電力系統(tǒng)分析與應(yīng)用課件-施衛(wèi)華

電力系統(tǒng)分析與應(yīng)用歡迎來到電力系統(tǒng)分析與應(yīng)用課程！課程介紹：目標(biāo)與內(nèi)容目標(biāo)深入理解電力系統(tǒng)分析的基本原理，掌握常用電力系統(tǒng)分析方法，并應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)問題解決。內(nèi)容涵蓋電力系統(tǒng)概述、基本元件分析、潮流計(jì)算、短路故障分析、穩(wěn)定分析、控制與保護(hù)、自動(dòng)化、電力市場、規(guī)劃、智能電網(wǎng)、電能質(zhì)量等方面。電力系統(tǒng)概述：結(jié)構(gòu)與運(yùn)行1發(fā)電廠：負(fù)責(zé)將一次能源轉(zhuǎn)換為電能。2輸電線路：負(fù)責(zé)將電能從發(fā)電廠傳輸?shù)截?fù)荷中心。3變電站：負(fù)責(zé)改變電壓等級(jí)，調(diào)節(jié)電力流動(dòng)方向。4配電網(wǎng)絡(luò)：負(fù)責(zé)將電能分配到最終用戶。電力系統(tǒng)的基本元件：發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)用于電力系統(tǒng)中發(fā)電，輸出交流電，通常采用同步旋轉(zhuǎn)磁場原理。異步發(fā)電機(jī)用于電力系統(tǒng)中發(fā)電，輸出交流電，通常采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原理。直流發(fā)電機(jī)用于電力系統(tǒng)中直流電的供電，通常用于電氣化鐵路和電解工業(yè)。電力系統(tǒng)的基本元件：變壓器變壓器用于改變電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)電力傳輸和分配。變壓器是電力系統(tǒng)中重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，確保電力安全可靠傳輸。變壓器種類繁多，包括電力變壓器、配電變壓器、儀用變壓器等。電力系統(tǒng)的基本元件：輸電線路架空線路電力線架設(shè)在電線桿或鐵塔上，占地面積小，造價(jià)低廉。1地下線路電力線埋設(shè)在地下，占用土地少，景觀美觀，但造價(jià)較高。2海底線路電力線鋪設(shè)在海底，用于跨海傳輸電力，技術(shù)難度大，造價(jià)高昂。3電力系統(tǒng)建模：等值電路1節(jié)點(diǎn)法將電力系統(tǒng)簡化為節(jié)點(diǎn)和支路，方便分析電力流動(dòng)和電壓分布。2支路法將電力系統(tǒng)簡化為支路和節(jié)點(diǎn)，方便分析電流和功率流動(dòng)。3混合法結(jié)合節(jié)點(diǎn)法和支路法，根據(jù)具體情況選擇合適的建模方法。電力系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算阻抗計(jì)算計(jì)算輸電線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等元件的阻抗，用于短路故障分析和潮流計(jì)算。電抗計(jì)算計(jì)算輸電線路和變壓器的電抗，用于穩(wěn)定分析和暫態(tài)分析。電容計(jì)算計(jì)算輸電線路和變壓器的電容，用于電壓控制和無功功率優(yōu)化。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算：目的與方法目的計(jì)算電力系統(tǒng)在一定負(fù)荷條件下的電壓、電流、功率等運(yùn)行參數(shù)，以評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。方法高斯-塞德爾法、牛頓-拉夫遜法、直流潮流計(jì)算等，根據(jù)精度和計(jì)算量要求選擇合適的方法。高斯-塞德爾法潮流計(jì)算迭代根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)電壓和電流，迭代計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓值，直到誤差小于設(shè)定值。1收斂性高斯-塞德爾法收斂速度較慢，但對(duì)初始值不敏感。2應(yīng)用適用于小型電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，對(duì)精度要求不高。3牛頓-拉夫遜法潮流計(jì)算1方程組建立電力系統(tǒng)潮流方程組，通過牛頓-拉夫遜法求解節(jié)點(diǎn)電壓。2收斂性牛頓-拉夫遜法收斂速度快，但對(duì)初始值敏感。3應(yīng)用適用于大型電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，對(duì)精度要求較高。直流潮流計(jì)算1簡化忽略線路電抗，將電力系統(tǒng)簡化為無功功率為零的電路，簡化潮流計(jì)算。2應(yīng)用用于電力系統(tǒng)規(guī)劃和穩(wěn)定分析，對(duì)精度要求不高。潮流計(jì)算的應(yīng)用：電壓控制潮流計(jì)算的應(yīng)用：無功功率優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)降低系統(tǒng)無功功率損耗，提高系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。優(yōu)化方法通過調(diào)整無功補(bǔ)償裝置和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，優(yōu)化無功功率分配，達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。短路故障分析：對(duì)稱故障1三相短路三相線路同時(shí)發(fā)生短路，電流最大，對(duì)系統(tǒng)影響最大。2單相短路單相線路發(fā)生短路，電流較小，對(duì)系統(tǒng)影響較小。3兩相短路兩相線路發(fā)生短路，電流介于三相短路和單相短路之間。短路故障分析：不對(duì)稱故障相間短路兩相線路發(fā)生短路，電流不均勻分布。單相接地短路單相線路發(fā)生接地短路，電流沿著線路和接地路徑流動(dòng)。