电力系统分析(完整版)111

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电力系统分析南京理工大学自动化学院系电气工程系2019/8/4南京理工大学2课程简介•什么是电力系统?•电力系统工程学科包括哪些内容?•学习《电力系统分析》课程要能完成什么工作?三大计算:潮流短路稳定2019/8/4南京理工大学3课程简介•课程内容•教学进度•考查方式•联系方法2019/8/4南京理工大学4课程内容•电力系统的基本概念•电网等值•电力系统潮流计算•电力系统运行方式的调整和控制•电力系统故障分析•电力系统稳定性分析2019/8/4南京理工大学5课程内容•先修课程电路原理电磁场电机学2019/8/4南京理工大学6教学进度•总学时数:56~64课堂教学:48~52实践环节:8~12•学时分配电力系统的基本概念:2~3电网等值:8~10电力系统潮流计算:10~12电力系统运行方式的调整和控制:10电力系统故障分析:10~12电力系统稳定性分析:8~102019/8/4南京理工大学7考查方式•教学部分作业:10%考勤:10%闭卷考试:60%•实践部分:20%2019/8/4南京理工大学8联系方法•授课教师:江宁强•办公室:基础实验楼338•电话:84315147•Email:jiangningqiang@hotmail.com2019/8/4南京理工大学9目录•第一章电力系统的基本概念•第二章电网等值•第三章电力系统潮流计算•第四章电力系统运行方式的调整和控制•第五章电力系统故障分析•第六章电力系统稳定性分析2019/8/4南京理工大学10第一章电力系统的基本概念•1.1电力系统概述•1.2我国的电力系统•小结2019/8/4南京理工大学111.1电力系统概述•1.1.1电力系统的形成和发展•1.1.2电力系统的组成•1.1.3电力系统的特点和运行的基本要求•1.1.4电力系统的基本参量和接线图•1.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式2019/8/4南京理工大学121.1.1电力系统的形成和发展•电磁感应定律法拉第,1831•世界上第一个完整的电力系统1882,法国•三相变压器和三相异步电动机1891•直流电力系统和交流电力系统爱迪生和西屋2019/8/4南京理工大学131.1.2电力系统的组成•电力系统发电厂、输电和配电网络、用户•电网、电力系统和动力系统•一次设备和二次设备2019/8/4南京理工大学141.1.3电力系统的特点和运行的基本要求•电力系统的特点1电能与国民经济各部门、国防和日常生活之间的关系都很密切2对电能质量的要求比较严格3电能不能大量储存4电力系统中的暂态过程十分迅速•运行的基本要求1可靠性可以满足用户的用电需求:不断电,频率、电压、波形质量符合要求负荷按供电可靠性要求分为三类2安全性保证系统本身设备的安全。要求电源容量充足,电网结构合理3经济性%%4减小对环境的不利影响2019/8/4南京理工大学151.1.4电力系统的基本参量、接线图•衡量电力系统规模的基本参量总装机容量——额定有功功率之和年发电量最大负荷最高电压等级•接线图地理接线图、电气接线图2019/8/4南京理工大学161.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式•接线方式无备用接线特点:简单、经济、运行方便灵活。供电可靠性差,电能质量差有备用接线特点:供电可靠,电能质量高运行操作和继电保护复杂,经济性差•中性点接地方式(小接地方式和大接地方式)不接地供电可靠性高,绝缘成本高。35kv电网经消弧线圈接地减小接地电流。采用过补偿方式直接接地供电可靠性低,绝缘成本低。110kv电网2019/8/4南京理工大学171.2我国的电力系统(1)•4个发展阶段195x:城市电网196x:省网1970~1990:区域电网1990~:区域电网互联•电力系统的规模2004400GW2010535GW2020790GW2019/8/4南京理工大学181.2我国的电力系统(2)•电压等级(KV)发电机3.15,6.3,10.5,15.75,23.0用电设备3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再发展)3企业内部6、10配电电压(6用于高压电机负荷)110、220:高压。110:区域网,中小电力系统主干线220:大电力系统主干线330、500、750:超高压750:特高压提高输电电压的利弊:减小载流截面和线路电抗,利于提高线路功率极限和稳定性,增加绝缘成本2019/8/4南京理工大学191.2我国的电力系统(3)电力系统的电压与输电容量和输电距离线路电压(kv)输送容量(MV)输送距离(km)60.1~0.24~15100.2~2.06~20352~1020~5011010~5050~150220100~500100~300330200~800200~6005001000~1500250~8502019/8/4南京理工大学201.2我国的电力系统(4)•额定电压:发电机、变压器、用电设备等正常运行时最经济的电压•在同一电压等级中,电力系统的各个环节(发电机、变压器、电力线路、用电设备)的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。