1、North China Electric Power University电力工程系电力工程系Department of Electrical Engineering电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis（一）（一）任 建 文 课程内容简介 一.教师自我介绍 二.课程介绍 给出一个课程及电力系统全貌三.讲课方式四.参考书 课程介绍 1.电力专业类专业课程介绍 -传统上的课程划分，为选课提供参考电力系统稳态分析电力系统稳态分析正常的、相对静止的 运行状态电力系统暂态分析电力系统暂态分析从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程 课程介绍电电力力系系统
2、统稳稳态态分分析析电力系统的基本知识和等值网络电力系统的基本知识和等值网络电力系统正常运行状况的分析和计算电力系统正常运行状况的分析和计算电力系统有功功率电力系统有功功率频率、无功功率频率、无功功率电压的控制与调整电压的控制与调整 课程介绍电电力力系系统统暂暂态态分分析析波过程波过程操作或雷击产生的过电压操作或雷击产生的过电压(过程最短过程最短)高压课程高压课程 主讲主讲电磁暂态过程电磁暂态过程与短路及励磁有关与短路及励磁有关(过程较长过程较长)机电暂态过程机电暂态过程与动力系统有关与动力系统有关(过程最长过程最长)涉及电压、电流涉及电压、电流电力系统故障分析电力系统故障分析 主讲主讲涉及功率
3、、功角涉及功率、功角导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行短路计算短路计算对称分量法及序网概念对称分量法及序网概念不对称故障的分析与计算不对称故障的分析与计算静稳静稳暂稳暂稳 课程介绍发发电电厂厂电电气气部部分分电气主接线电气主接线卖电的网络卖电的网络电器的原理与选择电器的原理与选择卖电的工具卖电的工具控制与信号控制与信号二次系统二次系统配电装置配电装置电器的组合及布置电器的组合及布置高压断路器运行高压断路器运行同步发电机的运行同步发电机的运行变压器的运行变压器的运行 课程介绍电电力力系系统统继继电电保保护护原原理理电流保护电流保护距离保护距离保护高频保护高频保护
4、自动重合闸自动重合闸变压器保护变压器保护发电机保护发电机保护母线保护母线保护 课程介绍 2.电力工程 非电力类专业选修课程，了解电力系统的入门非电力类专业选修课程，了解电力系统的入门课程，深度不够、面面俱到课程，深度不够、面面俱到稳态分析稳态分析故障计算故障计算一、二次系统一、二次系统稳定性稳定性防雷防雷综合性综合性基础性基础性50学时学时五门电专业课程五门电专业课程三掌握三掌握基本知识基本知识基本计算基本计算基本原理基本原理二目的二目的一般性认识一般性认识业务技术管理业务技术管理 课程介绍主要学习电力系统的基本知识，分七章介绍主要学习电力系统的基本知识，分七章介绍电力系统的组成电力系统的组成
5、发、输、变、配发、输、变、配短路电流分析与计算短路电流分析与计算故障分析，三相短路概念故障分析，三相短路概念电气参数及等值电路电气参数及等值电路物理元件的数学模型物理元件的数学模型稳态分析与计算稳态分析与计算功率流动、功率流动、潮流计算、有功潮流计算、有功调整、无功调整调整、无功调整发电厂和变电所一次系统发电厂和变电所一次系统接线方式，电气设备接线方式，电气设备发电厂和变电所二次系统发电厂和变电所二次系统继电保护，电网监护继电保护，电网监护电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性静稳、暂态稳定静稳、暂态稳定 课程介绍3.电力系统分析基础 -改革后的电力系的平台课程主要学习电力系统稳态和短路分析知识
6、主要学习电力系统稳态和短路分析知识电力系统的基本概念电力系统的基本概念发、输、变、配。发、输、变、配。8学时学时电力网元件参数及等值电路电力网元件参数及等值电路物理元件的物理元件的 数学模型数学模型 8学时学时简单电力网稳态分析与计算简单电力网稳态分析与计算功率流动、功率流动、手工手工潮流计算潮流计算 8学时学时 课程介绍电力系统潮流的计算机算法电力系统潮流的计算机算法 潮流计算的潮流计算的基本原理、数学模型、求解方法和计算程基本原理、数学模型、求解方法和计算程序框图序框图 。8学时学时有功最优分配及频率控制有功最优分配及频率控制如何保证低损如何保证低损耗、耗、高回收高回收 6学时学时无功功率
