1、电力系统分析基础电力系统分析基础主讲人：杨用春稳态稳态分析分析第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念第二章第二章 电力系统各元件的特性和数学模型电力系统各元件的特性和数学模型第三章第三章 简单电力系统的潮流简单电力系统的潮流计算与计算与分析分析第四章第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法复杂电力系统潮流的计算机算法第五章第五章 电力系统的有功功率和频率调整电力系统的有功功率和频率调整第六章第六章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整第七章第七章 电力系统三相短路分析与计算电力系统三相短路分析与计算第八章第八章 电力系统不对称故障分析与计算电力系统不对称故障分析与计
2、算暂态暂态分析分析n电力系统稳态分析（第三版）电力系统稳态分析（第三版）n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n电力系统暂态分析（第三版）电力系统暂态分析（第三版）n西安交通大学李光琦，水利电力出版社西安交通大学李光琦，水利电力出版社n电力系统分析基础电力系统分析基础n李庚银、杨淑英、栗然，机械工业出版社李庚银、杨淑英、栗然，机械工业出版社n电力系统分析习题集电力系统分析习题集n杨国旺杨国旺n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n杨淑英，中国电力出版社杨淑英，中国电力出版社1.先修课程：电路、电机学先修课程：电路、电机学 2.听课为主、自学为辅听课为
3、主、自学为辅3.按时、独立完成作业按时、独立完成作业4.理解基本概念，不要死记硬背理解基本概念，不要死记硬背5.工程观念和思想，理论结合实际工程观念和思想，理论结合实际第一章 电力系统的基本概念n1.1 1.1 电力系统概述电力系统概述n1.2 1.2 电力系统运行的特点和要求电力系统运行的特点和要求n1.3 1.3 电力系统的接线方式和电压等级电力系统的接线方式和电压等级n1.4 1.4 电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式n1.5 1.5 电力系统分析的含义与内容电力系统分析的含义与内容n1.6 1.6 我国电力系统的发展我国电力系统的发展1.1 1.1 电力系统概述电力系统概
4、述一、电力系统的形成与发展二、电力系统的基本概念三、电力系统的基本参量和接线图1831年法拉第发现电磁感应定律交流发电机直流发电机直流电动机特点：输电电压低，输送距离短，输送功率小。特点：输电电压低，输送距离短，输送功率小。100400V=直流发电机电弧灯M直流电动机电的产生电的产生高压输电高压输电1882年，法国人M 德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能输送到 57km外的慕巴黑，并用以驱动水泵。输电电压：直流15002000V，输送功率：约1.5kW。世界上第一个电力系统！世界上第一个电力系统！57km,15002000V=直流发电机M直流电动机交流输电交流输电1885年制成变压器
5、实现单相交流输电1891年制成三相变压器和三相异步电动机实现三相交流输电178km,25kVLauffen镇法兰克福水轮发电机组95V/25kV25kV/112V1891年德国建成第一条三相交流输电系统年德国建成第一条三相交流输电系统M白炽灯异步电动机95V,230kVA150r/minn三相交流制迅速发展，而直流制被淘汰；n汽轮发电机组取代以蒸汽机为原动机的发电机组；n发电厂之间出现了并列运行；n输电电压、输送距离和输送功率不断增大；n电力系统的规模不断扩大。电力系统的发展电力系统的发展发电发电电力系统电力系统电力网电力网动力动力部分部分动力系统动力系统用电用电输电输电变电变电变电变电电力系
6、统、电力网与动力系统的概念电力系统、电力网与动力系统的概念发电机发电机工业工业农业农业商业商业生活生活 电力系统的组成电力系统的组成（1 1）电力系统：）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、变压器、输电电路和用电统。包括：发电机、变压器、输电电路和用电设备。设备。（2 2）电力网：）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分，电力系统中输送与分配电能的部分，包括变压器和输电电路。包括变压器和输电电路。（3 3）动力系统：）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。动力部分与电力系统组成的整体。二、电力系统的基本概念n总装机容量：总装机容量：指系统
