電力系統(tǒng)的基本概念-精品課程平臺(tái).ppt

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,1、教材：東南大學(xué)陳珩（第二版）2、本課程特點(diǎn)、前修課程、后續(xù)課程特點(diǎn)：前修課程：電路理論、電機(jī)學(xué)后續(xù)課程：電力系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化3、教學(xué)參考書(shū)4、考核方式：筆試（閉卷，120分鐘、卷面100分，占70），平時(shí)（主要是上課考勤記錄、課堂練習(xí)、作業(yè)，占20），實(shí)驗(yàn)（10）,前言,特點(diǎn),電能不能大量存儲(chǔ)；過(guò)渡過(guò)程十分短暫；電能生產(chǎn)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)和人民生活有著極為密切的關(guān)系；電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng),現(xiàn)代控制理論（作支撐）,微機(jī)原理應(yīng)用（作硬件）,數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用（作軟件）,專(zhuān)業(yè)課：電力系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)原理（微機(jī)保護(hù)）、發(fā)電廠電氣部分、高電壓技術(shù)等,來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制,前言,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一）,電力系統(tǒng)分析,正常穩(wěn)態(tài)分析,計(jì)算（U、I、P、Q、f）,運(yùn)行調(diào)整和優(yōu)化,電力系統(tǒng)的基本概念,各元件的特性和模型,潮流計(jì)算,電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（二）,電磁暫態(tài)分析（故障分析）,正常穩(wěn)態(tài)分析（穩(wěn)定性分析）,發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)分析,對(duì)稱(chēng)故障（三相短路）,不對(duì)稱(chēng)短路,靜態(tài),暫態(tài),前言主要內(nèi)容,前言,重點(diǎn)：三大計(jì)算1、標(biāo)幺值計(jì)算2、穩(wěn)態(tài)計(jì)算：潮流；調(diào)頻、調(diào)壓3、暫態(tài)計(jì)算：故障；穩(wěn)定性,第一章電力系統(tǒng)的基本概念,11電力系統(tǒng)概述12我國(guó)電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介13對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求14結(jié)線方式和電壓等級(jí)15課程的主要內(nèi)容,第一章電力系統(tǒng)的基本概念重點(diǎn)及難點(diǎn)：,重點(diǎn)：1、電力系統(tǒng)的基本概念2、電力系統(tǒng)的基本要求3、電能質(zhì)量4、結(jié)線方式5、電壓等級(jí),難點(diǎn)：1、電能質(zhì)量2、電壓等級(jí),11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成,工業(yè),農(nóng)業(yè),商業(yè),生活,發(fā)電輸電配電用電電網(wǎng)電力系統(tǒng),11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成1、來(lái)源火電：鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)水電：水庫(kù)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)核電：核反應(yīng)堆汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)其它：如風(fēng)能、地?zé)崮堋⑻?yáng)能、潮汐等,11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、輸電線、配電系統(tǒng)及負(fù)荷組成的。是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。電力網(wǎng)絡(luò)是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設(shè)備所組成的部分。動(dòng)力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動(dòng)力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機(jī)和水力發(fā)電廠的水庫(kù)、水輪機(jī)以及核動(dòng)力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。,11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念總裝機(jī)容量指該系統(tǒng)中實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計(jì)。年發(fā)電量指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實(shí)際發(fā)出電能的總和，以千瓦時(shí)（KWh）、兆瓦時(shí)（MWh）、吉瓦時(shí)（GWh）為單位計(jì)。最大負(fù)荷指規(guī)定時(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負(fù)荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計(jì)。,11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念額定頻率按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國(guó)所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級(jí)是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級(jí)電力線路的額定電壓。,11電力系統(tǒng)概述,二、近代電力系統(tǒng)電壓、輸送距離、輸送功率；電源的構(gòu)成；負(fù)荷的構(gòu)成；高度自動(dòng)化；遠(yuǎn)距離大容量直流輸電,12我國(guó)電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介,一、我國(guó)電力工業(yè)概況及今后發(fā)展電力工業(yè)的方針二、我國(guó)主要電力系統(tǒng)概述三、我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展前景,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求,特點(diǎn)電能不能大量?jī)?chǔ)存暫態(tài)過(guò)程非常短促與國(guó)民經(jīng)濟(jì)及日常生活關(guān)系密切,要求安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)環(huán)保,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求,安全：保證可靠的供電措施電源與電網(wǎng)的建設(shè)（西電東送全國(guó)聯(lián)網(wǎng)）SCADA設(shè)備檢修（計(jì)劃?rùn)z修狀態(tài)檢修）人員素質(zhì),13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求,優(yōu)質(zhì)指標(biāo),電壓：35kV5%10kV7%610kV4%380V5%（無(wú)功功率）,頻率：0.2（3000mw)0.5Hz(3000MW）（有功功率）,諧波：負(fù)荷諧波,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求,負(fù)荷（一級(jí)二級(jí)三級(jí)）一級(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失，人民生活發(fā)生混亂。