7、及电压调整无功功率及电压调整如何使无功合理分布如何使无功合理分布使电压损耗最小使电压损耗最小 6学时学时短路电流分析与计算短路电流分析与计算三相短路及不对称故三相短路及不对称故障计算障计算 20学时学时 讲课方式1、侧重基础、侧重基础2、物理概念与数学模型相结合、物理概念与数学模型相结合3、补充新概念及专业领域研究成果和方向、补充新概念及专业领域研究成果和方向4、辅助教学手段，录像、模型、图片、辅助教学手段，录像、模型、图片5、以讲为主，自学为辅、以讲为主，自学为辅6、听课自由，前提是有自学能力、听课自由，前提是有自学能力7、欢迎讨论、提意见、欢迎讨论、提意见8、板书乱、发音不准希望谅解、板书
8、乱、发音不准希望谅解9、考试不会难为同学们，不要求死记硬背、考试不会难为同学们，不要求死记硬背 参考资料1、电力系统分析基础电力系统分析基础 李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版2、电力系统分析复习指导与习题精解、电力系统分析复习指导与习题精解 杨淑英杨淑英 中国电力出版社中国电力出版社5、电力系统自动化、电网技术等杂志、电力系统自动化、电网技术等杂志3、电力系统稳态分析电力系统稳态分析 （第二版）（第二版）东南大学，陈珩，水利电力出版社东南大学，陈珩，水利电力出版社 4、电力系统暂态分析电力系统暂态分析 （第二版）（第二版）西安交通大学，李光琦，水利电力出版社
9、西安交通大学，李光琦，水利电力出版社第一章 电力系统的基本概念 1.电力系统的概念和组成 2.电能变换和电源构成 3.电力系统的负荷 4.电力系统运行的特点及要求 5.电力系统的电压等级 6.电力系统的接线及中性点接地第一节第一节 电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费）第一节第一节 电力系统的概念和组成第一节第一节 电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费）第一节第一节 电力系统的概念和组成从调度、管理、控制的角度看从调度、
10、管理、控制的角度看第一节第一节 电力系统的概念和组成第一节第一节 电力系统的概念和组成第一节第一节 电力系统的概念和组成从发电到用户的供电过程第一节第一节 电力系统的概念和组成第一节第一节 电力系统的概念和组成第一节第一节 电力系统的概念和组成厂厂网网分分家家前前电电网网组组成成第一节第一节 电力系统的概念和组成厂厂网网分分家家前前电电网网情情况况第一节第一节 电力系统的概念和组成重重新新组组合合后后的的大大区区电电网网图图第一节第一节 电力系统的概念和组成 目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高度自动控制的新时代度自动
11、控制的新时代 。截止。截止20192019年底装机总容量已过年底装机总容量已过5 5亿千瓦，到亿千瓦，到2009.82009.8全国拥有的发电装机总容量已过全国拥有的发电装机总容量已过8 8亿千瓦，继续居世界第二。亿千瓦，继续居世界第二。各电网中各电网中500KV500KV（包括（包括330KV330KV）主网架逐步形成和壮大，）主网架逐步形成和壮大，220KV220KV电电网不断完善和扩充，网不断完善和扩充，750KV750KV输电工程（青海官亭输电工程（青海官亭甘肃兰州东）已投甘肃兰州东）已投入试运行，晋东南入试运行，晋东南南阳南阳荆门荆门10001000千伏交流特高压试验示范工程千伏交流
12、特高压试验示范工程已于已于09.109.1试运行。试运行。近十年近十年1994201919942019年，装机由年，装机由2019020190万万kWkW增至增至4407044070万万kWkW，连续，连续1010年平均每年新增发电容量年平均每年新增发电容量24002400万万kWkW，近几年每年新增，近几年每年新增75007500万万KWKW 1990 1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV500KV直直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网，流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网
