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1、North China Electric Power University电力工程系Department of Electrical Engineering电力系统分析基础Power System Analysis Basis（一） 任 建 文 课程内容简介 一.教师自我介绍 二.课程介绍 给出一个课程及电力系统全貌三. 讲课方式四.参考书 课程介绍 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 课程介绍电力系统稳态分析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

2、算电力系统有功功率频率、无功功率电压的控制与调整 课程介绍电力系统暂态分析波过程操作或雷击产生的过电压(过程最短) 高压课程 主讲电磁暂态过程与短路及励磁有关(过程较长)机电暂态过程与动力系统有关(过程最长)涉及电压、电流电力系统故障分析 主讲涉及功率、功角导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行短路计算对称分量法及序网概念不对称故障的分析与计算静稳暂稳 课程介绍发电厂电气部分电气主接线卖电的网络电器的原理与选择卖电的工具控制与信号二次系统配电装置电器的组合及布置高压断路器运行同步发电机的运行变压器的运行 课程介绍电力系统继电保护原理电流保护距离保护高频保护自动重合闸变压器保护发电机保护母线保护 课

3、程介绍 2.电力工程 非电力类专业选修课程，了解电力系统的入门课程，深度不够、面面俱到稳态分析故障计算一、二次系统稳定性防雷综合性基础性50学时五门电专业课程三掌握基本知识基本计算基本原理二目的一般性认识业务技术管理 课程介绍主要学习电力系统的基本知识，分七章介绍电力系统的组成发、输、变、配短路电流分析与计算故障分析，三相短路概念电气参数及等值电路物理元件的数学模型稳态分析与计算功率流动、潮流计算、有功调整、无功调整发电厂和变电所一次系统接线方式，电气设备发电厂和变电所二次系统继电保护，电网监护电力系统运行稳定性静稳、暂态稳定 课程介绍3.电力系统分析基础 -改革后的电力系的平台课程主要学习电

4、力系统稳态和短路分析知识电力系统的基本概念发、输、变、配。 8学时电力网元件参数及等值电路物理元件的 数学模型 8学时简单电力网稳态分析与计算功率流动、手工潮流计算 8学时 课程介绍电力系统潮流的计算机算法 潮流计算的基本原理、数学模型、求解方法和计算程序框图 。 8学时有功最优分配及频率控制如何保证低损耗、 高回收 6学时无功功率及电压调整如何使无功合理分布使电压损耗最小 6学时短路电流分析与计算三相短路及不对称故障计算 20学时 讲课方式1、侧重基础2、物理概念与数学模型相结合3、补充新概念及专业领域研究成果和方向4、辅助教学手段，录像、模型、图片5、以讲为主，自学为辅6、听课自由，前提是

5、有自学能力7、欢迎讨论、提意见8、板书乱、发音不准希望谅解9、考试不会难为同学们，不要求死记硬背 参考资料1、电力系统分析基础 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 杨淑英 中国电力出版社5、电力系统自动化、电网技术等杂志3、电力系统稳态分析 （第二版） 东南大学，陈珩，水利电力出版社 4、电力系统暂态分析 （第二版） 西安交通大学，李光琦，水利电力出版社第一章 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.电力系统的负荷 4.电力系统运行的特点及要求 5.电力系统的电压等级 6.电力系统的接线及中性点接地第一节 电力系统的概念和组成

6、电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）第一节 电力系统的概念和组成发电用电输电变电配电第一节 电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）第一节 电力系统的概念和组成从调度、管理、控制的角度看第一节 电力系统的概念和组成第一节 电力系统的概念和组成第一节 电力系统的概念和组成从发电到用户的供电过程第一节 电力系统的概念和组成第一节 电力系统的概念和组成第一节 电力系统的概念和组成厂网分家前电网组成第一节 电力系统的概念和组成厂网分家前电网情况第一节 电力系统的概念和组成重新组合后的大区电网图第一节 电力系统的概念和组成 目前我国电网进入了大电网、大

7、电厂、大机组、超高压输电、高度自动控制的新时代 。截止2019年底装机总容量已过5亿千瓦，到2009.8全国拥有的发电装机总容量已过8亿千瓦，继续居世界第二。 各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大，220KV电网不断完善和扩充，750KV输电工程（青海官亭甘肃兰州东）已投入试运行，晋东南南阳荆门1000千伏交流特高压试验示范工程已于09.1试运行。 近十年19942019年，装机由20190万kW增至44070万kW，连续10年平均每年新增发电容量2400万kW，近几年每年新增7500万KW 1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV直流输电线路实现双极

8、运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网，三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。第一节 电力系统的概念和组成我国电网发展的目标： 即加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。 国家电网公司正式公布了其“2020年全面建成以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一的坚强智能电网”发展目标， 第一节 电力系统的概念和组成050100150200250300美俄日中加德中国发电量和装机容量现居世界第二位建国初期：发电量第25位 装机容量第21位2019年：均已跃居第 2位GW350第一节 电力系统的概念和组成两家电网公司