用电设备端压允许在额定电压UN的5%内波动输电线路的额定电压为线路的平均电压[UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN2019/8/4南京理工大学211.2我国的电力系统(5)发电机的额定电压UN(1+5%)变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压,以变比表示为k=U1N/U2N一次侧直接与发电机相连:U1N=UN(1+5%)35kv联络(相当于用电设备):U1N=UN二次侧相当于发电机空载U2N=UN(1+5%)带负载U2N=UN(1+10%)(内部压降约5%)Us%7.5或直接连负载时U2N=UN(1+5%)2019/8/4南京理工大学22例题•确定图中电力系统各元件的额定电压GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vX•G:10.5kv•T1:10.5/121kvT2:110/38.5/11kvT3:35/6.3kvT4:10kv/400v•M:6kvL:380v2019/8/4南京理工大学231.2我国的电力系统(6)•我国电力工业发展的指导思想继续续发展煤电厂,提高能源效率,减小环境污染加速水力资源的开发利用和水电厂的建设发展核电技术并适度发展核电厂开发风力和潮汐等可再生能源加速建设输、配、变电工程,西电东送,促进区域电网互联,并最终形成全国电力系统2019/8/4南京理工大学24第一章小结•电力系统由发电机、电网和用户组成,是动力系统的一部分。由于电能不能大量储存、暂态过程迅速,为保证可靠性、安全性和经济性要求,需要合理地对电力系统进行规划、设计、运行调度和故障恢复。•在同一电压等级中,电力系统的各个环节的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。•电力系统分析的任务是建立电力系统的等值模型,计算稳态潮流,并确定故障和扰动对系统的影响。2019/8/4南京理工大学25第二章电网等值•2.1概述•2.2输电线路的等值电路•2.3变压器和电抗器的等值电路•2.4电力网的等值电路•2.5标么制•小结2019/8/4南京理工大学262.1概述•问题:怎样将电力系统用一个电网络来表示?•本章计算电力线路和变压器的等值电路•假定系统的三相结构和三相负荷都完全对称,即讨论三相电流和电压的正序分量。2019/8/4南京理工大学272.2输电线路的等值电路•2.2.1输电线路的种类架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子、金具组成电力电缆包括三部分:导体、绝缘层、保护层•2.2.2架空线路的等值电路分布参数与集中参数单回线路分裂导线2019/8/4南京理工大学28单回线路的等值电路(1)有效电阻交流电阻,一般大于直流电阻。原因:集肤效应和临近效应电力网计算中常采用较大的电阻率。原因:绞线长度比导线长度大2~3%,实际截面小于额定截面,交流电阻略大于直流电阻。0/rS0/rS0/(/)rSkm•电阻(20℃)10[1(20)](/)rrtkm铜0.00382/℃铝0.0036/℃2019/8/4南京理工大学29单回线路的等值电路(2)•电抗导线流过交流电流时,由于导线的内部和外部交变磁场的作用而产生电抗。循环换位的三相输电线路每相导线单位长度的电抗为402(4.6lg0.5)10(/)eqrDxfkmr2019/8/4南京理工大学30单回线路的等值电路(3)Deq为三相导线间的互几何间距r为导线的计算半径μr为导线材料的相对导磁系数,有色金属的相对导磁系数为1第一项为外电抗,第二项为内电抗3123eqDDDD00.1445lg0.0157(/)eqrDxkmr2019/8/4南京理工大学31单回线路的等值电路(4)导线电抗与r成对数关系。对不同截面的导线,当Deq为常数时,电抗变化不大,工程上常取x0=0.4Ω/km。00.1445lg(/)eqsDxkmDDs为导线的自几何均距非铁磁材料单股线Ds=0.779r非铁磁材料多股线Ds=0.724~0.771r钢芯铝线Ds=0.77~0.9r,计算中常取0.81r2019/8/4南京理工大学32单回线路的等值电路(5)•电纳由导线间的电容和导线与大地间的电容决定。电容电纳电缆线路的电纳比架空线路大得多600.02410(/)lg/eqcFkmDr607.5810(/)lg/eqbSkmDr2019/8/4南京理工大学33单回线路的等值电路(6)•电导反映由电晕现象和绝缘子泄露引起的有功功率损耗电晕:导线周围的电场强度超过2.1kv/cm时,导线周围会发生空气电离现象,产生光环,发出放电声。危害:消耗电能、干扰通信、表面腐蚀电晕产生的有功功率损耗称为电晕损耗。110kv以上线路与电压有关的有功功率损耗主要由电晕损耗引起。2019/8/4南京理工大学34单回线路的等值电路(7)•架空线路产生电晕的临界线电压,m1:导线表面光滑系数。单股线=1,对绞线=0.83~0.87m2:气象系数。干燥晴朗=1,恶劣天气=0.8δ:空气相对密度b:大气压力(Pa)(一个大气压为101325帕)θ:空气温度(℃)1249.3lgeqcrDUmmrr3.92b=1333.22(273+)2019/8/4南京理工大学35单回线路的等值电路(8)•关于电晕损耗的测量和计算是《高电压技术》讨论的内容。•输电线路电晕损耗(包括泄漏损耗)对应的电导为20(/)gPgSkmU2019/8/4南京理工大学36单回线路的等值电路(8)•线路方程及等值电路线路每相的等值参数是沿线路均匀分布的。1U2UlxdxxIxU1zdx1ydxxxIdIxxUdU111zrjx111ygjb2019/8/4南京理工大学37单回线路的等值电路(9)•距离线路末端x处,压降和电流增量为11xxxxdIUydxdUIzdx11//xxxxdIdxUydUdxIz22112211//xxxxdIdxzyIdUdxzyU2222sinhcoshcoshsinhxxcUIxIxZcUUxIZx2019/8/4南京理工大学38单回线路的等值电路(10)•线路的传播系数实部反映行波振幅的衰减特性,虚部反映行波相位的变化特性•线路的特征阻抗(也称波阻抗)11/()cZzy11jzy2019/8/4南京理工大学39单回线路的等值电路(11)•无损线路的自然功率自然功率用来衡量线路的输电能力,一般20kv以上线路的输电能力大致接近自然功率•行波波长¼波长时(1500km),两端相位差90°22ecUPZ11112216000kmLCfLC201

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