电力系统稳态分析PPT(1-13讲)

1、电力系统稳态分析，马士英讲座，电力系统稳态分析，第1讲电力系统的基本概念(电力系统，电能生产的特点和要求，联合电力系统)，马士英讲座，1。电力系统、电网和电力系统的概念。电力系统由发电机、变压器、线路、电气设备及其测量、保护和控制装置组成，它们按照电能生产、传输、分配和消耗的某些规则连接在一起。电网电网是由变压器和不同电压等级的输电线路组成的网络，用于输电和配电。其中，电压等级在110千伏及以上的电网主要用于电能的远距离传输，称为传输网；35kV及以下的电网主要用于向用户分配电能，称为配电网(有时配电网也使用110千伏电压)。电力系统电力系统及其电力部分统称为电力系统。动力部分包括火力发电厂的

2、锅炉和汽轮机；水电站的水库和涡轮机；核电站反应堆、汽轮机等。下图是电力系统、电网和电力系统的示意图。2.电力系统发展简史1。电力系统从DC 单相交流三相交流交流和DC并存的发展过程。(1)初始DC电力系统1982年，法国建立了世界上第一个电压1500 2000伏、传输距离57公里、传输功率约2KW的电力系统。由于DC电压不能像交流电压一样通过变压器来升降压，因此不能满足大容量远距离传输的高压和低电压功耗的要求。(2)单相交流输电1985年，交流输电是在单相变压器的基础上实现的，解决了长距离大容量输电和低压用电之间的矛盾。单相交流输电的主要缺点是经济性差；单相电气设备的瞬时功率是周期性变化的，因

3、此单相发电机和单相电动机在运行中都会产生很大的振动。(3)三相交流输电1891年，德国在制造三相变压器的基础上建立了第一个三相交流输电系统。发电机电压为95V，输电线路电压为25000V，传输距离为178公里，用电电压为112V。与单相交流输电相比，三相交流输电的主要优点是经济性好，节省输电线路导线；三相发电机和三相电机的瞬时功率恒定，有效降低了发电机和电机在运行中的振动问题。三相交流输电的主要问题是同步发电机并联运行的稳定性和不同频率系统之间的联网。随着电力系统传输距离的增加，导体发热和传输效率问题不再是限制传输容量的问题，而是并联运行的稳定性问题。此外，不同频率的电力系统不能相互连接，这限

4、制了具有更高优势的联合电力系统的发展，例如跨国电力系统的发展。(4)现代交流和DC电力系统的DC输电不存在稳定性问题，电力电子技术的发展为重新采用DC输电创造了条件。在现代电力系统中，三相交流仍然用于发电和用电，而三相交流和DC用于输电。直流输电不仅解决了三相交流输电并联运行的稳定性问题，也解决了不同频率系统间的并网运行问题。现代电力系统示意图如下图所示。中国电力系统现状(1)电网建设目前，中国已建成东北、华北、华中、华东、华南、西南和西北7个区域电网。(如图所示)以及华中、华南、西南和华东电网之间的联网。进一步的发展是建立全国统一的电网。(2)电压等级除西北电网外，目前使用的电压等级为：交流

5、：1000千伏(UHV)、500千伏(UHV)、220千伏、110千伏、350千伏和100千伏。DC: 82.瞬时电能以接近光速的速度传输，其转换过程非常短暂，因此电力系统中的任何故障都会瞬间扩散到整个电力系统。3.重要的电能是国民经济各部门的主要能源。由于电能生产的连续性和实时性，电能供应的中断和减少将对国民经济的各个部门产生重要影响。电能生产的基本要求1。保证供电的可靠性意味着满足负荷对电能供应的要求。不同类型的负载对电源可靠性有不同的要求。(1)分类原则：划分停电或停电造成的损失。(2)负荷分类：一级负荷(重要负荷):指设备损坏、人员伤亡、生产秩序混乱、人民生活长期无法恢复的用户电气设备

