电力系统分析：第一章 电力系统概述

电力系统分析教材：电力系统分析理论刘天琪邱晓燕编著科学出版社参考书：1、何仰赞等.电力系统分析（上、下）,华中科技大学出版社2、夏道止.电力系统分析,中国电力出版社

3韩祯祥主编.电力系统分析,浙江大学出版社4陈珩.电力系统稳态分析,水利电力出版社5李光琦.电力系统暂态分析,水利电力出版社6单渊达主编.电能系统基础,机械工业出版社7Stevenson,W.D.ElementsofPowerSystemAnalysis,McGraw-HillBookCo.8Weedy,B.M..ElectricPowerSystems,JohnWiley&Sons.ArthurR.Bergen,VijayVittal.Powersystemsanalysis,UpperSaddleRiver,N.J.:PrenticeHallJ.DuncanGlover.Powersystemanalysisanddesign.MulukutlaS.

1.目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法2.主要内容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系统的电压和频率调整稳态分析故障分析稳定性分析电力系统分析理论电力系统的三相短路电力系统的不对称故障电力系统的机电特性电力系统的暂态稳定电力系统的静态稳定第一章电力系统概述电力系统及其发展电力系统的负荷和负荷曲线电力系统额定电压和额定频率电力系统的接线方式电力系统运行的特点和要求MGTT发电机升压变压器架空输电线路降压变压器负荷电力系统电力网输电系统配电系统第一章电力系统的基本概念照明动力发电厂1-1电力系统的组成电力系统——生产、输送、分配和消耗电能的各种电器设备连接在一起而组成的整体。电力网——电力系统中输送和分配电能的部分。1-1电力系统的组成电力线路——输电线路与配电线路的统称。电力系统的组成：1）发电厂2）输电线路3）配电系统4）负荷1.1

电力系统及其发展1.1.1电力系统电能是现代社会最重要、最方便的能源。许多优点：方便转化、输送、分配、应用灵活、提高电气化水平。定义：生产、输送、分配与消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体系统

电力系统

发电输送--分配用户

发电机变压器--输电线路用电设备

电网1.1.2发电厂、电力网和变电所概述

1.发电厂一次能源转换成电能

2.电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。不同电压等级电力线路和变电所组成。供电范围的大小和电压等级高低分类。

3.变电所：汇集电源、升降电压、分配电能。升降压、地点、容量和重要性分类福建安砂水电厂宽缝重力坝1.1.3电力工业的发展

1．国际电力工业发展简史1）概述（发电、输电、电力系统自动化）2）发电量、发电装机容量及其地区分布3）发电量和装机容量构成4）用电量及其构成

.高压输电的发展历程（1）（1）高压输电的出现与电压等级的提高1890年，英国从Deptford到伦敦45km的10kV线路1891年，德国从Lauffen到法兰克福170km的15kV线路远距离大容量输电是提高输电电压的动力。输电电压一般分为高压、超高压和特高压高压(HV-HighVoltage)：35kV～200kV超高压(EHV-ExtraHighVoltage)：330kV～750kV特高压(UHV-UltraHighVoltage)：1000kV及以上配电网电压一般为35kV以下低压(LV-LowVoltage)：0.4kV及以下中压(MV-MediumVoltage)：3kV～35kV对于直流输电高压直流(HVDC-HighVoltageDirectCurrent)：330kV～750kV特高压直流(UHVDC-UltraHighVoltageDirectCurrent):1000kV及以上电力系统电压等级

高压输电的发展历程（2）（2）特高压（1000kV以上）输电的出现与展望习惯上，1～100kV为高压，100～1000kV为超高压，1000kV以上为特高压。20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究1985年苏联1228km的1150kV,但至今运行于500kV20世纪90年代日本300km的1000kV，但至今运行于500kV蒙西-天津南1000千伏特高压交流输变电工程（以下简称“蒙西-天津南工程”）正式开工。2015年，“三华”特高压电网将形成“三纵三横一环网”，届时，锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过3个纵向特高压交流通道向“三华”送电，北部煤电、西南水电通过3个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电。此外，“十二五”期间，配合西南水电、西北华北煤电和风电基地开发，将建设锦屏-江苏、溪洛渡-浙江、哈密-河南等11回特高压直流输电工程。.高压输电的发展历程（3）（3）直流输电、紧凑型输电和灵活交流输电直流输电在远距离输电中具有优越性，我国已有多条±500kV输电线路。.高压输电的发展历程（4）高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国500kV紧凑型输电线路北京昌平到房山。灵活输电又称柔性输电可以跟灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。其他：超导输电、低温输电、多相输电。利用超导体在临界温度下失去电阻转变成超导态的原理而研制和开发的输电技术。超导输电的输送容量远远超过传统的架空输电线路和充油电缆输电线路，

多相输电线路:多于三相的输电方式可以称之为多相输电。多相输电线路与三相输电线路相比具有许多潜在的优势，它具有较低的相间电压，轻巧的杆塔结构，较窄的架线走廊，大的输送能力，易于与三相现有系统协调、兼容运行，对高压断路器触头断流容量的要求较低等。另外，多相系统具有对角相，各相奇次谐波电流之和为零，还可以抑制谐波电流对通信的干扰2.中国电力工业的现状与展望（1）发电量：1980年以来，平均年增长率9％，2012年：发电量为4.820万亿千瓦时（世界第一）2.中国电力工业的现状与展望（2）装机容量：

