电力系统分析基本概念

电力系统分析东北农业大学电信学院张俐本课程的主要内容及特点主要内容电力系统同步电机的数学模型电力系统故障分析电力系统稳定性分析静态稳定暂态稳定稳态分析暂态分析电力系统的分析与计算电力系统的平衡与调整电力系统的经济运行简单复杂有功无功◆课堂教学：72学时◆实验课：0学时◆教材：《电力系统分析》中国水利水电出版社。◆参考书：各种与其相关书籍课程安排考核方式理论教学：100%平时成绩：30%（出勤、课堂表现、作业、回答问题）考试：70%（闭卷或开卷）实验教学：0%联系方式授课教师：张俐教研室：电气工程系QQ：1806342404♣第一节电力系统的组成♣第二节电力系统运行的基本要求♣第三节电力系统的接线方式和电压等级♣第四节电力系统的负荷♣第五节电力系统分析课程的主要内容第1章电力系统分析基本概念主要知识点：♣电力系统的组成♣电能生产的特点♣电力系统运行的基本要求♣电力系统的接线方式和特点♣电压等级♣中性点运行方式及特点♣电力系统的负荷及其曲线第一节电力系统的组成一、问题的提出显著优点洁净：环保方便:输送、分配、使用节能:能耗小，转换效率高人类为什么选择使用电能？电气化2002年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为42％，2020年达到70％左右。2002年，中国人均电力消费1280千瓦时，仅相当于20世纪70年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平2500千瓦时的一半。2011年1-10月全国电力消费，1-10月份，全国全社会用电量38951亿千瓦时，同比增长11.9%。10月份，全社会用电量3797亿千瓦时，同比增长11.4%。今年各季用电量增速基本在12.3%-11.9%之间波动,总体处于平稳增长的范围，是2007年以来各季增长最平稳的一年。试想：没有电能你的生活会如何？苏维埃＋电气化＝共产主义（^_^）美加2003年“8.14”大停电事故纽约一篇漆黑，布什一脸无奈，与911并提美加8.14大面积停电事件2003年8月14日，美国中西部、东北部及加拿大安大略省遭受了大面积停电事件。事故开始于美国东部时间16时左右，在美国部分地区，电力供应在4日后仍未恢复，而在全部电力供应恢复之前，安大略省部分地区的停电持续了一个多星期。一、事故的发展过程：事件发生前，停电地区中西部正值高温天气，电网负荷很大。潮流方向是从印第安纳州和俄亥俄州南部通过密歇根州和俄亥俄州北部向底特律地区送电，并通过底特律地区送往加拿大的安达略省。14时左右,俄亥俄北部属FE电网公司的Eastlake5号机组（597MW）跳闸。15时05分，俄亥俄南北联络断面上送克里夫兰的一条345千伏线路跳闸。15时32分，俄亥俄另一条南北联络线OhioHanna—Juniper345千伏线路因对树放电跳闸。15时41分，俄亥俄又有两条南北联络线相继跳闸，克里夫兰地区出现严重低电压。16时06分，俄亥俄南北联络断面又有一条345千伏线路跳闸。此时潮流反向从底特律地区向俄亥俄州北部送电。16时09分，俄亥俄南北联络最后两条345千伏联络线跳闸。俄亥俄州南北联络断面全部断开，潮流发生大范围转移，通过印第安纳州经密歇根州与底特律地区向俄亥俄州北部送电。大约30-45秒后，因电压下降，密歇根州中部电网大约180万千瓦机组相继跳闸，密歇根州中部电网电压开始崩溃。16时10分，底特律地区电压全面快速崩溃，在8秒钟之内约30条密歇根州和底特律间的联络线跳闸，潮流再次发生大范围转移，从俄亥俄州南部经宾西法尼亚、纽约州、安达略、底特律向克里夫兰送电。16时10分，底特律和安达略交界地区大量机组和线路跳闸，安达略电网和底特律电网解列，底特律和俄亥俄州北部地区系统全部崩溃，系统瓦解，所有负荷损失。同时，安达略省和纽约电网开始崩溃，负荷几乎完全或大部分损失。二、供电恢复过程：美国东部时间8月15日早晨，美国停电地区开始恢复供电。截至到8月15日8时，负荷恢复共计约4880万千瓦。8月15日晚9时30分，纽约城在停电29小时后全面恢复供电。三、事故的影响：停电事件影响到约5000万人口，造成美国俄亥俄、密歇根、宾西法尼亚、佛蒙特、马萨诸塞、康涅狄格、新泽西以及加拿大安大略等地区约61800MW的负荷损失，停电范围9300多平方英里。美国因停电造成的损失估计在40至100亿美元之间。四、事故发生的原因：停电的起因，由多家单位缺乏相关实践经验，缺少相应设备，未能及时进行决断，影响当天下午事故情况发展和最终结果。缺乏合作机制、不能严格遵守产业方针、对无功和电压不当管理导致了停电事故发生。具体原因：1）FE电网公司和ECAR电网公司没有对FE系统存在的问题进行正确的评估和认识，特别是缺乏对电压不稳定性和Cleveland-Akron地区系统薄弱性的考虑，FE没有按照正确的电压标准和补救措施运行其系统。2）FE电网公司未能充分了解系统状况，未认识到其系统状况正逐步恶化。3）FE电网公司未能对其输电走廊内的树木生长进行适当的管理。这一失误是导致FE的3条345千伏输电线和1条138千伏线路停电的主要原因。4）互联电网内的可靠性组织没有提供有效的实时诊断支持。五、可借鉴的经验或事故防范措施：1）启动美国－加拿大风险处理研究。2）加强可靠性管理，使可靠性标准成为强制性标准。3）增强调度人员、可靠性协调人员、运行维护人员及运行支持人员的短期和长期培训及资质认证。4）更有效和广泛地采用系统保护措施。5）加强北美各区域内的无功和电压控制。6）定期进行信息技术风险和薄弱环节评估。电力系统是如何描述的？