6、。二类负荷(更重要的负荷):指用户的电气设备，其产品的产量和质量将会下降，供电的中断或减少将会影响人们的正常生活秩序。三级负荷(一般负荷):除一级负荷和二级负荷外的用户用电设备。(3)各种负载都要求供电可靠性。一种负荷(重要负荷):任何情况下都不允许停电；二级负荷(更重要的负荷):尽量不要切断电源；三种类型的负载(一般负载):允许断电；良好的电能质量电能质量通过电压偏移、频率偏移和电压波形来测量。(1)电压偏移电气设备的实际电压偏离额定电压的程度以百分比表示。(2)频率偏移电力系统的实际运行频率与额定频率之间的差值。我国对电力系统频率偏移的基本要求是：3 .电力系统运行经济性好。电力系统运行的

7、经济性由燃料消耗率、厂用电消耗率和网损率来衡量。(1)燃料消耗率指发电厂每单位电能消耗的标准煤(g)量(1kW)。2005年统计数据：平均煤耗：380克/千瓦时；超临界机组平均煤耗：298克/千瓦时；最低煤耗：281克/千瓦时；效益分析：在1000兆瓦发电厂，煤耗降低1克，每年节约1000万元。(2)厂用电率是指确保电厂主要设备运行所需的电气设备的厂用电。厂用电率是指同期电厂厂用电与发电量之比的百分比。凝汽式热电厂的厂用电率为(68)%。(3)网损率是指电网在输送电能过程中损失的电能与发电厂在一定时间内送入电网的电能之比的百分比。6.在联合电力系统中，满足电力系统基本要求的措施很多，但最根本的

8、措施是采用联合电力系统。1.联合电力系统是指通过联络线将多个区域电力系统连接起来的统一电力系统。2.联合动力系统的优点。国外：跨国电力系统；国内：全国联网，电力系统稳态分析；第二讲电力系统的基本概念(电力系统的电压等级、接线方式和中性点运行方式)，马士英；首先，电源系统1的连接模式。电力系统接线图(1)电气接线图表示电力系统各部件之间电气连接的电路图，一般用单线图表示。(如第一讲中的电力系统接线示意图)(2)地理接线图按比例表示电力系统中各发电厂和变电站相对地理位置的接线图。(例如，第一堂课的区域电力系统接线图)，2。电力系统接线方式(1)接线方式分类无备用接线方式用户只能从一个方向获得电力的

9、接线方式，包括单回路放射式、单回路干线式和单回路链式接线；不存在备用连接模式(a)单回路辐射模式(b)单回路干线模式(c)单回路链模式，以及(2)具有备用连接模式的连接模式，在备用连接模式中，用户可以从两个节点获得电能有备用连接模式(a)双环辐射型(b)双环干线型(c)双环链式(d)环式(e)两端供电网络。3.各种连接方式的特点(1)无备用连接方式的优点：连接简单，投资少，操作维护方便；电源可靠性差的缺点；(2)双回路径向接线方式与备用接线方式的优点：供电可靠性高，电压质量好；投资大、经济性差的缺点：供电可靠性高，相对经济的缺点：操作和调度复杂，线路一侧检修和切断时电压质量差。两端供电的优点：

10、供电可靠性高，经济性好，故障或检修时电压质量好；缺点：受配电限制，操作复杂。4.在各种连接方式的适用场所，没有备用连接方式。通常用于向供电可靠性要求较低的三类负荷供电，也可在采取一定措施提高供电可靠性后(如采用组合开关电器、在线路上安装重合闸装置等)向两类负荷供电。)。备用线路通常用于高可靠性地向一级和二级负载供电。向一类负载供电时，应该有两个以上独立的电源。第二，电力系统的额定电压1。传输线的理想电压对应于一定的传输距离和传输容量。传输电压电平越高，电网的功率损耗越小，功率损耗越小；然而，随着电压的增加，线路的投资成本更高。如下图所示，在该图中，C1是年电能损耗成本(10000元/年)，C2

11、是年投资成本(10000元/年)减去运营年，而C是输电线路的年成本。显然，有一个电压对应于一定的传输距离和传输容量。当在这个电压下运行时，传输线的经济性最好，并且这个电压是它的理想电压。电力系统额定电压中规定的主电压越多，输电线路选择接近理想电压的额定电压越有利；然而，额定电压水平越高，越不利于电气设备的大规模生产。电力系统额定电压是综合利用和制造的要求，由经济技术比较确定，由国家颁布实施。3.电力系统额定电压国家规定的电力系统额定电压如下表所示。电网电压分布及线路、发电机和变压器的额定电压(1)电网电压分布(2)输电线路允许电压损失电气设备允许电压偏移为0，因此输电线路允许电压损失为10%。