华东电网2004年底统调装机容量（兆瓦）电网名称总计火电水电核电上海11848118480

江苏2397923879100

浙江1230511000995310安徽95108994516

福建1537482917083

直代管656691628922758全网79581649271158630682012年，全国11.44亿千瓦

2.中国电力工业的现状与展望（3）电压等级、输电线路长度与变电设备容量除西北地区以外：交流：500kV,220kV,110kV,35kV,10kV

直流：±500kV西北地区：

750kV,330kV,220kV,10kV,35kV,10kV2.中国电力工业的现状与展望(4)缺电问题与城乡电网改造

1970年以来出现缺电问题

1998年低用电水平下的电力平衡。电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因2.中国电力工业的现状与展望我国在发电、输电、配电各方面投资比例失调是缺电的另一个方面原因。发电、输电、配电比例美国1:0.43:0.7日本1:0.47:0.68英国1:0.45:0.78

我国1:0.21:0.12我国居民用电比例较低2.中国电力工业的现状与展望我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发展空间（5）中国电力工业展望“十五”期间，GDP年增长率7％～8％，电力增长率将达6％以上。2010年，25000亿kW.h2.中国电力工业的现状与展望2015年，30000亿kW.h2020年，36000亿kW.h高压远距离输电是我国面临的主要问题（水电、火电），必须出现新的电压等级。电能质量问题是我国电力发展必须面临的又一个问题。我国各电网位置示意图1*

华东电网2004年底统调装机容量（兆瓦）电网名称总计火电水电核电上海11848118480

江苏2397923879100

浙江1230511000995310安徽95108994516

福建1537482917083

直代管656691628922758全网79581649271158630682005年7月华东电网运行总体情况

本月华东电网运行总体保持平稳，没有发生稳定破坏和大面积停电事故。本月华东电网发电量494.80亿千瓦时，与去年同期相比增长17.68%。其中水电发电量41.94亿千瓦时，与去年同期相比增长44.01%。火电发电量433.30亿千瓦时，与去年同期相比增长13.70%。核电发电量19.57亿千瓦时，与去年同期相比减少11.89%。2005年7月华东电网负荷状况

2005年7月各电网最高负荷、月均负荷率

MW%

上海江苏浙江安徽福建全网最高负荷16677309452038488871189783665月均负荷率84.788.688.386.589.089.3

华东电网发电量（万千瓦时）

全网水电火电核电2005年7月494804441937543329791956902004年7月42047501718703810810

222070同比17.6814413.7-11.8当年累计288855452244912253922811248352同比17.0988.3213.6510.09

全网上海江苏浙江安徽福建直属及直代管2005年7月494804468841118933208001115851547759942050542004年7月42047506760391392016714290536061589595233792同比17.681.836129.231.6-12当年累计288855454241284106252554792149349173643209861414134同比17.0912.7309.66.920.30.2发电量（万千瓦时）1.2电力系统的负荷和负荷曲线1.2.1．电力系统的负荷

1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。3、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。1.2电力系统的负荷和负荷曲线1.2.2．负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律

1.日负荷曲线（安排日发电计划和确定系统运行方式）一天的总耗电量日平均负荷

负荷率km

最小负荷系数

(a）钢铁工业负荷；(b)食品工业负荷；(c)农村加工负荷；(d)市政生活负荷2.年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况（检修新建计划）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（安排发电计划和可靠性估算）t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量

最大负荷利用小时数

Tmax

年最大负荷曲线A=PmaxTmax

表1-2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2000~3000一班制企业用电1500~2200二班制企业用电3000~4500三班制企业用电6000~7000农灌用电1000~15001.3

电力系统的额定电压和额定频率1.额定电压和额定频率(50HZ)2.标准额定电压3.电气设备的额定电压(发电机,变压器,线路)4.电力输送中电压与输送容量的关系

额定电压和额定频率：当设备在该电压和频率下运行具有最好的技术性能和经济效果。系统与用电设备的额定电压（表1－9）电力网中的电压分布。额定频率：50Hz。1-2电力系统的额定电压和额定频率一、额定电压规定的电气设备（包括发电、用电设备）长期工作电压。系统的额定电压电气设备的额定电压1.线路:等于系统的额定电压（网络额定电压）2.发电机：规定比系统的额定电压高5%VaVb3.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5%，考虑变压器内部的电压损耗（5%），实际应定为比线路高10%。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典型例题:(1)确定各设备额定电压;(2)若T1工作于+2.5%抽头,T2工作于主抽头,T3工作于-5%抽头,求个变压器变比.10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV1.4电力系统的接线方式1.4.1.电力系统的电气连接方式无备用(开式电力网)图1-9无备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式有备用（闭式电力网）图1-10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1.4.2．三相电力系统中性点运行方式

发电机定子绕组Y联结的中性点：一种是不接地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，所以正常运行和不接地一样。变压器Y接法线圈的中性点：不接地，10~35kV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，10~63kV系统有这种方式。直接接地，110kV及以上电压系统和380／220V三相四线低压系统都属这类情况。1.中性点不接地系统正常运行分析：（1）线电压与相电压关系；（2）中性点电位；（3）对地电容电流与相电压关系1.中性点不接地系统单相（C相）接地分析：（1）中性点对地电位；（2）非接地相对地电位；（3）对地电容电流（3）对地电容电流分析2.中性点经消弧线圈接地图1-13中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地的应用3