9、是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；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、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。 电力体制改革方案： 1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团)第一节 电力系统的概念和组成电 网 图第一节 电力系统的概念和组成兰虚筐内为输电网红虚筐内为输电网第一节 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？ 1.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

10、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。2019年全国联网示意图 华中Central 华东East 华北North 东北Northeast川渝ChuanYu福建Fujian南方South西北Northwest3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydro Power BaseThermal BaseAC2019年全国电网互联示意图DC2019年全国电网互联示意图华北西北 华中东北华东南方电网西藏葛沪直流(DC)姜家营高岭新乡邯东荆州惠州直流(DC)背靠背直流龙政直流

11、(DC)三峡2019年全国电网互联示意图华北 西北 东北华东 南方电网 西藏从三峡到华东的三回直流德阳宝鸡 直流晋城阳城江苏AC(or DC Link)灵宝背靠背直流荆州惠州 直流姜家营高岭交流新乡邯东背靠背直流华中 三峡水电站西北华北国家 发生时间 事故名称 事故后果 美国 2019.8.14北美东部网损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。瑞典丹麦 2019.9.23瑞典丹麦停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时意大利 2019.9.28意大利6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。英国2

12、019.8.28伦敦地铁停电724MW，影响41万用户，50万乘客被困，停电37分钟1小时马来西亚 2019.9.1马来西亚马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。国外03年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾难美国发生的其它大停电事故事故名称时间后果美国东北部大停电1965.11.9最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直接经济损失达1亿美元。纽约大停电事故 1977.7.13停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫，华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。美国西部网大停电1994.12.14系统解列成东西南北四个大岛，事故影响到14个州200万人的用电。美国西

13、部网大停电2019.7.2系统解列成五个孤岛，事故影响14个州200万用户美国西部网大停电2019.8.10系统解列成四个孤岛，事故影响9个州750万用户美国电网为什么频发大停电事故美国电网自2019年起已发生130多起重大停电事故，和其电网的特点有关。由初期的自由竞争发展之后，国家60年代才介入，导致电压等级混乱，、电网结构强弱不一；电力公司对联邦能源管理委员会FERC和NERC的规定和导则基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态；在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院；电网结构老化，投入不足，对其开发研究的投资比宠物食品制造商

14、的还少；缺少有效应对紧急情况的方案设计；分散安装，协调不足的安全自动化系统。第二节 电能变换和电源构成一、电能变换第二节 电能变换和电源构成二、电源构成及展望 火电70%、水电20%、核电10% 燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）21世纪新能源 热核反应不使用放射性材料的核能，2030年后实用化 2050年时，电力供应是现在的23倍（15000亿KW.h) 核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系 统约占15%20%第二节 电能变换和电源构成我国的能源结构极不合理6323.74.38.8目前电源配置情况2020年电源配置情况第二节 电能变换和电源构成 预计到2020年全国需要的发电量为

15、4.3万亿kWh，相应的装机容量为9.5亿kW左右(下限8.5，上限10.5)煤电为6亿kW，占63%(电量3万亿kWh，占4.3万亿kWh的70%)水电2亿kW，占21.1% (电量为7000亿kWh，占16%)；抽水蓄能电站2500万KW，占2.6%；核电原规划4000万kW，新规划7000万kW；气电7000万kW，占7.3% (电量3000亿kWh，占7%)；新能源 ：光伏2000万kW（原180）；风电1亿kW（原8000）第二节 电能变换和电源构成 到2020年全国达到4.3万亿kWh的电量，相当于全国人均占有电量约为2900kWh(按预测2020年全国人口数为14.7亿人)，这只

16、比2000年世界人均电量2500kWh略高，相当于美国50年代初，英国60年代初的水平，且比西班牙1982年人均占有电量(3100kWh)还低。而西班牙的用电水平是作为我国电力水平国际比较的参照量之一。2019年我国发电装机达5.7亿千瓦 2019年预计装机仍达7000万千瓦 到2019年，接近8亿（每年发展5000万千瓦装机 ），已于09.8月实现。 第二节 电能变换和电源构成二、电源构成及展望第二节 电能变换和电源构成三、火力发电 火电发电 燃料燃烧 水 蒸汽 机械能 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 电能变换和电

17、源构成三、火力发电第二节 电能变换和电源构成三、火力发电第二节 电能变换和电源构成三、火力发电第二节 电能变换和电源构成三、火力发电呼盟煤电基地 2160锡盟煤电基地 1200晋东南煤电基地 外送规模2000陕北煤电基地 外送规模1440宁夏灵武煤电基地 外送规模1320蒙西煤电基地 外送规模3000我国部分煤电基地建设设想方案第二节 电能变换和电源构成四、水力发电水 冲击水轮机旋转 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 电能变换和电源构成四、水力发电第二节 电能

18、变换和电源构成第二节 电能变换和电源构成四、水力发电第二节 电能变换和电源构成四、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，09.8已投第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节 电能变换和电源构成总投资603.3亿元、总工期12年两个月、装机容量1260万千瓦的中国第二大水站溪洛渡水电站，已于今春正式开工 长江上再建两个三峡工程的计划

