电力系统稳态分析PPT教学课件

电力系统稳态分析1《电力系统稳态分析》课程学什么：研究、分析电力系统在平稳状态下各点的电压、各元件中通过的电流、功率研究各种设备、元件的数学模型研究描述系统中设备、元件拓扑关系的数学方法与模型求解问题的数学方法研究分析系统中各元件对状态量的影响和各状态量间内在联系《电力系统稳态分析》课程需要的基础知识：电路原理电机学线性代数数值计算电力系统稳态分析是从事电力系统工作的基本知识！23第一章电力系统概述1.1电力系统及其发展1.1.1电力系统3电力生产、消费过程=用电+发电+输变电45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、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M56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。671.1.2电力系统发展简史和我国电力系统1）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T.A.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，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±800kV78电力系统发展简史和我国电力工业概况（续1）2007年，全球总发电容量约44.5亿kW（近两年，年增长约1.35亿kW），人均发电容量约为0.67kW2007年，全球总发电195.49亿kWh（近两年，年增长约6.55亿kWh），人均发电量约3000kWh目前最大的汽轮发电机组单机容量为130万kW89全球趋势——电能需求增加据2006年的某预测，全球能源需求将在2030年前增长50％，在2050年前增长100％，而电力将在2030前增长100％。9102）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国内目前最大发电厂浙江北仑电厂60*5+100*2=500万kW2008年，长江三峡水电厂左右岸26台机组全部投产，成为世界上最大发电厂，装机1820万kW1991年秦山核电厂第一台30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1011装机容量迅速增长2069138183214299319338357391441508622713793874010020030040050060070080090010001970198019901993199519992000200120022003200420052006200720082009GW2009年底，我国发电装机容量为8.74亿千瓦；2009年全年，发电装机容量净增加8970万千瓦。1112发电量迅速增长2009年底，全国年发电量3.663万亿千瓦时。TWh1213装机结构我国“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。2009年底，我国装机容量8.74亿kW13我国电网概况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。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2010年2月25日，向家坝-上海±800kV特高压直流示范工程极Ⅰ低端直流换流器端对端系统送电成功。全国已形成以500KV，330KV为主网架的6个跨省联合电力系统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1415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1516我国的能源分布图水资源70%煤储量40%煤储量40%火力资源水力资源重负荷区＞1000km水能储藏量预测理论储量:676GW技术可开发量:379GW经济可开发量:290GW现已开发量:68GW20%1617特点：西电东送、南北互供、全国联网西电东送北通道：西北－华北西电东送中通道：川渝－华中－华东西电东送南通道：西南－广东西北东北华北华中南方我国能源和电力的特点：北煤南运，西电东送17182011年国网1000kV特高压交流电网2009年1月6日，晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程（累计完成投资57.36亿元）正式投运。18192011年800kV国网特高压直流电网2009年12月24日，±800千伏云南至广东特高压直流输电工程单极成功送电2010年2月25日，±800kV向家坝-上海特高压直流示范工程极Ⅰ低端直流换流器端对端系统送电成功1920全国联网格局示意图2021面临的问题与挑战2009年底，我国人均装机容量只有0.65kW（世界平均约0.67kW），人均年用电量约2743kWh（世界平均约3000kWh）。仅为发达国家的1/6左右，用电的构成与发达国家相比也有较大差距。在我国偏远地区，有2800万户居民没有用上电。电力工业的技术、运行和管理水平与先进国家相比，有较大差距。