12、(3)输电线路额定电压输电线路额定电压取线路各点电压的平均值，即电气设备的额定电压。(4)在直接接线的情况下，发电机的额定电压接在线路的首端，运行中的电压比电气设备的额定电压高5%。为了使发电机在额定电压下运行，发电机的额定电压作为线路首端的电压，是电气设备额定电压的1.05倍。在没有直接接线的情况下，发电机的额定电压根据发电机运行的经济性来确定。(5)变压器初级绕组的额定电压：对于降压变压器，其初级绕组可以连接到线路的首端或末端。为了保证实际电压在任何情况下都在允许范围内，其额定电压就是电气设备的额定电压。对于发电厂的升压变压器，由于它直接与发电机相连，所以取发电机的额定电压。二次绕组：二次

13、绕组连接在线路的首端，其电压比运行中电气设备的额定电压高5%。然而，变压器次级绕组的额定电压是指当初级绕组加上额定电压而次级绕组开路时的端电压。注意，内部电压损失，只有当连接到变压器次级绕组的线路很短(或直接连接到电气设备)时，线路电压降很小；或者当变压器本身的短路电压很小时(小于7.5%)，变压器二次侧的额定电压允许取电气设备额定电压的1.05倍。额定抽头电压用线电压表示，220千伏，升压变压器，降压变压器，5。不同电压等级3KV的适用范围：工业企业内部使用(如3KV电机)；1000、500、330和220千伏：大型电力系统的主线；110千伏：小电力系统干线和大电力系统二次网；35KV:大城

14、市或大型工业企业的内部配电网；农村电网；10kV:配电网。各级电压架空线路的输电能力。电力系统中性点运行方式1。电力系统中性点电力系统中星形连接的发电机或变压器的中性点称为电力系统中性点。2.电力系统中性点的运行方式。各种中性点运行方式的特点(1)直接接地运行方式：的优点在正常或单相接地情况下，非故障线对地电压为相电压；缺点：单相短路电流大，需要切断故障线路。(2)不接地运行模式。优点：在正常或单相接地条件下，三条线路的电压保持对称，在单相接地条件下，小电流流过接地点。只要电流小于规定值，接地点就不会有电弧，不会影响电气设备的正常运行。缺点：中性点电压上升到相电压，非故障相电压上升到线电压，这

15、要求电气设备对地有更高的绝缘，因此增加了电气设备的成本。(3)消弧线圈接地运行方式消弧线圈接地运行方式的目的在中性点不接地系统中，当线路较长，线路对地电容较大，或者电源电压较高时，进行单相接地时，流经接地点的电流可能较大。当电流超过规定值时(一般认为35 60 kV超过10A；10KV超过20A；30A以上3 6 kv)，会在接地点产生电弧，从而造成电弧过电压。通过消弧线圈接地的目的是在发生单相接地时用电感电流补偿电容电流，使接地点的电流小于规定值，避免电弧。工作原理：从图中可以看出，在单相接地时，由于中性点电感电流和接地电容电流的相位相反，流经接地点的总电流是两个值之差，通过适当选择电感值，可以使流经接地点的电流小于规定值，从而避免故障时的电弧，避免电弧对电气设备和线路绝缘造成的电弧过电压的威胁，所以电感称为消弧线圈。补偿方式欠补偿：接地点电流为容性；过补偿：接地点电流是电感性的；完全补偿：接地点电流为零。(4)补偿方式选择全补偿谐振分析由于全补偿，即：当电力系统正常运行中出现零序电压时，会发生串联谐振，引起谐振过电压。因此，当电力系统通过消弧线圈接地时，不应采用全补偿法；但是，当系统运行方式发生变化时，欠补偿公式可能会变为全补偿，因此通常采用的补偿方式应该是过补偿。10KV电力系统变压器绕组通常采用无自然中性点三角形连接的三相系统中性点采集方式，系统无自