电力系统分析基础(第一章)n.ppt

,,,NorthChinaElectricPowerUniversity,电力工程系,DepartmentofElectricalEngineering,电力系统分析基础PowerSystemAnalysisBasis（一）,任建文,课程内容简介,一.教师自我介绍,二.课程介绍给出一个课程及电力系统全貌,三.讲课方式,四.参考书,课程介绍,1.电力专业类专业课程介绍----传统上的课程划分，为选课提供参考,,电力系统稳态分析正常的、相对静止的运行状态,电力系统暂态分析从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程,课程介绍,,电力系统稳态分析,电力系统的基本知识和等值网络,电力系统正常运行状况的分析和计算,电力系统有功功率频率、无功功率电压的控制与调整,课程介绍,,电力系统暂态分析,波过程操作或雷击产生的过电压过程最短高压课程主讲,电磁暂态过程与短路及励磁有关过程较长,机电暂态过程与动力系统有关过程最长,涉及电压、电流电力系统故障分析主讲,涉及功率、功角导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行,,,短路计算,对称分量法及序网概念,不对称故障的分析与计算,静稳,暂稳,课程介绍,,发电厂电气部分,电气主接线卖电的网络,电器的原理与选择卖电的工具,控制与信号二次系统,配电装置电器的组合及布置,高压断路器运行,同步发电机的运行,变压器的运行,课程介绍,,电力系统继电保护原理,电流保护,距离保护,高频保护,自动重合闸,变压器保护,发电机保护,母线保护,课程介绍,2.电力工程非电力类专业选修课程，了解电力系统的入门课程，深度不够、面面俱到,,稳态分析,故障计算,一、二次系统,稳定性,防雷,综合性,基础性,,50学时,五门电专业课程,三掌握,,基本知识,基本计算,基本原理,二目的,,一般性认识,业务技术管理,课程介绍,,主要学习电力系统的基本知识，分七章介绍,电力系统的组成发、输、变、配,短路电流分析与计算故障分析，三相短路概念,电气参数及等值电路物理元件的数学模型,稳态分析与计算功率流动、潮流计算、有功调整、无功调整,发电厂和变电所一次系统接线方式，电气设备,发电厂和变电所二次系统继电保护，电网监护,电力系统运行稳定性静稳、暂态稳定,课程介绍,,3.电力系统分析基础-------今年改革后的电力系的平台课程,主要学习电力系统稳态和短路分析知识,电力系统的基本概念发、输、变、配。8学时,电力网元件参数及等值电路物理元件的数学模型8学时,简单电力网稳态分析与计算功率流动、手工潮流计算8学时,课程介绍,,电力系统潮流的计算机算法潮流计算的基本原理、数学模型、求解方法和计算程序框图。8学时,有功最优分配及频率控制如何保证低损耗、高回收6学时,无功功率及电压调整如何使无功合理分布使电压损耗最小6学时,短路电流分析与计算三相短路及不对称故障计算20学时,讲课方式,1、侧重基础,2、物理概念与数学模型相结合,3、补充新概念及专业领域研究成果和方向,4、辅助教学手段，录像、模型、图片,5、以讲为主，自学为辅,6、听课自由，前提是有自学能力,7、欢迎讨论、提意见,8、板书乱、发音不准希望谅解,9、考试不会难为同学们，不要求死记硬背,参考资料,1、电力系统分析基础李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版,2、电力系统分析复习指导与习题精解杨淑英中国电力出版社,5、电力系统自动化、电网技术等杂志,3、电力系统稳态分析（第二版）东南大学，陈珩，水利电力出版社,4、电力系统暂态分析（第二版）西安交通大学，李光琦，水利电力出版社,第一章电力系统的基本概念,1.电力系统的概念和组成,2.电能变换和电源构成,3.电力系统的负荷,4.电力系统运行的特点及要求,5.电力系统的电压等级,6.电力系统的接线及中性点接地,第一节电力系统的概念和组成,电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）,第一节电力系统的概念和组成,第一节电力系统的概念和组成,电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）,第一节电力系统的概念和组成,从调度、管理、控制的角度看,第一节电力系统的概念和组成,第一节电力系统的概念和组成,第一节电力系统的概念和组成,,,从发电到用户的供电过程,第一节电力系统的概念和组成,,,第一节电力系统的概念和组成,,,第一节电力系统的概念和组成,,厂网分家前电网组成,第一节电力系统的概念和组成,,厂网分家前电网情况,第一节电力系统的概念和组成,,重新组合后的大区电网图,第一节电力系统的概念和组成,目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高度自动控制的新时代。