電力系統(tǒng)分析

1、 教材：教材：電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 于永源于永源 楊綺雯楊綺雯 編著編著 電力出版社電力出版社 參考書：參考書：1 1、何仰贊等、何仰贊等. .電力系統(tǒng)分析（上、下）電力系統(tǒng)分析（上、下）, ,華中科華中科 技大學(xué)出版社技大學(xué)出版社2 2、夏道止、夏道止. .電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析, ,中國(guó)電力出版社中國(guó)電力出版社 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析3 3 韓禎祥主編韓禎祥主編. . 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析, ,浙江大學(xué)出版社浙江大學(xué)出版社4 4 陳珩陳珩. .電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析, ,水利電力出版社水利電力出版社5 5 李光琦李光琦. .電力系統(tǒng)暫態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析, ,水利電

2、力出版社水利電力出版社6 6 單淵達(dá)主編單淵達(dá)主編. .電能系統(tǒng)基礎(chǔ)電能系統(tǒng)基礎(chǔ), ,機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析1.1.目的：掌握電力系統(tǒng)分析計(jì)算的目的：掌握電力系統(tǒng)分析計(jì)算的原理和方法原理和方法2.2.主要內(nèi)容主要內(nèi)容電力系統(tǒng)分析理論電力系統(tǒng)分析理論電力系統(tǒng)元件模型及參數(shù)計(jì)算電力系統(tǒng)元件模型及參數(shù)計(jì)算電力網(wǎng)的電壓和功率分布電力網(wǎng)的電壓和功率分布電力系統(tǒng)的電壓和頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的電壓和頻率調(diào)整穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)分析故障分析故障分析穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析電力系統(tǒng)分析理論電力系統(tǒng)分析理論電力系統(tǒng)的三相短路電力系統(tǒng)的三相短路電力系統(tǒng)的不對(duì)稱故障電力系統(tǒng)的不對(duì)稱故障電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定

3、電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定第一章第一章 電力系統(tǒng)的基本概念電力系統(tǒng)的基本概念 電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)的組成 對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線 電力系統(tǒng)的額定電壓、電力輸送中電力系統(tǒng)的額定電壓、電力輸送中電壓與輸送容量的關(guān)系電壓與輸送容量的關(guān)系 電力傳輸?shù)慕泳€方式電力傳輸?shù)慕泳€方式 電電 力力 系系 統(tǒng)統(tǒng) 發(fā)電發(fā)電 輸送輸送- - 分配分配 用戶用戶 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 變壓器變壓器-輸電線路輸電線路 用電設(shè)備用電設(shè)備 電網(wǎng)電網(wǎng)1-1 電力系統(tǒng)及其發(fā)展電力系統(tǒng)及其發(fā)展1-1 電力系統(tǒng)及其發(fā)電力系統(tǒng)及其發(fā)展展

4、電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)的組成 （1 1）電力系統(tǒng)：生產(chǎn)、輸送、分配與消費(fèi)電能的系）電力系統(tǒng)：生產(chǎn)、輸送、分配與消費(fèi)電能的系 統(tǒng)。包括：發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)和用電設(shè)備組成。統(tǒng)。包括：發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)和用電設(shè)備組成。 （2 2）電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分。）電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分。 （3 3）動(dòng)力系統(tǒng)：動(dòng)力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。）動(dòng)力系統(tǒng)：動(dòng)力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。1-1 電力系統(tǒng)及其發(fā)電力系統(tǒng)及其發(fā)展展1 1電力系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史電力系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史 2 2我國(guó)的電力系統(tǒng)我國(guó)的電力系統(tǒng) 電力工業(yè)發(fā)展概況電力工業(yè)發(fā)展概況1.1.高壓輸電的發(fā)展歷程（高壓輸電的發(fā)展歷程（1 1）

