1、电力系统分析电力系统分析1 1、教材：中国电力出版社、教材：中国电力出版社 夏道止夏道止2 2、本课程特点、前修课程、后续课程、本课程特点、前修课程、后续课程 特点：特点： 前修课程：电路理论、电机学，电磁场、前修课程：电路理论、电机学，电磁场、高等数学，线性代数，高等数学，线性代数， 后续课程：继电保护、电力系统自动化等后续课程：继电保护、电力系统自动化等3 3、 教学参考书教学参考书: :4 4、 考核方式：考核方式： 笔试（闭卷，笔试（闭卷，120120分钟、卷面分钟、卷面100100分，占分，占7070），平时（主要是上课考勤记录、课堂练），平时（主要是上课考勤记录、课堂练习、作业，占
2、习、作业，占2020），实验（），实验（1010）前言前言特点电能不能大量存储；电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；过渡过程十分短暂；电能生产与国民经济各部门和人民生电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系；活有着极为密切的关系；电力系统的地区性特点较强电力系统的地区性特点较强第一章 电力系统的基本概念1 11 1 电力系统概述电力系统概述1 12 2 我国电力工业和电力系统简介我国电力工业和电力系统简介1 13 3 对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求1 14 4 结线方式和电压等级结线方式和电压等级1 15 5 课程的主要内容课程的主要内容第一章第一章 电力系统的基
3、本概念电力系统的基本概念重点重点及及难点难点：重点： 1、电力系统的基本概念 2、电力系统的基本要求 3、电能质量 4、结线方式 5、电压等级难点： 1、电能质量 2、电压等级11 电力系统概述一、电力系统的形成和发展一、电力系统的形成和发展电磁感应定律电磁感应定律（1831年法拉第）年法拉第）直流发电机直流发电机（1882年年三相交流三相交流高压直流输电高压直流输电发展n电压、输送距离、输送功率；电压、输送距离、输送功率；n电源的构电源的构 成；成；n负荷的构成；负荷的构成；n高度自动化；高度自动化；n远距离大容量直流输电远距离大容量直流输电11 电力系统概述二、电力系统的组成二、电力系统的
4、组成工业工业农业农业商业商业生活生活发电发电 输电输电 配电配电 用电用电电网电网电力系统电力系统11 电力系统概述二、电力系统的组成二、电力系统的组成 1、来源来源 火电：锅炉汽轮机发电机火电：锅炉汽轮机发电机 水电：水库水轮机发电机水电：水库水轮机发电机 核电：核反应堆汽轮机发电机核电：核反应堆汽轮机发电机 其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等11 电力系统概述二、电力系统的组成二、电力系统的组成2、基本概念基本概念n电力系统电力系统是由是由发电厂、变电所、输电线、发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、组成的。是
5、现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。最庞杂的工程系统之一。n电力网络电力网络是由是由变压器、电力线路变压器、电力线路等变换、等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。输送、分配电能设备所组成的部分。n动力系统动力系统在电力系统的基础上，把发电厂在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统反应堆等）包含在内的系统二、电力系统的组成二、电力系统的组成n一次系统：直接参与生产、输送、分配使用电能的设备一次设备一次回路n二次系
6、统：对一次设备进行测量、保护、监视、控制的的设备二次设备二次回路11 电力系统概述三、电力系统的基本参量和接线图三、电力系统的基本参量和接线图1 1、基本概念、基本概念n总装机容量指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。n年发电量指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。 n最大负荷指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 11 电力系统概述三、电力系统的基本参量和接线图三、电力系统的基本参量和接线图1 1、基
7、本概念、基本概念n额定频率按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。 n最高电压等级是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。1-2 发电厂生产过程-火电厂n分类n燃料：煤，燃油，燃气n原动机：汽轮机汽轮机，蒸汽机，内燃机，燃气轮机n作用：凝汽式火电厂，热电厂凝汽式火电厂生产过程n能量转换 化学能-热能-机械能-电能n主要组成：锅炉及附属设备汽轮机及附属设备发电机及励磁机凝汽式火电厂生产过程1-2 发电厂生产过程-水电厂n坝式：坝后式（三峡）：高中水头，河床式（葛洲坝）n引水式1-2 发电厂生产过程-核电厂1-3 电力系统负荷n负荷的构成负荷的构成用电设备用电设备电力系统的
8、综合用电负荷：用户消耗功率电力系统的综合用电负荷：用户消耗功率之和之和电力系统供电负荷电力系统供电负荷发电负荷发电负荷1-3 电力系统负荷n负荷曲线负荷曲线 分类：分类：按按负荷种类负荷种类分，可分为有功功率负荷分，可分为有功功率负荷和无功功率负荷曲线；和无功功率负荷曲线； 按按时间段长短时间段长短分，可分为日负荷和年分，可分为日负荷和年负荷曲线负荷曲线 按按计量地点计量地点分，可分为个别用户、电分，可分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个系统的负力线路、变电所、发电厂乃至整个系统的负荷曲线荷曲线 将上述三种特征相组合，就确定了某一种特将上述三种特征相组合，就确定了某一种特定的负荷曲线