截止2005年底装机总容量已过5亿千瓦，到今年底全国拥有的发电装机总容量将接近6亿千瓦，继续居世界第二。,各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大，220KV电网不断完善和扩充，750KV输电工程（青海官亭甘肃兰州东）已投入试运行，晋东南南阳荆门1000千伏交流特高压试验示范工程已启动。,近十年19942004年，装机由19990万kW增至44070万kW，连续10年平均每年新增发电容量2400万kW，预计今年新增7500万KW,1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网，三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。,第一节电力系统的概念和组成,,第一节电力系统的概念和组成,,,电力体制改革方案1电监会2电网公司5发电集团4辅业集团,第一节电力系统的概念和组成,,,电网图,第一节电力系统的概念和组成,,,兰虚筐内为输电网,,红虚筐内为输电网,第一节电力系统的概念和组成,,电力系统为什么要互联并网运行呢,,1.采用高效率大容量机组减少备用容量,2.合理利用动力资源水、火电互补,3.提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强,4.提高运行的经济性装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。,,,,3000MW,,,2500MW,7200MW,,,,3000MW,9000MW,10000MW,1800MW,,2000MW,HydroPowerBase,ThermalBase,,,,,,,AC,,2005年全国电网互联示意图,,,,,DC,,,,,,,,,,,,,,,,,2005年全国电网互联示意图,华北,西北,华中,东北,华东,南方电网,西藏,葛沪直流DC,姜家营－高岭,新乡－邯东,荆州－惠州直流DC,,,,背靠背直流,,龙政直流DC,三峡,,2010年全国电网互联示意图,华北,西北,,东北,华东,南方电网,西藏,从三峡到华东的三回直流,德阳－宝鸡直流,晋城－阳城－江苏ACorDCLink,,,,,,灵宝背靠背直流,,荆州－惠州直流,姜家营－高岭交流,新乡－邯东背靠背直流,华中,三峡水电站,,,西北华北,,国外03年发生的大停电事故－特大停电事故是现代社会的灾难,,美国发生的其它大停电事故,,美国电网为什么频发大停电事故,美国电网自1999年起已发生130多起重大停电事故，和其电网的特点有关。,由初期的自由竞争发展之后，国家60年代才介入，导致电压等级混乱，、电网结构强弱不一；,电力公司对联邦能源管理委员会FERC和NERC的规定和导则基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态；,在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院；,电网结构老化，投入不足，对其开发研究的投资比宠物食品制造商的还少；,缺少有效应对紧急情况的方案设计；,分散安装，协调不足的安全自动化系统。,第二节电能变换和电源构成,,一、电能变换,,,第二节电能变换和电源构成,,二、电源构成及展望,,火电70、水电20、核电10,燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）21世纪新能源,热核反应不使用放射性材料的核能，2030年后实用化,2050年时，电力供应是现在的23倍（15000亿KW.h核能约占54，燃料电池等分散型电源和电力储存系统约占1520,第二节电能变换和电源构成,,我国的能源结构极不合理,,,,,63,23.7,4.3,8.8,目前电源配置情况,2020年电源配置情况,第二节电能变换和电源构成,预计到2020年全国需要的发电量为4.3万亿kWh，相应的装机容量为9.5亿kW左右下限8.5，上限10.5,煤电为6亿kW，占63电量3万亿kWh，占4.3万亿kWh的70,水电2亿kW，占21.1电量为7000亿kWh，占16；,抽水蓄能电站2500万KW，占2.6；,核电4000万kW，占4.2电量2600亿kWh，占6；,气电7000万kW，占7.3电量3000亿kWh，占7；,新能源1500万kW，占1.5电量400亿kWh，占1；,第二节电能变换和电源构成,到2020年全国达到4.3万亿kWh的电量，相当于全国人均占有电量约为2900kWh按预测2020年全国人口数为14.7亿人，这只比2000年世界人均电量2500kWh略高，相当于美国50年代初，英国60年代初的水平，且比西班牙1982年人均占有电量3100kWh还低。而西班牙的用电水平是作为我国电力水平国际比较的参照量之一。,2006年我国发电装机达5.7亿千瓦,2007年预计装机仍达7000万千瓦,到2010年，接近8亿（每年发展5000万千瓦装机）。