7、中实际安装的发电机组额定有功功指系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦率的总和，以千瓦(kW)、兆瓦、兆瓦(MW)、吉瓦、吉瓦(GW)计。计。n年发电量：年发电量：指系统中所有发电机组全年实际发出电能的指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦总和，以千瓦时时(kWh)、兆瓦、兆瓦时时(MWh)、吉瓦、吉瓦时时(GWh)计。计。n最大负荷：最大负荷：指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值。最大值。n额定频率：额定频率：按国家标准规定，我国所有交流电力系统的按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定频率为额定频率为50Hz。n最高电
8、压等级：最高电压等级：指该系统中最高的电压等级电力线路的指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。额定电压。1电力系统的基本参量电力系统的基本参量n地理接线图地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。2电力系统的接线图电力系统的接线图n地理接线图地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。2电力系统的接线图电力系统的接线图n电气接线图电气接线图：
9、主要显示系统中某发电厂（变电所）主要显示系统中某发电厂（变电所）内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。要电机、电器、线路之间的电气接线。T210kVT1G1G2G3G4110kV220kV某发电厂的电气主接线某发电厂的电气主接线n地理接线图地理接线图：主要显示系统中发电厂、变电所的地主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。n电气接线图电气接线图：主要显示系统中某发电厂（变电所）主要显示系统中某发电厂（变电所）内的发电机、变压
10、器、母线、断路器、电力线路等主内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。要电机、电器、线路之间的电气接线。2电力系统的接线图电力系统的接线图宏观宏观微观微观1.2 1.2 电力系统运行的特点和要求电力系统运行的特点和要求1.可以很方便地转换成其他形式的能，如光能、可以很方便地转换成其他形式的能，如光能、热能、机械能、化学能等。热能、机械能、化学能等。2.便于生产、输送、分配、使用，易于控制。便于生产、输送、分配、使用，易于控制。3.可以方便地将自然界的一次能源转化为电能，可以方便地将自然界的一次能源转化为电能，如煤、石油、天然气、水能、核能、风能和太如煤、
11、石油、天然气、水能、核能、风能和太阳能等。阳能等。1.与国民经济各部门关系密切与国民经济各部门关系密切2.电能不能大量存储电能不能大量存储3.电力系统各个部分不可分割电力系统各个部分不可分割4.过渡过程非常迅速过渡过程非常迅速5.对电能质量要求严格对电能质量要求严格1.保证可靠地持续供电保证可靠地持续供电2.保证良好的电能质量保证良好的电能质量3.提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性安全安全 优质优质 经济经济 环保环保1.保证可靠地持续供电n电网规划与建设电网规划与建设n电源与网架规划、西电东送、全国联网等n电网监视与控制电网监视与控制nSCADA数据采集与监视控制系统（Supe
12、rvisory Control And Data Acquisition）n电气设备在线监测与故障诊断（计划检修状态检修）n负荷分级（一级、二级、三级），故障时，按负荷等级限电。负荷（一级 二级 三级）n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。n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。n三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。n衡量电能质量的基本指标：衡量电能质量的基本指标：n电压质量电压质量n频率质量频率质量2.保证良好的电能质量35kV及以上：及以上：5%10kV及以上：及以上：7%0.2 0.5Hzn主要指标：主要指标：n电压偏
13、差、频率偏差、谐波畸变率、三相不平衡度、电压偏差、频率偏差、谐波畸变率、三相不平衡度、电压波动和闪变。电压波动和闪变。n原因：原因：n整流设备、电力机车、电弧炉、压钢机等非线性负荷整流设备、电力机车、电弧炉、压钢机等非线性负荷和冲击负荷造起系统谐波、不对称、电压波动等。和冲击负荷造起系统谐波、不对称、电压波动等。n考核电力系统运行经济性的指标：考核电力系统运行经济性的指标：n煤耗率煤耗率n生产一度电消耗的标准煤重，生产一度电消耗的标准煤重，n与锅炉、汽轮机的特性及厂用电率有关。与锅炉、汽轮机的特性及厂用电率有关。n网损率网损率n电网中损耗电能与供应电能的百分比电网中损耗电能与供应电能的百分比3