9、。定的负荷曲线。1-3 电力系统负荷n电力系统的有功功率日负荷曲线：为拿握电力系统的运行，这种负荷曲线很有用，它是制订各发电厂发电负荷计划的依据。1-3 电力系统负荷n年最大负荷曲线：作用，检修扩建n年持续负荷曲线;作用，电能计算，求最大负荷利用小时数Tmax。14 我国电力系统一、我国主要电力系统概述一、我国主要电力系统概述二、电力系统的接线方式和电压等级二、电力系统的接线方式和电压等级三、中性点接地方式三、中性点接地方式14 我国的电力系统一、我国电力系统概况一、我国电力系统概况 我国的电力工业起步很早，但发展缓慢。早在我国的电力工业起步很早，但发展缓慢。早在1882年镕波年镕波列茨进行第
10、列茨进行第次高压输电试验时，在上海就已出现了我国第一次高压输电试验时，在上海就已出现了我国第一个发电厂。但直至个发电厂。但直至1949年，全国的总装机容量仅达年，全国的总装机容量仅达1850Mw，年，年发电量仅达发电量仅达4l 3Twh。嗣后，经三十年努力，至。嗣后，经三十年努力，至1980年底，全国年底，全国的总装机容量增加为的总装机容量增加为658691Mw，年发电量增加为，年发电量增加为3006TW*h，分别上升为世界第八、第六位。，分别上升为世界第八、第六位。 近年来，我国发电设备装机容量增长很快，每年约近年来，我国发电设备装机容量增长很快，每年约15000Mw，已居世界首位，已居世界
11、首位，1992年底总装机容量年底总装机容量1665324Mw、年发电量年发电量7542TWh、均巳进、均巳进步上升为世界第四位。自步上升为世界第四位。自1996年稳居第年稳居第2位，位，2011年底装机容量年底装机容量 10.5亿千瓦。二 电力系统的结线方式和电压等级放射式放射式干线式干线式树状树状无无备备用用结结线线包括单回路放射式、干线式和链式网络包括单回路放射式、干线式和链式网络优点：简单、经济、运行方便优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷适用范围：二级负荷1、结线方式、结线方式二 电力系统的结线方式和电压等级环行网络环行网络双端供电双端供电
12、有有备备用用结结线线包括双回路放射式、干线式和链式网络包括双回路放射式、干线式和链式网络 优点：供电可靠性和电压质量高优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷适用范围：电压等级较高或重要的负荷二 电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围、电压等级及其适用范围1）、电力系统的额定电压等级电压等级的选择 S = 3U2I I （U1U2）/Z传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系SConst， l U2lConst， S U2U1I U2SZ二 电力系统的结线方式和电压等级1）、电力系统的额定电压等级额 定 电 压 等 级 变 压
13、器 线 电 压 用 电 设 备 额 定 线 电 压 交 流 发 电 机 线 电 压 一 次 绕 组 二 次 绕 组 3 6 10 35 110 220 330 500 3.15 6.3 10.5 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 35 110 220 330 500 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11 38.5 121 242 345 及 363 525 及 550 二 电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围、电压等级及其适用范围说明：说明：1. 1. 用电设备的容许电压偏移一般为用电设备的容许电压偏移一般为5%5%；2. 2. 沿线
14、路的电压降落一般为沿线路的电压降落一般为10%10%；3. 3. 在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%5%。二 电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围、电压等级及其适用范围电力网络中电压分布采取的措施：电力网络中电压分布采取的措施：1. 1. 取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；有设备能在接近它们的额定电压下运行；2. 2. 取线路始端电压为额定电压的取线路始端电压为额定电压的105%105%；3. 3. 取发电机的额定电压为线路额定电压的取发电机的额定电压
15、为线路额定电压的105%105%；4. 4. 变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压电压。 二 电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围、电压等级及其适用范围变压器的电压等级变压器的电压等级n升压变压器（例如升压变压器（例如35/121，10.5/242）二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高相当于发电机
16、，应比线路的额定电压高5%，加，加上变压器内耗上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于，所以二次侧额定电压等于用用电设备的额定电压电设备的额定电压110%110%。直接和发电机相联的变压器直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压一次侧额定电压等于等于发电机的额定电压即发电机的额定电压即105105U UN N；一次侧（低压侧）不直接接电源，相当于用电一次侧（低压侧）不直接接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压用电设备的额定电压U UN N；二 电力系统的结线方式和电压等级2、电压等级及其适用范围、电压等级及其适用范围变压器的电压等级变压器的电压等级n