,第二节电能变换和电源构成,,二、电源构成及展望,第二节电能变换和电源构成,,三、火力发电,火电发电燃料燃烧水蒸汽机械能发电,,,,,,火电厂,,凝汽式效率低（3740）、容量大，坑口电厂,热电厂效率高（6770）、容量小，城市区,第二节电能变换和电源构成,,三、火力发电,第二节电能变换和电源构成,,三、火力发电,第二节电能变换和电源构成,,三、火力发电,第二节电能变换和电源构成,,三、火力发电,,呼盟煤电基地2160,,,,,,,锡盟煤电基地1200,晋东南煤电基地外送规模2000,陕北煤电基地外送规模1440,宁夏灵武煤电基地外送规模1320,蒙西煤电基地外送规模3000,我国部分煤电基地建设设想方案,第二节电能变换和电源构成,,四、水力发电,水冲击水轮机旋转带动发电机发电,,,水电厂,,堤坝式,引水式河床坡度较大时,,坝后式单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）,河床式厂房与坝一起（葛州坝）,混合式兼有堤坝式与引水式,抽水蓄能水电厂,第二节电能变换和电源构成,,四、水力发电,第二节电能变换和电源构成,,,,第二节电能变换和电源构成,,四、水力发电,第二节电能变换和电源构成,,四、水力发电,水资源,,蕴藏量6.8亿KW,可利用量3.78亿KW,20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW,三峡,,,水位200m,流量14300m3/s,可装机2500万kw,计划装机70*261820万kw，已投980,第二节电能变换和电源构成,,三峡电站,第二节电能变换和电源构成,,三峡电站,第二节电能变换和电源构成,,三峡电站,第二节电能变换和电源构成,,,,总投资603.3亿元、总工期12年两个月、装机容量1260万千瓦的中国第二大水站溪洛渡水电站，已于今春正式开工,长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电站。这4座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。,已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万KW,第二节电能变换和电源构成,,五、核电厂,核能,,用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统,裂变能一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）,聚变能不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）,反应堆,,热中子反应堆铀235为燃料，低中子撞击，目前采用,快中子反应堆铀238、钚239为燃料，高速、高能中子撞击，效率高100倍，个别国家使用,1kg铀235相当于2700t煤,第二节电能变换和电源构成,,按减速剂分,,轻水堆（86）,,压力堆（PWR）3/4,沸水堆（BWR）,重水堆,气体冷却堆,1951年第一座100KW核电站在美国现在全世界有441座，总装机3.5亿kw我国秦山（302*602*70），大亚湾（2*90万KW）,,第二节电能变换和电源构成,,2004年7月前701万kw（9座），即将在浙江三门、广东阳江，江苏田湾各建200万kw，投资500亿人民币2020年我国装机达9.5亿kw,其中核电4000万kw未来15年计划修建40座100万kw核电站核电投资大1.11.65万元/kw；火电4000元/kw建设周期核电70个月；火电30个月核电比火电寿命长30年,第二节电能变换和电源构成,,五、核电厂,第二节电能变换和电源构成,,五、核电厂,第二节电能变换和电源构成,,五、核电厂,第二节电能变换和电源构成,,六、新能源发电和电力储存,第三节电力系统的负荷,,一、负荷类型,,负荷用电设备在某时刻从系统中取用的功率,,负荷类型,,异步电动机,同步电动机,各类电炉,整流设备,电子仪器,电灯,负荷变化是随机的规律性用负荷曲线表示,线性变化描述日平均负荷变化规律,周期变化描述以24h为周期的变化规律,负荷的具体组成对负荷特性有决定性影响,第三节电力系统的负荷,,二、负荷曲线,,,负荷曲线及表示法,,日负荷曲线安排电能生产计划的基础,年负荷曲线安排检修计划、装机计划的依据,第三节电力系统的负荷,,1、日负荷曲线,,,日用电量,日平均负荷,负荷率kppav/pmax,第三节电力系统的负荷,,2、年负荷曲线,,年用电量,TmaxW/Pmax,第四节电力系统运行的特点及要求,,一、运行特点,,电能不能大量储存，发电、变电、输电和用电同时进行。,过渡过程非常迅速（30万KM/S）,电力和国民经济各部门关系密切,电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形都有严格的国家标准。