020004000600080001000012000140001600018000808488929600年总发电火电水电1980~2002年全国发电量如图示（亿千瓦时）电力系统是如何描述的电压(KV）1000（计划建设中）、750（建设中）、500、330、220、110、60、35、10、0.60.38/0.22频率（Hz）50，60装机容量发电量最大负荷电力系统接线图电气接线图地理位置接线图电力需求旺盛、增长快1882年我国开始使用电能1987年全国发电装机容量突破1亿千瓦1995年3月，装机容量突破2亿千瓦到1996年，发电装机容量居世界第2位。2000年4月，全国装机突破3亿千瓦2004年5月底，全国装机容量突破4亿千瓦2005年底我国装机总容量将突破5亿千瓦。不到8年5年4年1.5年每增加1亿装机00.511.522.533.5195219571962196719721977198219871992199720022000年容量3亿千瓦1995年容量2亿千瓦1987年容量1亿千瓦1978年容量5712万千瓦1949年容量185万千瓦中国电网500kV220kV330kV火电厂水电厂核电厂新疆西藏东北华北西北川渝华中华东南方电网覆盖率96.4%电力系统中国三峡电站巴西依泰普水电站500kV交流变电站全景220kV交流变电站二、电力系统的组成电能是如何产生的？大规模电能是由同步发电机产生同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识……..定子转子机械能电能推动转子旋转的能源形式→多种多样，大家说说…..蒸汽水力风力火力、核、地热水力发电风力、潮汐发电福建安砂水电厂宽缝重力坝热负荷电力网络110KVGG锅炉G核堆GG水库G锅炉G锅炉G锅炉G锅炉G锅炉GMMMM380/220V380/220V6KV10KV35KV110KV110KV500KV直流+500KV220KV水库电力系统示意图电力系统动力系统电力系统的构成电力系统的构成20世纪中叶以来出现的大电力系统，是一切工业系统中，规模最大、层次复杂、资金和技术密集的人造复合系统，是人类工程科学史上最重要的成就之一。电力信息系统电力交易系统GM发18KV输500KV变110KV配10KV用0.4KV动态电力系统现代电力系统由电力流、信息流、货币流构成电力流：由高压设备（如发电机、变压器、输电线路以及其它配电装置）构成（一次系统），实现电能的转化和变换、电能传输、分配、使用。信息流：由传感器、通信网络和计算机构成的，旨在电力系统可靠、稳定、安全和经济运行的监控、保护、自动控制、调度自动化等（二次系统）；货币流：电能的市场行为交易活动。电力技术→发展，直流输电作为补充的输电方式→应用。在交流电力系统内或两个交流电力系统间嵌入直流输电系统，便构成了现代交、直流联合系统。图1-2为直流输电系统示意图。电力网络定义：发电机用电设备（负荷）中间环节组成：变压器+输电线路功能：实现电能的传输与分配的功能。特点：电力网络是由许多子电力网络发展、互联而成，分区分层是电力网络的一大特点。类型：输电网络、高压配电网络、中压配电网络和低压配电网络。500KV/220KV输电网络110～35KV高压配电网络6～10KV中压配电网络380/220V低压配电网络其它电力系统大型发电厂地方发电厂大用户中等用户小用户连接电能是如何传输的？A相B相C相220V用电设备380V用电设备A相B相C相10KV中压配电网380/220V低压配电网火线地线零线机壳保护接地（地线）配电变压器电动机等墙壁上…第二节电力系统运行基本要求电力系统运行的特点电能不能大量储存，要求电能的生产、输送、分配和使用几乎是在同一瞬间内完成。电能和社会的生产、人民生活、国民经济紧密相关。电力系统的暂态过程短促，因此电力系统的安全监测与控制非常困难。电力系统运行的基本要求供电安全可靠性电能的优质性运行的经济性供电安全可靠性负荷分类：根据可靠性要求不同，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ负荷Ⅰ--保证不间断供电若停电造成人员伤亡和设备故障、产生废品，长期影响生产或造成政治影响，人们生活混乱。Ⅱ--停电造成大量减产，人们生活受到影响。Ⅲ--不属于Ⅰ、Ⅱ类负荷，如：小城镇、附属车间等Ⅱ、Ⅲ类负荷，电力不足时，优先Ⅱ类负荷供电安全可靠性措施：提高系统运行稳定性及可靠性指标，用微机监控及保护一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：1、中断供电将造成人身伤亡时→医院。2、中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等→电厂、炼钢。3、中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷→电视台、广播电台、铁路、航空。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：1．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。2．中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。学校应该属于二级或三级负荷，具体应看学校的规模和影响力而定电力系统运行的基本要求电能的优质性（电能质量）-频率—50Hz(±0.2~±0.5)电压--供电电压（+5%~-7%）运行的经济性一次能源的消耗、网损和线损↓第三节电力系统接线方式和电压等级一、电力系统的接线方式定义：指电力网络的输电线路、变电所与用户间的电气连接关系。作用：对保证安全、优质和经济地向用户供电具有非常重要的作用。分类：按供电可靠性分为无备用和有备用两类。无备用接线（开式）有备用接线（闭式）电力网络接线方式（1）无备用接线（开式）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。～～～(a)放射式(b)干线式(c)链式图1－3无备用接线方式优点：简单、经济、运行操作方便缺点：供电可靠性差，线路较长、线路末端电压偏低。适合范围