13、，三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。第一节第一节 电力系统的概念和组成我国电网发展的目标：我国电网发展的目标：即加快建设以特高压电网为骨干网架，即加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。国家电网公司正式公布了其国家电网公司正式公布了其“20202020年全年全面建成以信息化、数字化、自动化、互动化面建成以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一的坚强智能电网为特征的统一的坚强智能电网”发展
14、目标，发展目标，第一节第一节 电力系统的概念和组成050100150200250300350第一节第一节 电力系统的概念和组成两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；责任公司；家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；电力投资集团公司；家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司中国水电工程
15、顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。和中国葛洲坝集团公司。电力体制改革方案：电力体制改革方案：1(电监会电监会)+2(电网公司电网公司)+5(发电集团发电集团)+4(辅业集团辅业集团)第一节第一节 电力系统的概念和组成电电 网网 图图第一节第一节 电力系统的概念和组成兰虚筐内为输电网兰虚筐内为输电网红虚筐内为输电网红虚筐内为输电网第一节第一节 电力系统的概念和组成电力系统为什么要互联并网运行呢？电力系统为什么要互联并网运行呢？1.采用高效率大容量机组减少备用容量 2.合理利用动力资源水、火电互补 3.提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强 4.提高运行的经济性装高效率大
16、容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydro Power BaseThermal BaseAC2019年全国电网互联示意图年全国电网互联示意图DC2019年全国电网互联示意图华北华北西北 华中华中东北东北华东华东南方电网南方电网西藏葛沪直流葛沪直流(DC)姜家营高岭姜家营高岭新乡邯东新乡邯东荆州惠州直流荆州惠州直流(DC)背靠背直流背靠背直流龙政直流龙政直流(DC)三峡20192019年全国电网互联示意图年全国电网互联示意图华北华北 西北西北 东北东北华东华东 南方电网南方电网
17、西藏从三峡到华东从三峡到华东的三回直流的三回直流德阳宝鸡德阳宝鸡 直流直流晋城阳城江苏晋城阳城江苏AC(or DC Link)灵宝背靠背灵宝背靠背直流直流荆州惠州荆州惠州 直流直流姜家营高岭交流姜家营高岭交流新乡邯东新乡邯东背靠背直流背靠背直流华中华中 三峡三峡水电站水电站西北西北华北华北国家国家 发生时间发生时间 事故名称事故名称 事故后果事故后果 美国美国 2019.8.14北美东部北美东部网网损失负荷损失负荷61.8GW，停电，停电8州州1省省5000万人，停电面积万人，停电面积24000平方公里，最长停电平方公里，最长停电29小时，损失小时，损失300亿美元。亿美元。瑞典丹瑞典丹麦麦
18、2019.9.23瑞典丹瑞典丹麦麦停电停电1800MW，影响，影响500万人用电，停万人用电，停6.5小时小时意大意大利利 2019.9.28意大利意大利6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。小时。英国英国2019.8.28伦敦地铁伦敦地铁停电停电724MW，影响，影响41万用户，万用户，50万乘客被困，停电万乘客被困，停电37分钟分钟1小时小时马来西马来西亚亚 2019.9.1马来西亚马来西亚马来西亚北方马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约个州发生大停电事故，停电持续约4个小个小时。时。国外国外0303年发生的大停电事故年发生的大
