电力系统分析第一章ltj

本课程的主要内容主要内容电力系统稳态分析电力系统元件的等值电路、参数电力系统的基本概念正常情况下系统运行状态的分析计算电力系统运行与控制无功/电压控制有功/频率控制主要内容电力系统暂态分析电力系统短路时的基本概念电力系统三相短路电流计算电力系统稳定性分析静态稳定暂态稳定电力系统不对称短路分析计算本课程的主要内容课程特点该课程是电气专业的基础骨干课，以前面学过的基础课为基础，又是后续专业课的基础，是学习和研究该领域的重要课程。

1理论性强、工程性强，既有严格的理论推导，又有必要合理的简化近似2涉及内容广、概念多，公式多，计算多有一定深度，通过做做习题达到理解并掌握所学内容的目的第一章电力系统概述和基本概念本章重点电力系统概述1-1电力系统的电压等级和负荷1-2电力系统中性点及其接地方式1-3一、电力系统的发展概况1882年，法国人首先实现了较高电压的直流输电，被认为是世界上第一个电力系统(57km，送端电压1300V，受端电压850V，输送功率1.5KW)1.电力工业发展历程1891年，德国工程师密勒主持建立了第一条三相交流输电线路，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。(输送距离175km，输送功率130KW)1889年，俄国工程师先后发明了三相异步电动机、三相变压器和三相交流制。目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和相邻国家的跨国联合电力系统。2.我国电力工业发展概况221004.4亿20042100013003.2亿2000211502.7亿199854008000万198572805200万197925小于104.3185万1949上海第一台12kW机组发电1882世界排序人均用电量/kW·h年发电量/TW·h总装机容量/KW年份29亿2009中国电力工业的发展可分为三个以下阶段1882~1937年。全国共有461个发电厂，总装机容量630MW，年发电量为17亿kW·h，初步形成北京、天津、上海、南京、武汉、广州、南通等大、中城市的配电系统。1937~1949年。1937年抗日战争开始后，日本帝国主义以东北为基地，为战争生产和提拱军需物资，从而使东北电力系统也有一定的发展。1949年新中国成立时，全国发电装机容量为1848.6MW，年发电量约43亿kW·h，居世界第25位。当时中国已形成的电力系统有：东北中部电力系统；东北南部电力系统；东北东部电力系统；冀北电力系统。输电线路建设1949年以来，中国的电力工业有很大的发展。平均每年以10%以上的速度在增长，到1998年全国装机容量/年发电量均跃居世界第2位。但人均装机量为0.5kW,仅为发达国家的1/101954年，第一条220kV线路投入运行，全长369.25km；1972年，第一条330kV线路投入运行，全长534km；1981年，第一条500kV线路投入运行，全长595km

；1989年，第一条500kV直流输电线路投入运行，全长1080km，实现了华中电网与华东电网的互联。2006年，第一条800kV直流输电线路破土动工，全长1430km(云南-广州。世界第I)基本形成500kV和330kV的骨干网架；目前，我国已形成东北、华北、华东、华中、西北、川渝、南方共7个跨省电网以及山东、福建、新疆、海南和西藏5个独立省网。我国电力系统现状国家电网公司南方电网公司电监会国家电网公司成立于2002年12月29日，注册资金2000亿元，经营区域覆盖26个省，自治区，直辖市，覆盖国土面积88％以上，2010年被《财富》杂志公布的全球企业500强第8位，是全球最大的公用事业企业。

南方电网公司范围：广东、广西、云南、贵州、海南五大发电集团概况电能是如何产生的？大规模电能是由同步发电机产生同步发电机发电原理？

机械能电能电能是如何产生的？推动转子旋转的能源形势的形式多种多样，大家说说…..

水力蒸汽火力、核、地热水力发电风力风力、潮汐发电1、发电厂生产电能，将一次能源转换成二次能源(电能)，分为火、水、核、风、太阳。地热等发电厂火力发电厂化学能热能机械能电能燃烧原动机发电机蒸汽管道汽轮机储煤场烟囱输煤皮带升压站锅炉江河或水库冷凝器发电机冷却水国产200MW汽轮发电机国产330MW汽轮发电机定子水力发电厂势能机械能电能水轮机发电机水电厂的类型堤坝式引水式抽水蓄能式水电厂的出力和发电量的计算公式为

P=9.81ηQH(kW)η代表水轮发电机效率

Q代表单位流量（m3/s）

H代表上下游水位落差（m）水电厂在电力系统中的作用承担基荷无调节水电厂宜全年担负系统基荷工作调峰有调节水电厂在枯水期宜在峰荷工作，日调节水电厂可尽量担任系统峰荷调频多年调节电站及大容量机组可作系统调频机组事故备用只需几分钟就可启动或停机，宜于作事故备用河床式水电站示意图引水式水电站示意图风电机组发电原理叶片发电机齿轮箱

