東北電力大學(xué)電力系統(tǒng)課件講座

第一章緒論

（IntroductiontoPowerSystem)1第1頁，共47頁。問題

人類為何選擇使用電能？電能是如何產(chǎn)生的？電能是如何傳輸?shù)?？什么是電力系統(tǒng)？電力系統(tǒng)運行的特點和要求？電力系統(tǒng)分析課程的主要內(nèi)容及特點？2第2頁，共47頁。人類為什么選擇使用電能？十八世紀(jì)，蒸汽機發(fā)明：熱能－機械能，劃時代的工業(yè)革命十九世紀(jì)，人類開始使用電能，進入電氣化時代。3第3頁，共47頁。顯著優(yōu)點潔凈：環(huán)保方便:

輸送、分配、使用節(jié)能:

能耗小，轉(zhuǎn)換效率高

人類為什么選擇使用電能？電氣化4第4頁，共47頁。人類為什么選擇使用電能？2002年，中國電力消費在終端能源消費中的比例為42％，2020年達到70％左右。

2002年，中國人均電力消費1280千瓦時，僅相當(dāng)于20世紀(jì)70年代的世界平均水平，約為目前世界平均水平2500千瓦時的一半。

試想：沒有電能你的生活會如何？

蘇維埃＋電氣化＝共產(chǎn)主義（^_^）5第5頁，共47頁。1830年法拉第發(fā)明電磁感應(yīng)定律，為未來電力工業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。1875年第一臺火力發(fā)電機組（直流發(fā)電機）在法國巴黎火車站，照明。1879年美國舊金山實驗電廠開始發(fā)電，這是世界上最早出售電力的電廠。1882年美國愛迪生紐約珍珠街電力系統(tǒng)，6臺直流發(fā)電機，110V，照明。1884年變壓器發(fā)明。為三相交流及大容量、遠(yuǎn)距離輸電奠定基礎(chǔ)。1889年美國Oregon和Portland建立長21公里的交流輸電系統(tǒng)。1891年德國世界上第一個三相交流輸電系統(tǒng)，距離179英里、電壓12000伏。1897年電壓為44000KV的輸電線路在美國Utah州建成。電壓等級不斷升高，電網(wǎng)規(guī)模逐步增大截至2002年：全球發(fā)電裝機容量約為35億千瓦總發(fā)電量超過15億千瓦時電力工業(yè)發(fā)展的歷程6第6頁，共47頁。1882年英國商人在上海創(chuàng)辦了上海電氣公司，裝機容量12KW，5盞電燈。1913年上海楊樹浦發(fā)電廠發(fā)電，1924年該廠裝機12臺，總?cè)萘?21MW，成為當(dāng)時遠(yuǎn)東第一大發(fā)電廠。1949年以前，僅東北有220KV和154KV的電網(wǎng)（日本人建造）。80年代，形成了17個以220KV為骨干輸電網(wǎng)的跨省地區(qū)電網(wǎng)和省際電網(wǎng)。1972年由甘肅天水－陜西關(guān)中的534KM的我國第一條330KV輸電線路工程。1981年由河南平頂山－湖北武漢的全長595KM的我國第一條500KV輸電線路。1989年建成了我國第一條遠(yuǎn)距離±500KV葛洲壩－上海的直流輸電線路1997年三峽工程建設(shè)，26臺700MW，15回500KV交流及三回±500KV直流，連接華東、華中、河南、四川、廣東等電網(wǎng)，中國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的核心。

2006年甘肅官廳－第一條750KV交流輸電線路目前，形成7個跨省區(qū)電網(wǎng)和山東500KV的主干網(wǎng)絡(luò)

我國電力工業(yè)的發(fā)展7第7頁，共47頁。

電力系統(tǒng)是如何描述的？1980~2002年全國發(fā)電量如圖示（億千瓦時）8第8頁，共47頁。

電力需求旺盛、增長快1882年我國開始使用電能1987年全國發(fā)電裝機容量突破1億千瓦1995年3月，裝機容量突破2億千瓦到1996年，發(fā)電裝機容量居世界第2位。2000年4月，全國裝機突破3億千瓦2004年5月底，全國裝機容量突破4億千瓦2005年底我國裝機總?cè)萘繉⑼黄?億千瓦。105年不到8年5年4年1.5年每增加1億裝機2000年容量3億千瓦1995年容量2億千瓦1987年容量1億千瓦1978年容量5712萬千瓦1949年容量185萬千瓦9第9頁，共47頁。中國電網(wǎng)500kV220kV330kV火電廠水電廠核電廠新疆西藏東北華北西北川渝華中華東南方電網(wǎng)覆蓋率96.4%10第10頁，共47頁。電能是如何產(chǎn)生的？大規(guī)模電能是由同步發(fā)電機產(chǎn)生同步發(fā)電機發(fā)電原理？回顧一下電機學(xué)知識……..