二級(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級(jí)負(fù)荷：所有不屬于一、二級(jí)的負(fù)荷。,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求,經(jīng)濟(jì),EX:一臺(tái)600MW火電機(jī)組，年利用小時(shí)6000h，煤耗率320g/kW.h，煤價(jià)：300元/噸。Sol：年發(fā)電量：600000kW6000h36億kW.h需標(biāo)煤：36億kW.h320g/kW.h115.2萬(wàn)噸標(biāo)煤燃料費(fèi)：115.2萬(wàn)噸300元/噸34560萬(wàn)元1%節(jié)約：燃料：1.152萬(wàn)噸標(biāo)煤燃料費(fèi)：345.6萬(wàn)元,廠用電率,網(wǎng)損,煤耗率（水耗率）,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求,環(huán)?；痣姀S裝機(jī)70煤炭燃燒造成的污染限制污染物的排放量,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),無(wú)備用結(jié)線,包括單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方便缺點(diǎn)：供電可靠性差適用范圍：二級(jí)負(fù)荷,一、結(jié)線方式,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),有備用結(jié)線,包括雙回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì)適用范圍：電壓等級(jí)較高或重要的負(fù)荷,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí),電壓等級(jí)的選擇,S=3U2II（U1U2）/Z傳輸功率S、電壓等級(jí)U、輸電距離l之間的關(guān)系SConst，lU2lConst，SU2,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí),14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍說(shuō)明：用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為5%；沿線路的電壓降落一般為10%；在額定負(fù)荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍電力網(wǎng)絡(luò)中電壓分布采取的措施：取用電設(shè)備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運(yùn)行；取線路始端電壓為額定電壓的105%；取發(fā)電機(jī)的額定電壓為線路額定電壓的105%；變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側(cè)接電源，取一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備額定電壓；二次側(cè)接負(fù)荷，取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍,變壓器的電壓等級(jí),升壓變壓器（例如35/121，10.5/242）,二次側(cè)（高壓側(cè)）接線路始端，向負(fù)荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，應(yīng)比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110%。,直接和發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機(jī)的額定電壓即105UN；,一次側(cè)（低壓側(cè)）接電源，相當(dāng)于用電設(shè)備，一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓UN；,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍,變壓器的電壓等級(jí),降壓變壓器（110/38.5，220/38.5）,一次側(cè)（高壓側(cè)）接線路末端，相當(dāng)于用電設(shè)備，一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓；,二次側(cè)（低壓側(cè)）向負(fù)荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，應(yīng)比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110%。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,接地？為了保證電力網(wǎng)或電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的人身安全，人為地使電力網(wǎng)及其某個(gè)設(shè)備的某一特定地點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)體與大地作良好的連接。接地分類(lèi)：工作接地：為了保證電氣設(shè)備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。保護(hù)接地：將一切正常工作時(shí)不帶電而在絕緣損壞時(shí)可能帶電的金屬部分接地，以保證工作人員接觸時(shí)的安全。（接地保護(hù)）保護(hù)接零：在中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設(shè)備的外殼與接地中性線（也稱(chēng)零線）直接連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人身安全的保護(hù)作用。防雷接地：為消除大氣過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備的威脅，而對(duì)過(guò)電壓保護(hù)裝置采取的接地措施。防靜電接地：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,如何實(shí)現(xiàn)工作接地？電氣設(shè)備（電力變壓器、電壓互感器或發(fā)電機(jī)）的中性點(diǎn)接地又稱(chēng)為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地。電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)：星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式：小電流接地：中性點(diǎn)不接地（中性點(diǎn)絕緣）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地大接地電流：中性點(diǎn)直接接地中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地如何確定電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式？應(yīng)從供電可靠性、內(nèi)過(guò)電壓、對(duì)通信線路的干擾、繼電保護(hù)以及確保人身安全諸方面綜合考慮。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,1、中性點(diǎn)直接接地,特點(diǎn)：供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式。故障時(shí)：如發(fā)生接地故障，則構(gòu)成短路回路，接地相電流很大；為提高供電可靠性，在線路上廣泛安裝三相或單相自動(dòng)重合閘裝置。對(duì)地電壓UN，電氣設(shè)備的絕緣水平只需按電力網(wǎng)的相電壓考慮，可以降低工程造價(jià)。