電力系統(tǒng)分析ppt課件.ppt

1、電力系統(tǒng)分析,主講:何莉萍,參考書： 1、何仰贊等.電力系統(tǒng)分析（上/下），華中科技大學(xué)出版社 2、夏道止.電力系統(tǒng)分析，中國電力出版社 3、韓禎祥主編. 電力系統(tǒng)分析，浙江大學(xué)出版社 4、陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，水利電力出版社 5、李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，水利電力出版 6、單淵達(dá)主編.電能系統(tǒng)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社,目的：掌握電力系統(tǒng)分析計(jì)算的原理和方法。,本課程涉及的主要學(xué)科知識： 高等數(shù)學(xué)、電路理論，電機(jī)學(xué)理論，基礎(chǔ)物理，控制理論等。,電力系統(tǒng)分析,電力系統(tǒng)分析,第一章 電力系統(tǒng)的基本概念,第一章 電力系統(tǒng)的基本概念,1.1 電力系統(tǒng)概述,一、電力工業(yè)概述,1、電力工業(yè)的重要性 首先，電

2、力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)的第一基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中的優(yōu)先發(fā)展重點(diǎn)； 其次，電力是一種安全、衛(wèi)生和可持續(xù)的能源，電力工 業(yè)能夠?yàn)樯鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展提供持久和衛(wèi)生的動力和能量。,2、電力工業(yè)的發(fā)展： 目前，我國電力工業(yè)格局主要包括兩大電網(wǎng)和五大發(fā)電 集團(tuán)，全國總發(fā)電裝機(jī)容量已突破9億千瓦；2020年末，預(yù)計(jì) 達(dá)到16億千瓦。,南方電網(wǎng)公司,國家電網(wǎng)公司,1.1 電力系統(tǒng)概述,南方電網(wǎng)公司,國家電網(wǎng)公司,東北電網(wǎng),華北電網(wǎng),華東電網(wǎng),華中電網(wǎng),西北電網(wǎng),國家電網(wǎng)公司代管,華能集團(tuán)公司,大唐集團(tuán)公司,華電集團(tuán)公司,國電集團(tuán)公司,電力投資

3、集團(tuán)公司,1.1 電力系統(tǒng)概述,1.1 電力系統(tǒng)概述,自1996年起，我國發(fā)電裝機(jī)容量一直位居世界第二位。美國能源部信息管理局發(fā)布的國際能源展望2006預(yù)測，到2020年中國發(fā)電總裝機(jī)容量將超越美國躍居世界第一。,我國2010年底發(fā)電總裝機(jī)容量(包括火電、核電、水電、風(fēng)電) 已達(dá)9.62億千瓦，到2012年10月，裝機(jī)總量將突破10億千瓦。 10億千瓦的發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘渴侨毡救珖l(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?.3倍，是歐盟所有國家發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?.25倍，與美國基本持平略微超出，這當(dāng)然是個(gè)了不起的成就，從1995年的2.18億千 瓦，在十幾年的時(shí)間就增長到10億千瓦，增長了4.6倍。,1.1 電力系統(tǒng)概述

4、,1.1 電力系統(tǒng)概述,二、電力系統(tǒng)概述,1.1 電力系統(tǒng)概述,動力系統(tǒng)（廣義電力系統(tǒng)）：動力部分與電力系統(tǒng)組 成的整體。,1、電力系統(tǒng)的組成：,1.1 電力系統(tǒng)概述,電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分，主要由 輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)組成。,電力系統(tǒng)：生產(chǎn)、輸送、分配與消費(fèi)電能的系統(tǒng)。 包括：發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)（變壓器、電力線 路）和用電設(shè)備組成。,1.1 電力系統(tǒng)概述,2、電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)與基本要求：,3、本課程主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：,1.1 電力系統(tǒng)概述,1.2 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線,一、電力系統(tǒng)的負(fù)荷：,1.2 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線,定義：用曲線描述某一時(shí)間段內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律。 分類：日

5、負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線。,二、負(fù)荷曲線：, 日負(fù)荷曲線：描述負(fù)荷一天24小時(shí)內(nèi)所需功率的變化情況； 是供調(diào)度部門制定各個(gè)發(fā)電廠發(fā)電計(jì)劃的依據(jù)。,日平均負(fù)荷：,一天的總耗電量：,(a） 鋼鐵工業(yè)負(fù)荷； (b) 食品工業(yè)負(fù)荷； (c) 農(nóng)村加工負(fù)荷； (d) 市政生活負(fù)荷。,日負(fù)荷曲線舉例：,1.2 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線,1.2 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線, 年最大負(fù)荷曲線：描述一年內(nèi)每月（或每日）最大有功功率 負(fù)荷變化的情況；可供調(diào)度、計(jì)劃部門有計(jì)劃安排全年機(jī)組 檢修、擴(kuò)建或新建發(fā)電廠。,機(jī)組維修,新建或擴(kuò)建機(jī)組的容量,1.2 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線, 年持續(xù)負(fù)荷曲線：按一年中系統(tǒng)