5、（1 1）高壓輸電的出現(xiàn)與電壓等級(jí)的提高）高壓輸電的出現(xiàn)與電壓等級(jí)的提高 18901890年，英國(guó)從年，英國(guó)從DeptfordDeptford到倫敦到倫敦45km45km的的10kV10kV線路線路 18911891年，德國(guó)從年，德國(guó)從LauffenLauffen到法蘭克福到法蘭克福170km170km的的15kV15kV線路線路 遠(yuǎn)距離大容量輸電是提高輸電電壓的動(dòng)力。遠(yuǎn)距離大容量輸電是提高輸電電壓的動(dòng)力。1. 1. 高壓輸電的發(fā)展歷程（高壓輸電的發(fā)展歷程（2 2）（2 2）特高壓特高壓（1000kV1000kV以上）輸電的出現(xiàn)與展望以上）輸電的出現(xiàn)與展望 習(xí)慣上，習(xí)慣上，1 1100kV10

6、0kV為為高壓高壓， 1001001000kV1000kV為超為超高壓高壓， 1000kV1000kV以上為以上為特高壓特高壓。 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代國(guó)際上開始特高壓輸電的研究年代國(guó)際上開始特高壓輸電的研究 19851985年蘇聯(lián)年蘇聯(lián)1228km1228km的的1150kV,1150kV,但至今運(yùn)行于但至今運(yùn)行于500kV500kV 2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代日本年代日本300km300km的的1000kV1000kV，但至今運(yùn)行于，但至今運(yùn)行于500kV500kV 目前國(guó)際上實(shí)際投運(yùn)的最高電壓等級(jí)目前國(guó)際上實(shí)際投運(yùn)的最高電壓等級(jí)750kV(750kV(加、美、加、美、俄、巴西、南

7、非等國(guó)）俄、巴西、南非等國(guó)） 我國(guó)西北建設(shè)我國(guó)西北建設(shè)750kV750kV1.1.高壓輸電的發(fā)展歷程（高壓輸電的發(fā)展歷程（3 3） 直流輸電在遠(yuǎn)距離輸電中具有優(yōu)越性，我國(guó)已直流輸電在遠(yuǎn)距離輸電中具有優(yōu)越性，我國(guó)已有多條有多條500kV輸電線路。輸電線路。直流輸電優(yōu)點(diǎn)及適用場(chǎng)合直流輸電優(yōu)點(diǎn)及適用場(chǎng)合 (1)輸送相同功率時(shí)，線路造價(jià)低： 交流輸電架空線路通常采用3根導(dǎo)線，而直流只需1根(單極)或2根(雙極)導(dǎo)線。因此，直流輸電可節(jié)省大量輸電材料，同時(shí)也可減少大量的運(yùn)輸、安裝費(fèi)。 (2)線路有功損耗小： 由于直流架空線路僅使用1根或2根導(dǎo)線，所以有功損耗較小，并且具有空間電荷效應(yīng)，其電暈損耗和無線電

8、干擾均比交流架空線路要小。 (3)適宜于海下輸電： 在有色金屬和絕緣材料相同的條件下，直流時(shí)的允許工作電壓比在交流下約高3倍。2根心線的直流電纜線路輸送的功率Pd比3根心線的交流電纜線路輸送的功率Pa大得多。 運(yùn)行中，沒有磁感應(yīng)損耗，用于直流時(shí)，則基本上只有心線的電阻損耗，而且絕緣的老化也慢得多，使用壽命相應(yīng)也較長(zhǎng)。 (4)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題： 在交流輸電系統(tǒng)中，所有連接在電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)必須保持同步運(yùn)行。如果采用直流線路連接兩個(gè)交流系統(tǒng)，由于直流線路沒有電抗，所以不存在上述的穩(wěn)定問題，也就是說直流輸電不受輸電距離的限制。 (5)能限制系統(tǒng)的短路電流： 用交流輸電線路連接兩個(gè)交流系統(tǒng)時(shí)，由于