变压器输电线路母线开关设备，保护设备……

变换、输送、分配连接发电机与电网的升压变压器(检修中)连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端低压三相变压器低压端子高压端子三相三相四线高压三相变压器低压端子高压端子三相配电变压器输电线路高压输电线路三相低压输电线路主要作用：汇集和分配电能。发电机或线路在与变压器连接时，往往先连接到母线上，再由母线连接到变压器上。三种不同颜色表示ABC三相母线其他一次设备

电动机电解炉、日光灯

荧光灯……

使用——负荷

发电设备：发电机；输、配电设备：变压器、输电线路等；用电设备：电动机、电灯等。

测量设备：电流表、电压表；保护设备：继电保护装置；控制设备：远动操作装置；能量管理系统。一次

设备二次

设备电力系统组成小结电力系统组成第一节电力系统概述

一

、电力系统的基本概念MG

TT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照明动力发电厂

1、电力系统的组成

通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（6～35kV）和低压配电线路（380/220V）。地方电力网：电压等级在35kV及以下、供电半径在20～50km以内的中压电力网，又称配电网;区域电力网：电压等级在35kV以上、供电半径在50～300km的电力网：各省区的高压电力网;超高压远距离输电网：电压等级为330～750kV、供电半径在300～1000km的电力网。电力网的类型：根据电压的高低和供电范围的大小，分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种。变电所：是变换电能电压和接受分配电能的场所。类型：区域（枢纽）变电所：连接电力系统中高压和中压的几个电压等级，汇集多个电源，变压器容量大，进出线回路数多，高压侧电压330～500kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解；地区（中间）变电所：将发电厂、枢纽变电所和负荷中心联系起来，可以向附近用户供电，也可以中转一部分电能到别的负荷中心，高压侧电压为110～220kV，全所停电后，将使该地区中断供电；终端变电所：是电网的末端变电所，其高压侧为10～110kV，全所停电后，将使用户中断供电。2.电力系统的基本概念电力系统：是指由生产、输送、分配电能的设备，使用电能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。动力系统：在电力系统的基础上又加上动力设备，统称为动力系统。电力网络：电力系统中，各种电压等级的输配电力线路及升降压变压器所成为的部分称为电力网络。3.电力线路接线图

地理接线图：按比例显示电力系统中各发电厂和变电所相对地理位置，它反映电力线路的路径和相互间的联接，但不能完全显示各电力元件间的连接情况。

电气接线图：显示系统中各电力元件之间的电气联系，但不能反映发电厂和变电所的相对地理位置。单线图因三相对称根据电能生产、输送、消费的特殊性，对电力系统运行有如下三点要求。保证可靠地持续供电根据用户对用电可靠性的要求，将负荷分为三个等级：第一级负荷第二级负荷第三级负荷电力系统供电的可靠性，就是要保证一级负荷在任何情况下都不停电，二级负荷尽量不停电，三级负荷可以停电。4、对电力系统运行的基本要求保证良好的电能质量良好的电能质量有三个指标：电压质量、频率质量和波形质量。电压偏移：一般不超过用电设备额定电压的±5%。频率偏移：一般不超过±0.2~0.5Hz。波形畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。提高系统运行的经济性

电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以电厂的厂用电率和电力网的网损率等。

环境保护问题也将成为对电力系统运行的基本要求。

联合电力系统是由若干单一系统互联组成，它容易满足对电力系统运行的基本要求，但同时又必须在技术上采取措施，以满足电力系统稳定性的要求。1、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。第二节电力系统的电压等级和负荷避免电压等级数量的无限制扩大，导致互联困难，必须标准化为取得最佳的技术经济性能，电力设备需要在额定电压下进行优化设计、制造和使用需要确定的额定电压：线路(即：电网)发电机变压器(升压、降压)的一次/二次侧用电设备的额定电压：与线路的额定电压相同。

发电机的额定电压：同步发电机往往接在线路始端，因此，其额定电压比电力线路的额定电压高5%。变压器的额定电压：一次侧相当于用电设备，其额定电压等于线路的额定电压；二次侧相当于发电机，其额定电压较线路额定电压高10%。