6、負(fù)荷的數(shù)值大小及其持續(xù)小 時(shí)數(shù)順序排列繪制而成；可供編制電力系統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃和進(jìn)行 可靠性計(jì)算用。,全年耗電量：,最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)：,最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax ：即用最大負(fù)荷消耗一年的電能所 需的時(shí)間。,1.2 電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線,最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) Tmax 可用于估算常 用電力用戶的全年用電量。,表1-1 各類用戶的年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù),三、負(fù)荷特性,負(fù)荷功率隨電壓或頻率變化的特性。,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,一、電力系統(tǒng)的接線,1、電力系統(tǒng)接線圖：電氣接線圖和地理接線圖,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,2、電力系統(tǒng)接線方式及其

7、特點(diǎn)：,放射式 干線式 鏈?zhǔn)?優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方便； 缺點(diǎn)：供電可靠性差。,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,放射式 干線式 鏈?zhǔn)?環(huán)式 兩端供電網(wǎng)絡(luò),優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高、電壓質(zhì)量高； 缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行調(diào)度復(fù)雜。 適用范圍：電壓等級較高或重要的負(fù)荷。, 接線方式選擇依據(jù)：運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性和操 作的安全性。,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,1、電力系統(tǒng)電壓等級：,二、電力系統(tǒng)的電壓等級, 目前，我國電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）額定電壓等級主要有：3kV， 6kV，10kV， 35kV，110kV，220kV，500kV，750kV。,說明： 在一個(gè)電力系統(tǒng)內(nèi)，電壓等級差一般為2

8、3倍； 在一個(gè)國家內(nèi)，宜選用一種電壓系列。 在同一電壓等級中，電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)（發(fā)電 機(jī)、變壓器、電力線路、用電設(shè)備）的額定電壓 各不相同。,額定電壓：用來代表電力網(wǎng)或電氣設(shè)備運(yùn)行電壓特性的數(shù)值。,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,2、電力元件額定電壓等級選擇原則： 某一級的額定電壓是以系統(tǒng)的額定電壓（用電設(shè)備額定電壓） 為中心而定的。,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,典型例題：確定各設(shè)備額定電壓,作業(yè)1：確定各設(shè)備的額定電壓,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓

9、等級,三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式：,1、中性點(diǎn)直接接地方式：,特點(diǎn)：供電可靠性差，但較經(jīng)濟(jì)。 適用范圍：110kV以上系統(tǒng)。,發(fā)生接地故障時(shí)：非故障相對地電壓不變，接地相短路電流很大。,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,2、中性點(diǎn)不接地方式：,發(fā)生接地故障時(shí)： 不必切除故障相，非故障相電壓變?yōu)?倍相電壓。 特點(diǎn)：供電可靠性高，但絕緣費(fèi)用高。 適用范圍：60kV以下系統(tǒng)。,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,總結(jié)：系統(tǒng)中一相接地的特點(diǎn)比較,中性點(diǎn)直接接地方式：,中性點(diǎn)不接地方式：,1.3 電力系統(tǒng)的接線和額定電壓等級,3、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地：,特點(diǎn)：接地消弧線圈可以形成一個(gè)與容性接地電流

10、大小相近的感性電流，減少接地點(diǎn)電流，提高供電可靠性。 適用范圍：36kV電力網(wǎng)（接地電流30A）；10kV電力網(wǎng)（接地電流20A）；3560kV電力網(wǎng)（接地電流10A）。,1.4 電力線路的結(jié)構(gòu),電力線路按結(jié)構(gòu)分為架空線路和電纜線路。,1.4 電力線路的結(jié)構(gòu),針式絕緣子：10kV及以下線路,1.4 電力線路的結(jié)構(gòu),懸式絕緣子：主要用于35kV及以上系統(tǒng)，根據(jù)電壓等級的高低組成數(shù)目不同的絕緣子鏈。,1.4 電力線路的結(jié)構(gòu),棒式絕緣子：起到絕緣和橫擔(dān)的作用，應(yīng)用于1035kV農(nóng)網(wǎng)。,1.4 電力線路的結(jié)構(gòu),1.4 電力線路的結(jié)構(gòu),1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路, 說明： 各元件參數(shù)是電力系統(tǒng)

