电力系统分析88824ppt

  电力系统分析 35kV新寨变电站 陈进 1-1 引言 能源是人民生活和经济发展的重要基础，是战争争夺的主要资源。 18世纪 蒸汽机（热能——机械能）第一次工业革命 19世纪电能开始利用——迈入电气化时代。 电能由于转化容易、输送方便、清洁、高效的优点，成为人类生产和生活必不可少的部分。 一、电力系统组成 电力系统：生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体。 发电机、变压器、输配电、用电设备 动力系统：电力系统和发电厂动力部分的总和。 汽轮机、锅炉、水轮机、大坝 电力网：输送和分配电能，包括变压器和各种电压等级的输电线路。 发电厂：生产电能 电力变压器：升高、降低电压;不同电压等级电网相联系。 用户：消费电能 ▲图1 -1 动力系统、电力系统和电力网的示意图 图1-2 直流输电系统示意图 二、电力系统的能源构成 一次能源 自然界以自然形态存在的、可通过的能源，主要有风能、水力能、太阳能、地热能、化学能和核能等，其中有些可以直接利用，但常常要经过适当加工转换后才能利用。 二次能源 由一次能源加工转换后的能源（热能，机械能和电能） 根据一次能源的不同，对应不一样发电厂 火力发电厂 燃料→热能→机械能→电能（锅炉、汽轮机、发电 机） 水力发电厂 水能→机械能→电能（水轮机、大坝） 核电厂 原子能→热能→机械能→电能（核反应堆、汽轮机、 发电机） 其他发电形式 几个名词 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) （一百万瓦） 、吉瓦(GW)（十亿瓦）计。 年发电量。电力系统的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，以兆瓦·时(MW.h)、吉瓦时(GW.h) 、太瓦·时(TW.h)（一百亿千瓦）计。 最大负荷。最大负荷一般指规定时间，如一天、一月或一年内，电力系统的有功功率负荷的最大值，以千瓦(kW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)计。 电力工业发展历史 1831年法拉弟发现电磁感应定理．奠定了发电机的理论基础。 1875年巴黎火车站的直流发电机（火力、直流、照明）。 1879美国旧金山实验电厂开始发电，出售电力。 1882年爱迪生纽约珍珠街建成了世界上第一座正规发电厂（6台直流发电机，共661.5kW，110V电缆、照明、送电距离为1.6km、用户59个）——Power System 1884年发明变压器 1886年美国的乔治·威斯汀豪斯建成了第一个单相交流输电系统。 1891年德国建成第一条三相交流送电线年底，世界上输电线kV、输送距离最长达到1900km，一个电力系统的总装机容量达到22340万kW，最大的火电机组容量达到130万kW 。 电网发展形势 单机容量慢慢的变大，电网电压慢慢的升高，电网规模大 单机容量最大：150万千瓦 电压等级最大：1150千伏 美加电网、前苏联统一电网（前苏联～东欧） 发电形势多种多样：火力、水力、核电、太阳能、地热、 潮汐、风力 2002年世界总装机容量：35亿千瓦 世界年发电量：15万亿千瓦时 我国电力工业 1882年英国人上海电气公司建立第一个12kW发电厂。 1949年前，仅有220kV、154kV东北电网。 1949年全国解放时．全国发电的总装机容量为185万kW。年发电量为43亿kW·h、分别名列世界第25、21位。 17个省级电网（220kV为主） 1972年 我国第一条330KV输电线年 河南平顶山－湖北双河－武昌（500kV ） 超高压时代 1988年 浙江镇海－舟山 第一条直流输电（±100kV ） 1989年 葛洲坝—上海南桥 直流输电（±500kV ） 7个跨省区电网 1997年 三峡工程 26台700MW机组；总装机容量18200MW；世界最大水电站。 1990年，全国发电装机容量已达到13789万kW，年发电量达到6213亿kW·h，均名列世界第4位。 2003年全国发电装机容量为38450万kW（世界第二位），年发电量为19080.1亿kW·h。 国内已经建成500kV交流输电线kv直流输电线kv（南方电网） 预计到2020年发电量为4.7万亿kWh ；装机容量10.5亿kW 三峡 我国电网分布 我国电网分布规划 西电东送 和国际比较 2002年 全球总装机容量35亿kW，发展中国家15亿kW，北美7亿kW ，西欧6亿kW ，我国3.5亿kW （第二） 全球人均装机容量 0.5kW ；人均发电量 2500kW.h; 我国人均装机容量 0.265kW；人均发电量 1150kW.h 2001年美国总装机容量 8.547亿kW； 发电量 37790亿kW；人均装机容量 2.9 kW；人均发电量 13060 kW 2003年我国总装机容量 38450万kW；发电量 19080亿kW；人均装机容量 0.303 kW；人均发电量 1474 kW 2020年电力工业发展方针 描述电网的指标 总装机容量 年发电量 最大负荷 电压 频率 最高电压等级 四、现代电力系统的三流——大电力系统 电力流系统：电能的转化和变换，传输、分配和使用。 