電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第1章課件

1、電 力 系 統(tǒng) 穩(wěn) 態(tài) 分 析合肥工業(yè)大學(xué) 楊向真greenleaf_2022-3-141電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)2前 言1. 課程內(nèi)容2. 考核方式2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)3課程內(nèi)容 教材 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，陳珩主編，中國電力出版社，2010年 內(nèi)容 各元件以及電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型； 潮流計算； 經(jīng)濟優(yōu)化運行。2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)4課程內(nèi)容 前修課程電路理論、電機學(xué)、電氣工程概論 后續(xù)課程電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、發(fā)電廠電氣部分、繼電保護 參考資料電力系統(tǒng)分析，何仰贊、溫增銀主編，華中科技大學(xué)出版

2、社，2002年電力系統(tǒng)分析，褚俊偉主編，中國電力出版社，2003年2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)5考核方式 筆試 120分鐘，100分，70%令人糾結(jié)的平時成績 平時 100分，30% 考勤 100分，20%；（ A：100分； B：80分； C：60分； D：0分分） 作業(yè) 100分，50% （ A：100分；B：80分；C：60分；D：0分） 課堂提問 100分，30% （ A：100分；B：80分；C：60分； D：0分分）2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)6第一章 電力系統(tǒng)的基本概念 1.1電力系統(tǒng)概述 1.4 電力系統(tǒng)工程學(xué)科和電力系統(tǒng)分析課程 1.2

3、 電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求 1.3 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級PS的形成和發(fā)展現(xiàn)代電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)的基本參量和結(jié)線圖 183118822022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)7 1.1 早期電力系統(tǒng)（PS）的形成1891法拉第-電磁感應(yīng)，原始的交流發(fā)電機、直流發(fā)電機和直流電動機特點：特點：電機制造和電力輸送技術(shù)的發(fā)展集中在直流電，100V400V缺點缺點: :輸電電壓低，輸送距離近，功率小法國人M.德波列茨將位于彌斯巴赫煤礦的蒸汽機發(fā)出的直流電輸送到57km外的慕尼黑，并用以驅(qū)動水泵，形成世界上第一個電力系統(tǒng)特點：特點：Vdc15002000V，P=1.5kW，包含了發(fā)電、輸電、

4、用電設(shè)備德國人建立了一個：發(fā)電升壓傳輸降壓用戶的小型電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)的發(fā)展取得了重大突破特點：凸顯了三相交流制的優(yōu)越性？電力系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，僅僅數(shù)十年，一些國家甚至出現(xiàn)了全國性和跨國性的電力系統(tǒng)，逐步形成現(xiàn)代電力系統(tǒng)2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)8現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點 輸電電壓 超過1000kV 輸送距離 超過1000km 輸送功率 超過5000MW 高度自動化 能量管理系統(tǒng) 高壓直流輸電 HVDC020040060080010001200電壓等級（電壓等級（kVkV）時間時間189120世紀初19061920s如今徹底解決同步發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性問題，進一步提高輸送能力202

5、2-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)9現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點 電源的構(gòu)成 煤、石油、天然氣、核能、水能 風(fēng)能、太陽能、潮汐能等 負荷的構(gòu)成 電動機、電燈 電熱電爐、整流裝置 電動汽車這些特點對電力系統(tǒng)有哪些影響？各種新能源發(fā)電并入電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)的發(fā)電、配電、繼電保護、調(diào)度管理、穩(wěn)定性分析等都帶來了很大的挑戰(zhàn)，是目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重要研究方向2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)10現(xiàn)代電力系統(tǒng)火力發(fā)電廠三峽水電廠變壓器高壓輸電線路2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)11現(xiàn)代電力系統(tǒng)燃料電池發(fā)電風(fēng)力發(fā)電海上風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工

6、業(yè)大學(xué)12現(xiàn)代電力系統(tǒng)_一次系統(tǒng)&二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸數(shù)據(jù)采集和傳輸測量保護控制裝置2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)13電力系統(tǒng)的定義廣義的電力系統(tǒng)應(yīng)該是包括生產(chǎn)電能的設(shè)備、輸配變電設(shè)備、消耗電能的設(shè)備、二次系統(tǒng)設(shè)備的統(tǒng)一整體。 什么是電力系統(tǒng)2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)14電力系統(tǒng)的基本參量和結(jié)線圖1. 系統(tǒng)裝機容量 (發(fā)電機額定有功功率總和, kW/MW/GW )2. 系統(tǒng)年發(fā)電量 (發(fā)電機全年發(fā)電量總和, MWh/GWh/TWh)3. 年用電量（所有用戶全年所用電量總和，MWh）4. 最大負荷(一段時間內(nèi)有功負荷最大值, kW/MW/GW )