9、系統(tǒng)容量增加，將使短路電流增大，有可能超過原有斷路器的遮斷容量，這就要求更換大量設(shè)備，增加大量的投資。直流輸電時(shí)，就不存在上述問題。 (6)調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠： 直流輸電通過晶閘管換流器能夠方便、快速地調(diào)節(jié)有功功率和實(shí)現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)。 如果采用雙極線路，當(dāng)一極故障，另一極仍可以大地或水作為回路，繼續(xù)輸送一半的功率，這也提高了運(yùn)行的可靠性。直流輸電適用于以下場(chǎng)合： 遠(yuǎn)距離大功率輸電；海底電纜送電；不同頻率或同頻率非同期運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)；用地下電纜向大城市供電；交流系統(tǒng)互聯(lián)或配電網(wǎng)增容時(shí)，作為限制短路電流的措施之一；配合新能源的輸電。 2.2.中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望

10、（1）發(fā)電量：）發(fā)電量：1980年以來，平均年增長(zhǎng)率年以來，平均年增長(zhǎng)率9，現(xiàn)為世，現(xiàn)為世 界第二位。界第二位。2.2.中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望（2 2）裝機(jī)容量：居世界第二位。）裝機(jī)容量：居世界第二位。2.2.中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望（3）電壓等級(jí)、輸電線路長(zhǎng)度與變電設(shè)備容量）電壓等級(jí)、輸電線路長(zhǎng)度與變電設(shè)備容量 除西北地區(qū)以外：除西北地區(qū)以外： 交流：交流：500kV,220kV,110kV,35kV,10kV直流：直流： 500kV 西北地區(qū)：西北地區(qū)：750kV,330kV,220kV,10kV,35kV,10kV2.2.中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)

11、狀與展望中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望(4)缺電問題與城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造缺電問題與城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造 1970年以來出現(xiàn)缺電問題年以來出現(xiàn)缺電問題 1998年低用電水平下的電力平衡。年低用電水平下的電力平衡。 電力工業(yè)跟不上國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度是造成缺電的重要原因電力工業(yè)跟不上國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度是造成缺電的重要原因2.2.中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望 我國(guó)在發(fā)電、輸電、配電各方面投資比例失調(diào)是缺電的另一我國(guó)在發(fā)電、輸電、配電各方面投資比例失調(diào)是缺電的另一個(gè)方面原因。發(fā)電、輸電、配電比例個(gè)方面原因。發(fā)電、輸電、配電比例 美國(guó)美國(guó) 1:0.43:0.7日本日本 1:0.47:0.68 英國(guó)英國(guó) 1

12、:0.45:0.78 我國(guó)我國(guó) 1:0.21:0.12 我國(guó)居民用電比例較低我國(guó)居民用電比例較低2.2.中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望 我國(guó)人均電力消費(fèi)極低，中國(guó)電力工業(yè)有很大的發(fā)展空間我國(guó)人均電力消費(fèi)極低，中國(guó)電力工業(yè)有很大的發(fā)展空間（5）中國(guó)電力工業(yè)展望）中國(guó)電力工業(yè)展望 “十五十五”期間，期間，GDP年增長(zhǎng)率年增長(zhǎng)率78，電力增長(zhǎng)率將達(dá)，電力增長(zhǎng)率將達(dá)6以上。以上。 2010年，年，25000億億kW.h2.2.中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望 2015年，年，30000億億kW.h 2020年，年， 36000億億kW.h 高壓遠(yuǎn)距離輸電是我國(guó)面臨的主

13、要問題（水電、火高壓遠(yuǎn)距離輸電是我國(guó)面臨的主要問題（水電、火電），必須出現(xiàn)新的電壓等級(jí)。電），必須出現(xiàn)新的電壓等級(jí)。 電能質(zhì)量問題是我國(guó)電力發(fā)展必須面臨的又一個(gè)問電能質(zhì)量問題是我國(guó)電力發(fā)展必須面臨的又一個(gè)問題。題。1. 電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn) 電能不能大量的存貯電能不能大量的存貯 電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常短促電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常短促 與各行業(yè)和人民生活密切相關(guān)與各行業(yè)和人民生活密切相關(guān)2. 對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求 提供充足的電能提供充足的電能 保證安全可靠的供電保證安全可靠的供電(3級(jí)負(fù)荷級(jí)負(fù)荷) 保證良好的電能質(zhì)量保證良好的電能質(zhì)量(u;f;波形波形)