信息流系统：由传感器、通讯网络和计算机组成的，为了使得电力系统可靠稳定安全经济运行，进行调度自动化的能量管理系统——电力信息系统 监视控制保护 货币流系统：电能的市场行为的交易活动 1-3 对电力系统运行的基础要求 电力系统运行的特点： ⑴电能不能大量存储。 ⑵与国民经济各部门紧密相关。 ⑶暂态过程非常短暂。 电力系统运行的基础要求： （1）保证安全可靠供电； （2）要有合乎要求的电能质量； （3）要有良好的经济性； （4）保护生态环境。 用电可靠性 目前我国负荷三个等级： 第一级负荷 中断供电的后果是极其严重。 第二级负荷 中断供电将造成大量减产，使城市中大量居民的正常生活受一定的影响。 第三级负荷 停电影响不大，不会造成重大的损失。 美加8.14大停电 损失 损失负荷6180万千瓦，停电29小时，影响5千万人口,直接损失10.5亿美元，间接损失约300亿美元。 停电造成的损失，更新电网的费用，估计花费500～1000亿美元。 电能质量 五、电力工业发展的新趋势 发电机单机容量慢慢的变大；运行参数慢慢的升高。 远距离输电、交直流混合输电，大型电力系统互联。 高度自动化、信息化 。 电力工业的市场化。 提倡分散的电力工业。 全力发展可再次生产的能源发电。 电力系统分析 电路 电机学 自动控制 电力系统分析课程的主要内容 下册将对电力系统的运作状况作更全面的分析，分析系统在稳态和干扰下的运行性能，并研究对其运作时的状态做调整和改善的原理和方法。在这里电力系统的发电设备和用电设备将从功率转换的角度去研究其特性对系统运行性能的影响，对于电力网元件则着重分析其在传送功率时产生的电压降落和功率损耗，功率是分析计算的基本物理量。下册的前五章涉及正常稳态运行的分析计算，其核心是潮流计算。接着的五章讲述电力系统的稳定性，其重点是发电机功率特性的分析计算。 参考书目和网站 《电力系统分析理论》 刘天琪 科学出版社 《电力系统分析》 韩祯祥 浙江大学出版社 / 国家电力信息网 / 中国电力新闻网 第一章 电力系统的基本概念 1.1 电力系统的组成 1.2 电力系统标称电压和额定频率 1.3 对电力系统运行的基础要求 1.4 电力系统的接线 电力系统分析课程的主要内容 1-2 电力系统的标称电压和额定频率 电力线路 VN（线电压） 输电线路的首端和末端均可接用电设备 用电设备的额定电压 VN 为其他元件的参考电压 3. 发电机 1.05 VN 比网络的额定电压高5% VGN＝VN（1＋5％） 变压器： 一次绕组： V1N＝VN 与发电机直接相连 V1N＝VN(1+5%)=1.05VN 二次绕组： V2N＝VN(1+10%)=1.1VN 短路电压较小或直接与用户相连 1.05 VN 变压器的高压绕组分接头 抽头变比：5％、2.5%、－2.5％、－5%（相对于该侧绕组额定电压UN的偏移百分数） 例1-1 标出图中各元件的额定电压 例1-2 一台10kV→220kV的升压变，其额定变比为：10.5/242 kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为: +5%： 242×1.05KV=254.1KV +2.5％： 242×1.025KV＝248.05KV 主：242KV -2.5％： 242×0.975KV＝235.95KV -5%： 242×0.95KV=229.9KV 例1-3 一台220kV→10kV的降压变，额定变比为：220/11kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为: +5%: 220×1.05KV=231KV +2.5％： 220×1.025KV＝225.5KV 主：220KV -2.5％： 220×0.975KV＝214. 5KV -5%: 220×0.95KV=209 KV 额定频率 我国规定，电力系统的额定频率为50Hz 工业用电的标准频率（工频） 1-4 电力系统的接线方式 地理接线.无备用接线：负荷点只能沿唯一的路径取得电能 包括：放射式、干线式、树状网络 特点：简单、设备费用较少、运行方便。但是供电的可靠性比较低。 有备用接线：每个负荷至少能从两个不同供电回路取得电能的网络。 包括：双回路供电网络、双端供电网络和环网。 特点：可靠性明显提高；但设备费用增加较多且运行调度复杂。 3.接线方式的选择 输电网络 配电网络 例题1-4 电力系统接线图如图所示，图中标明了各级电力线路的额定电压。试求发电机与变压器绕组的标称电压。 解：发电机G的标称电压为10.5kV。 变 T1：低压侧标称电压为10.5kV，高压侧标称电压为242kV； 变 T2：高压侧标称电压为220kV，中压侧标称电压为121kV，低压侧标称电压为38.5kV； 变 T3：高压侧标称电压为110kV，低压侧标称电压为11kV； 变 T4：高压侧标称电压为35kV，低压侧标称电压为6.6kV； 变 T5：高压侧额定电压为10.5kV，低压侧额定电压为3.3kV； 第一章 总结 掌握和理解电力网、电力系统和动力系统概念，注意它们之间的联系和区别。