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电力系统稳态分析浙江大学电气工程学院吴浩电机工程楼308vuhao@zju.edu.cn前言课程的结构、内容、考核释题：电力系统稳态分析电力（Power）：电力是以电能作为动力的能源相对于电子、电路等，强调大功率的特征系统（System）：系统是指将零散的东西进行有序的整理、编排形成的具有整体性的整体相对于装置、设备等，系统性、理论性更强稳态（SteadyState）：稳态是指正常的、相对静止的、稳定的运行状态分析（Analysis）：分析就是将研究对象的整体分为各个部分、方面、因素和层次，并分别地加以考察的认识活动。分析的意义在于细致地寻找能够解决问题的主线，并以此解决问题。科学研究的套路：建模-分析-控制课程的结构：建模：电力系统的基本知识（第一章）和元件模型（第二章）分析：电力系统正常运行分析和潮流计算（第三章）控制：有功-频率控制（第四章）和无功-电压控制（第五章）课程的基础知识：电路原理数值计算(电机学线性代数)课程的特点：内容非常丰富，概念和原理重于技术和技巧习题作业的作用：巩固概念和原理课程提供了理解电力系统运行的基本知识！课程的结构、基础和特点建模：（第2章、第3章小部分）元件的数学模型+连接的网络模型=稳态分析的潮流模型分析：（第3章大部分）电力线路的运行和电压/功率损耗几种潮流计算方法，广义的说，就是非线性方程的求解方法；通过求解，获知各参数和变量对潮流的影响、变量间的关系。控制：有功和频率控制+无功和电压控制（第4+5章）根据控制的目标，掌握控制对象的特点，据此实施控制；怎么控制？不是随便控制，应追求最优数学优化方法（稳态）、反馈控制理论（暂态/动态）课时总体安排：三大内容课时2.5:2.5:3.0课程的内容作业：每章结束时布置习题（2、3、4章结束后交）最终成绩比例：平时30%+考试70%考试成绩等级：非线性方式熟悉概念和原理60分熟悉概念和原理+掌握重点80分熟悉概念和原理+掌握重点+掌握细节90分建议/补充（如，课件疏漏、最新资料）课堂互动（帮我掌握节奏、让我知晓你）参考书南京工学院主编，电力系统，电力工业出版社，1980.8陈珩编，电力系统稳态分析，中国电力出版社，2007.6课程的作业和考核第一章电力系统概述1.1电力系统及其发展电力的生产、运输、消费=发电+输变配电+用电1.1.1电力系统10电力系统的组成电力网：变电所+电力线路，变换、输送、分配电能电力系统：发电机+变压器+电力线路+用电设备，构成的发、输、配、变、用的整体动力系统：锅炉/汽轮机等动力设备+电力系统G电力网M电力系统动力系统原动机发电机输电线路变电所降压变压器用电设备变电所升压变压器M11较完整的电力系统的定义电力系统是由发电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统按规定的技术和经济要求组成，将一次能源转换成电能，并输送到用户的一个统一系统。（中国电力百科全书）锅炉热力网反应堆锅炉水库锅炉锅炉~MGM380/220VCSMM380/220VM~水库GGGGGGGG6kV110kV10kV220kV110kV35kV220kV220kV220kV500kV±500kV35kVGCSM~~汽轮机/水轮机发电机调相机电动机电灯双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器整流/逆变器电力网电力系统动力系统1.1.2电力系统发展简史和我国电力系统历史现状国内国外成就挑战电力能源电源电网化石非化石非可再生可再生总量人均131）电力系统发展简史1831年法拉第发现电磁感应定律，1875年巴黎北火车站发电厂建立，电进入实用阶段；1882年爱迪生在纽约主持建造珍珠街电站，它装有6台直流发电机（总容量约670千瓦），用110伏电压供1300盏电灯照明，组成了首个直流电力系统19世纪90年代，三相交流输电系统研制成功（特斯拉），它克服了直流输电系统的局限性，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑从20世纪初到60年代末，最高交流输电电压从12.44kV提高到765kV；1985年前苏联建成1150kV特高压线路20世纪50年代末，现代高压直流输电技术的出现奠定了当今高压交/直流电力系统的基础，目前直流最高电压已达±800kV14世界装机、发电、用电量2012年，全球总装机容量约55.5亿kW（近两年，年增长超2亿kW），人均发电容量0.79kW；总发/用电量约21.5/19.7万亿度，人均发/用电量约3062/2806度目前世界最大单机容量发电机为广东台山核电站的175万kWU.S.EnergyInformationAdministration()20082009201020112012世界装机/亿kW46.5048.5350.8153.1555.50发电/万亿度19.15719.09320.43721.18221.532用电/万亿度17.45317.38818.68019.39719.710人口/亿67.1067.8868.6669.4370.21中国装机/亿kW8.068.909.8710.8511.74发电/万亿度3.2813.5084.0524.5474.768用电/万亿度3.0543.2703.7824.2644.468人口/亿13.1713.2413.3013.3713.4315全球趋势——电能需求增加2014年国际能源署（IEA）发布《世界能源展望2014》，2040年全球一次能源需求将增长37%。能源供应结构中，石油、天然气、煤炭和低碳能源（核能和可再生能源）的占比将平分秋色；全球对煤炭和石油的需求将达到峰值。