14、 良好的經(jīng)濟(jì)性良好的經(jīng)濟(jì)性(煤耗煤耗;廠用電率廠用電率;網(wǎng)損率網(wǎng)損率) 環(huán)保問題環(huán)保問題1-2對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求1-31-3 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線一電力系統(tǒng)的負(fù)荷1 1、負(fù)荷、負(fù)荷：系統(tǒng)中所有電力用戶的用電設(shè)備所消耗的電功系統(tǒng)中所有電力用戶的用電設(shè)備所消耗的電功率總和。也稱率總和。也稱電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷。電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷。是所有用戶是所有用戶的負(fù)荷總加。的負(fù)荷總加。2 2、負(fù)荷分類（按負(fù)荷性質(zhì)分類）、負(fù)荷分類（按負(fù)荷性質(zhì)分類）：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、商業(yè)、生活等。輸業(yè)、商業(yè)、生活等。3 3、電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷：、電力系統(tǒng)的供電負(fù)

15、荷：綜合用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)的功綜合用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)的功率損耗。率損耗。4 4、電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷、電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷：供電負(fù)荷加上發(fā)電廠廠用電消供電負(fù)荷加上發(fā)電廠廠用電消耗的功率。耗的功率。1-31-3 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線二負(fù)荷曲線：用曲線描述某一時(shí)間段內(nèi)負(fù)用曲線描述某一時(shí)間段內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律荷隨時(shí)間變化的規(guī)律 1. 日負(fù)荷曲線日負(fù)荷曲線 一天的總耗電量一天的總耗電量 日平均負(fù)荷日平均負(fù)荷 240PdtAd24024124PdtAPdav負(fù)荷率km 最小負(fù)荷系數(shù) maxPPkavmmaxminPP(a）鋼鐵工業(yè)負(fù)荷；鋼鐵工業(yè)負(fù)荷；(b) 食品工業(yè)負(fù)荷；食品工業(yè)負(fù)荷；(c) 農(nóng)村加

16、工負(fù)荷；農(nóng)村加工負(fù)荷；(d) 市政生活負(fù)荷市政生活負(fù)荷 2. 年最大負(fù)荷曲線：描述一年內(nèi)每月（或每日）最大有功功率負(fù)荷變化的情況 3. 年持續(xù)負(fù)荷曲線：按一年中系統(tǒng)負(fù)荷的數(shù)值大小及其持續(xù)小時(shí)數(shù)順序排列繪制而成 t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗電量 PdtA87600最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) Tmax PdtPPAT87600maxmaxmax1A=PmaxTmax 表1-2 各類用戶的年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)負(fù) 荷 類 型Tmax/h戶內(nèi)照明及生活用電20003000一班制企業(yè)用電15002200二班制企業(yè)用電30004500三班制企業(yè)用電60007000農(nóng) 灌 用 電1000

17、15001-4 電力系統(tǒng)的額定電壓和額定頻率1. 1. 額定電壓和額定頻率額定電壓和額定頻率(50HZ)(50HZ)2. 2. 標(biāo)準(zhǔn)額定電壓標(biāo)準(zhǔn)額定電壓3. 3. 電氣設(shè)備的額定電壓電氣設(shè)備的額定電壓( (發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī), ,變壓器變壓器, ,線路線路) )4. 4. 電力輸送中電壓與輸送容量的關(guān)系電力輸送中電壓與輸送容量的關(guān)系 UIS3 額定電壓和額定頻率：當(dāng)設(shè)備在該電壓和頻率下運(yùn)額定電壓和額定頻率：當(dāng)設(shè)備在該電壓和頻率下運(yùn)行具有最好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。行具有最好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。 系統(tǒng)與用電設(shè)備的額定電壓系統(tǒng)與用電設(shè)備的額定電壓（表（表1 13 3） 電力網(wǎng)中的電壓分布。電力網(wǎng)中的電壓