兩相接地短路兩相線路發(fā)生接地短路，電流沿著線路和接地路徑流動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)影響較大。短路電流計(jì)算：標(biāo)幺制概念將實(shí)際值轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值，簡化短路電流計(jì)算，便于比較不同電壓等級(jí)的短路電流。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算，方便快捷，提高計(jì)算效率。短路電流計(jì)算：序分量法1將三相電流分解為正序、負(fù)序、零序分量，便于分析不對(duì)稱故障。2利用序分量法可以計(jì)算出不同故障下的短路電流，并確定保護(hù)裝置的整定值。3序分量法是電力系統(tǒng)短路故障分析的重要方法，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)保護(hù)裝置的設(shè)置。序阻抗與序網(wǎng)絡(luò)序阻抗指電力系統(tǒng)元件在正序、負(fù)序、零序電流下的阻抗，用于短路故障分析和保護(hù)裝置整定。序網(wǎng)絡(luò)指電力系統(tǒng)在正序、負(fù)序、零序電流下的等值電路，用于短路故障分析和保護(hù)裝置整定。單相接地短路分析單相線路發(fā)生接地短路，電流沿著線路和接地路徑流動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)影響較大。單相接地短路會(huì)造成系統(tǒng)電壓下降，影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行。單相接地短路需要及時(shí)切斷故障線路，避免故障擴(kuò)大，保護(hù)電力系統(tǒng)安全。兩相短路分析1故障類型兩相短路是指電力系統(tǒng)中兩相線路發(fā)生短路，電流不均勻分布。2影響兩相短路會(huì)導(dǎo)致短路電流增大，影響電力設(shè)備的安全運(yùn)行。3保護(hù)兩相短路需要及時(shí)切斷故障線路，避免故障擴(kuò)大，保護(hù)電力系統(tǒng)安全。兩相接地短路分析故障特點(diǎn)兩相線路發(fā)生接地短路，電流沿著線路和接地路徑流動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)影響較大。保護(hù)措施需要及時(shí)切斷故障線路，避免故障擴(kuò)大，保護(hù)電力系統(tǒng)安全。短路故障的保護(hù)距離保護(hù)根據(jù)故障點(diǎn)到保護(hù)裝置的距離，判斷故障位置，并發(fā)出跳閘指令。電流保護(hù)根據(jù)故障電流的大小，判斷故障發(fā)生的位置，并發(fā)出跳閘指令。差動(dòng)保護(hù)比較故障線路兩端的電流，判斷故障發(fā)生的位置，并發(fā)出跳閘指令。方向保護(hù)根據(jù)故障電流的方向，判斷故障發(fā)生的位置，并發(fā)出跳閘指令。電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析：基本概念穩(wěn)定性指電力系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，能夠保持正常運(yùn)行狀態(tài)的能力。1穩(wěn)定性類型包括靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定等。2分析方法利用電力系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行模擬，評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性，找出潛在問題。3靜態(tài)穩(wěn)定分析1概念指電力系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，能夠在新的平衡狀態(tài)下保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力。2方法利用電力系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行模擬，計(jì)算系統(tǒng)在不同擾動(dòng)下的功率極限，評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性。3應(yīng)用用于規(guī)劃和運(yùn)行電力系統(tǒng)，確保系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能夠穩(wěn)定運(yùn)行。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析1概念指電力系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，能夠在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。2方法利用電力系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行模擬，計(jì)算系統(tǒng)在不同擾動(dòng)下的暫態(tài)響應(yīng)，評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性。3應(yīng)用用于規(guī)劃和運(yùn)行電力系統(tǒng)，確保系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能夠快速恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。暫態(tài)穩(wěn)定分析提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施增加發(fā)電機(jī)容量增加發(fā)電機(jī)容量可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)頻率下降的幅度。提高輸電線路傳輸能力提高輸電線路傳輸能力可以減少功率損失，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。增加無功補(bǔ)償裝置增加無功補(bǔ)償裝置可以提高系統(tǒng)電壓水平，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)控制：目標(biāo)與方法1目標(biāo)確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。