19、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4座梯级电站。这4座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总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4380万KW闽、浙 赣 1416湘西 791南盘江红水河 1312乌 江 867黄 河北干流 609大渡河 1805雅砻江 1940金沙江 4789长江上游 2831澜沧江 2137黄 河黑? 龙? 江 鸭绿江辽河第 二 ? 松 花 江 河黄河淮洪泽湖江长富春江闽江 鄱 阳 湖赣江汉水清 江洞庭湖资水沅水澧水乌江长江岷江大渡 河雅砻 江 金沙江黄河大 通 河青海湖洛 河渭 河南? 江 盘 红

20、水河北江东江澜沧 江怒江雅鲁藏布江通天河塔里木河车尔臣河孔 雀 河葛洲坝271。5隔河岩 120三峡1768天生桥 120天生桥 132岩 滩 120漫 湾 125二 滩 330龙羊峡 128李家峡 200刘家峡 116白 山 150滦河水电基地Hydropower bases东北1131黄河上游 1415第二节 电能变换和电源构成五、核电厂核 能用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击，目前采用快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能中子 撞

21、击，效率高100倍，个别国家使用1kg铀235相当于2700t煤第二节 电能变换和电源构成按减速剂分轻水堆（86%）压力堆（PWR）：3/4沸水堆（BWR）重水堆气体冷却堆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 电能变换和电源构成2019年7月前701万kw（9座），即将在浙江三门、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9.5亿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/

22、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 电能变换和电源构成五、核电厂第二节 电能变换和电源构成五、核电厂第二节 电能变换和电源构成五、核电厂第二节 电能变换和电源构成六、新能源发电和电力储存在地球静止轨道建设太阳能电站的项目已在筹划阶段，估计投资将达到2万亿日元(约合210亿美元)。由日本政府和企业研究机构提出来的，计划在距地面22360英里(约合3.6万公里)的高空上建造一个太空太阳能电站。这个电站的发电量可以达到十亿瓦，足够大约30万个家庭的用电需要。第三节 电力系统的负荷一、负荷类型负荷用电设备在某时刻从系统中取用的功率负 荷 类 型异步电动机同步电动机各

23、类电炉整流设备电子仪器电灯负荷变化是随机的规律性用负荷曲线表示线性变化：描述日平均负荷变化规律周期变化：描述以24h为周期的变化规律负荷的具体组成对负荷特性有决定性影响第三节 电力系统的负荷二、负荷曲线负荷曲线及表示法日负荷曲线安排电能生产计划的基础年负荷曲线安排检修计划、装机计划的依据第三节 电力系统的负荷1、日负荷曲线日用电量： 日平均负荷：负荷率： kp=pav/pmax第三节 电力系统的负荷2、年负荷曲线年用电量：Tmax=W/Pmax第四节 电力系统运行的特点及要求一、运行特点 电能不能大量储存，发电、变电、输电和用电同时进行。 过渡过程非常迅速（30万KM/S） 电力和国民经济各部

24、门关系密切 电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形都有严格的国家标准。 第四节 电力系统运行的特点及要求二、运行要求最大限度地满足用户的用电要求保证供电的可靠性（3040倍，分类负荷）保证电能质量（电压、频率、波形）提高电力系统的经济性第五节 电力系统的电压等级一、电力系统标称电压和最高电压标称电压经济电压：电压高，损耗小绝缘水平高，投资大制定标准电压，以便实现互联最高电压：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，效率和寿命最好第五节 电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定

25、电压=电网额定电压升压变：=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1、用电设备允许偏差2、线路首末端允许偏差1.05UN0.95UNU2U1UN3、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压 5%4、变压器一次侧：用电设备降压变：=电网额定电压UN二次侧：发电设备额定电压为空载电压内部损耗约5%二次电压高出10%第五节 电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压第五节 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第五节 电力系统的电压等级五、电压等级的电压等级的划分100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，134，220，3

26、30，345，400，500，735，750，765，1000kV。输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压(HV)：35220kV；超高压(EHV)：330 750kV；特高压(UHV)：1000kV及以上。高压直流（HVDC）：600kV及以下；特高压直流（UHVDC）：600kV以上，包括750kV 和800kV。六、 各电压等级输电线路的输电能力电压(kV)22033050011001500功率(MW)13229588551809940距离(KM)100-200300-500500-10002000-3000走廊(M)4590120 PU2，故电压等级提高1倍，输送功率提高4倍以上，但输电距离超过100KM时,可能出现稳定问题。第六节 电力系统的接线及中性点接地接线图（电气元件连接图）地理接线图电气接线图1、地理接线图（元件的相对地理位置及输电线路距离）一、电力系统接线图及接线方式第六节电力系统的接线及中性点接地2、电气接线图无备用：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第六节电力系统的接线及中性点接地二、电力系统中性点接地方式中性点接地的影响交流输电用三相，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系统接地方式中性点接地方式直接接地大电流系统 110kv及以上不直接接地小