18、分布。 額定頻率：額定頻率：50Hz50Hz。系統(tǒng)的額定電壓系統(tǒng)的額定電壓電氣設(shè)備的額定電壓電氣設(shè)備的額定電壓1. 1. 線路線路: :等于等于系統(tǒng)的額定電壓系統(tǒng)的額定電壓2. 2. 發(fā)電機(jī)：規(guī)定比系統(tǒng)的額定電壓發(fā)電機(jī)：規(guī)定比系統(tǒng)的額定電壓高高5%5%VaVb)/2V(VVbaN3. 3. 變壓器變壓器 一次繞組：一般UN，與發(fā)電機(jī)直接相連時(shí)1.05UN。 二次繞組：一般1.1UN，短路電壓較小的變壓器或直接與用戶相連時(shí)可為1.05UN。用線電壓表示的抽頭額定電壓用線電壓表示的抽頭額定電壓220kV升壓變壓器降壓變壓器各級(jí)電壓架空線路的輸送能力各級(jí)電壓架空線路的輸送能力額定電額定電壓壓kVkV

19、 輸送容輸送容量量MVAMVA 輸送距輸送距離離kmkm 額定電額定電壓壓kVkV 輸送容輸送容量量MVAMVA 輸送距輸送距離離kmkm 3 0.1-1.0 1-3 110 10-50 50-150 6 0.1-1.2 4-15 220 100-500 100-300 10 0.2-2.0 6-20 330 200-800 200-600 35 2-10 20-50 500 1000-1500 150-850 60 3.5-30 30-100 750 2000-2500 500 以上 典型例題典型例題 : : ( ( 1)1)確定各設(shè)備額定電壓確定各設(shè)備額定電壓;(2);(2)若若T1T1工

20、作于工作于+2.5%+2.5%抽頭抽頭, T2, T2工作于主抽頭工作于主抽頭,T3,T3工作于工作于-5%-5%抽頭抽頭, ,求各個(gè)變壓器變求各個(gè)變壓器變比比. .10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV5 .10)025. 01 (1211Tk5 .381102Tk11)05. 01 (353Tk1-4 電力系統(tǒng)的接線方式無備用無備用圖圖1-9 無備用接線方式無備用接線方式（a）放射式）放射式 （b）干線式樣）干線式樣 （c） 鏈?zhǔn)芥準(zhǔn)接袀溆糜袀溆脠D圖1-10 有備用接線方式有備用接線方式（a） 放射式樣放射式樣 （b） 干線式干線式 （c） 鏈?zhǔn)芥準(zhǔn)?（d

21、） 環(huán)式環(huán)式 （e） 兩端供電網(wǎng)絡(luò)兩端供電網(wǎng)絡(luò)1-4.三相電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式 發(fā)電機(jī)定子繞組Y聯(lián)結(jié)的中性點(diǎn)： 一種是不接地一種是不接地 另一種是為了防護(hù)定子繞組過電壓而采用經(jīng)過另一種是為了防護(hù)定子繞組過電壓而采用經(jīng)過避雷器接地。避雷器內(nèi)部有氣隙，所以正常運(yùn)避雷器接地。避雷器內(nèi)部有氣隙，所以正常運(yùn)行和不接地一樣。行和不接地一樣。 變壓器Y接法線圈的中性點(diǎn)： 不接地，1035kV系統(tǒng)多屬這類情況。 經(jīng)過一個(gè)線性電抗線圈，即消弧線圈接地，1063kV系統(tǒng)有這種方式。 直接接地，110kV及以上電壓系統(tǒng)和380220V三相四線低壓系統(tǒng)都屬這類情況。1.1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) 正常運(yùn)行正常運(yùn)行分析分析： （1）線電壓與相電壓關(guān)系；（線電壓與相電壓關(guān)系；（2