第01章-电力系统的基本概念

HuazhongUniversityofScienceandTechnology《电力系统分析

》(I)石东源

dongyuanshi@2012-2013学年度第一学期《电力系统分析》课程的主要内容

分析电力系统的正常和故障运行状态的原理和方法，以及调整电力系统运行状态的措施《电力系统分析》课程与《电气工程基础》的关系课程的特点专业概念多综合性和应用性强其它成果：分两学期上，分别考试，一起算成果本学期：平常20%，考试80%就业：目前正值中国电力建设发展最快的时期中美1949-2011年发电装机容量发展对比年度中国装机容量（亿kW）美国装机容量（亿kW）

年度中国装机容量（亿kW）美国装机容量（亿kW）19490.01850.6340

19810.69135.983019500.01870.6920

19820.72366.137019510.01880.7550

19830.76446.211019520.01960.8320

19840.80126.351019530.02350.9330

19850.87056.552019540.02601.0000

19860.93826.648019550.03001.1420

19871.02906.741019560.03831.1970

19881.15506.777019570.04631.3110

19891.26847.218019580.06291.4330

19901.57567.341219590.09541.5590

19911.69407.398719600.11921.6710

19921.81637.465119610.12861.7900

19931.96017.545819620.13041.9210

19942.11287.639719630.13332.0970

19952.25797.694619640.14062.2370

19962.41047.758919650.15082.3480

19972.58407.786519660.17022.4750

19982.76797.758719670.17992.6670

19992.95707.859319680.19062.8400

20003.15048.117219690.21043.0980

20013.30208.482519700.23773.3640

20023.41859.053019710.26283.6640

20033.71859.484519720.29503.9600

20044.22409.629419730.33924.3980

20054.85669.780219740.38114.6850

20065.86839.862119750.43414.9130

20076.86929.948919760.47155.1720

20087.774310.101719770.51455.3590

20098.741010.254019780.57125.5210

20109.664110.390619790.63025.6550

201110.557610.548319800.65875.7860

中美1949-2011年发电装机容量发展对比我国电力系统的发展规划：

2020年：13~15亿kW2030年：17~20亿kW2050年：24~26亿kW1995年电力部电力科学院《2020年全国电力发展规划探讨报告》

2010年：低方案—5.65亿kW，高方案—6.18亿kW

2020年：低方案—8.66亿kW，高方案—10.54亿kW电力系统的基本概念电力系统的组成电力系统的额定电压和额定频率对电力系统运行的要求电力系统的接线方式电力系统分析课程的主要内容第一章：电力系统的基本概念输电配电用电发电电力系统的基本概念—系统组成电力系统的基本概念—系统组成电力系统的基本概念—系统组成（单线图）输电网络及设备发电厂及设备用电设备配电网络及设备电力网电力系统电力系统的基本概念—直流输电沟通系统换流站直流输电线路换流站沟通系统电压等级（kV）额定电流（A）输送容量（MW）经济输送距离（km）±100045009000>2500±800450072001400～2500±660300040001000～1400±50030003000<1000电力系统的基本概念—电力网额定电压等级单回架空输电线路输电实力1000kV2800MVA>600km750kV2000~2500MVA>500km500kV1000~1500MVA150~850km330kV200~800MVA200~600km220kV100~500MVA100~300km110kV10~50MVA50~150km35kV2~10MVA20~50km10kV0.2~2MVA6~20km6kV0.1~1.2MVA4~15km20kV近年起先接受问题：为什么接受不同电压等级？电力系统的基本概念—额定电压受电设备与系统额定线电压361035110220330500供电设备额定线电压3.156.310.513.815.751820变压器额定线电压一次绕组33.1566.31010.513.815.75182035110220330500二次绕组6.31110.538.5121242363550单位：kV目前国内沟通电压最高等级：1000kV

