1、电气工程及其自动化专业电气工程及其自动化专业Xinjiang University电气工程学院2/ /20Xinjiang University电气工程及其自动化专业电气工程及其自动化专业u 教教 材：材： 陈陈 珩珩. 电力系统稳态分析电力系统稳态分析. 中国电力出版社中国电力出版社 李光琦李光琦. 电力系统电力系统暂态分析暂态分析. . 中国中国水利电力出版社水利电力出版社u 参考书：参考书：何仰赞何仰赞. 电力系统分析电力系统分析（上、下）（上、下）. 华中科技大学出版社华中科技大学出版社夏道止夏道止. 电力系统分析电力系统分析. 中国电力出版社中国电力出版社华智明华智明. . 电力系统
2、电力系统. . 重庆大学出版社重庆大学出版社3/ /20Xinjiang University电气工程及其自动化专业电气工程及其自动化专业1、课程的性质和目的：本课程是电气工程及其自动化专业的主要专业课程之一，是一门理论性和实践性都很强的课程。通过本课程的学习，使学生对电力系统的组成、运行特点、分析方法有全面的了解；熟悉电力系统各元件的特点、数学模型和相互间的关系，理解并掌握电力系统稳态和暂态分析分析的物理概念、原理和方法；并在工程分析计算和解决实际问题的能力上得到训练和培养，为今后进一步的学习和在实践中的应用打下一定的基础。 2、课程主要内容电力系统元件模型及参数计算电力系统元件模型及参数计
3、算电力网的电压和功率分布电力网的电压和功率分布电力系统的电压和频率调整电力系统的电压和频率调整稳态分析稳态分析故障分析故障分析稳定性分析稳定性分析 电力系统分析电力系统分析电力系统的三相短路电力系统的三相短路电力系统的不对称故障电力系统的不对称故障电力系统的机电特性电力系统的机电特性电力系统的暂态稳定电力系统的暂态稳定电力系统的静态稳定电力系统的静态稳定第一章 电力系统的基本概念u电力系统的组成u对电力系统运行的基本要求u电力系统的负荷和负荷曲线u电力系统的额定电压、电力输送中电压与输送容量的关系u电力传输的接线方式升压变压器升压变压器高压输电高压输电网网降压变压器降压变压器 （1）电力系统：
4、生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。 （2）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。 （3）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。电力系统的组成电力系统的组成1电力系统的发展简史 2我国的电力系统 电力工业发展概况电力工业发展概况1.高压输电的发展历程（1）（1）高压输电的出现与电压等级的提高u1890年，英国从Deptford到伦敦45km的10kV线路u1891年，德国从Lauffen到法兰克福170km的15kV线路u远距离大容量输电是提高输电电压的动力。1. 高压输电的发展历程（2）（2）特高压（1000kV以上）输电的出现与展望u习惯上，1100
5、kV为高压， 1001000kV为超高压， 1000kV以上为特高压。u20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究u1985年苏联1228km的1150kV,但至今运行于500kVu20世纪90年代日本300km的1000kV，但至今运行于500kVu目前国际上实际投运的最高电压等级750kV(加、美、俄、巴西、南非等国）u我国西北建设750kV1.高压输电的发展历程（3）（3）直流输电、紧凑型输电和灵活交流输电u直流输电在远距离输电中具有优越性，我国已有多条500kV输电线路。1.高压输电的发展历程（4）u高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国500kV紧凑型输电线路北京昌平到房山
6、。u灵活输电又称柔性输电可以跟灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。u其他：超导输电、低温输电、多相输电。2.中国电力工业的现状与展望（1）发电量：1980年以来，平均年增长率9，现为世 界第二位。2.中国电力工业的现状与展望（2）装机容量：居世界第二位。 华东电网2019年底统调装机容量（兆瓦）电网名称总计火电水电核电上海11848118480江苏2397923879100浙江1230511000995310安徽95108994516福建1537482917083直代管656691628922758全网79581649271158630682.中国电力工业的现状与展望（3）电压等级、输电线
7、路长度与变电设备容量u除西北地区以外： 交 流 ： 5 0 0 k V , 2 2 0 k V , 1 1 0 k V , 3 5 k V , 1 0 k V直流： 500kVu西北地区：750kV,330kV,220kV,10kV,35kV,10kV2.中国电力工业的现状与展望(4)缺电问题与城乡电网改造（第二次课开始） 1970年以来出现缺电问题 2019年低用电水平下的电力平衡。 电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因2.中国电力工业的现状与展望u我国在发电、输电、配电各方面投资比例失调是缺电的另一个方面原因。发电、输电、配电比例u美 国 1 : 0 . 4 3 : 0 .