17、降压变压器（降压变压器（110/38.5，220/38.5）一次侧（高压侧）接线路末端，相当于一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备用电设备的额定电压；的额定电压；二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高电机，应比线路的额定电压高5%，加上变，加上变压器内耗压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于，所以二次侧额定电压等于用用电设备的额定电压电设备的额定电压110%110%。三、中性点接地方式三、中性点接地方式n中性点接地n 中性点不接地1、供电可靠性2、绝缘投资与运行维护费用3、中
18、性点经消弧线圈接地简单分析 36kV网络 30A 10kV网络 20A 3560kV网络 10A 中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿和欠补偿之分15电力系统的特点和运行的基本要求特点特点 电能不能大量储存电能不能大量储存 暂态过程非常短促暂态过程非常短促 与国民经济及日常生活关系密切与国民经济及日常生活关系密切要求要求 安全安全 优质优质 经济经济 环保环保13电力系统运行应满足的基本要求安全：安全：保证可靠的供电保证可靠的供电 措施措施电源与电网的建设（西电东送全国电源与电网的建设（西电东送全国联网）联网） SCADA 设备检修（计划检修设备检修（计划检修状态检修）状态检修） 人员素质人员素
19、质13电力系统运行应满足的基本要求负荷负荷（一级一级 二级二级 三级三级）n一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。n二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。大量减产，人民生活受影响。n三级负荷：所有不属于一、二级的负荷三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。13电力系统运行应满足的基本要求优质优质指标指标 电压：电压： 35kV 5% 10kV 7% 6 10kV 4% 380V 5%（无功功率）无功功率）频率：频率
20、： 0.2（3000mw) 0.5Hz(3000MW） （有功功率）（有功功率）谐波：负荷谐波：负荷 谐波谐波13电力系统运行应满足的基本要求经济经济EX:EX:一台一台600MW火电机组，年利用小时火电机组，年利用小时6000h，煤耗率煤耗率320g/kW.h，煤价：煤价：300元元/吨。吨。Sol： 年发电量：年发电量：600000kW6000h36亿亿kW.h需标煤：需标煤：36亿亿kW.h320g/kW.h115.2万吨标煤万吨标煤燃料费：燃料费：115.2万吨万吨300元元/吨吨34560万元万元1%节约：燃料：节约：燃料：1.152万吨标煤万吨标煤燃料费：燃料费：345.6万元万元
21、厂用电率厂用电率 网损网损煤耗率（水耗率）煤耗率（水耗率）13电力系统运行应满足的基本要求环保环保火电厂装机火电厂装机70 煤炭燃烧造成的污染煤炭燃烧造成的污染 限制污染物的排放量限制污染物的排放量电力工业发展概况及前景电力工业发展概况及前景电力工业的发展状况及前景我国电力系统的发展：我国电力系统的发展：年 份装机容量（万 kW）年发电量（亿 kWh）1949184.8643.119871000049601995210001000020003000013000200135300（2003.2.18）14780年人均电量：年人均电量：我国：我国：1000kW.h中等发达国家：中等发达国家：700
22、0kW.h北欧、美国：北欧、美国：18000kW.h电力工业发展概况及前景电力工业发展概况及前景二、电力系统发展前景二、电力系统发展前景1. 电力工业现代化电力工业现代化超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和直流输电技术直流输电技术2. 电力系统互联的效益与支出电力系统互联的效益与支出各系统间电负荷的错峰效益各系统间电负荷的错峰效益提高供电可靠性、减少系统备用容量提高供电可靠性、减少系统备用容量有利于安装单机容量较大的机组有利于安装单机容量较大的机组进行电网的经济调度进行电网的经济调度进行水电跨流域调度进行水电跨流域调度
23、调峰能力互相支援调峰能力互相支援增加联络线和电网内部加强所需投资以及联络线的运行费用增加联络线和电网内部加强所需投资以及联络线的运行费用当系统间联系较弱时，有可能引起调频的复杂性和出现低频振荡当系统间联系较弱时，有可能引起调频的复杂性和出现低频振荡增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性电力工业发展概况及前景电力工业发展概况及前景3. 电力市场电力市场电力市场是以电价作为控制电力交易的杠杆，进行负荷管理、电力市场是以电价作为控制电力交易的杠杆，进行负荷管理、电力系
24、统运行，在电力生产者、电力消费者和输供电网络管电力系统运行，在电力生产者、电力消费者和输供电网络管理者之间实行平等、公正的等价交换的系统的总称。理者之间实行平等、公正的等价交换的系统的总称。这一改革最早起源于美国（这一改革最早起源于美国（50年代），年代），80年代末英国企业民营年代末英国企业民营化，英国电力改革的成功经验吸引了世界各国的纷纷仿效。化，英国电力改革的成功经验吸引了世界各国的纷纷仿效。改革最成功的要属澳大利亚。改革最成功的要属澳大利亚。基本特征：基本特征：开放性开放性 竞争性竞争性 计划性计划性 协调性协调性基本原则：基本原则：公平公平 公开公开 公正公正电力工业发展概况及前景电力工业发展概况及前景4. IT技术在电力系统中的应用技术在电力系统中的应用5. GPS系统在电力系统中的应用系统在电力系统中的应用6. 谐波治理谐波治理