7、2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)15電力系統(tǒng)的基本參量和結(jié)線圖5. 額定頻率（交流工頻：50Hz，60Hz）6. 最高電壓等級（最高額定電壓，kV）7. 地理結(jié)線圖（顯示該系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所的地理位置，電力線路的路徑以及他們相互間的聯(lián)結(jié)，宏觀印象）8. 電氣結(jié)線圖（顯示該系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、電力線路等主要電機、電器、線路之間的電氣結(jié)線，細致了解）同時參閱2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)16地理結(jié)線圖2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)17地理結(jié)線圖2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)18電氣結(jié)線圖_安徽省電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)

8、分析中提到的電力系統(tǒng)圖，指的是電氣結(jié)線圖2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)191.2 電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求 電能的特點 電能不能大量儲存（儲能） 電力系統(tǒng)暫態(tài)過程非常短促（電力系統(tǒng)暫穩(wěn)態(tài)分析的意義） 與國民經(jīng)濟及日常生活關(guān)系密切（一級負荷、二級負荷、三級負荷） 可靠 I 級負荷：造成人身事故、設(shè)備損壞、產(chǎn)生次品，生產(chǎn)秩序長期不能恢復(fù)，人民生活發(fā)生混亂等 II 級負荷：造成大量減產(chǎn)，將使人民生活受到影響等 III 級負荷：不屬于一級、二級的負荷，如小城鎮(zhèn)供電等2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)201.3 電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求 對電力系統(tǒng)運行的基本要求盡

9、量不間斷供電不間斷供電無任何要求2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)211.2 電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求 優(yōu)質(zhì)- 電壓（無功功率）35kV 5% 10kV 7% （三相供電）220V單相 +7%、-10%- 頻率（有功功率）0.2 Hz （3000MW) 0.5Hz (3000MW) - 波形（1）電壓總諧波畸變率和各次諧波電壓含有量不超過限值（2）各諧波源用戶注入電力系統(tǒng)的諧波電流不超過允許值電熱電爐、電力電子設(shè)備第六章第五章2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)221.2 電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求 經(jīng)濟 燃料成本煤/石油/天然氣 廠用電率照明、電動設(shè)備 網(wǎng)損率

10、輸電線路損耗 環(huán)保成本 煤耗率：煤耗率：每生產(chǎn)1kW h電能所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤重，g/ kW h網(wǎng)損率：網(wǎng)損率：電力網(wǎng)絡(luò)中消耗的電能與向電力網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)電能的百分比經(jīng)濟性考核指標(biāo)經(jīng)濟性考核指標(biāo)2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)23 1.3 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級一、幾種典型的結(jié)線方式無備用結(jié)線優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、運行方便缺點：供電可靠性差 適用范圍：（1）三級負荷（2）一級負荷比重不大，且為其單獨配置備用電源（3）由采用自動重合閘裝置架空線路供電的二級負荷單回路放射式單回路鏈?zhǔn)姜毩㈦娫簇摵牲c單回路干線式2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)24有備用結(jié)線類型：環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、雙回

11、路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)、雙端供電 優(yōu)點：供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點：不經(jīng)濟 適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷環(huán)形網(wǎng)絡(luò)雙端供電 1.3 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)25電力系統(tǒng)的電壓等級p 電氣設(shè)備額定電壓之間的配合u供電設(shè)備：比額定電壓等級高5%u受電設(shè)備：等于額定電壓等級u變壓器一次側(cè)作為受電設(shè)備：（1）升壓變壓器，連接發(fā)電機，等于發(fā)電機的額定電壓，即1.05UN（2）降壓變壓器，連接線路，即UNu變壓器二次側(cè)作為負荷的供電設(shè)備：（1）比額定電壓等級高10%：供電設(shè)備高5%UN+自身5%UN損耗（2）若二次側(cè)輸電距離較短或變壓器阻抗較小時

