电力系统基础

1、电力系统基础,-电力软件产品线 苏鹏,电力系统基础,1.电力工业简史 2.发电厂 3.线路和变压器参数 4.负荷 5.潮流 6.备用 7.有功功率和频率 8.无功功率和电压,电力工业简史,1. 最早的发电机是直流发电机，即发直流电。 2. 在现代工农业生产中，几乎所有电能都是以交 流形式产生出来，因为： （1）交流电机比直流电机简单、成本低、工作可 靠。 （2）可通过变压器来改变交流电的电压大小，便 于远距离输电和向用户提供各种不同等级的 电压。 （3）通过变压升压后可以减少网络传输损耗。,交流电的缺点,交流电的优势体现在其发电和配电上，但在输电这块和直流相比存在一些劣势： 1.直流输电采用两

2、线制，以大地或海水作回线； 而三相交流电用的是三线制，所需的导线材料 多。 2.在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产 生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗 （由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，交 流电压会改变，从而产生电容电流）。,交流电的缺点,3.直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行， 而交流输电必须同步运行（交流电存在频率和 相位，因此输电两端必须同步运行） 4.直流输电发生故障的损失比交流输电小。当线 路发生短路时，直流输电可以很快的调节控制。 注意，以上都是说的在输电过程中，而不是在发 电和用电过程中。,高压直流输电,1.正因为交流输电存在以上的缺点，从而产生了 高压直流

3、输电。 2.一个高压直流输电系统中，电能从三相交流电 网的一点导出,在换流站转换成直流，通过架空 线或电缆传送到接受点；直流在另一侧换流站 转化成交流后，再进入接收方的交流电网。 3.高压直流输电电压等级比较高，比如正负 800kV等。,电力系统,电力系统指由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。,电力系统特点,1.由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也 无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费 都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地 组成一个整体。 2.电能生产必须时刻保持与消费平衡，即发电厂 的发电和负荷的用电应该时刻都相等。 3.过渡过程非常迅速（百分之几秒到十

4、分之几 秒）。,电力系统特点,4.各环节组成的统一整体，不可分割。 5.电力系统的地区性特点较强。 6.对电能质量的要求颇为严格。,电力系统运行要求,1.保证供电的可靠性：减少停电损失，要求元件 有足够的可靠性，要求提高系统运行的稳定 性。 2.保证良好的供电质量：电压、频率、波形（减 少谐波）。 3.提高电力系统运行的经济性：降低传输过程中 能耗。,发电厂,1.风电厂，水电厂，核电厂，燃气轮机，火电厂 等。 2.这个顺序也是发改委关于节能调度发电机组的 优先顺序。 3.四川电网目前没有风电和核电，但后者正在考 虑建设中（南充阆中）。四川水电比例大于火 电。,水电厂,1.把水的位能和动能转换成

5、电能的工厂，它的基本生 产过程是：从河流高处或水库内引水，利用水的压 力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能， 然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电 能。 2.水电厂根据调节性能分为有调节水库和无调节 水库。有调节水电的出力可以“随意”变化， 受自然条件的影响小；而无调节水电的出力取 决于水流的天然流量，一日内基本变化不大， 其装机容量也比较小。,水电厂,3.水电厂存在“最小技术出力”，即水电厂开机 运行后的最小出力，一般是要求下游灌溉，航 运等。 4.水电厂当其存水量超过其水库库容限制时，就 要弃水，也就是放水，该水不会通过水轮机发 电。即系统负荷很小时，而水电预计来水很大， 如果

6、全发电，则不能满足“发电=用电”这个等 式，此时就得弃水。,火电厂,1.利用煤燃料燃烧所产生的热能转换为动能以生 产电能。 2.基本生产过程是,燃料在锅炉中燃烧,将其热量 释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高 压蒸汽；蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转 动力，以驱动发电机输出电能。 3.火电机组发电时，有个最小技术出力。只要火 电机组开机，发的出力必须=这个值。,火电厂,4.火电机组有最小停机时间和最小运行时间：最 小停机时间指该机组停机后必须几个小时后才 能重新开机；同理，最小运行时间指该机组一 旦开机运行，就必须得运行至少几个小时。 5.火电厂启动时有启动能耗，而且数值相当大。 因此，火