8、 7 日 本 1 : 0 . 4 7 : 0 . 6 8 英 国 1 : 0 . 4 5 : 0 . 7 8 我国 1:0.21:0.12u我国居民用电比例较低2.中国电力工业的现状与展望u我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发展空间（5）中国电力工业展望u“十五”期间，GDP年增长率78，电力增长率将达6以上。u2019年，25000亿kW.h2.中国电力工业的现状与展望u2019年，30000亿kW.hu2020年， 36000亿kW.hu高压远距离输电是我国面临的主要问题（水电、火电），必须出现新的电压等级。u电能质量问题是我国电力发展必须面临的又一个问题。 华东电网2019年底统
9、调装机容量（兆瓦）电网名称总计火电水电核电上海11848118480江苏2397923879100浙江1230511000995310安徽95108994516福建1537482917083直代管656691628922758全网79581649271158630682019年7月华东电网运行总体情况 本月华东电网运行总体保持平稳，没有发生稳定破坏和大面积停电事故。本月华东电网发电量494.80亿千瓦时，与去年同期相比增长17.68%。其中水电发电量41.94亿千瓦时，与去年同期相比增长44.01%。火电发电量433.30亿千瓦时，与去年同期相比增长13.70%。核电发电量19.57亿千瓦时，
10、与去年同期相比减少11.89%。2019年年7月华东电网负荷状况月华东电网负荷状况 2019年7月各电网最高负荷、月均负荷率 MW %上海江苏浙江安徽福建全网最高负荷1667730945 20384 88871189783665 月均负荷率84.78 8 .68 8 .386.589.089.3 华东电网发电量（万千瓦时）华东电网发电量（万千瓦时） 全网水电火电核电2019年7月494804441937543329791956902019年7月42047501718703810810 222070同比17.6814413.7-11.8当年累计28885545224491225392281124
11、8352同比17.0988.32 13.6510.09 全网上海江苏浙江安徽福建直属及直代管2019年7月494804468841118933208001115851547759942050542019年7月42047506760391392019714290536061589595233792同比17.681.8 36 12 9.231.6-12发电量（万千瓦时）发电量（万千瓦时）1. 电力系统的运行特点电能不能大量的存贮电力系统的暂态过程非常短促与各行业和人民生活密切相关2. 对电力系统运行的基本要求提供充足的电能保证安全可靠的供电保证良好的电能质量良好的经济性环保问题对电力系统运行的基本
12、要求对电力系统运行的基本要求1-2 电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线一电力系统的负荷一电力系统的负荷 1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。3、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。1-2 电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线二负荷曲线：二负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律 1. 日负荷曲线 一天的总耗电量 日平均负荷 240PdtAd
13、24024124PdtAPdav负荷率km 最小负荷系数 maxPPkavmmaxminPP(a）钢铁工业负荷；钢铁工业负荷；(b) 食品工业负荷；食品工业负荷；(c) 农村加工负荷；农村加工负荷；(d) 市政生活负荷市政生活负荷 2. 年最大负荷曲线年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况功功率负荷变化的情况 3. 年持续负荷曲线：年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成持续小时数顺序排列绘制而成 t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量 PdtA876