12、，可以比額定電壓等級高5%p 電力系統(tǒng)電壓等級：3、6、10、35、110、220、330、5002022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)26電力系統(tǒng)的電壓等級用 電 設(shè) 備 /線路額 定 線 電 壓（kV）交 流 發(fā) 電機 線 電 壓（kV）變 壓 器 線 電 壓（kV）一 次 繞 組二 次 繞 組3610351102203305003.156.310.515.75 3及3.15 6及6.3 10及10.5 15.7535110220330500 3.15及3.3 6.3及6.6 10.5及1138.5121242345及363525及550電力系統(tǒng)的額定電壓等級1.05倍倍1倍倍1

13、.05倍倍1.05倍倍1.1倍倍1倍倍1.1倍倍2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)27電力系統(tǒng)中性點的運行方式負負荷荷ABCCCCICb. 中性點不接地負負荷荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)a. 中性點直接接地在我國：u110kV及以上的系統(tǒng)中性點直接接地u60kV及以下的系統(tǒng)中性點不接地單相接地時，接地相電流很大，為避免損壞設(shè)備，需迅速切除接地相甚至三相特點：供電可靠性低單相接地時，非接地相對地電壓升高為線電壓，需提高設(shè)備絕緣特點：可靠性高，但絕緣水平要求高2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)28電力系統(tǒng)中性點的運行方式負負荷荷ABCCCCILICICCICBI

14、CAICCICBICAIPELc. 中性點經(jīng)消弧線圈接地中心點不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時，較大的容性電流可能使接地點電弧不能自行熄滅并引起弧光接地過電壓，甚至發(fā)生嚴重的系統(tǒng)性事故加裝消弧線圈（電抗線圈）的原理：加裝消弧線圈（電抗線圈）的原理：增加感性電流分量，抵消容性電流分量，減小接地點電流，使電弧易于自行熄滅，提高供電可靠性需加裝消弧線圈的中性點：需加裝消弧線圈的中性點：36kV網(wǎng)絡(luò) 容性電流30A10kV網(wǎng)絡(luò) 容性電流20A3560kV網(wǎng)絡(luò) 容性電流10A2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)29 1.4 電力系統(tǒng)工程學(xué)科和電力系統(tǒng)分析課程 電力系統(tǒng)的工程學(xué)科的范疇 電力系統(tǒng)理論：

15、面向現(xiàn)代電力系統(tǒng)的理論，是其它各個領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。 輸配電技術(shù)：輸配電技術(shù)主要涉及超高壓輸電線路、遠距離交直流輸電系統(tǒng)設(shè)計以及提高輸電線路輸送能力的方法等方面的研究。 電力系統(tǒng)規(guī)劃：遠景負荷預(yù)測、電源規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、可靠性分析、環(huán)境保護、生態(tài)平衡等方面的問題。2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)30 1.4 電力系統(tǒng)工程學(xué)科和電力系統(tǒng)分析課程 電力系統(tǒng)的工程學(xué)科的范疇 電力系統(tǒng)運行：穩(wěn)態(tài)運行分析、暫態(tài)過程分析、安全性分析、電能質(zhì)量管理、運行方式優(yōu)化等方面的內(nèi)容。 電力系統(tǒng)保護：故障分析、元件保護、線路保護、系統(tǒng)性故障保護和過電壓及其防護等方面的問題。 電力系統(tǒng)控制：數(shù)據(jù)采集、個別變

16、量的調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量控制、運行優(yōu)化控制、安全性控制、能量管理系統(tǒng)等方面的問題。2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)31電力系統(tǒng)分析課程電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài) 指系統(tǒng)正常的、相對靜止的運行狀態(tài)。 發(fā)電量與負荷相等； 所有運行設(shè)備的電流/電壓/頻率、波形在允許范圍內(nèi)； 所有發(fā)電機在負荷正常變動和小擾動時保持同步; 運行變量的變化特性與時間無關(guān)，描述其特性的是代數(shù)方程。2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)32電力系統(tǒng)分析課程電力系統(tǒng)暫態(tài) 指電力系統(tǒng)從一種運行狀態(tài)向另一種狀態(tài)過渡的過程。 特指電力系統(tǒng)非正常的、變化較大以至引起系統(tǒng)從一個穩(wěn)定運行狀態(tài)向另一個穩(wěn)定運行狀態(tài)過渡的變化過程。 電力系統(tǒng)暫態(tài)中的運行變量與時間有關(guān)，描述其特性的是微分方程。2022-3-14電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 合肥工業(yè)大學(xué)33電力系統(tǒng)分析課程特點 工程概念很強，既有嚴格的理論推導(dǎo)，又有必要合