14、.提高电力系统运行的经济性环保火电厂装机接近70 煤炭燃烧造成的污染 限制污染物的排放量1.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2.有利于削峰填谷，提高发电设备利用率有利于削峰填谷，提高发电设备利用率3.合理利用动力资源，（水、火电互补），合理利用动力资源，（水、火电互补），提高经提高经济性济性4.采用高效率大容量机组，减小负荷波动对系统的采用高效率大容量机组，减小负荷波动对系统的影响影响系统越大，抗干扰能力越强系统越大，抗干扰能力越强 1.3 1.3 电力系统的接线方式和电压等级电力系统的接线方式和电压等级n含义：n发电厂、变电所（站）之间的接线方式。n类型：n无
15、备用接线方式n有备用接线方式用户只能从一个方向取得电源用户只能从一个方向取得电源优点：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：二级负荷放射式放射式干线式干线式链式链式优点：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用户可以从多个方向取得电源用户可以从多个方向取得电源双回路双回路放射式放射式双回路双回路干线式干线式双回路双回路链式链式环式环式两端供电两端供电1.电力系统的额定电压等级2.电力系统各元件的额定电压3.电力网电压
16、等级的选择根据 S=UI，当输送功率一定时，电压高，电流小，材料投资少，绝缘投资大；电压低，电流大，绝缘投资少，材料投资大。为什么规定电压等级？为什么规定电压等级？所以，输送一定的功率有一个经济电压。所以，输送一定的功率有一个经济电压。但不能任意确定线路电压！但不能任意确定线路电压！我国规定的电力我国规定的电力系统额定电压系统额定电压等级（等级（kV）：）：3、6、10、20、35、（、（60）、）、110、（154）、）、220、330、500、750、1000kV 交流线电压有效值交流线电压有效值系统的额定电压n什么是额定电压？什么是额定电压？n电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好电
17、气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好n为什么各种电气设备的额定电压不一样为什么各种电气设备的额定电压不一样?n电压损耗、电压降落、各点电压电压不相同电压损耗、电压降落、各点电压电压不相同电力网络中的电压分布电力网络中的电压分布规定：规定：线路的额定电压线路的额定电压等于等于线路的平均电压，线路的平均电压，等于等于系统的额定电压。系统的额定电压。规定：规定：用电设备的额定电压用电设备的额定电压等于等于系统的额定电压。系统的额定电压。规定：规定：发电机的额定电压发电机的额定电压比比系统额定电压高系统额定电压高5%。；与发电机；与发电机直接相连时，则与发电直接相连时，则与发电机相同。机相同。若变
18、压器漏抗很小、二次测与用电若变压器漏抗很小、二次测与用电设备直接相连或电压特别高时，其设备直接相连或电压特别高时，其二次侧额定电压比线路仅高二次侧额定电压比线路仅高5。变压器变压器一次侧一次侧：相当于：相当于用电设备用电设备 ，其额定电压，其额定电压与系统相同与系统相同变压器额定电压变压器额定电压的的规定规定变压器变压器二次侧二次侧：相当于：相当于电源电源 ，其额定电压应比，其额定电压应比系统高系统高5%5%，考虑变压器，考虑变压器内部的电压损耗内部的电压损耗(5%)(5%)，实际应比线路高实际应比线路高10%10%。变压器的抽头（分接头）变压器的抽头（分接头）220kV升压变压器降压变压器各
19、级电压架空线路的输送能力各级电压架空线路的输送能力10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV5.10)025.01(1211Tk5.381102Tk11)05.01(353Tk1.4 电力系统中性点的运行方式什么是中性点？什么是中性点？ABCO什么是中性点接地方式？什么是中性点接地方式？中性点接地方式直接影响设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。为什么要研究中性点接地方式？为什么要研究中性点接地方式？接地？接地？不接地？不接地？n正常运行正常运行分析分析：（1）线电压与相电压关系；线电压与相电压关系；（2）中性点电位；）中性点电位；（3）对地电
20、容电流与相电压关系。）对地电容电流与相电压关系。n单相（单相（C相）接地相）接地分析：分析：（1）中性点对地电位；）中性点对地电位；（2）非接地相对地电位；）非接地相对地电位；（3）对地电容电流。）对地电容电流。（3 3）对地电容电流分析）对地电容电流分析COACCBCACCCOBCCOCACAACIIIIIIIIIXVXVI33)(333.补偿方式补偿方式过补（过补（ILIc）欠补（欠补（IL30A30A；n10kV10kV系统，接地电流系统，接地电流20A20A；n35-60kV35-60kV系统，接地电流系统，接地电流10A10A。1.5 电力系统分析的含义及内容电力系统分析的含义及内容
