第1章電力系統(tǒng)的基本概念

電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第一章電力系統(tǒng)的基本概念

第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型第三章簡單電力網(wǎng)絡(luò)的計算和分析第四章復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的計算機(jī)算法第五章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整第六章電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整第一章電力系統(tǒng)的基本概念第一節(jié)電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展

DC以愛迪生為代表AC以G.威斯汀豪斯為代表AC/DC混合現(xiàn)代電力系統(tǒng)

第一節(jié)電力系統(tǒng)概述1880年至1882年間，愛迪生設(shè)計了電燈插座、電鈕、保險絲、電流切斷器、電表、掛燈，還設(shè)計了主線和支線系統(tǒng)，又制成了當(dāng)時世界上容量最大的發(fā)電機(jī)，并在紐約建立第一座發(fā)電廠，開辟了第一個民用照明系統(tǒng)。第一節(jié)電力系統(tǒng)概述西屋電氣公司（WestinghouseElectricCorporation）

1886年1月8日，由G.威斯汀豪斯在美國賓夕法尼亞州創(chuàng)立。西屋電氣公司1886年在美國建立了第一座交流發(fā)電廠，1890年建立了第一條交流輸電線路，1895年在尼亞加拉瀑布安裝了第一臺水輪發(fā)電機(jī)（5000千瓦），1900年制造出美國第一臺汽輪發(fā)電機(jī)。1955年試制成超臨界、二次再熱汽輪發(fā)電機(jī)，1957年建成了美國第一座商用核電站。大古力水電站的巨型水電機(jī)組也是西屋電氣公司制造。公司還最早制成500千伏六氟化硫斷路器,70年代制成1100千伏安變壓器,此外還在世界上率先生產(chǎn)低損耗非晶態(tài)合金配電變壓器。第一節(jié)電力系統(tǒng)概述二、近代電力系統(tǒng)（1）什么是電力系統(tǒng)？

所謂電力系統(tǒng)就是由大量的發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和負(fù)荷組成的旨在生產(chǎn)、傳輸、分配和消費電能的各種電氣設(shè)備按一定方式連成的整體。第一節(jié)電力系統(tǒng)概述（2）電力系統(tǒng)的組成煤、油、水、風(fēng)、核、太陽能、垃圾、地?zé)?、潮汐…升壓輸電降壓配電轉(zhuǎn)換負(fù)荷電能升壓降壓輸電第一節(jié)電力系統(tǒng)概述

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可分為：一次系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和負(fù)荷二次系統(tǒng)：繼電保護(hù)、通信和調(diào)度控制系統(tǒng)

根據(jù)功能的不同，可分為：輸電網(wǎng)：將發(fā)電廠發(fā)出的電能傳輸?shù)截?fù)荷中心配電網(wǎng)：將電能分配給用戶第一節(jié)電力系統(tǒng)概述圖1－3電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡(luò)示意圖第一節(jié)電力系統(tǒng)概述第一節(jié)電力系統(tǒng)概述三、電力系統(tǒng)的基本參量和結(jié)線圖總裝機(jī)容量：系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和。（2012年超1144GW）年發(fā)電量：系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實際發(fā)出電能的總和。（2012年達(dá)49591億千瓦時

）最大負(fù)荷：規(guī)定時間內(nèi)電力系統(tǒng)總有功功率負(fù)荷的最大值第一節(jié)電力系統(tǒng)概述額定頻率：（50Hz）最高電壓等級：（AC750/1000，DC500/800）地理接線圖：反映各發(fā)電廠、變電所的相對地理位置以及電力線路的路徑。電氣接線圖：反映元件之間的電氣聯(lián)系。第一節(jié)電力系統(tǒng)概述圖1－4電力系統(tǒng)的地理接線圖第一節(jié)電力系統(tǒng)概述圖1－4電力系統(tǒng)的地理接線圖第二節(jié)電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求一、電能生產(chǎn)、輸送、消費的特點

1.重要性

如果說石油是現(xiàn)代國家最脆弱的血管，那么電力就是現(xiàn)代國家最脆弱的神經(jīng)！第二節(jié)電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求2.