直流电压最高等级：±800kV电力系统的基本概念—设备额定电压输电线路1000kV750kV500kV330kV220kV发电机20kV18kV15.75kV13.8kV10.5kV6.3kV3.15kV用电设备:380/220V3kV,6kV,10kV配电线路110kV35kV10kV6kV20kV一次绕组：10.5kV二次绕组:121kV±2×2.5%一次绕组：35kV±2×2.5%二次绕组：6.6kV一次绕组:10kV±2×2.5%二次绕组：400V电力系统的基本概念—变压器抽头额定电压中高压侧设置分抽头，可通过变比调整进行系统运行电压调整；变压器实际变比：分抽头额定线电压/低压侧额定线电压我国的额定频率：50Hz电力系统的基本概念—额定频率工业用电的标准频率，简称为工频电力系统的基本概念—对电力系统运行的要求平安：保证平安牢靠供电优质：合乎要求的电能质量经济：良好的经济性环保：尽可能减小对环境的有害影响电能不能大量存储，发输配用实时平衡暂态过程短暂快速供电突然中断后果严峻系统频率：50±0.2~0.5Hz用户供电电压允许偏差35kV及以上：±5%10kV及以下：±7%供电电压波形畸变率6~10kV:4%；0.38kV:5%电力系统的基本概念—电力系统的接线方式发电厂主接线无备用：开式网络变电所主接线有备用：环形网络电力系统分析课程的主要内容系统地讲解并描述电力系统运行状态分析计算的原理和方法发电机变量功率：PG+jQG电压：VG∠θG电流：IG磁链：Ψ电动势：Е功角：δ电力网变量：Iij支路功率：Pij+jQij节点电压：Vi∠θiPij+jQijVi∠θiPLD+jQLD负荷变量：PLD+jQLDVLD∠θLD；ILD短路计算潮流计算稳定计算运行变量系统参数额定参数电力系统分析（I）——短路计算基于电路分析方法（CH6，CH8）系统各元件接受等值电路表示；运行变量：电流阻抗计算元件各序电抗的物理意义及计算方法标幺参数的归算系统输入阻抗、转移阻抗、计算电抗节点导纳矩阵或节点阻抗矩阵计算（CH4）发电机：基本方程式突然短路的物理过程等值电路及参数CH3，CH5输电线路及变压器等值电路及参数CH2，CH7负荷等值电路及参数CH6、CH7电力系统分析（II）——潮流计算电力网各元件等值电路和Y阵发电机和负荷节点注入功率潮流方程：节点注入功率与节点电压之间的数学关系潮流方程求解非线性代数方程Newton法等关注运行变量功率和电压电压无功优化、经济运行、稳定计算等的基础发电机：节点注入功率：PG+jQG电压：VG∠θGPij+jQijVi∠θiPLD+jQLD负荷：节点注入功率：PLD+jQLD电压：VLD∠θLD电力网变量：支路功率：Pij+jQij节点电压：Vi∠θi电力系统分析（II）——稳定计算电力网各元件等值电路和Y阵发电机：转子运动方程和Park方程负荷：电动机方程式和ZIP暂态稳定：非线性微分数值计算，分段计算法、改进欧拉法等静态稳定：小扰动线性化方程特征值分析运行变量：发电机功角Pij+jQijVi∠θiPLD+jQLD电力网变量：Y阵支路功率：Pij+jQij节点电压：Vi∠θi发电机：功率：PG+jQG电压：VG∠θG电流：IG磁链：Ψ电动势：Е功角：δ负荷：转差：s功率：PLD+jQLD电压：VLD∠θLD电力系统分析——内容1）电力系统的基本概念2）电力网各元件的等值电路和参数计算3）同步发电机的基本方程4）电力网络的数学模型5）电力系统三相短路的暂态过程6）电力系统三相短路电流的好用计算7）电力系统各元件的序阻抗和等值电路8）电力系统不对称故障的分析和计算9）负荷10）电力传输的基本概念11）潮流计算12）无功功率平衡和电压调整13）有功功率平衡和频率调整14）电力系统经济运行15）电力系统稳定性的基本概念16）电力系统电磁功率特性17）电力系统暂态稳定性18）电力系统静态稳定性19）提高电力系统稳定性的措施电力系统分析（I）电力系统分析（II）电力系统稳态分析电力系统暂态分析[1]陈珩.电力系统稳态分析.北京：水利电力出版社，1995

[2]李光琦.电力系统暂态分析.北京：水利电力出版社，1995

[3]韩祯祥.电力系统分析.杭州：浙江高校出版社，2005

[4]J.DuncanGlover,Mulukutla.S.S