着重理解理解电力系统是发电、送电、供电和用电的整体。 了解我国电力系统的发展史。 掌握电力系统运行的特点及对电力系统运行的要求。 了解电力系统电气接线图和地理接线图的概念和它们的应用。 了解电力系统各种接线方式的主要特征。 牢固掌握电力系统标称电压等级的概念和了解各种电压等级适合使用的范围。能熟练正确选择用电设备、发电机、变压器的额定电压。 作业 p10 1-1 1-2 1-3 作业1-1电力系统各元件的额定电压等级是如何规定的？ 作业1-2 电力系统的部分接线示于图中，各电压级的额定电压及功率输送方向已标明在图中。试求：1）发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压；2）各变压器的额定变比；3）设变压器T-1工作于+5％抽头、T-2、T-4工作于主抽头，T-3工作于－2.5％抽头时，各变压器的实际变比。 作业1-3 电力系统的部分接线如图，网络的额定电压已标明图中，试求：（1）发电机，电动机及变压器高、中、低压绕组的额定电压；（2）设变压器T-1高压侧工作于+2.5％抽头，中压侧工作于+5％抽头；T-2工作于额定抽头；T-3工作于－2.5％抽头时，各变压器的实际变比。 上册的内容主要是将电路分析的方法应用于电力系统的短路电流计算。在这里系统的各元件将被当作电路元件来处理，并用等值电路来代替，电流是分析计算的基本物理量。为了求取短路电流，关键是阻抗（工程计算中主要是电抗）的计算。对突然短路后的暂态现象的物理分析，同步发电机基本方程式的推导和变换，也是上册的重要内容。 电力系统稳态分析：一般来说包括：上册：第一章 电力系统的基本概念、第二章 电力系统各元件的参数及等值网络、第四章 电力网的数学模型；下册：第九章 电力系统的负荷、第十章 电力传输的基本概念、第十一章 电力系统的潮流计算、第十二章 电力系统的无功功率和电压调、第十三章 电力系统的有功功率和频率调整和第十四章 电力系统的经济运行几部分。 电力系统暂态分析：上册：第三章 同步发电机的基本方程、第五章 电力系统三相短路的暂态过程、第六章 电力系统三相短路的实用计算、第七章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路、第八章 电力系统不对称故障的分析与计算；下册：第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念、第十六章 电力系统的电磁功率特性、第十七章 电力系统的暂态稳定性和第十八章 电力系统静态稳定性等部分。 表1-1 3kV以上的标称电压 用电设备 系统标称电压（kV） 额定电压怎么样确定？ 系统标称电压VN 主抽头电压 10.5 10.5/242 10.5/3.15 220/121/38.5 35/6.6 （a）放射式网络 （b）干线式网络 （c）树状网络 无备用网络 （a）双回路放射式 （b）环形网络 有备用网络 （c）两端供电网络 2 a 1 3 接线方式的选择： 电厂距离负荷远——双回路、多回路 电厂距离负荷较近——环形网络 翻看P7 表1－2 各级电压架空线路的输送能力 地区变电所 用户 地区变电所 电压等级：0.4～35kV 接线方式选择： 三级负荷——无备用接线方式 一二级负荷——有备用接线 L6 220kV 110kV 10kV 3kV 35kV 6kV *电力系统分析 第一章 电力系统的基本概念 * 电能怎样产生的？电能怎样输送的？ ▲电力系统中的图例 10.5kV T2 T3 T1 220kV 10kV 35kV 6kV 锅炉 汽轮机 380/220V 电力网 电力系统 动力系统 发电厂 T1 T2 直流输电线 换流站 换流站 交流系统 交流系统 三、电力工业的发展概况 和国际比较 我国电力工业发展表 我国电力工业发展的数字 西电东送，南北互供 DC AC 未来电力发展 其他 4184 984 210 核电 77090 53450 23712 煤电 26663 17244 7935 水电 105000 75400 31932 装机容量（万千瓦） 2020年 2010年 2000年 电力信息系统 货币流系统 五、电力发展的新趋势 电能要求 ±1 ±1.5 －4 30分钟以内 15分钟以内 决不允许低于 事故运行 ±0.5 ±0.2 中小系统 大系统 正常运行 允许频率偏差 运作情况 系统频率允许偏差 ±5％ ±7％ ＋5％～-10％ ＋5％～-10％ 35kV及以上 10kV及以下 低压照明 农业用户 电压允许变化范围 线路标称电压 用户供电电压允许变化范围 电能要求 电力系统继电保护 调度自动化 高电压技术 电力系统自动装置 … 电力系统分析课程 电力系统分析是电力系统及其自动化专业的主要专业课程之一。 电力系统运作时的状态一般可区分为稳态和暂态。 * * *电力系统分析 第一章 电力系统的基本概念

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