电力部门将引领全球能源转型；为应对电力需求的增加及替代现有退役装机容量，需新增72亿kW的装机容量。到2040年，可再生能源发电量将占全球新增发电量的近一半；可再生能源增长份额中，风力发电量占的比重最大（34%），其次是水电（30%）和光伏发电（18%）。可再生能源在发电行业中的利用2011年埃克森美孚公司（ExxonMobilCorporation）发布《2040年能源展望》，全球电能需求将比2010年增长80%，到2040年，全球生产的能源中，有40%将用于发电。2014年底全球发电大致构成：172）我国的电力系统1882年，上海电气公司一台12kW蒸汽发电机发电，点亮上海南京路15盏弧光灯。新中国成立时，发电装机容量185万kW。2004年，我国首台国产60万千瓦超临界燃煤机组投产。2007年11月24日，华能玉环电厂4号机组顺利投产，总容量达400万千瓦，成为世界上超超临界百万千瓦级容量最大的火电厂。国内目前最大火力发电厂，浙江北仑电厂，装机500万kW。2008年，长江三峡水电厂左右岸26台70万kW机组全部投产，成为世界上最大的水力发电厂，装机1820万kW。（2012年，三峡地下电站6台机组建成，总装机2240万kW）1991年秦山核电厂第一台30万kW核电机组投产。2009年底全国已投产908万kW，在建2180万kW核电机组。18装机容量迅速增长2014年底，我国发电装机容量为13.60亿千瓦（已在2013年发电新增装机容量和累计装机容量上领跑全球）110206913818321429931933835739144150862271379387497310631144124713600200400600800100012001400160019501960197019801990199319951999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014装机容量（GW）19发电量迅速增长4.659.4115.9300.6621.2675.810001233136814781640190821872475283432563433368141414722497752455546010002000300040005000600019501960197019801990199319951999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014发电量（TWh）2014年，全国年发电量5.5459万亿千瓦时（已在2011年超过美国，跃居世界第一位）202014年底装机结构和2014年发电结构我国“十二五”能源建设的总体安排：安全高效开发煤炭；加快常规油气勘探开发；大力开发非常规天然气资源；积极有序发展水电；安全高效发展核电；加快发展风能等其他可再生能源我国“十一五”能源建设的总体安排：有序发展煤炭；加快开发石油天然气；在保护环境和做好移民工作的前提下积极开发水电，优化发展火电，推进核电建设；大力发展可再生能源。装机容量13.60亿kW国务院《能源发展“十二五”规划》，2013.1.1，；水电装机中，抽水蓄能装机占7.23%67.3222.191.467.041.95火电水电核电风电太阳能发电量5.55万亿kWh75.2519.222.282.820.42火电水电核电风电太阳能我国能源发展战略行动计划（2014-2020年）2014年11月19日，由国务院办公厅发布，从能源安全、能源清洁利用、能源体制改革等多方面提出未来相当长一段时间能源发展的路径，并提出一系列约束性指标。三大看点计划明确，到2020年，国内一次能源生产总量达到42亿吨标准煤，能源自给能力保持在85％左右（目前约90%）计划提出，要重点实施节约优先、立足国内、绿色低碳、创新驱动四大战略计划提出，要积极发展天然气、核电、可再生能源等清洁能源，降低煤炭消费比重，推动能源结构持续优化计划提出，要推进能源价格改革。推进石油、天然气、电力等领域价格改革国务院印发能源发展战略行动计划，（2014-2020年）增强能源自主保障能力推进煤炭清洁高效开发利用稳步提高国内石油产量大力发展天然气发展能源替代加强储备应急能力建设推进能源消费革命严格控制能源消费总量过快增长着力实施能效提升计划推动城乡用能方式变革优化能源结构降低煤炭消费比重提高天然气消费比重安全发展核电大力发展可再生能源拓展国际能源合作坚持投资与贸易并举，陆海通道并举支持能技术、装备和工程队伍“走出去”建立区域性能源交易市场推进能源科技创新明确能源科技创新战略方向和重点抓好科技重大专项依托重大项目带动自主创新加快能源科技创新体系建设国务院能源发展战略行动计划五项主要任务2005年9月26日，我国第一个750千伏输变电示范工程正式投运，线路由青海官亭至甘肃兰州东，共141公里。2009年1月6日，山西晋东南-河南南阳-湖北荆门1000kV特高压交流示范工程正式投运，全长640公里。2010年6月18日，云南-广东±800kV特高压直流双极投运，输电容量500万千瓦，输电距离1373公里。全国已形成以500KV，330KV为主网架的6个跨省联合电力系统和3个省级电力系统。电网规模已居世界第一位。6个跨省大区电网：华北、东北、华东、华中、西北电网和南方互联电网3个独立省网：海南（2009年联网）、新疆（2010年联网）、西藏（2011年联网）青藏联网：西宁-日月山-海西-柴达木750千伏交流、柴达木-拉萨±400千伏直流我国电网概况24中国的电网分区图国家电网公司其它东北华北西北华东华中南方台湾新疆西藏海南25我国的能源分布图水资源70%煤储量40%煤储量40%煤炭资源水力资源重负荷区＞1000km水能开发理论储量:6.08万亿kWh技术可开发量:2.47万亿kW