我國(guó)380/220V系統(tǒng)中一般都采用中性點(diǎn)直接接地方式，主要是從人身安全考慮問(wèn)題。,適用范圍：我國(guó)110kV（國(guó)外220kV）及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)。380/220V低壓系統(tǒng)。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,2、中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng),正常運(yùn)行時(shí),UAUBUC0IAIBIC0結(jié)論：三相電壓對(duì)稱(chēng)，三相導(dǎo)線對(duì)地電容電流也是對(duì)稱(chēng)的，三相電容電流相量之和為零，這說(shuō)明沒(méi)有電容電流經(jīng)過(guò)大地流動(dòng)。,適用范圍3kV60kV的電力系統(tǒng),14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,單相金屬性接地故障時(shí)(A相),14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論1：故障相對(duì)地電壓降為零；非故障相對(duì)地電壓升高為線電壓，且相位相差600。因此，線路及各種電氣設(shè)備的絕緣要按線電壓設(shè)計(jì)，絕緣投資所占比重加大，顯而易見(jiàn)，電壓等級(jí)越高絕緣投資越大。三相之間的線電壓仍然對(duì)稱(chēng)，用戶(hù)的三相用電設(shè)備仍能照常運(yùn)行，但允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間不能超過(guò)2h。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,接地故障電容電流IPE,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論2：接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。如果接地電流大于30A時(shí)，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀電氣設(shè)備和可能引起多相相間短路。如果接地電流大于5A10A，而小于30A，則有可能形成間歇性電??；間歇性電弧容易引起弧光接地過(guò)電壓，其幅值可達(dá)（2.53）U，將危害整個(gè)電網(wǎng)的絕緣安全。如果接地電流在5A以下，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)零值時(shí)，電弧就會(huì)自然熄滅。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,3、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)消弧線圈？安裝在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。單相(C相)金屬性接地故障,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,C相發(fā)生接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓變?yōu)?UC，在消弧線圈作用下，產(chǎn)生電感電流（滯后90），其數(shù)值為ILUC/XLU/XL,消弧線圈的作用當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障相與消弧線圈構(gòu)成了另一個(gè)回路，接地故障相接地電流中增加了一個(gè)感性電流，它和裝設(shè)消弧線圈前的容性電流的方向剛好相反，相互補(bǔ)償，減少了接地故障點(diǎn)的故障電流，使電弧易于自行熄滅，從而避免了由此引起的各種危害，提高了供電可靠性。,消弧線圈的補(bǔ)償方式,欠補(bǔ)償方式：按ILIC選擇消弧線圈的電感，此時(shí)接地故障點(diǎn)有剩余的電感電流流過(guò)。在過(guò)補(bǔ)償方式下，即使電力網(wǎng)運(yùn)行方式改變而切除部分線路時(shí)，也不會(huì)發(fā)展成為全補(bǔ)償方式，致使電力網(wǎng)發(fā)生諧振。同時(shí)，由于消弧線圈有一定的裕度，今后電力網(wǎng)發(fā)展，線路增多、對(duì)地電容增加后，原有消弧線圈還可繼續(xù)使用。因此，實(shí)際上大多采用過(guò)補(bǔ)償方式。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,全補(bǔ)償方式：按IL=IC選擇消弧線圈的電感，使接地故障點(diǎn)電流為零，此即全補(bǔ)償方式。這種補(bǔ)償方式并不好，因?yàn)楫?dāng)感抗等于容抗時(shí)，電力網(wǎng)將發(fā)生諧振，產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓或過(guò)電流，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,消弧線圈容量的選擇,有關(guān)安裝消弧線圈規(guī)程,14電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,4、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng),特點(diǎn)：降低工頻過(guò)電壓，抑制弧光過(guò)電壓；消除鐵磁諧振過(guò)電壓，防止斷線諧振過(guò)電壓；設(shè)置零序保護(hù)動(dòng)作跳閘；設(shè)置零序保護(hù)動(dòng)作跳閘；避免發(fā)生高壓觸電事故；供電可靠性有保證。,適用范圍：配網(wǎng)系統(tǒng)（與中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、不接地比選）在我國(guó)城市配網(wǎng)系統(tǒng)中：全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超過(guò)30A時(shí)采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地；全架空線路出線變電站的單相接地故障電流超過(guò)10A時(shí)，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地；對(duì)電纜與架空線混合線路的單相接地故障電容電流超過(guò)10A時(shí)，可采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地。,電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及前景,我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展：,年人均電量：我國(guó)：1000kW.h中等發(fā)達(dá)國(guó)家：7000kW.h北歐、美國(guó)：18000kW.h,電力工業(yè)發(fā)展概況及前景,二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景1.電力工業(yè)現(xiàn)代化超高壓、大系統(tǒng)、大機(jī)組、大電廠、高度自動(dòng)化以及核電技術(shù)和直流輸電技術(shù)2.電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益與支出各系統(tǒng)間電負(fù)荷的錯(cuò)峰效益提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量有利于安裝單機(jī)容量較大的機(jī)組進(jìn)行電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行水電跨流域調(diào)度調(diào)峰能力互相支援增加聯(lián)絡(luò)線和電網(wǎng)內(nèi)部加強(qiáng)所需投資以及聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行費(fèi)用當(dāng)系統(tǒng)間聯(lián)系較弱時(shí)，有可能引起調(diào)頻的復(fù)