11、穩(wěn)態(tài)分析所用參數(shù)（正序 參數(shù)）； 三相系統(tǒng)是對稱的，其等值電路一般采 用單相等值電路。,一、電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,電力線路的數(shù)學(xué)模型是以電阻、電抗、電納和電導(dǎo) 四個(gè)參 數(shù)表示的等值電路，常用的是型 等效電路。,1、電力線路的參數(shù)（集中分布參數(shù)）和等值電路：,a. 單位長度的電阻：,精確計(jì)算時(shí)進(jìn)行溫度修正:,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,b.單位長度的電抗： 三相導(dǎo)線排列對稱(正三角形)或三相導(dǎo)線排列不對稱，進(jìn)行 整體循環(huán)換位后三相電抗相等。,分裂導(dǎo)線輸電線路等值電抗：,其中：,分裂導(dǎo)線采用了改變導(dǎo)線周圍的磁場分布，等效地增加了導(dǎo)線半徑，從而減少了導(dǎo)線電抗。,1.5 電力系統(tǒng)元件

12、的參數(shù)和等值電路,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,c. 單位長度的電納：,d. 單位長度的電導(dǎo)：,電暈臨界電壓：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,線路的電抗：,解：線路的電阻：,例題1-1：某380kv輸電線線路，導(dǎo)線水平排列并經(jīng)整循換位， 相間距離為8m，求單位長度的電阻、電抗和電納： （1）導(dǎo)線為LGJQ-600型，計(jì)算直徑為33.2mm。,線路的電納：,幾何均距Dm和半徑r單位要一致,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,（2）導(dǎo)線為LGJ-2300型，每根導(dǎo)線的計(jì)算直徑為25.2mm，分 裂間距為 400mm。,線路的電抗：,線路的電阻：,線路的電納：,解：,1.5 電力系

13、統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,短輸電線路：長度100km（或很短的電纜線），電導(dǎo)和電納 忽略不計(jì)。,線路阻抗：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,(a)形等值電路 (b)T形等值電路, 分析計(jì)算時(shí)電力線路常用的是型等值電路。,其中l(wèi) 為線路長度；該計(jì)算為集中分布參數(shù) 計(jì)算方法。,中等長度的輸電線路：架空線：100km300km（電纜：100km）,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,長距離輸電線路：架空線：300km（電纜： 100km），需要 考慮分布參數(shù)特性。,近似分布參數(shù),1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,作業(yè)2： 一條220kV輸電線，長180km，導(dǎo)線為LGJ-400型，計(jì)算直徑

14、2.8cm，水平排列并經(jīng)整循換位，相間距離為7m；求該線路參數(shù)R，X，B，并畫出等值電路圖。,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,2、變壓器的參數(shù)和等值電路：,變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)： 短路損耗Ps，短路電壓百分比Us%； 空載損耗P0，空載電流百分比I 0%。,電阻RT：變壓器的短路損耗Ps近似等于變壓器的電阻產(chǎn)生的 額定總銅耗；,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,電抗XT：短路壓降Us幾乎全部降落在電抗上；,電導(dǎo)GT：變壓器電導(dǎo)對應(yīng)的是變壓器的鐵耗，近似等于變壓 器的空載損耗P0；,電納BT：在變壓器中，流經(jīng)電納的電流和空載電流在數(shù)值上 接近相等。,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,

15、注意： 電納 BT 是電感鐵芯決定的感性電納，在等值電路中以負(fù)號 出現(xiàn)； 公式中各量的單位分別是：UNkV；SNMVA；PkW； UN 為額定線電壓，視需要選用一次側(cè)或二次側(cè)電壓額定值， 即為歸算到相應(yīng)側(cè)的參數(shù)。,例1-2：有一臺SFL1-31500/110 型向 10kv 網(wǎng)絡(luò)供電的降壓變壓 器，試計(jì)算歸算到高壓側(cè)的變壓器參數(shù)。銘牌給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,解：由型號知： ；,各參數(shù)如下：,作業(yè)3：計(jì)算上述變壓器歸算到低壓側(cè)的參數(shù)，并畫出等值電路。,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,三繞組變壓器導(dǎo)納GT-jBT的計(jì)算方法與雙繞組變壓器相同：, 所不同的是關(guān)

16、于阻抗 RTijXTi 的計(jì)算：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,（a）,（b）,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,補(bǔ)充例題 ：三相三繞組降壓變壓器的型號為SFPSL-120000/220， 額定容量為120/120/60MVA，額定電壓為：220/121/11kV,求變壓器歸算到220kV側(cè)的參數(shù)，并作出等值電路。,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,解：1）求各繞組的電阻：,同理可得：,電阻計(jì)算如下：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,2）求各繞組電抗：,電抗計(jì)算：,變壓器阻抗參數(shù)：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,3）求導(dǎo)納：,等值電路：,作業(yè)4： 有一容量比為10

