压等级最高电压等级电力系统的结线图电力系统的结线图地理结线图地理结线图电气结

13、线图电气结线图26 显示系统中各发电厂、变电所的显示系统中各发电厂、变电所的地地理位置理位置，电力线路的，电力线路的路径路径以及相互之间以及相互之间的联结关系。的联结关系。电力系统的基本参量和结线图电力系统的基本参量和结线图描述电力系统的基本参量描述电力系统的基本参量（总）装机容量（总）装机容量年发电量年发电量最大负荷最大负荷额定频率额定频率最高电压等级最高电压等级电力系统的结线图电力系统的结线图地理结线图地理结线图电气结线图电气结线图27 显示系统中各发电机、变压器、母线、显示系统中各发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电气元件之间的断路器、电力线路等主要电气元件之间的的的电气联结电

14、气联结关系。关系。我国电力工业及电力系统简介我国电力工业及电力系统简介我国电力工业概况我国电力工业概况我国主要电力系统我国主要电力系统28我国电力工业概况我国电力工业概况29全国总装机容量和年发电量全国总装机容量和年发电量30325597.137.9334334我国电力工业及电力系统简介我国电力工业及电力系统简介我国电力工业概况我国电力工业概况我国主要电力系统我国主要电力系统31我国主要电力系统我国主要电力系统32全国主网结构示意图全国主网结构示意图33东北电网东北电网华北电网华北电网华中电网华中电网西北电网西北电网华东电网华东电网南方电网南方电网华中电网结构示意图华中电网结构示意图34河南电

15、网河南电网湖北电网湖北电网湖南电网湖南电网江西江西电网电网四川四川电网电网重庆重庆电网电网华北华北西北西北华东华东广东广东重庆电网建设重庆电网建设35重庆电网建设（续）重庆电网建设（续）36目 录1.1 电力系统概述电力系统概述1.2 1.3 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1.4 电力系统的研究工具电力系统的研究工具371.2 电力系统运行应满足的基本要求电能生产、输送、消费的电能生产、输送、消费的特点特点对电力系统运行的对电力系统运行的基本要求基本要求38 电能与国民经济各个部门之间的关系密切电能与国民经济各个部门之间的关系密切 电能一般不能大量储存电能一般不能大量

16、储存 生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割体不可分割 生产、输送、消费工况的改变十分迅速生产、输送、消费工况的改变十分迅速 对对电能质量电能质量的要求严格的要求严格1.2 电力系统运行应满足的基本要求电能生产、输送、消费的电能生产、输送、消费的特点特点对电力系统运行的对电力系统运行的基本要求基本要求39 保证保证可靠可靠地持续供电地持续供电 保证保证 保证系统运行的保证系统运行的经济经济性性 保证对环境的友好保证对环境的友好可靠、优质、经济、可靠、优质、经济、环保环保 联合电力系统联合电力系统的优越性的优越性负荷分级负荷分级（按（按“对对供

17、电可靠性供电可靠性的要求的要求”）一级负荷一级负荷二级负荷二级负荷三级负荷三级负荷特殊重要负荷特殊重要负荷40 对一级负荷停电将造成人身事故，设备损坏，使生对一级负荷停电将造成人身事故，设备损坏，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等 需要保证不间断供电，需要保证不间断供电，应配置独立的双电源应配置独立的双电源负荷分级负荷分级（按（按“对供电可靠性的要求对供电可靠性的要求”）一级负荷一级负荷二级负荷二级负荷三级负荷三级负荷特殊重要负荷特殊重要负荷41 对二级负荷停电将造成大量减产、使人民生活受对二级负荷停电将造成大量减产、使人民生活受到影响到影响 需要

18、具体论证是否配置独立的双电源需要具体论证是否配置独立的双电源负荷分级负荷分级（按（按“对供电可靠性的要求对供电可靠性的要求”）一级负荷一级负荷二级负荷二级负荷三级负荷三级负荷特殊重要负荷特殊重要负荷42 一、二级负荷之外的负荷，停电损失更小的负荷，一、二级负荷之外的负荷，停电损失更小的负荷，如小城镇等如小城镇等 不增加设备的前提下不增加设备的前提下尽量保证供电可靠性尽量保证供电可靠性负荷分级负荷分级（按（按“对供电可靠性的要求对供电可靠性的要求”）一级负荷一级负荷二级负荷二级负荷三级负荷三级负荷特殊重要负荷特殊重要负荷43 要求要求“绝对绝对”可靠地不间断供电可靠地不间断供电电能质量电能质量电

19、压质量电压质量频率质量频率质量波形质量波形质量44 通常以通常以“电压偏移电压偏移不超过规定值不超过规定值”来衡量来衡量 电压偏移电压偏移=(=(U- -UN)/)/UN，通常以百分数表示，通常以百分数表示 例如，正常运行时要求电压偏移例如，正常运行时要求电压偏移5%5%电能质量电能质量电压质量电压质量频率质量频率质量波形质量波形质量45 通常以通常以“频率偏移频率偏移不超过规定值不超过规定值”来衡量来衡量 频率偏移频率偏移= = ffN 例如，允许频率偏移为例如，允许频率偏移为(0.2-0.5)Hz电能质量电能质量电压质量电压质量频率质量频率质量波形质量波形质量46通常以通常以“正弦波形畸变