21、n分析就是将研究对象的整体分为各个部分、方面、因素和层次，并分别地加以考察的认识活动。n电力系统的组成：工业工业农业农业商业商业生活生活各个元件的数学模型各个元件的数学模型分析方法：整个系统的数学模型及求解整个系统的数学模型及求解n稳态分析n暂态分析正常的、相对静止的运行状态正常的、相对静止的运行状态从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程从一种运行状态向另一种运行状态的过渡过程电电力力系系统统稳稳态态分分析析电力系统的基本知识电力系统的基本知识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正常运行时的控制与调整电力系统正常运行时的控制与调整电力系统元件参数和等值网络
22、电力系统元件参数和等值网络各个元件的数学模型各个元件的数学模型整个系统的数学模型及求解整个系统的数学模型及求解手算手算机器算机器算包括频率调整和电压调整包括频率调整和电压调整不考虑发电机内部的过渡过程不考虑发电机内部的过渡过程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时的过电压操作或雷击时的过电压（过程最短）（过程最短）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(过程较短过程较短)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(过程较长过程较长)涉及电压、电流涉及电压、电流涉及功率、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
23、步运行三相短路计算三相短路计算不对称故障的分析与计算不对称故障的分析与计算静态稳定静态稳定暂态稳定暂态稳定高电压技术高电压技术包括电力系统稳态分析和部分电磁暂态分析：包括电力系统稳态分析和部分电磁暂态分析：电力系统的基本概念电力系统的基本概念电力系统各元件的特性和数学模型电力系统各元件的特性和数学模型简单电力系统的潮流简单电力系统的潮流计算与计算与分析分析复杂电力系统潮流的计算机算法复杂电力系统潮流的计算机算法电力系统的有功功率和频率调整电力系统的有功功率和频率调整电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整电力系统三相短路分析与计算电力系统三相短路分析与计算电力系统不对称故障分析
24、与计算电力系统不对称故障分析与计算第一章第一章第二章第二章第三章第三章第四章第四章第五章第五章第六章第六章第七章第七章第八章第八章1.6 我国电力系统的发展n1882年，英国人成立上海光电公司，中国第一个发电厂，一台12kW直流发电机。n1911年，杨树浦发电厂动工，1913年开始发电，到1924年，共有12台发电机，装机121MW。n1954年，中国自行设计施工的第一条220kV输电线路(369km)建成，从丰满水电站输送电能到虎石台变电所。中国输电线路建设史上的一个里程碑。n1972年，第一条330kV超高压输电线路建成，从刘家峡水电站至汉中，全长534公里。随后330kV线路延伸到陕甘宁
25、青4个省区，形成西北跨省联合电网。n1981年，第一条500千伏超高压输电线路投入运行，从河南平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世界上第8个拥有500千伏超高压输电的国家。n1989年，中国第一条500千伏直流输电线路（葛洲坝上海，1080公里）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。n2005年9月,西北电网建成750kV青海官亭-甘肃兰州线超高压输变电工程(140.7km)，中国输电技术提高到一个新的水平。n2008年12月30日，我国首条1000kV（山西长治晋东南变电站河南南阳开关站湖北荆门变电站）投运，645km，实现华北
26、和华中电网互连。n2009年12月28日，我国首条800kV特高压直流输电线路（云南广东）投运，5000MW，1437km。n2010年7月8日，国网首条800kV特高压直流输电线路（向家坝-上海）投运，6400MW，1907km。n装机容量装机容量：现居世界第一位。：现居世界第一位。1980年以来中国发电设备装机容量n年发电量年发电量：19801980年以来，平均年增长率年以来，平均年增长率9 9，现为，现为世界第一位。世界第一位。1980年以来中国年发电量 装机容量 185 6587 8500 13789 21722 31900 50841 96641 万kW 年发电量 43 3006 3
27、950 6213 10069 13685 24747 42278 亿kWhn最大单机容量最大单机容量n最大火电机组最大火电机组：n1100 MW1100 MW（新疆农六师煤电有限公司）（新疆农六师煤电有限公司）n1000 MW(华电国际邹县发电厂、华能玉环电厂)n最大水电机组最大水电机组：n800 MW800 MW（向家坝电厂）（向家坝电厂）n700 MW(三峡电厂)n最大核电机组最大核电机组：n1000 MW(百万千瓦级)(大亚湾、岭澳、田湾)n最大发电厂最大发电厂n最大火电厂最大火电厂：n北仑电厂，5600MW+21000=5000MWn邹县电厂，4335+2600+21000=4540M