同時性3.整體性

電能不能大量儲存，其生產(chǎn)、傳輸、分配和消費是同時進(jìn)行的。

生產(chǎn)、輸送、消費電能各環(huán)節(jié)所組成的統(tǒng)一整體不可分割。第二節(jié)電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求4.

快速性5.嚴(yán)格性電能的傳播速度接近于光速。電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的總體效益。第二節(jié)電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求二、電力系統(tǒng)運行的基本要求1.安全可靠持續(xù)供電一級負(fù)荷停電會造成人身事故、設(shè)備損壞人民生活發(fā)生混亂。第二節(jié)電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求二級負(fù)荷停電會造成大量減產(chǎn)，使人民生活受到影響。三級負(fù)荷所有非一、二類負(fù)荷。第二節(jié)電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求2.優(yōu)質(zhì)1）電壓正常允許偏移±

5%UN2）頻率正常允許偏移±

0.2Hz3）波形沒有大的畸變(正弦波)

畸變率：各次諧波有效值平方和的方根值與基波有效值的百分比。4）三相對稱第二節(jié)電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求3.經(jīng)濟(jì)煤耗率：生產(chǎn)1kW?h電能所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤重。標(biāo)準(zhǔn)煤——發(fā)熱量為29.31MJ/kg的煤。線損率：電網(wǎng)中損耗的電能與向電網(wǎng)供應(yīng)的電能之百分比。第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級一、幾種典型結(jié)線方式的特點第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級包括單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)簡單結(jié)線優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟(jì)、運行方便

（無備用）缺點：供電可靠性差適用范圍：二、三級負(fù)荷

包括雙回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)

復(fù)雜結(jié)線優(yōu)點：供電可靠性和電壓質(zhì)量高

（有備用）缺點：投資大適用范圍：電壓等級較高或重要的負(fù)荷第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級二、不同電壓等級的適用范圍1.電力系統(tǒng)的額定電壓等級為什么要規(guī)定電力系統(tǒng)的電壓等級？綜合考慮導(dǎo)線載流部分截面大小和絕緣等要求，對應(yīng)一定的輸送功率和輸送距離有一最合理的線路電壓。注：，輸送功率一定時，電壓越高，電流越小。第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級從設(shè)備制造商的角度考慮，為保證產(chǎn)品的系列性，規(guī)定了電力系統(tǒng)的電壓等級：

0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級用電設(shè)備的額定電壓：UN發(fā)電機(jī)的額定電壓UGN：UN（1+5%

）接在線路的首端，通常還帶有一定量的地方負(fù)荷第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級線路的額定電壓：線路始端和末端的平均電壓=UN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%U1=UN(1+5%)，U2=UN(1-5%)1.05UN0.95UN第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級變壓器的額定電壓在額定負(fù)荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%一次側(cè)是接受電能的，相當(dāng)于用電設(shè)備二次側(cè)送出電能的，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)一次側(cè)：U1N=UN(降壓變壓器或中間聯(lián)絡(luò)變壓器)

U1N=UGN=(1+5%)UN(直接和發(fā)電機(jī)相連變壓器)二次側(cè)：U2N=(1+10%)UN(空載)

U2N=(1+5%)UN(負(fù)載)第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級我國規(guī)定的1kV以上的電力系統(tǒng)額定電壓標(biāo)準(zhǔn)用電設(shè)備額定電壓交流發(fā)電機(jī)額定電壓交流變壓器額定電壓用電設(shè)備額定電壓交流發(fā)電機(jī)額定電壓交流變壓器額定電壓一次繞組二次繞組一次繞組二次繞組33.153,3.153.15,3.3110－11012166.36,6.36.3,6.6(154)(154)(169)1010.510,10.510.5,11220－220242－15.7515.75－330－33036335－3538.5500－500－(60)(60)(66)以上所指額定電壓均為線電壓第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級例1－110.5kV10.5/121kV110/38.5kV35/11kV第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級平均額定電壓大約為電網(wǎng)額定電壓UN的1.05倍;一般在標(biāo)么值計算中采用，可以使計算簡單，且誤差不大。1.3電力系統(tǒng)的額定頻率和額定電壓和額定電壓對應(yīng)的平均額定電壓（kV）額定電壓UN361035平均額定電壓UavN3.156.310.537額定電壓UN110220330500平均額定電壓UavN115230345525第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級2.不同電壓等級的適用范圍一般：750kV以上——特高壓輸電線路