2方法包括發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制、頻率控制、電壓控制、負(fù)荷控制等。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制原理通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，控制發(fā)電機(jī)端電壓，保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。應(yīng)用用于電壓控制，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善電力質(zhì)量。頻率控制1頻率控制是電力系統(tǒng)控制的重要內(nèi)容，確保系統(tǒng)頻率在安全范圍內(nèi)波動(dòng)。2頻率控制通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力，平衡負(fù)荷變化，維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。3頻率控制對(duì)于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，可以防止系統(tǒng)崩潰。電壓控制電壓控制目標(biāo)保證系統(tǒng)電壓在安全范圍內(nèi)波動(dòng)，提高電壓質(zhì)量，降低電壓損耗。電壓控制方法通過調(diào)節(jié)變壓器電壓、無功補(bǔ)償裝置、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁等方式，控制系統(tǒng)電壓。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)：原理與配置繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，用于保護(hù)電力設(shè)備安全，防止故障擴(kuò)大。繼電保護(hù)通過快速檢測故障，發(fā)出跳閘指令，切斷故障線路，保護(hù)電力系統(tǒng)安全。繼電保護(hù)種類繁多，包括距離保護(hù)、電流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)等。距離保護(hù)1工作原理根據(jù)故障點(diǎn)到保護(hù)裝置的距離，判斷故障位置，并發(fā)出跳閘指令。2應(yīng)用場景適用于長距離輸電線路，能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別故障點(diǎn)，保護(hù)線路安全。3優(yōu)點(diǎn)選擇性好，誤動(dòng)率低，能夠有效保護(hù)線路安全。電流保護(hù)工作原理根據(jù)故障電流的大小，判斷故障發(fā)生的位置，并發(fā)出跳閘指令。應(yīng)用場景適用于短距離線路和電力設(shè)備的保護(hù)，能夠快速切斷故障線路，保護(hù)系統(tǒng)安全。優(yōu)點(diǎn)簡單可靠，成本低廉，能夠有效保護(hù)電力設(shè)備安全。差動(dòng)保護(hù)工作原理比較故障線路兩端的電流，判斷故障發(fā)生的位置，并發(fā)出跳閘指令。應(yīng)用場景適用于變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等電力設(shè)備的保護(hù)，能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別故障點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)選擇性高，誤動(dòng)率低，能夠有效保護(hù)電力設(shè)備安全。方向保護(hù)工作原理根據(jù)故障電流的方向，判斷故障發(fā)生的位置，并發(fā)出跳閘指令。1應(yīng)用場景適用于輸電線路、變壓器等電力設(shè)備的保護(hù)，能夠有效防止故障擴(kuò)大。2優(yōu)點(diǎn)選擇性高，誤動(dòng)率低，能夠有效保護(hù)電力系統(tǒng)安全。3自動(dòng)重合閘1工作原理當(dāng)故障線路被切斷后，自動(dòng)重合閘裝置會(huì)嘗試再次合閘，恢復(fù)線路運(yùn)行。2應(yīng)用場景適用于短暫的故障，例如雷擊或鳥類觸線，能夠提高供電可靠性。3優(yōu)點(diǎn)能夠快速恢復(fù)供電，減少停電時(shí)間，提高供電可靠性。低頻減載1工作原理當(dāng)系統(tǒng)頻率下降到一定值時(shí)，低頻減載裝置會(huì)自動(dòng)切斷部分負(fù)荷，減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，提高頻率。2應(yīng)用場景適用于電力系統(tǒng)負(fù)荷過大，導(dǎo)致頻率下降時(shí)，防止系統(tǒng)崩潰。3優(yōu)點(diǎn)能夠穩(wěn)定系統(tǒng)頻率，提高供電可靠性，防止系統(tǒng)崩潰。電力系統(tǒng)自動(dòng)化：SCADA系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化：DMS系統(tǒng)DMS功能DMS系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制的核心，負(fù)責(zé)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析和控制。DMS應(yīng)用DMS系統(tǒng)能夠幫助電力公司提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，提高供電可靠性。電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行1目標(biāo)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，提高供電可靠性。2方法包括無功功率優(yōu)化、發(fā)電機(jī)出力優(yōu)化、負(fù)荷控制優(yōu)化等。