7、电厂一旦启动都将长期运行，直到检 修期，在机组组合中应注意这点。,水火电区别,1.水电厂的装机容量一般比较小，10100MW，但 二滩（2000MW）和宝珠寺（700MW）除外；火电 机组装机比较大，特别是实行节能调度后，几 十MW的机组都将被关掉，留的都是100以上机组 （因小机组发电煤耗率比较高）。 2.水电用的是可再生能源，而火电燃煤，且对环 境污染大。节能调度的宗旨就是优先利用可再 生能源，因此应尽量利用水电厂发电。,水火电区别,3.水电机组调节性能好。机组有爬坡率这个参 数，限制机组在两个时刻之间出力变化的范 围。水电机组的这个值比火电大的多，从而能 更好的调节。 4.系统中一般有个

8、平衡机组，用以平衡负荷和所 有发电机组（除平衡机组外）出力的差值，这 个一般都是水电（因其调节能力大，装机容量 大），比如二滩。,燃气轮机,1.利用煤燃料燃烧所产生的热能转换为动能以 生产电能。 2.燃气轮机也有最小停机时间和最小运行时间这 两个参数。与火电不同的是，火电机组一旦开 了就是常时间的开，所以只需观察其最小停机 时间；而燃气轮机不存在启动能耗，可以随时 开停，因此两个参数都得关注。 3.燃气轮机的调节性能好，适合于调峰。,输电线路的参数,电阻R：反映线路通过电流产生有功功率损失效应 电抗X：反映导线通电后周围产生磁场效应 电导G：反映线路上沿绝缘子的泄露电流产生的有 功率损耗和电晕

9、损耗。 电纳B：反映带电导线周围电场效应。,变压器参数,1.同样也有电阻，电抗，电导，电纳四个参数。 2.这个四个参数可以通过变压器铭牌上的四个数 据得到：短路损耗，短路电压，空载损耗，空 载电流。 3.变压器还有变比，额定容量，额定电压这几个 参数。,负荷,1.负荷就是系统中所有用电设备消耗功率的总 和，也称为综合用电负荷。 2.负荷曲线就是以曲线描述某一段时间内负荷随 时间变化的规律。可以分为日负荷曲线和年负 荷曲线。实际生产中，日负荷曲线抽样96点， 每15分钟一次。 3.负荷预测，也就是通过一些预测方法得到未来 一段时间内的负荷曲线。,一般将这个分为2个峰段，1个平段和2个谷段。 0点

10、到10点左右为谷段，11点到12点为早高峰段，13点到17点左右为平段，18点到19点为晚高峰段，剩下的为谷段。,负荷曲线,1.日负荷曲线对电力系统有很重要的意义，它是 安排日发电计划，确定各发电厂发电任务以及 确定系统运行方式等的重要依据。 2.把每天的最大负荷抽取出来按年绘成曲线，成 为年最大负荷曲线。年最大曲线的用途：安排 各发电厂检修计划的依据；安排新装机组计划 的依据。,丰水期和枯水期,丰水期：一般是在雨季或春季气温持续升高的时 期，这时河中水量丰富，延续时间长。 尽量让水电发电，即满发，让火电调 峰。比如四川夏季水电发电多，不仅能 满足省内用，还能外送其他省份。 枯水期：一般是冬季

11、，来水少。尽量让火电发 电，让水电去调峰。,潮流,1.潮流反映了系统中每条线路上的功率分布和流 向（即电流流向）。从发电机发出的有功和无 功，到用电负荷之间，每条线路上都有功率的 分布。 2.潮流计算就是计算每条线路上的功率分布，这 是电力系统的基础，有了这个结果才能进行系 统的安全分析，判断线路是否越限（超过线路 的最大传输功率）等。,潮流图,G,G,10+7j,5+3j,7+5j,3+3j,5+4j,10+8j,2+1j,潮流计算的目的,1.电力系统规划中用于选择系统的接线方式、选 择电气设备及导线的截面； 2.在电力系统的运行中，用于确定运行方式和合 理的供电方案，确定电压调整措施等；

12、3.提供继电保护、自动装置的设计与整定依据。,节点类型,PV节点：该节点的有功功率和电压已知，一般指 发电机节点。 PQ节点：该节点的有功功率和无功功率已知，一 般指负荷节点。 平衡节点：该节点是基准点，可以理解为实际生 产中的平衡机。,备用,1.电力系统的备用容量是指可用发电出力的后备 补充力量，能够随时调整投入运行。 2.根据满足的需求不同分为以下几种：负荷备 用，事故备用，检修备用，国民经济备用。 3.机组总出力+备用负荷 该不等式必须满足，也是安排机组组合的必须 要求。这里的机组总出力不是机组总装机容 量。,旋转备用和冷备用,按照备用状态可分为： （1）旋转备用：特指运行正常的发电机维

