第一章电力系统的基本概念.

IPSO电力系统稳态分析主讲李滨IPSO电力系统分析电力系统稳态分析电力系统暂态分析3电力系统分析课程的主要内容1.稳态分析•元件的特性和数学模型•潮流计算（PowerFlow）•系统运行调节和优化2.暂态分析•波过程•电磁暂态过程•机电暂态过程4本课程流程电力系统的运行状态（稳态）第三章第四章电力系统概念、组成第一章第二章电力系统的控制第五章第六章是什么为什么怎么做5电力系统稳态分析（章节）第一章电力系统基本概念第二章电力系统各元件的特性和等值电路第三章简单电力网络的计算和分析第四章复杂电力系统潮流的计算机算法**第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的五功功率和电压调整6成绩评定1.平时成绩：40%考勤：5%课堂表现：5%作业：10%（每章交一次，5次）综述+讨论：20%（1次）完成附加任务的：85~98分2.考试成绩（闭卷）：60%7参考书1.电力系统分析复习指导与习题精解/杨淑英，TM711-44/1，中国电力出版社2.电力系统分析学习指导/徐政，TM711/31，机械工业出版社3.电力系统分析要点与习题/韦钢，TM711-44/2，中国电力出版社4.现代电力系统分析/王锡凡，TM711/28，科学出版社5.……8联系方式李滨：[e-mail]电气工程学院九楼906教辅吴思缘：506569575电气工程学院九楼903IPSO第一章电力系统的基本概念10本章主要内容一．基本概念二．电力系统运行的基本要求三．接线方式及特点四．频率和电压等级五．中性点的运行方式及特点六．电力系统的运行方式七．电力系统发展的主要趋势八．电力系统的研究工具11什么是电？如果没有电，我们的生活会怎么样呢？什么是电能？电能从哪里来？电能能够保存吗？电能如何送到我们家的？我们如何使用电能？如何能够保证我们安全持续的用电？12电力系统的组成煤、油、水、风、核、太阳能、垃圾、地热、潮汐…升压输电降压配电转换负荷电能升压降压输电13一．基本概念电力系统：是由生产、输送、分配和消费电能的电气设备（发电机、变压器、电力线路及用电设备等）按一定方式连接的有机整体。一次系统：发电机、变压器、电力线路及用电设备电力系统二次系统：继电保护、通信和调度控制系统14一．基本概念电力网络：是由变换、输送、分配电能设备所组成的部分，包括升、降压变压器和各种电压等级的电力线路。分为输电网和配电网。15一．基本概念动力部分：包括火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等。动力系统：电力系统和发电厂动力部分的总和。16动力系统、电力系统和电力网络之间的关系锅炉、汽轮机（火电厂）动力部分水库、水轮机（水电厂）核反应堆、汽轮机（核电厂）动力系统发电机输电网电力系统电力网配电网负荷17电力系统和电力网络示意图锅炉锅炉锅炉锅炉热力网110kV110kV220kV110kV水库35kV10kV6kV380/220V380/220V电力网电力系统动力系统18二.电力系统运行的基本要求电力系统的运行特点重要性快速性同时性19二.电力系统运行的基本要求1.保证安全可靠的供电（安全）•对系统的运行进行安全监控•认真维修设备•配备足够的有功电源和无功电源•完善的电力系统结构20二.电力系统运行的基本要求2.要有良好的电能质量（优质）•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•波形畸变率不能超过给定限制6~10kV：4%0.38kV：5%21二.电力系统运行的基本要求3.保证系统运行的经济性（经济）•火电厂的煤耗•电厂的厂用电率•电网的网损率22二.电力系统运行的基本要求4.尽可能减小对生态环境的有害影响（环保）•优先调度清洁能源（风能、太阳能、海洋能、水能、生物质能、核能）。•对火电机组，按照煤耗水平调度发电。•减少废气（）排放量22,,xCOSONO23三、接线方式及特点包括单回路放射式、干线式和链式网络简单结线优点：简单、经济、运行方便（无备用）缺点：供电可靠性差适用范围：二、三级负荷包括双回路放射式、干线式和链式网络复杂结线优点：供电可靠性和电压质量高（有备用）缺点：投资大适用范围：电压等级较高或重要的负荷24无备用结线～～～(a)放射式(b)干线式(c)链式每一个负荷点只能从一电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求较低的网络或负荷。25有备用接线～～～每一个负荷点只能从两个或两个以上的电源点获得电能。应用于对供电可靠性要求高的网络，如输电网等。～～～(a)放射式(b)干线式(c)链式(d)环网(e)两端供电网26四、频率和电压等级额定频率：所有的电气设备都是按指定的频率和电压设计制造的，在此频率和电压下运行电气设备将具有最佳的技术经济指标。额定频率：50Hz27四、电压等级为什么要规定电力系统的电压等级？综合考虑导线载流部分截面大小和绝缘等要求，对应一定的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。从设备制造商的角度考虑，为保证产品的系列性，规定了电力系统的电压等级：0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV28四、电压等级GMUN10%UNU1=UN(1+5%)U2=UN(1-5%)UGN=UN(1+5%)5%29四、电压等级1.用电设备的额定电压：UN2.线路的额定电压：线路始端和末端的平均电压，为UN•用电设备的容许电压偏移一般为±5%•沿线路的电压降落一般为10%•U1=UN(1+5%)，U2=UN(1-5%)3.发电机的额定电压UGN：UN（1+5%）•接在线路的首端，通常还带有一定量的地方负荷30四、电压等级4.