19、停电事故特大停电事故是现代社会的灾难特大停电事故是现代社会的灾难美国发生的其它大停电事故美国发生的其它大停电事故事故名称事故名称时间时间后果后果美国东北部大停电美国东北部大停电1965.11.9最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直接经济损失达1亿美元。纽约大停电事故纽约大停电事故 1977.7.13停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫，华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。美国西部网大停电美国西部网大停电1994.12.14系统解列成东西南北四个大岛，事故影响到14个州200万人的用电。美国西部网大停电美国西部网大停电2019.7.2系统解列成五个孤岛，事故影响14个州20
20、0万用户美国西部网大停电美国西部网大停电2019.8.10系统解列成四个孤岛，事故影响9个州750万用户美国电网为什么频发大停电事故美国电网为什么频发大停电事故美国电网自美国电网自2019年起已发生年起已发生130多起重大停电事故，和其多起重大停电事故，和其电网的特点有关。电网的特点有关。由初期的自由竞争发展之后，国家由初期的自由竞争发展之后，国家6060年代才介入，导致电年代才介入，导致电压等级混乱，、电网结构强弱不一；压等级混乱，、电网结构强弱不一；电力公司对联邦能源管理委员会电力公司对联邦能源管理委员会FERCFERC和和NERCNERC的规定和导则的规定和导则基本上处于自愿执行、而不是
21、强制执行的状态；基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态；在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员，反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院；电网结构老化，投入不足，电网结构老化，投入不足，对其开发研究的投资比宠物食对其开发研究的投资比宠物食品制造商的还少；品制造商的还少；缺少有效应对紧急情况的方案设计缺少有效应对紧急情况的方案设计；分散安装，协调不足的安全自动化系统。分散安装，协调不足的安全自动化系统。第二节第二节 电能变换和电源构成一、电能变换一、电能变换第二节第二节
22、电能变换和电源构成二、电源构成及展望二、电源构成及展望 火电火电70%、水电、水电20%、核电、核电10%燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）21世纪新能源世纪新能源 热核反应热核反应不使用放射性材料的核能，不使用放射性材料的核能，2030年后实用化年后实用化 2050年时，电力供应是现在的年时，电力供应是现在的23倍（倍（15000亿亿KW.h)核能约占核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系，燃料电池等分散型电源和电力储存系 统约占统约占15%20%第二节第二节 电能变换和电源构成我国的能源结构极不合理我国的能源结构极不合理73.673.625.82
23、5.81.61.60 0火电火电水电水电核电核电其它其它636323.723.74.34.38.88.8目前电源配置情况目前电源配置情况20202020年电源配置情况年电源配置情况第二节第二节 电能变换和电源构成 预计到预计到20202020年全国需要的发电量为年全国需要的发电量为4.34.3万亿万亿kWhkWh，相应的装机容量为相应的装机容量为9.59.5亿亿kWkW左右左右(下限下限8.58.5，上限，上限10.5)10.5)煤电为煤电为6 6亿亿kWkW，占，占63%(63%(电量电量3 3万亿万亿kWhkWh，占，占4.34.3万亿万亿kWhkWh的的70%)70%)水电水电2亿亿kW