機械能電能11第11頁，共47頁。電能是如何產(chǎn)生的？推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的能源形勢的形式多種多樣，，大家說說…..蒸汽水力風(fēng)力火力、核、地?zé)崴Πl(fā)電風(fēng)力、潮汐發(fā)電12第12頁，共47頁。13第13頁，共47頁。福建安砂水電廠寬縫重力壩14第14頁，共47頁。15第15頁，共47頁。電能是如何傳輸?shù)模?6第16頁，共47頁。電能是如何傳輸?shù)?？電動機等墻壁上…17第17頁，共47頁。電力系統(tǒng)是如何描述的電壓(KV）1000（計劃建設(shè)中）、750（建設(shè)中）、500、330、220、110、60、35、10、0.60.38/0.22頻率（HZ）50，60裝機容量發(fā)電量最大負(fù)荷電氣接線圖地理位置接線圖18第18頁，共47頁。電力網(wǎng)絡(luò)電力網(wǎng)絡(luò)是連接發(fā)電機與用電設(shè)備（負(fù)荷）的中間環(huán)節(jié)，由變壓器和輸電線路組成，實現(xiàn)電能的傳輸與分配的功能。電力網(wǎng)絡(luò)是由許多子電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、互聯(lián)而成，分區(qū)分層是電力網(wǎng)絡(luò)的一大特點。輸電網(wǎng)絡(luò)、高壓配電網(wǎng)絡(luò)、中壓配電網(wǎng)絡(luò)和低壓配電網(wǎng)絡(luò)。

19第19頁，共47頁。電力網(wǎng)絡(luò)接線方式

電力網(wǎng)絡(luò)接線形式主要是指電力網(wǎng)絡(luò)的輸電線路、變壓所與用戶之間的電氣連接關(guān)系。電力系統(tǒng)的接線形式對保證安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟地向用戶供電具有非常重要的作用。通常按照供電可靠性分為無備用和有備用兩類。20第20頁，共47頁。電力網(wǎng)絡(luò)接線方式（1）無備用接線（開式）每一個負(fù)荷點只能從一電源點獲得電能。應(yīng)用于對供電可靠性要求較低的網(wǎng)絡(luò)或負(fù)荷。

(a)放射式(b)干線式(c)鏈?zhǔn)?1第21頁，共47頁。（2）有備用接線（閉式）

每一個負(fù)荷點只能從兩個或兩個以上的電源點獲得電能。應(yīng)用于對供電可靠性要求高的網(wǎng)絡(luò)，如輸電網(wǎng)等。

(a)放射式(b)干線式(c)鏈?zhǔn)?d)環(huán)網(wǎng)(e)兩端供電網(wǎng)電力網(wǎng)絡(luò)接線方式22第22頁，共47頁。電力線路輸送的功率一定時，輸電電壓越高，線路電流越小，導(dǎo)線等載流部分的截面積越??；但電壓越高，對設(shè)備絕緣水平的要求越高，設(shè)備的投資越大。綜合上述考慮，對應(yīng)一定的輸送功率和輸送距離有一最合理的線路電壓。國際電工委員會的《IEC標(biāo)準(zhǔn)電壓》對電壓等級的選擇建議在任意國家內(nèi)，相鄰兩級電壓之比不應(yīng)小于2倍。我國規(guī)定的電力網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓等級為線路的額定電壓，主要有0.22/0.38、3、6、10、35(60)、110、220、330、500KV、750KV、1000KV。

額定電壓等級23第23頁，共47頁。輸電線路電能的輸送是在輸電線路上進行的。按結(jié)構(gòu)可分為架空線路和電纜兩類直流輸電線路和交流輸電線路24第24頁，共47頁。架空輸電線路25第25頁，共47頁。電纜26第26頁，共47頁。變電站主要承擔(dān)電能的電壓等級變換以及能量分配的主要任務(wù)。變電站主要分為發(fā)電廠內(nèi)升壓變電站、一次變電站（輸電變電站）、二次變電站（配電變電站）、用戶變電所等。屋內(nèi)、屋外變電站27第27頁，共47頁。500kV交流變電站全景28第28頁，共47頁。220kV交流變電站29第29頁，共47頁。電力系統(tǒng)的構(gòu)成

20世紀(jì)中葉以來出現(xiàn)的大電力系統(tǒng)，是一切工業(yè)系統(tǒng)中，規(guī)模最大、層次復(fù)雜、資金和技術(shù)密集的人造復(fù)合系統(tǒng)，是人類工程科學(xué)史上最重要的成就之一。現(xiàn)代電力系統(tǒng)由電力流、信息流、貨幣流構(gòu)成30第30頁，共47頁。電力流：由高壓設(shè)備（如發(fā)電機、變壓器、輸電線路以及其它配電裝置）構(gòu)成（一次系統(tǒng)），實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化和變換、電能傳輸、分配、使用。信息流：由傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)和計算機構(gòu)成的，旨在電力系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟運行的監(jiān)控、保護、自動控制、調(diào)度自動化等（二次系統(tǒng)）