变压器的额定电压：•在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%•一次侧是接受电能的，相当于用电设备•二次侧送出电能的，相当于发电机一次侧：U1N=UN(降压变压器或中间联络变压器)U1N=UGN=(1+5%)UN(直接和发电机相连变器)二次侧：U2N=(1+5%)UN(直接接负载)U2N=(1+10%)UN(接线路的首端)31四、电压等级用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压一次绕组二次绕组一次绕组二次绕组33.153,3.153.15,3.3110－11012166.36,6.36.3,6.6(154)(154)(169)1010.510,10.510.5,11220－220242－15.7515.75－330－33036335－3538.5500－500－(60)(60)(66)我国规定的1kV以上的电力系统额定电压标准以上所指额定电压均为线电压32例子T1:10.5/242kVT2:220/121/10.5kVT3:110/38.5kVT4:35/6.3kVT5:10500/380V33四、电压等级平均额定电压：一般是额定电压UN的1.05倍。通常在计算标幺值时用到，可以使计算简单，但误差不大。34不同电压等级的适用范围500、330、220kV110、35kV10、6kV35采用架空线时与各额定电压等级相适应的输送容量和输送距离线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）30.1～1.01～311010～5050～15060.1～1.24～15220100～500100～300100.2～2.06～20330200～800200～600352～1020～505001000～1500250～850603.5～3030～1007502000～2500500以上36五．电力系统中性点的运行方式1.基本概念电力系统中性点：星形接线的变压器或发电机的中性点。电力系统中性点接地方式的形式：•大接地电流方式（直接接地）：需要断路器遮断单相接地故障电流。•小接地电流方式（不接地）：单相接地电弧能够瞬间自行熄灭。37大接地电流方式运行特点：当系统中发生单相接地故障时，故障点将经中性点接地支路形成回路，并有较大的故障电流流经故障回路。由于单相接地故障时有较大的故障电流，对电力系统本身和对邻近的通信线和信号线都会造成较大的危险和干扰，所以必须迅速切除故障部分，会造成部分负荷的供电中断。非故障相的对地电压仍为相电压，因此对线路的绝缘水平的要求相对较低。38大接地电流方式39小接地电流方式运行特点：分为中性点不接地系统和中性点谐振接地系统两种。当系统中发生单相接地时，将只有很小的故障电流。40①中性点不接地系统：所有中性点均不接地或部分经高阻抗接地。系统中若发生单相接地故障，经线路对地电容形成回路，因而流经故障回路的电流是电容性电流Ig。当网络电压等级低，规模小，Ig一般都很小，所以若故障点形成开放性电弧，常可自行熄灭；即使是金属性单相接地故障，由于故障并未流经短路电流，三相仍可维持平衡对称，所以系统仍可继续运行一段时间。非接地相对地电压为相电压，绝缘费用高。341中性点不接地系统nnnnIaIbabcEbEcIbIcEaIaIc42②中性点谐振接地系统：当接地电容性电流增大，并且随电力系统的运行方式（包括接地和负荷水平）的改变而变化，故障点开放电弧不易自行熄灭，需要在系统中部分中性点装设消弧线圈。消弧线圈是一个有很多抽头的线性电感。当系统中发生单相接地时，故障点原来的电容性电流被消弧线圈中电感性电流所补偿。当消弧线圈正确调谐时，数值接近时，故障点电流降至较低的数值，使电弧容易熄灭；在电弧熄灭以后，由于消弧线圈的存在，故障点弧道两端的电压上升缓慢，使电弧不易重燃，因而起到“消弧”作用。43中性点谐振接地系统nnnnnnIaIbabcEbEcIbIcEaIaIcIa’Ia’Ia’44电力系统中性点接地方式的优缺点：1)大接地电流方式：快速切除故障。当发生单相短路，其接地电流很大，使断路器跳闸快速切除故障，可不装设绝缘监察装置。经济性好。产生的内过电压最低，而过电压是电网绝缘配合的基础，电网选用的绝缘水平高低，反映的是风险率不同，绝缘配合归根到底是个经济问题。干扰大。产生的接地电流大，故对通讯系统的干扰影响也大。当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。若发生单相接地故障时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。110kV以上系统45电力系统中性点接地方式的优缺点：2)小接地电流方式：这种系统中的单相接地故障能瞬时自动消除，或在系统继续运行一段时间后，在有准备的情况下(如负荷转移后)切除，因而减少了停电次数，提高了供电可靠性。非接地相对地电压为相电压，绝缘费用高。发生单相接地故障时，故障电流分布在全网内，查找故障点很麻烦，是继电保护专业的一个传统难题。35kV以下系统。346六.电力系统的运行状态电力系统稳态：电力系统正常的、变化相对较慢较小以至可以忽略的运行状态。电力系统暂态：电力系统非正常的、变化较大以至引起系统从一个稳定运行状态向另一个稳定运行状态过渡的变化过程。47七．电力系统发展的主要趋势高参数：高温、高压、超临界、单机容量大容量远距离高压输电、大系统互联高度自动化——智能电网电力市场化分布式发电——风力、太阳能、潮汐、地热等节能减排48八、电力系统的研究工具1.数学模拟•各种计算软件：PSASP，EMTP，PSCAD，PSS•matlab2.物理模拟•RTDS仿真•动模仿真49作业：1.电力系统的各部分界限示于图1，各电压级的额定电压及功率输送方向已标明在图中。试求：（1）发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压；（2）各变压器的额定变比；（3）设变压器T-1工作于+5%抽头、T-2工作于主抽头、T-3工作于-2.5%抽头时，各变压器的实际变比。50综述一：电力系统新发展1.分布式发电对配电网的影响和措施（学号尾数：0，1，2）2.电动汽车与电网双向互动的研究（学号尾数：3，4，5）3.高铁对电网电能质量的影响和措施（学号尾数：6，7）4