24、，占，占21.1%(电量为电量为7000亿亿kWh，占，占16%)；抽水蓄能电站抽水蓄能电站2500万万KW，占，占2.6%；核电原规划核电原规划4000万万kW，新规划，新规划7000万万kW；气气电电7000万万kW，占，占7.3%(电量电量3000亿亿kWh，占，占7%)；新能源新能源：光伏：光伏2000万万kW（原（原180）；风电）；风电1亿亿kW（原（原8000）第二节第二节 电能变换和电源构成 到到2020年全国达到年全国达到4.3万亿万亿kWh的电量，相当于的电量，相当于全国人均占有电量约为全国人均占有电量约为2900kWh(按预测按预测2020年全年全国人口数为国人口数为14
25、.7亿人亿人)，这只比，这只比2000年世界人均电量年世界人均电量2500kWh略高，相当于美国略高，相当于美国50年代初，英国年代初，英国60年年代初的水平，且比西班牙代初的水平，且比西班牙1982年人均占有电量年人均占有电量(3100kWh)还低。而西班牙的用电水平是作为我国还低。而西班牙的用电水平是作为我国电力水平国际比较的参照量之一。电力水平国际比较的参照量之一。20192019年我国发电装机达年我国发电装机达5.75.7亿千瓦亿千瓦 20192019年预计装机仍达年预计装机仍达70007000万千瓦万千瓦 到到20192019年，接近年，接近8 8亿（每年发展亿（每年发展500050
26、00万千瓦装机万千瓦装机 ），已于），已于09.809.8月实现。月实现。第二节第二节 电能变换和电源构成二、电源构成及展望二、电源构成及展望第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电 火电发电火电发电 燃料燃烧燃料燃烧 水水 蒸汽蒸汽 机械能机械能 发电发电 火 电 厂凝汽式效率低（3740%）、容量大，坑口电厂热电厂效率高（6770%）、容量小，城市区第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电第二节第二节 电能变换和电源构成三、火力发电三、火力发电呼盟
27、煤电基地 2160锡盟煤电基地 1200晋东南煤电基地 外送规模2000陕北煤电基地 外送规模1440宁夏灵武煤电基地 外送规模1320蒙西煤电基地 外送规模3000我国部分煤电基地建设设想方案我国部分煤电基地建设设想方案第二节第二节 电能变换和电源构成四、水力发电四、水力发电水水 冲击水轮机旋转冲击水轮机旋转 带动发电机发电带动发电机发电 水 电 厂堤坝式引水式：河床坡度较大时坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂第二节第二节 电能变换和电源构成四、水力发电四、水力发电第二节第二节 电能变换和电源构成第二节第二节 电能变换
28、和电源构成四、水力发电四、水力发电第二节第二节 电能变换和电源构成四、水力发电四、水力发电水 资 源蕴藏量：6.8亿KW可利用量：3.78亿KW20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW三 峡水位：200m流量：14300m3/s可装机：2500万kw计划装机：70*26=1820万kw，09.8已投第二节第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节第二节 电能变换和电源构成三 峡 电 站第二节第二节 电能变换和电源构成总投资总投资603.3603.3亿元、总工期亿元、总工期1212年两个月、装机容量年两个月、装机容量12601260万千瓦的
29、万千瓦的中国第二大水站中国第二大水站溪洛渡水电站，溪洛渡水电站，已于今春正式开工已于今春正式开工 长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电座梯级电站。这站。这4座电站的总装机容量达座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。发电量都超过两个三峡工程。已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万万KW黄黄 河河黑?龙?江 鸭绿江辽河第 二