330～750kV——超高壓輸電線路

220kV——高壓輸電線路

35～110kV——高壓配電線路

10kV——中壓配電線路

380/220kV——低壓配電線路第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級表1－2采用架空線時與各額定電壓等級相適應(yīng)的輸送容量和輸送距離線路電壓（kV）輸送容量（MVA）輸送距離（km）線路電壓（kV）輸送容量（MVA）輸送距離（km）30.1～1.01～311010～5050～15060.1～1.24～15220100～500100～300100.2～2.06～20330200～800200～600352～1020～505001000～1500250～850603.5～3030～1007502000～2500500以上第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級3.電力系統(tǒng)中性點的運行方式電力系統(tǒng)的中性點：發(fā)電機(jī)和星形接線變壓器的中性點電力系統(tǒng)中性點接地方式的形式：大接地電流方式（直接接地）：需要斷路器遮斷單相接地故障電流。小接地電流方式（非直接接地）：單相接地電弧能夠瞬間自行熄滅。第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級大接地電流方式中性點有效接地方式（x0/x1≤3和r0/x1≤1）中性點全接地方式中性點經(jīng)低電抗、中電阻和低電阻接地方式小接地電流方式中性點不接地方式中性點經(jīng)消弧線圈接地方式中性點經(jīng)高阻抗接地方式第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級（1）

中性點直接接地系統(tǒng)acbn鉗位作用第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級中性點直接接地方式的特點發(fā)生單相接地立即切除故障，安全性好供電可靠性低，如發(fā)生接地故障，則構(gòu)成短路回路，接地相電流很大各相對地的絕緣水平?jīng)Q定于相電壓一般用于110kV及以上電網(wǎng)第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級（2）中性點不接地系統(tǒng)Xcacbnn(a)電流分布；(b)電勢、電流的相量關(guān)系第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級正常運行

a、電源各相電流分別等于負(fù)荷電流及相對地電容電流的向量和。

b、因為三相對地電容電流的大小相等，相位差120°，故其向量和為零，地中無電容電流通過，中性點電位為零。第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級單相接地故障

a、故障相對地電壓為零；

b、非故障相（B、C相）對地電壓值由相電壓升至線電壓；

c、中性點對地電壓由零升至相電壓

第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級設(shè)A相完全接地，A相對地電壓等于零，中性點對地電壓U0等于

B相對地電壓

C相對地電壓第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級（B、C相）對地電壓值由相電壓升至線電壓,故對地電容電流也升至倍。

接地電流等于正常運行時一相對地電容電流的三倍。第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級

n（3）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)acbn(a)電流分布；(b)電勢、電流的相量關(guān)系第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級

消弧線圈是帶間隙鐵芯的電感線圈，可用以補(bǔ)償電容電流。

接地電容電流近似計算：架空線IC=UL/350電纜IC=UL/10注：L為電壓等級U的線路總長度第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(1)全補(bǔ)償（2）欠補(bǔ)償——產(chǎn)生串聯(lián)諧振（3）過補(bǔ)償

——線路切除或頻率降低易變成全補(bǔ)償——實用脫諧度補(bǔ)償方式第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級中性點不接地方式的特點供電可靠性高，如發(fā)生接地故障，不必切除接地相，但非接地相對地電壓升高為倍相電壓各相對地的絕緣水平?jīng)Q定于線電壓，絕緣費用高一般用于60kV以下系統(tǒng)第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級一般認(rèn)為，對3～60kV網(wǎng)絡(luò)容性電流超過如下數(shù)值時，中性點應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。3～6kV30A