電力市場概述：基本概念電力市場指電力生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間進(jìn)行電力交易的市場機(jī)制，通過市場機(jī)制來實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。電力交易指電力生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間進(jìn)行的電力買賣行為，通過市場機(jī)制來確定電力價(jià)格。電力市場模式1批發(fā)市場：指電力生產(chǎn)者之間進(jìn)行電力交易的市場，交易規(guī)模大，價(jià)格波動(dòng)幅度大。2零售市場：指電力零售商向最終用戶銷售電力的市場，交易規(guī)模小，價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定。電力市場定價(jià)機(jī)制邊際成本定價(jià)指電力價(jià)格由電力生產(chǎn)者邊際成本決定，即生產(chǎn)最后一單位電力的成本。拍賣定價(jià)指電力生產(chǎn)者通過拍賣的方式出售電力，價(jià)格由市場競爭決定。電力系統(tǒng)規(guī)劃：負(fù)荷預(yù)測負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要基礎(chǔ)，通過預(yù)測未來的電力需求，為電力系統(tǒng)規(guī)劃提供依據(jù)。負(fù)荷預(yù)測方法多種多樣，包括時(shí)間序列分析、回歸分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測可以幫助電力公司合理規(guī)劃電源建設(shè)，提高供電可靠性，降低運(yùn)行成本。電力系統(tǒng)規(guī)劃：電源規(guī)劃1電源規(guī)劃目標(biāo)滿足未來電力需求，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低運(yùn)行成本。2電源規(guī)劃內(nèi)容包括發(fā)電廠建設(shè)規(guī)模、發(fā)電廠類型、發(fā)電廠位置等。3電源規(guī)劃方法包括電力系統(tǒng)分析軟件、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型等。電力系統(tǒng)規(guī)劃：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高輸電效率，降低輸電成本。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃內(nèi)容包括輸電線路建設(shè)規(guī)模、輸電線路類型、輸電線路位置等。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法包括電力系統(tǒng)分析軟件、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型等。智能電網(wǎng)：概念與特點(diǎn)概念智能電網(wǎng)是指利用信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化運(yùn)行。特點(diǎn)包括自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、互動(dòng)性等。智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)信息采集通過傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。1數(shù)據(jù)分析利用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，分析電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律和趨勢。2自動(dòng)控制根據(jù)分析結(jié)果，自動(dòng)調(diào)整電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。3微電網(wǎng)：概念與應(yīng)用1概念微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷等組成的局部電力系統(tǒng)，能夠獨(dú)立運(yùn)行或并網(wǎng)運(yùn)行。2應(yīng)用適用于島嶼、偏遠(yuǎn)地區(qū)，以及需要提高供電可靠性的場所。分布式發(fā)電：類型與接入1類型包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、燃料電池發(fā)電等。2接入分布式電源可以通過并網(wǎng)或離網(wǎng)方式接入電力系統(tǒng)。電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施電能質(zhì)量：諧波定義指電力系統(tǒng)中頻率為基波頻率整數(shù)倍的電流或電壓，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成危害。危害會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)熱、效率降低、壽命縮短，甚至造成系統(tǒng)故障。電能質(zhì)量：電壓暫降1定義指電力系統(tǒng)電壓短時(shí)間內(nèi)下降到正常值的90%以下，但沒有完全消失。2危害會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備無法正常工作，甚至造成設(shè)備損壞。電能質(zhì)量：三相不平衡定義指電力系統(tǒng)中三相電壓或電流幅值不相等，或者相位不一致。危害會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)熱、效率降低、壽命縮短，甚至造成系統(tǒng)故障。電能質(zhì)量控制措施1諧波治理：通過安裝諧波濾波器、改變負(fù)載等方式，抑制諧波電流。2電壓暫降抑制：通過安裝穩(wěn)壓器、UPS等設(shè)備，穩(wěn)定電壓，防止電壓暫降。3三相平衡控制：通過調(diào)整負(fù)載、安裝平衡器等方式，改善三相平衡。電力系統(tǒng)仿真軟件介紹：PSASP功能PSASP軟件是一款功能強(qiáng)大的電力系統(tǒng)分析軟件，可以進(jìn)行潮流計(jì)算、短路故障分析、穩(wěn)定分析等。特點(diǎn)PSASP軟件具有界面友好、功能齊全、精度高、效率高