30、?松 花 江 河河黄黄河淮洪泽湖江长富春江闽江 鄱 阳 湖赣江汉水清 江洞庭湖资水沅水澧水乌江长长江江岷江大渡 河雅砻 江 金沙江黄黄河河大 通 河青海湖洛 河渭 河南?江 盘 红 水 河北江东江澜沧 江怒江雅鲁藏布江通天河塔里木河车尔臣河孔 雀 河葛洲坝271。5隔河岩 120三峡1768天生桥 120天生桥 132岩 滩 120漫 湾 125二 滩 330龙羊峡 128李家峡 200刘家峡 116白 山 150滦河第二节第二节 电能变换和电源构成五、核电厂五、核电厂核 能用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能裂变能：一定能量的中子撞击重金
31、属元素的核（铀、钚）一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆热中子反应堆：铀铀235为燃料，低中子撞击，目前采用为燃料，低中子撞击，目前采用快中子反应堆快中子反应堆：铀铀238、钚、钚239为燃料，高速、高能中子为燃料，高速、高能中子 撞击，效率高撞击，效率高100倍，个别国家使用倍，个别国家使用1kg铀235相当于2700t煤第二节第二节 电能变换和电源构成按减速剂分轻水堆（轻水堆（86%）压力堆（压力堆（PWR）：）：3/4沸水堆（沸水堆（BWR）重水堆重水堆气体冷却堆气体冷却堆195
32、1年第一座100KW核电站在美国现在全世界有441座，总装机3.5亿kw我国秦山（30+2*60+2*70），大亚湾（2*90万KW）第二节第二节 电能变换和电源构成2019年7月前701万kw（9座），即将在浙江三门、广东阳江，江苏田湾各建200万kw，投资500亿人民币2020年我国装机达9.5亿kw,其中核电4000万kw未来15年计划修建40座100万kw核电站核电投资大：1.11.65万元/kw；火电：4000元/kw建设周期：核电70个月；火电：30个月核电比火电寿命长30年第二节第二节 电能变换和电源构成五、核电厂五、核电厂第二节第二节 电能变换和电源构成五、核电厂五、核电厂第二
33、节第二节 电能变换和电源构成五、核电厂五、核电厂第二节第二节 电能变换和电源构成六、新能源发电和电力储存六、新能源发电和电力储存在地球静止轨道建设太阳能电站的项目已在筹划阶段，估计投资将达到2万亿日元(约合210亿美元)。由日本政府和企业研究机构提出来的，计划在距地面22360英里(约合3.6万公里)的高空上建造一个太空太阳能电站。这个电站的发电量可以达到十亿瓦，足够大约30万个家庭的用电需要。第三节第三节 电力系统的负荷一、负荷类型一、负荷类型负荷负荷用电设备在某时刻从系统中取用的功率用电设备在某时刻从系统中取用的功率负负 荷荷 类类 型型异步电动机异步电动机同步电动机同步电动机各类电炉各类
34、电炉整流设备整流设备电子仪器电子仪器电灯电灯负荷变化是随机的负荷变化是随机的规律性用负荷曲线表示规律性用负荷曲线表示线性变化：描述日线性变化：描述日平均负荷变化规律平均负荷变化规律周期变化：描述以周期变化：描述以24h为周期的变化规为周期的变化规律律负荷的具体组成对负荷的具体组成对负荷特性有决定性负荷特性有决定性影响影响第三节第三节 电力系统的负荷二、负荷曲线二、负荷曲线负荷曲线及表示法负荷曲线及表示法日负荷曲线日负荷曲线安排电能生产计划的基础安排电能生产计划的基础年负荷曲线年负荷曲线安排检修计划、装机计划的依据安排检修计划、装机计划的依据第三节第三节 电力系统的负荷1 1、日负荷曲线、日负荷
35、曲线日用电量：日用电量：240PdtW 日平均负荷：日平均负荷：24/24/240PdtWPav负荷率：负荷率：kp=pav/pmax第三节第三节 电力系统的负荷2 2、年负荷曲线、年负荷曲线年用电量：年用电量：iniitPW 1Tmax=W/Pmax第四节第四节 电力系统运行的特点及要求一、运行特点一、运行特点v 电能不能大量储存，电能不能大量储存，发电、变电、输发电、变电、输电和用电同时进行。电和用电同时进行。v 过渡过程非常迅速（过渡过程非常迅速（30万万KM/S）v 电力和国民经济各部门关系密切电力和国民经济各部门关系密切v 电力系统电能质量要求高，对电压、电力系统电能质量要求高，对电
36、压、频率、波形都有严格的国家标准。频率、波形都有严格的国家标准。第四节第四节 电力系统运行的特点及要求二、运行要求二、运行要求最大限度地满足用户的用电要求最大限度地满足用户的用电要求保证供电的可靠性（保证供电的可靠性（3040倍，分类负荷）倍，分类负荷）保证电能质量（电压、频率、波形）保证电能质量（电压、频率、波形）提高电力系统的经济性提高电力系统的经济性第五节第五节 电力系统的电压等级一、电力系统标称电压和最高电压一、电力系统标称电压和最高电压标称电压标称电压经济电压：经济电压：cosUI3P电压高，损耗小电压高，损耗小绝缘水平高，投资大绝缘水平高，投资大制定标准电压，以便实现互联制定标准电