01020304050607080工业居民生活农商服务等中国（2000）美国（1996）用电构成：2122全球家庭用电情况22世界主要国家电力比较06年电量（亿度）装机容量(亿kW）美国41050(06)02年9.0506年9.909年约11亿kW中国27557(06)32559(07)11年4.69万亿04年4.4206年6.2209年8.7411年10.56日本1033306年2.9俄罗斯9530（05年）05年2.19加拿大5977德国569901年1.15法国550003年1.16英国3839231.1.3电力系统的负荷和负荷曲线电力系统负荷—将电能转化为机械能、热能、光能的用电设备综合用电负荷：系统中所有用电设备消费功率的总和。依用户对供电可靠性要求的不同，负荷分为三级。一类负荷二类负荷三类负荷供电负荷=综合用电负荷+网损发电负荷的关系=供电负荷+厂用电24电力系统的负荷和负荷曲线（续）负荷特点：多变性—随时间、电压、频率而变随时间变化—负荷曲线描述随电压、频率变化—负荷特性描述%PQ、100100%U年负荷曲线日负荷曲线有功/无功电压特性曲线25负荷曲线负荷曲线：某一时段内负荷随时间变化而变化的规律负荷曲线分类：按负荷种类（有功、无功）、按时间长短（年、月、日）、按计量地点等负荷曲线的求取：统计、实测负荷曲线的作用：安排日发电计划、确定系统运行方式、求取平均功率、负荷率等例：可由日负荷曲线求出平均负荷与通过元件的负荷率：242410avmax24P100%PiavAPdtAPAP或平均负荷负荷率26278月9日68.097月29日58.728月12日78.9130.0040.0050.0060.0070.0080.001月1日2月1日3月1日4月1日5月1日6月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日全国2004全国2003全国20052003－2005年全国日发电曲线亿千瓦时Aug.12th,7891GWh100GWh/day27281.1.4电力系统中的发电厂按一次能源分有火力发电、水力发电、核能发电、风电、太阳能风电等火力发电厂（1MPa=10公斤力/平方厘米）超临界机组的效率可比亚临界机组高2%左右，超超临界机组比超临界机组再高4%左右。中压3.5MPa左右435℃高压9MPa左右500℃超高压13MPa左右535℃亚临界17MPa左右540℃超临界24MPa左右540～560℃超超临界25~35MPa580℃及以上水的临界参数：347.15℃、22.12MPa28火电厂远景29集控室30发电机汽轮机组31主厂房外景32水力发电径流式水电厂：利用高落差的急流河道建坝，水库容量很小坝式水电厂：河道中建大坝，水库容量大新安江水电厂，水库具有多年调节性能，正常蓄水位/死水位：108/86米，总库容/调节库容：216.26/102.66亿立方米。装机容量:：66.25万千瓦，台数：9台，保证出力：17.8万千瓦长江三峡水电厂，大坝高185米，设计正常蓄水水位l75米，总库容393亿立方米,其中防洪库容221.5亿立方米。总装机容量为1820万千瓦。抽水蓄能发电厂：利用深夜或丰水期剩余电力，将下游的水抽到水库内，需要时发电核能发电建设费用高、燃料费便宜新能源发电风力发电、太阳能发电、燃料电池、生物质能发电、地热/潮汐发电等33新安江水电厂34新安江电厂大坝新安江电厂大坝35三峡水电厂36新安江电厂大坝三峡水电厂大坝37抽水储能电站（有上下水库）38抽水储能电站剖面图39水轮发电机40风电场效果图41风电场远眺4211年45050兆瓦431.5电网的结构和结线方式电网的分层结构、按照电压等级可分为输电网和配电网输电网配电网电力系统接线图地理接线图电气接线图（地理上远的节点，电气上未必远）单线代表实际系统的三相44地理接线图示意45电气接线图示意垂杨变珠山变珊溪电厂飞云变场桥变永强变龙湾电厂上田变蒲州变温电三期慈湖变城西变温州电厂洋湾变楠江变瓯海变220瓯海变500塘温4334楠丽2333临洋3567塘湾4333双瓯5463塘瓯5471图4-12005年夏季高峰温州主网等值接线图4647典型接线方式无备用电源接线方式：放射式、干线式、链式（可靠性较差）有备用电源接线方式：双回路的放射式、干线式、链式（可靠性和电压质量较单回线高，但造价高，不够经济）环式、双端电源供电式（可靠性较高，设备少）471.1.6电压等级、额定电压额定电压--发电机、变压器和电气设备等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。国家规定了标准电压等级系列，有利于电器制造业的生产标准化和系列化，有利于设计的标准化和选型，有利于电器的互相连接和更换，有利于备件的生产和维修等。电压等级的选择1）输送一定功率，有一最经济电压。电压越高，电流越小，导线等载流部分的截面积越小，投资也越小。但电压越高，对绝缘水平的要求越高，杆塔、变压器、断路器等的投资也越大。2）对应一个电压，有一个最大输送功率48国标电网额定电压等级需综合考虑送电容量、距离、运行方式等因素、动力资源分布和工业布局等远景发展情况，进行技术经济比较符合国标；电压等级不宜过多；3kV、6kV、10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV以上电压均指线电压输电电压（kV）0.3810203566110220330500输送容量（MW）0.1及以下0.2~2.00.4~4.02~103~3510~50100~500200~1000800~2000传输距离（km）0.6及以下6~2012~4020~5030~10050~150100~300200~600150~850各级电压传输能力统计4950输电线路的额定电压及其电压分布发电机的额定电压（+5%）变压器的额定电压（Page12）GUNUNUaUbUNUN95%UN105%UN95%UNab5051