28、Wn最大水电厂最大水电厂：n三峡电厂(14+12(+6)700 MW=18200(+4200)MWn最大核电厂最大核电厂：n秦山核电站（6546MW，9台机组，最大的1080MW）某火力发电厂外景某火力发电厂外景百万千瓦机组汽轮机和发电机百万千瓦机组汽轮机和发电机百万千瓦机组控制室百万千瓦机组控制室n电压等级、输电线路长度和变电容量电压等级、输电线路长度和变电容量：n电压等级电压等级n除西北地区以外除西北地区以外n交流：交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kVn直流：直流：500kV500kV
29、n西北地区：西北地区：750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kVn截至截至20092009年年7 7月，月，220kV220kV及以上输电线路长度达到及以上输电线路长度达到37.537.5万万公里，跃居世界第一位。公里，跃居世界第一位。n20082008年，年，220kV220kV及以上变电容量及以上变电容量13.913.9亿亿kVAkVA。500kV500kV变电站三相电力变压器变电站三相电力变压器500kV500kV变电站配电装置变电站配电装置500kV500kV变电站线路变电站线路n电网规模电网规模
30、：华北、华东、华中、南方电网的装机容量已超过1亿kW(100GW)东北、西北电网的装机容量也超过4000万kW(40GW)n电网互联电网互联1989年9月，500kVDC2001年5月，500kVAC2003年6月，500kVAC2003年9月，500kVAC2004年6月，500kVDC2005年6月，直流背靠背2008年底，1000kVACn电网互联电网互联北部电网北部电网中部电网中部电网南部联合电网南部联合电网局局部部互互联联西电东送西电东送南南北北互互供供n输电电压、输送距离、输送功率千百倍的增长；n电源结构、负荷成份呈现多样性；n运行管理高度自动化；n交流输电与直流输电并存。n远距离
31、大容量输电是提高输电电压的动力n特高压的定义：n习惯上，110220kV为高压，330750kV为超高压，1000kV及以上为特高压。n特高压的研究与应用：n20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究。n1985年苏联1228km的1150kV，但至今运行于500kV。n20世纪90年代日本426km的1000kV，至今运行于500kV。n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）。n2008年我国首条1000kV（山西长治晋东南河南南阳湖北荆门）投运，645km，实现华北和华中电网互连。n灵活输电又称柔性输电可以很灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。直流输电
32、与灵活交流输电（直流输电与灵活交流输电（FACTS）n实现全国联网和国际互联实现全国联网和国际互联1.20201.2020年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河上年前后，随着长江和黄河上游以及澜沧江、红水河上一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海核一系列大型水电站的开发，西部和北部大型火电厂和沿海核电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施，电站的建设，以及一大批长距离、大容量输电工程的实施，电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。电网结构进一步加强，真正形成全国统一的联合电网。2.2.在全国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送在全国统一电网中充分实现
33、西部水电东送，北部火电南送的能源优化配置。的能源优化配置。3.3.此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周边电网互此外，北与俄罗斯、南与泰国之间也可能实现周边电网互联和能源优势互补。联和能源优势互补。n西电东送三大通道西电东送三大通道：n南部通道南部通道：将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和贵州坑口火火电厂开发出来送往广东。贵州坑口火火电厂开发出来送往广东。n中部通道中部通道：将金沙江干支流（雅砻江、大渡河）水电站将金沙江干支流（雅砻江、大渡河）水电站开发出来送往华东地区。开发出来送往华东地区。n北部通道北部通道：将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火：将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火电厂开发出来送往京津唐地区。电厂开发出来送往京津唐地区。变电站变电站