37、压，以便实现互联最高电压：最高电压：正常运行时，系统中出现的电压最高值正常运行时，系统中出现的电压最高值二、电气设备的额定电压和最高电压二、电气设备的额定电压和最高电压最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好第五节第五节 电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压三、如何确定电气设备的额定电压=电网额定电压电网额定电压升压变：升压变：=发电机额定电压发电机额定电压同一标称电压下，不同电气的额定电压是不同的同一标称电压下，不同电气的
38、额定电压是不同的1 1、用电设备允许偏差、用电设备允许偏差%5 2 2、线路首末端允许偏差、线路首末端允许偏差%101.05UN0.95UNU2U1UN3 3、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压、发电机在首端：额定电压高出接入电网电压 5%5%4 4、变压器、变压器一次侧：用电设备一次侧：用电设备降压变：降压变：=电网额定电压电网额定电压UN二次侧：发电设备二次侧：发电设备额定电压为空载电压额定电压为空载电压内部损耗约内部损耗约5%5%二次电压高出二次电压高出10%10%第五节第五节 电力系统的电压等级三、如何确定电气设备的额定电压三、如何确定电气设备的额定电压第五节第五节 电力系统的电压
39、等级四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围四、不同标称电压下传输距离和传输功率范围第五节第五节 电力系统的电压等级五、五、电压等级的电压等级的电压等级的划分电压等级的划分 100多年来，输电电压由最初的多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发逐步发展到展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。输电电压一般分高压、超高压和特高压。输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压高压(HV)：35220kV；超高压；超高压(EHV)：330 750kV；特高压；特高压(UHV)：1000kV及以上。及以上。高压直流（高压直流（H
40、VDC）：）：600kV及以下；特高及以下；特高压直流（压直流（UHVDC）：）：600kV以上，包括以上，包括750kV 和和800kV。六、六、各电压等级输电线路的输电能力各电压等级输电线路的输电能力电压电压(kV)(kV)2202203303305005001100110015001500功率功率(MW)(MW)1321322952958858855180518099409940距离距离(KM)(KM)100-100-200200300-300-500500500-500-100010002000-2000-30003000走廊走廊(M)(M)45459090120120 P P U U
41、2 2，故电压等级提高，故电压等级提高1 1倍，输送功率倍，输送功率提高提高4 4倍以上，但输电距离超过倍以上，但输电距离超过100KM100KM时时,可能出现稳定问题。可能出现稳定问题。第六节第六节 电力系统的接线及中性点接地接线图（电气元件连接图）接线图（电气元件连接图）地理接线图地理接线图电气接线图电气接线图1、地理接线图（元件的相、地理接线图（元件的相对地理位置及输电线路距离）对地理位置及输电线路距离）一、电力系统接线图及接线方式一、电力系统接线图及接线方式第六节第六节电力系统的接线及中性点接地2、电气接线图、电气接线图无备用：结构简单、投资少、可靠性差无备用：结构简单、投资少、可靠性