,第四节电力系统运行的特点及要求,,二、运行要求,,最大限度地满足用户的用电要求,保证供电的可靠性（3040倍，分类负荷）,保证电能质量（电压、频率、波形）,提高电力系统的经济性,第五节电力系统的电压等级,,一、电力系统标称电压和最高电压,,标称电压,,经济电压,,电压高，损耗小,绝缘水平高，投资大,制定标准电压，以便实现互联,最高电压正常运行时，系统中出现的电压最高值,二、电气设备的额定电压和最高电压,最高电压考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值,额定电压电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好,第五节电力系统的电压等级,,三、如何确定电气设备的额定电压,,,,电网额定电压,升压变发电机额定电压,同一标称电压下，不同电气的额定电压是不同的,1、用电设备允许偏差,2、线路首末端允许偏差,,,,,,1.05UN,0.95UN,U2,U1,UN,3、发电机在首端额定电压高出接入电网电压5,4、变压器,一次侧用电设备,降压变电网额定电压UN,二次侧发电设备,,额定电压为空载电压,内部损耗约5,二次电压高出10,第五节电力系统的电压等级,,三、如何确定电气设备的额定电压,,,第五节电力系统的电压等级,,四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围,,,第五节电力系统的电压等级,,五、电压等级的电压等级的划分,,,100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压HV35220kV；超高压EHV330750kV；特高压UHV1000kV及以上。高压直流（HVDC）600kV及以下；特高压直流（UHVDC）600kV以上，包括750kV和800kV。,,六、各电压等级输电线路的输电能力,,,PU2，故电压等级提高1倍，输送功率提高4倍以上，但输电距离超过100KM时,可能出现稳定问题。,第六节电力系统的接线及中性点接地,,,,接线图（电气元件连接图）,地理接线图,电气接线图,1、地理接线图（元件的相对地理位置及输电线路距离）,一、电力系统接线图及接线方式,第六节电力系统的接线及中性点接地,,,,2、电气接线图,无备用结构简单、投资少、可靠性差,有备用每个用户由两个或以上电源供电,第六节电力系统的接线及中性点接地,,,二、电力系统中性点接地方式,中性点接地的影响,,交流输电用三相，经发电机、变压器时，用星形联接形成中性点,短路电流大小,绝缘水平,供电可靠性,接地保护方式,对通信的干扰,系统接地方式,中性点接地方式,,直接接地大电流系统110kv及以上,不直接接地小电流系统110kv以下,,小电流系统,,不接地,经消弧线圈接地,经电阻接地,第六节电力系统的接线及中性点接地,,1、中性点直接接地系统一相接地的特点,,故障相电流大,故障相及中性点对地电压为零,非故障相对地电压仍为相电压,与故障相相关的线电压降为相电压,第六节电力系统的接线及中性点接地,,2、中性点不接地系统一相接地的特点,,故障电流小,中性点对地电压升高为相电压,非故障相对地电压升为线电压,三相线电压仍对称,第六节电力系统的接线及中性点接地,,3、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点,装设的目的熄灭接地电流产生的电弧,装设原则,补偿方式,,36kv电网30A,10kv电网20A,3566kv电网10A,,过补（IpIc），一般采用这种方式,欠补（IpIc）,全补（IpIc），不允许，容易谐振,第七节电力系统的高次谐波,,一、高次谐波的概念及谐波源,1、高次谐波的概念及产生原因,理想系统f50hz，ω2πf,负荷线性则u，i保持正弦波,由于存在非线性元件（换流设备、二极管、铁芯元件）使u，i波形畸变谐波污染,发生畸变后仍为周期函数，可用付里叶分析法,,,第七节电力系统的高次谐波,,2、畸变率衡量畸变的程度,0.385；6及104；35及663；1102,3、谐波源,谐波电压源发电机，和负荷无关，值很小,谐波电流源非线性负载产生，换流、电气化铁路是主要来源,第七节电力系统的高次谐波,,二、高次谐波的危害及抑制,1、危害,附加损耗，使设备发热,,影响测量精度,干扰音频通信,对电子控制、继电保护造成干扰，导致误动,2、抑制,,T采用Y/Δ接线，消除3n次谐波,加装调谐滤波器吸收谐波，xωL-1/ωc,并联补偿电容器加装串联电抗器材,增加整流器的脉冲次数减少纹波,第一章作业,1、电力系统为什么要并网互联运行举出我国现有的几个跨省电网。,,2、我国现行规定的电力线路额定电压等级有哪些,3、简述发电机、变压器和输电线路的额定电压是如何确定的标出图1所示电力系统中各元件的额定电压,电力工程系,DepartmentofElectricalEngineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,