13、持额定 转速，随时可以并网，或已并网但仅带一部 分负荷，随时可以加出力至额定容量的发电 机组。也称为旋转备用。 （2）冷备用：指发电机起动前的检查工作已全部 完成，发电机出口刀闸在断开位置，发电机 处于随时能够立即起动升压并列的状态。,有功功率和频率,频率（f） 1.我国频率规定为50Hz，允许一定的偏差范围。 2.由于所有电气设备都是按照额定频率来设计 的，如果频率发生大的变化，将对设备产生极 大的损坏。如损坏电机，影响电钟计时的准确 性。,有功功率平衡,1.频率稳定时，发电机的有功出力=负荷。当负荷 变化，比如增加时，此时等式不满足，频率要 减小，此时发电机必然会增加其有功出力，保 证系统

14、频率的变化在允许范围内。 2.频率为什么会变化。比如一个电动机，它带着 一个物体转动。当稳定时，转速也是匀速；如 果突然增加物体的重量，必然会让转动的速度 降慢，所以增大电动机的电流，让其保证匀速 旋转。,一次调频,1.一次调频:是指由发电机组调速系统的频率特性 所固有的能力,随频率变化而自动进行频率调 整。（所有发电机组均装有调速器，所以除已 满载的机组外，每台机组均参加频率的一次调 整） 2.一次调频，调整速度快,但调整量随发电机组不 同而不同,且调整量有限,值班调度员难以控制 制。,二次调频,1.二次调频：一次调频是有差调节,不能维持电网 频率不变,只能缓和电网频率的改变程度.所以 还需

15、要利用同步器增、减速某些机组的负荷， 以恢复电网频率，这一过程称为二次调频。 2.只有经过二次调频后，电网频率才能精确地保 持恒定值。 3.二次调频需有专门设定的主调频厂和辅助调频 厂来完成。,两者区别,1.一次调频是汽轮机调速系统要据电网频率的变 化，自发的进行调整机组负荷以恢复电网频 率；二次调频是人为根据电网频率高低来调整 机组负荷。 2.一次调频是所有机组都要参加，二次调频是需 先设定相关机组。,电网经济运行,1.指电网在供电成本率低或发电能源消耗率及网 损率最小的条件下运行。 2.电网经济运行就是一项实用性很强的节能技术。 这项技术是在保证技术安全、经济合理的条件 下，充分利用现有的

16、设备、元件，不投资或有 较少的投资，通过相关技术论证，在传输相同 电量的基础上，以达到减少系统损耗，从而达 到提高经济效益的目的。,电网经济运行,3.主要技术措施 （1）合理进行电网改造，降低电能损耗。 （2）合理安排变压器的运行方式，保证变压器 经济运行。 （3）合理调节配网运行方式使其经济运行。 （4）合理配置电网的补偿装置，合理安排补偿 容量。 （5）做到经济调度，有效降低网损。,经济调度与节能调度,两者是有区别的： 1.经济调度重点在于减少网络的损耗，是从输电 的角度来考虑，一般采用等微增率来进行机组 负荷的分配。 2.节能调度重点在于减少能源消耗，是从发电侧 的角度考虑。目前没有什么

17、通用的原则和方法。,无功功率和电压,1.所有用电设备都是按运行在额定电压时为最高 设计的，偏离额定电压必然导致效率下降，经 济性变差。 2.电力系统一般规定了电压的一个偏差范围，因 此，就必须对电压进行调节。 3.电压跟无功功率是相关的。,无功功率平衡,1.系统必须保证无功功率平衡，如同有功功率平 衡一样。 各种无功电源所发的无功= 负荷的无功需求+网络上损耗的无功 2.当该式不平衡时，比如左端小于右端时，在线 路末端的电压就会下降，严重时使整个电力系 统崩溃。 3.当电压不符合要求时，必须对电压进行调整。,电压调整,1.改变发电机的励磁调压。 2.改变变压器变比。 3.改变电力网的无功功率分布。 4.改变输电线路参数。 注意的是，在无功不足的系统中，不能用改变变压器变比的办法来改善用户的电压质量，否则会顾此失彼，不能从根本上解决全系统的调压问题,无功补偿,粗略的说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差。不