；貨幣流：電能的市場行為交易活動。

電力系統(tǒng)的構(gòu)成31第31頁，共47頁。電力系統(tǒng)運行的特點電力系統(tǒng)運行的特點

電能不能大量儲存，要求電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用幾乎是在同一瞬間內(nèi)完成。電能和社會的生產(chǎn)、人民的生活、國家的國民經(jīng)濟緊密相關(guān)。電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程短促，因此電力系統(tǒng)的安全監(jiān)測與控制非常困難。32第32頁，共47頁。電力系統(tǒng)運行基本要求電力系統(tǒng)運行的基本要求

供電安全可靠性根據(jù)可靠性要求不同，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ負(fù)荷。

電能的優(yōu)質(zhì)性頻率、電壓、波形

運行的經(jīng)濟性一次能源的消耗、網(wǎng)損和線損33第33頁，共47頁。美加2003年“8.14”大停電事故紐約一篇漆黑，布什一臉無奈，與911并提34第34頁，共47頁。本課程的主要內(nèi)容及特點《電力系統(tǒng)分析》是主要研究電力系統(tǒng)在正常以及故障下的運行狀態(tài)。

該課程該課程既是專業(yè)課，也是專業(yè)基礎(chǔ)課。是學(xué)習(xí)和研究該領(lǐng)域的重要課程。35第35頁，共47頁。電力系統(tǒng)分析電路電機學(xué)自控其它保護控制調(diào)度設(shè)備其它電磁場特點：理論性強實踐性強工程性強本課程的主要內(nèi)容及特點工程理論工程36第36頁，共47頁。本課程的主要內(nèi)容及特點主要框架電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)電力系統(tǒng)機電暫態(tài)37第37頁，共47頁。本課程的主要內(nèi)容及特點主要內(nèi)容電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)元件的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)潮流分析電力系統(tǒng)運行與控制無功/電壓控制有功/頻率控制38第38頁，共47頁。本課程的主要內(nèi)容及特點主要內(nèi)容電力系統(tǒng)暫態(tài)分析同步電機的數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)故障分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定39第39頁，共47頁。本課程的主要內(nèi)容及特點實踐環(huán)節(jié)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計仿真系統(tǒng)實驗電力系統(tǒng)物理仿真電力系統(tǒng)數(shù)字仿真40第40頁，共47頁?！峨娏ο到y(tǒng)規(guī)劃設(shè)計》

給定一兩機（水火電），4個變電所的電力系統(tǒng)，進行潮流計算、短路計算、無功/電壓計算（手算和計算機）、穩(wěn)定性計算（計算機)

41第41頁，共47頁?！峨娏ο到y(tǒng)動態(tài)模擬實驗室》（綜合樓1樓）電力系統(tǒng)元件特性方面實驗電力系統(tǒng)調(diào)度運行方面實驗電力系統(tǒng)故障分析方面實驗電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面實驗42第42頁，共47頁?！峨娏ο到y(tǒng)數(shù)字仿真實驗室》（二教12樓）

43第43頁，共47頁?！峨娏ο到y(tǒng)輔助分析軟件包》課程組自主研發(fā)《多機電網(wǎng)變電站聯(lián)合仿真系統(tǒng)》（中國電科院研制）《電力系統(tǒng)數(shù)字仿真實驗室》（二教12樓）

44第44頁，共47頁?！峨娏ο到y(tǒng)動態(tài)實時仿真系統(tǒng)》（清華大學(xué)研制）《電力系統(tǒng)計算機輔助分析軟件》加拿大曼尼托巴HVDC研究中心其它輔助軟件

45第45頁，共47頁。開設(shè)實驗：電力系統(tǒng)計算機潮流電力系統(tǒng)計算機短路計算電力系統(tǒng)計算機無功/電壓優(yōu)化計算電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算電力系統(tǒng)機電暫態(tài)計算46第46頁，共47頁。內(nèi)容梗概第一章緒論

（IntroductiontoPowerSystem)。第一章緒論

（IntroductiontoPowerSystem)。十八世紀(jì)，蒸汽機發(fā)明：熱能－機械能，劃時代的工業(yè)革命。十九世紀(jì)，人類開始使用電能，進入電氣化時代。節(jié)能:能耗小，轉(zhuǎn)換效率高。電氣化。2002年，中國電力消費在終端能源消費中的比例為42％，2020年達到70％左右。1882年英國商人在上海創(chuàng)辦了上海電氣公司，裝機容量12KW，5盞電燈。80年代，形成了17個以220KV為骨