14、00最大负荷利用小时数 Tmax PdtPPAT87600maxmaxmax1 年最大负荷曲线A=PmaxTmax 表1-2 各类用户的年最大负荷利用小时数负 荷 类 型Tmax/h户内照明及生活用电20003000一班制企业用电15002200二班制企业用电30004500三班制企业用电60007000农 灌 用 电100015001-3 电力系统的额定电压和额定频率电力系统的额定电压和额定频率1. 额定电压和额定频率(50HZ)2. 标准额定电压3. 电气设备的额定电压(发电机,变压器,线路)4. 电力输送中电压与输送容量的关系 UIS3u额定电压和额定频率：当设备在该电压和频率下运行具有
15、最好的技术性能和经济效果。u系统与用电设备的额定电压（表13）u电力网中的电压分布。u额定频率：50Hz。系统的额定电压系统的额定电压电气设备的额定电压1. 线路:等于系统的额定电压2. 发电机：规定比系统的额定电压高5%VaVb)/2V(VVbaN3. 变压器一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发电机直接相连时，则与发电机相同二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%，考虑变压器内部的电压损耗（5%），实际应定为比线路高10%。用线电压表示的抽头额定电压用线电压表示的抽头额定电压220kV升压变压器降压变压器各级电压架空线路的输送能力额额定定电电压压k kV V 输输送送容容量
16、量M MV VA A 输输送送距距离离k km m 额额定定电电压压k kV V 输输送送容容量量M MV VA A 输输送送距距离离k km m 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 典型例题 : ( 1)确定各设备额定电压;(2)若T1工作于+2.5%抽头, T2工作于主抽头,T3
17、工作于-5%抽头,求个变压器变比.10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV5 .10)025. 01 (1211Tk5 .381102Tk11)05. 01 (353Tk1-4 1-4 电力系统的接线方式电力系统的接线方式一一. .电力系统的电气连接方式电力系统的电气连接方式 图图1-9 无备用接线方式无备用接线方式（a）放射式）放射式 （b）干线式样）干线式样 （c） 链式链式有备用有备用图图1-10 有备用接线方式有备用接线方式（a） 放射式样放射式样 （b） 干线式干线式 （c） 链式链式 （d） 环式环式 （e） 两端供电网络两端供电网络二三相电力系统中
18、性点运行方式二三相电力系统中性点运行方式 u发电机定子绕组发电机定子绕组Y Y联结的中性点：联结的中性点： 一种是不接地 另一种是为了防护定子绕组过电压而采用经过避雷器接地。避雷器内部有气隙，所以正常运行和不接地一样。u变压器变压器Y Y接法线圈的中性点接法线圈的中性点： 不接地不接地，1010 35kV35kV系统多属这类情况。系统多属这类情况。 经过一个线性电抗线圈，即经过一个线性电抗线圈，即消弧线圈接地消弧线圈接地，1010 63kV63kV系系统有这种方式。统有这种方式。 直接接地直接接地，110kV110kV及以上电压系统和及以上电压系统和380380220V220V三相四线三相四线
19、低压系统都属这类情况。低压系统都属这类情况。1.中性点不接地系统u 正常运行分析分析： （1）线电压与相电压关系；（线电压与相电压关系；（2）中性点）中性点 电位；（电位；（3）对地电容电流与相电压关系）对地电容电流与相电压关系1.中性点不接地系统u单相（C相）接地分析：分析：（1）中性点对地电位；（）中性点对地电位；（2）非接地相对地电）非接地相对地电 位；（位；（3）对地电容电流）对地电容电流对地电容电流分析对地电容电流分析COACCBCACCCOBCCOCACAACIIIIIIIIIXVXVI33)(333.2.中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地的应用u36kV 电力网 (接地电流
20、 30A) u10kV 电力网 (接地电流 20A)u3560kV 电力网 (接地电流 10A) 3.中性点直接接地系统优点优点:非故障相电非故障相电 压不变压不变.缺点缺点:单相短路电单相短路电 流大流大.4.三相四线制系统三相四线制系统系统中一相接地的特点比较 中性点不接地中性点不接地 中性点直接接地中性点直接接地电流电流中性点电压中性点电压非故障相非故障相电压电压线电压线电压接地点的电容电流是正常运行时一相对地电容电流的3倍故障相电流和流入故障点的电流很大中性点电压升高为相电压故障相和中性点电压为零非故障相对地电压仍为相电压非故障相对地电压升高为线电压与故障相相关的线电压降低为相电压三相之间的线电压保持与正常时相同经消弧线圈接地:适当选择线圈感抗,接地点电流可减小到很小,且熄灭接地电流产生的电弧。其他特点与不接地系统基本相同。