①当变压器一次侧直接和发电机相连时，其额定电压等于发电机额定电压；

②当变压器漏抗较小，或二次侧直接与用电设备相连的厂用变压器，其额定电压可以只比线路电压高5%。注意用线电压表示的抽头额定电压220kV升压变压器降压变压器？表1-2电力线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系额定电压(kV)输送功率(kW)输送距离(km)额定电压(kV)输送功率(kW)输送距离(km)3100~10001~3603500~3000030~1006100~12004~1511010000~5000050~15010200~20006~20220100000~50000100~300352000~1000020~50500、330、220KV一般用于大电力系统的主干线；110KV用于中、小电力系统的主干线及大电力系统的二次网络；35KV用于大城市或大工企业内部的网络，并广泛用于农村网络；10KV是最常用的低一级配电电压；6KV用于负荷中高压电动机占很大比重的网络；3KV仅限于工企业内部网络。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,求各个变压器变比.10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV确定图中电力系统各元件的额定电压GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vLG:T1:T2:T3:T4:M:L:10.5kv10.5/121kv110/38.5/11kv35/6.3kv10kv/400v6kv380v2.电力系统的接线方式图1-9无备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式图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●●火电厂10kV4终端变电所●●●●●●●●●●●●●●●●●水电厂1枢纽变电所500kV220kV3地区变电所110kV35kV2中间变电所220kV35kV●●●●●●●●●●●●●●●●●110kV电气接线图带开关的电气接线图2.电力系统的负荷电力系统的总负荷：指系统中各个用电设备消耗功率的总和。它们可分为动力负荷和照明负荷。综合用电负荷：指工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之和。供电负荷：指电力系统的综合用电负荷加上电力网的功率损耗，即发电厂供出的负荷。发电负荷：指供电负荷再加上发电厂厂用电，即发电机发出的功率。电力负荷曲线：指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲线。有功功率(无功功率)日负荷曲线：表明系统有功功率或无功功率负荷在一天24小时的变化规律。用途：制定各发电厂发电负荷计划及系统调度运行的依据。注意：无功功率与有功功率最大负荷不一定同时出现。有功功率年最大负荷曲线：表示一年内每月最大有功功率负荷变化的曲线。用途：作为扩建发电机组，新建电厂以及安排全年发电设备检修计划的依据。年持续负荷曲线：由一年中系统负荷按其数值大小及持续时间顺序由大到小排列面成的曲线。用途：

安排发电计划，可靠性估算和电网规划与运行的能量损耗计算。

图1-2电力系统的日负荷曲线（a）有功功率负荷；（b）无功功率负荷24t(h)102030405060708090100048121620Q%（b）10203040506070809010004812162024t(h)P%（a）根据年持续负荷曲线，计算系统负荷全年消耗电量W最大负荷小时数Tmax其中Pmax为最大负荷

12t(月)246810年初（冬季）年中（夏季）年末（冬季）P0图1-3有功功率年最大曲线

Pt(h)8760Tmaxt1t2t3P1P2P3abcdefgi图1-4年持续负荷曲线③中性点经低电抗、中\低电阻接地方式①中性点有效接地方式②中性点全接地方式①中性点不接地方式②中性点经消弧线圈接地方式③中性点经高阻抗接地方式指星形连接的变压器或发电机的中性点（需要断路器遮断单相接地故障电流的）（单相接地电弧能够瞬间熄灭的）第三节电力系统中性点的接地方式中性点接地方式大接地电流方式小接地电流方式3.电力系统中性点不同接地方式的优缺点⑴大接地电流方式的电力系统

优点：快速切除故障，安全性好；经济性好

缺点：供电可靠性差(2)小接地电流方式的电力系统

优点：供电可靠性高；安全性好

缺点：经济性差；易出现谐振电压目前，在我国电力系统中，中性点接地方式：

330KV和500KV系统——中性点全接地方式；

110KV和220KV系统——中性点有效接地方式；60KV以下系统——中性点小电流接地方式；其中35~60KV系统——经消弧线圈接地方式

3~10KV系统——中性点不接地方式一般认为3~60KV系统，当单相接地时电容电流超过10A，则中性点应装消弧线圈。二、消弧线圈的工作原理

图1-5中性点不接地系统的单相接地（a）电流分布；（b）电压、电流相量关系CBANCaCbCcNABC

正常运行的电力系统为三相对称系统，各相对地电压相量值分别为Ua、Ub、Uc，而N对地电位。那么每相对地电容电流为，其中U为每相对地电压，为每相对地电容。中性点不接地电力系统单相接地时，如图1-5(a)所示。此时，相对地电压的变化及接地电流有以下情况：当A相单相接地时，中性点电压为，则各相对地电压变为即单相接地电流值为正常时一相电容电流值的3倍。

由、产生对地电容电流为、，分别超前其对地电压900，而入地总的电容电流为。以上电压、电流的相量图如图1-5(b)