20、率正弦波形畸变率不超过规定值不超过规定值”来衡量来衡量两个能耗指标两个能耗指标煤耗（率）煤耗（率）线损率线损率47 标准煤：每标准煤：每kgkg含热量为含热量为29.31MJ29.31MJ的煤。的煤。 发电煤耗发电煤耗：火电厂每生产：火电厂每生产1kWh1kWh电能平均消耗的标电能平均消耗的标准煤重。准煤重。 供电（标准）煤耗供电（标准）煤耗：火电厂每向外提供：火电厂每向外提供1kWh1kWh电能电能平均消耗的标准煤重。平均消耗的标准煤重。供电（标准）煤耗供电（标准）煤耗48g/kWh两个能耗指标两个能耗指标煤耗煤耗线损率线损率49 又称为又称为中损耗的中损耗的与向电与向电力网络供应电能的百分

21、比力网络供应电能的百分比 。G G电力网络电力网络W1W2121100%WWW线损率线损率= =目 录1.1 电力系统概述电力系统概述1.2 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1.3 1.4 电力系统的研究工具电力系统的研究工具501.3 电力系统的结线方式和电压等级几种典型结线方式及其特点几种典型结线方式及其特点电力系统的额定电压及其适用范围电力系统的额定电压及其适用范围电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式51几种典型结线方式几种典型结线方式52无备用无备用结线结线单回路单回路放射式放射式单回路单回路干线式干线式单回路单回路链式链式有备用有备用结线结线双回路

22、双回路放射式放射式双回路双回路干线式干线式双回路双回路路链式路链式环形结线环形结线两端供电结线两端供电结线无备用结线无备用结线53（第（第7 7页页 图图1-51-5） 独立电源独立电源 负荷负荷 特点特点： 每一负荷都只能沿每一负荷都只能沿唯一路径唯一路径获取电能获取电能 简单、经济、运行方便简单、经济、运行方便 供电可靠性差供电可靠性差 abc有备用结线有备用结线54（第（第8 8页页 图图1-61-6） 特点特点： 供电可靠性高供电可靠性高、电压质量好、电压质量好 投资大，环网运行调度复杂投资大，环网运行调度复杂开式网络和闭式网络开式网络和闭式网络开式网络开式网络负荷只能从负荷只能从一个

23、方向一个方向获取电能的网络。如获取电能的网络。如放射式、放射式、干线式、链式网络。干线式、链式网络。 又称为又称为辐射型网络、树状网络辐射型网络、树状网络。闭式网络闭式网络负荷能从负荷能从两个及以上不同方向两个及以上不同方向获取电能的网络，获取电能的网络，如如环网、两端供电网络环网、两端供电网络。55结线方式的选择：结线方式的选择：技术经济分析技术经济分析1.3 电力系统的结线方式和电压等级几种典型结线方式及其特点几种典型结线方式及其特点电力系统的额定电压及其适用范围电力系统的额定电压及其适用范围电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式56电力系统的额定电压及其适用范围电力系统的额定电

24、压及其适用范围电力系统的电力系统的额定电压额定电压（Rated Voltage）额定电压：国家标准规定的额定电压：国家标准规定的标准电压标准电压。为什么要规定额定电压？为什么要规定额定电压？57一定的输送功率和输电距离，有一最合理的一定的输送功率和输电距离，有一最合理的输电电压。输电电压。生产系列化和标准化生产系列化和标准化 电气设备均按照额定电压设计；设备运行在电气设备均按照额定电压设计；设备运行在额定电压时具有最好的额定电压时具有最好的技术经济性技术经济性。我国电力系统的额定电压等级我国电力系统的额定电压等级58（第（第9页页 表表1-1）额定电压配合额定电压配合同一电压等级同一电压等级电

25、气设备的电气设备的额定电压额定电压存在存在电压配合电压配合问题问题原因原因: :沿功率输送方向，存在电压降落沿功率输送方向，存在电压降落59发电机发电机升压变升压变电力线路电力线路降压变降压变用电设备用电设备UUGNGNUUTNTNUULNLNUUTNTNUUNN电力线路的额定电压电力线路的额定电压60105%95%22abNNLNNUUUUUU 电力线路电力线路额定电压额定电压= =同级电网同级电网用电设备用电设备的额定电压的额定电压 电力线路的额定电压通常称为电力线路的额定电压通常称为网络的额定电压网络的额定电压或或系系统的额定电压统的额定电压发电机的额定电压发电机的额定电压61 发电机一

26、般接在线路始端，考虑到发电机一般接在线路始端，考虑到沿线的电沿线的电压降落及地方直馈负荷的电压要求压降落及地方直馈负荷的电压要求取：取： UGN = 1.05 UN = 1.05 ULN 变压器的额定电压变压器的额定电压变压器一、二次绕组的规定变压器一、二次绕组的规定一次绕组：一次绕组：输入功率一侧的绕组（输入功率一侧的绕组（受电端受电端相相当于当于用电设备用电设备 二次绕组：输出功率一侧的绕组（二次绕组：输出功率一侧的绕组（送电端送电端，相相当于当于发电机发电机 ）62 “功率的输入和输出功率的输入和输出”是相对于变压器外部而是相对于变压器外部而言。言。 变压器变压器一、二次绕组一、二次绕组

27、与与高、低压绕组高、低压绕组的区别。的区别。变压器的额定电压（续变压器的额定电压（续1 1）变压器一次绕组额定电压变压器一次绕组额定电压一次侧是一次侧是受电端受电端，相当于，相当于用电设备用电设备UTN-1UN（同级电网的额定电压）（同级电网的额定电压）变压器二次绕组额定电压变压器二次绕组额定电压二次侧是二次侧是送电端送电端，相当于，相当于发电机发电机二次绕组的额定电压规定为二次绕组的额定电压规定为空载电压空载电压，当负载时，当负载时，变压器内部的电压降落约为变压器内部的电压降落约为5% UTN-21.1UN（比同级电网的额定电压高（比同级电网的额定电压高10%）63变压器的额定电压（续变压器的额定电压（续2 2）一次绕组额定电压：一次绕组额定