42、差有备用：每个用户由两个或以上电源供电有备用：每个用户由两个或以上电源供电第六节第六节电力系统的接线及中性点接地二、电力系统中性点接地方式二、电力系统中性点接地方式中中性性点点接接地地的的影影响响交流输电用三相，经发电机、变压器时，用星形联接交流输电用三相，经发电机、变压器时，用星形联接形成中性点形成中性点短路电流大小短路电流大小绝缘水平绝缘水平供电可靠性供电可靠性接地保护方式接地保护方式对通信的干扰对通信的干扰系统接地方式系统接地方式中中性性点点接接地地方方式式直接接地直接接地大电流系统大电流系统 110kv及以上及以上不直接接地不直接接地小电流系统小电流系统 110kv以下以下小电流系统小
43、电流系统不接地不接地经消弧线圈接地经消弧线圈接地经电阻接地经电阻接地第六节第六节电力系统的接线及中性点接地1 1、中性点直接接地系统一相接地的特点、中性点直接接地系统一相接地的特点故障相电流大故障相电流大故障相及中性点故障相及中性点 对地电压为零对地电压为零非故障相对地电非故障相对地电 压仍为相电压压仍为相电压与故障相相关的与故障相相关的线电压降为相电压线电压降为相电压第六节第六节电力系统的接线及中性点接地2 2、中性点不接地系统一相接地的特点、中性点不接地系统一相接地的特点故障电流小故障电流小中性点对地电压中性点对地电压 升高为相电压升高为相电压非故障相对地电非故障相对地电 压升为线电压压升
44、为线电压三相线电压仍对称三相线电压仍对称第六节第六节电力系统的接线及中性点接地3 3、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点装设的目的：熄灭接地电流产生的电弧装设的目的：熄灭接地电流产生的电弧装设原则装设原则补偿方式补偿方式36kv电网：电网：30A10kv电网：电网：20A3566kv电网：电网：10A过补（过补（IpIc），一般采用这种方式），一般采用这种方式欠补（欠补（IpIc）全补（全补（Ip=Ic），不允许，容易谐振），不允许，容易谐振第七节第七节电力系统的高次谐波一、高次谐波的概念及谐波源一、高次谐波的概念及谐波源1 1、高次谐波的概念及产生
45、原因、高次谐波的概念及产生原因)tsin()t(Itsin)t(UIUmm 理想系统：理想系统：f=50hz，=2f负荷线性则负荷线性则u，i保持正弦波保持正弦波 由于存在非线性元件（换流设备、二极管、铁芯元件）由于存在非线性元件（换流设备、二极管、铁芯元件）使使u，i波形畸变波形畸变谐波污染谐波污染发生畸变后仍为周期函数，可用付里叶分析法发生畸变后仍为周期函数，可用付里叶分析法 1nn1nm01nn1nm0)tnsin(II)t(i)tnsin(UU)t(u第七节第七节电力系统的高次谐波2 2、畸变率畸变率衡量畸变的程度衡量畸变的程度0.38(5%)；6及及10(4%)；35及及66(3%)
46、；110(2%)%100IID%100UUD12n2nI12n2nU 3 3、谐波源谐波源谐波电压源谐波电压源发电机，和负荷无关，值很小发电机，和负荷无关，值很小谐波电流源谐波电流源非线性负载产生，换流、电气化铁路非线性负载产生，换流、电气化铁路 是主要来源是主要来源第七节第七节电力系统的高次谐波二、二、高次谐波的危害及抑制高次谐波的危害及抑制1 1、危害危害附加损耗，使设备发热附加损耗，使设备发热影响测量精度影响测量精度干扰音频通信干扰音频通信对电子控制、继电保护造成干扰，导致误动对电子控制、继电保护造成干扰，导致误动2 2、抑制抑制T T采用采用Y/Y/接线，消除接线，消除3n3n次谐波次
47、谐波加装调谐滤波器吸收谐波，加装调谐滤波器吸收谐波，x=x=L-1/cL-1/c并联补偿电容器加装串联电抗器材并联补偿电容器加装串联电抗器材增加整流器的脉冲次数增加整流器的脉冲次数减少纹波减少纹波第一章第一章 作业作业1 1、电力系统为什么要并网互联运行？举出我国现有的几个、电力系统为什么要并网互联运行？举出我国现有的几个跨省电网。跨省电网。2 2、我国现行规定的电力线路额定电压等级有哪些？、我国现行规定的电力线路额定电压等级有哪些？3 3、简述发电机、变压器和输电线路的额定电压是如何确定、简述发电机、变压器和输电线路的额定电压是如何确定的？标出图的？标出图1 1所示电力系统中各元件的额定电压所示电力系统中各元件的额定电压 电力工程系电力工程系Department of Electrical EngineeringNorth China Electric Power UniversityThanks Http ncepu.eduee