17、0/100/50，額定電壓為220/38.5/11kV，額定容量為90MVA的三繞組變壓器，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。試求歸算至高壓側(cè)的變壓器參數(shù)。,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,3、電抗器R、電容器C和發(fā)電機(jī)G的參數(shù)：,4、負(fù)荷參數(shù)：恒功率參數(shù)：,恒阻抗參數(shù)：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,1）發(fā)電機(jī)、負(fù)荷采用恒功率等效，變壓器采用型等效電路， 電力線路采用型等效電路； 2）各元件參數(shù)需歸算到同一電壓等級（基本級）；歸算如下：,二、電力網(wǎng)絡(luò)的等值電路,例如：,取10kV為歸算基本級，則110kV級線路L-2阻抗、電壓、電流歸算 如下：,1.5 電力系

18、統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,例題1-4：某電力系統(tǒng)如圖所示：各元件技術(shù)指標(biāo)已標(biāo)示，T-2、T-3參數(shù)相同， L-1、L-2參數(shù)相同，變壓器忽略電阻和導(dǎo)納。 試分別作出歸算到110kV和10kV側(cè)該系統(tǒng)的等值電路。,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,解：1）歸算到110kV側(cè),變壓器T-1：,變壓器T-2、T-3：,電抗器R：,發(fā)電機(jī)G：,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,2）歸算到10kV側(cè),1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,等值電路： 把對應(yīng)歸算等級110kV（或10kV）各元件參數(shù)標(biāo)注在圖中。,1.5 電力系統(tǒng)元件的參數(shù)和等值電路,作業(yè)5： 簡

19、單電力系統(tǒng)接線如下圖所示，有關(guān)參數(shù)標(biāo)于圖中，試求此系統(tǒng)的等值電路（參數(shù)均以有名值表示）。,1.6 標(biāo)幺值,一、標(biāo)幺值,若選電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值為VB，IB，SB，ZB，則相應(yīng)的標(biāo)幺值為：,1.6 標(biāo)幺值,2、基準(zhǔn)值的選擇：, 基準(zhǔn)值的選取原則： 全系統(tǒng)只選一套； 一般選額定值； 滿足電路的基本關(guān)系。,1）除了要求和有名值同單位外，原則上可以是任意值。,2）考慮采用標(biāo)幺值計(jì)算的目的：a）簡化計(jì)算; b）便于對 結(jié)果進(jìn)行分析比較。,1.6 標(biāo)幺值,1）單相電路中基準(zhǔn)值選擇：,結(jié)論：只要基準(zhǔn)值的選擇滿足基本電學(xué)關(guān)系，則在標(biāo)幺制 中，電路中各物理量之間的關(guān)系與有名值相同，有 關(guān)公式可以直接應(yīng)

20、用。,1.6 標(biāo)幺值,2）三相電路中基準(zhǔn)值選擇：,結(jié)論： a. 在標(biāo)幺制中，三相電路計(jì)算公式與單相電路計(jì)算公式完全相同，線電壓與相電壓的標(biāo)幺值相同，三相功率與單相功率的標(biāo)幺值相同。 b. 對稱三相電路完全可以按單相電路的標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，但各物理量的基準(zhǔn)值是不同的。,1.6 標(biāo)幺值,3）三相電路的習(xí)慣做法：只選UB 和 SB，由此計(jì)算ZB、YB和 IB。,有名值換算成標(biāo)幺值：,標(biāo)幺值結(jié)果換算成有名值：,1.6 標(biāo)幺值,二、基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算,（2）新基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值：,（1）把標(biāo)幺阻抗還原成有名值：,例如：發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的換算公式：,1.6 標(biāo)幺值,三、多電壓等級網(wǎng)絡(luò)中各參數(shù)標(biāo)幺值計(jì)算及其等值電路,1將網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)及電壓、電流的有名值（實(shí)際值）先歸 算到選定的基本級（UB和SB），然后再除以與基本級（UB 和SB）相對應(yīng)的參數(shù)基準(zhǔn)值ZB、YB和 IB。,網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)先不進(jìn)行歸算，按照其所處的電壓等級 直接計(jì)算其有名值（實(shí)際值）；然后用未經(jīng)歸算的參數(shù)有名 值（實(shí)際值）除以對應(yīng)電壓等級的基準(zhǔn)值即可得其標(biāo)幺值。,先由選定的基本級（UB和SB）歸算其他電壓等級基準(zhǔn)值UBI、 UBII、UBIII；利用SB 和UBI、UBII、UBIII計(jì)算參數(shù)基準(zhǔn)值ZBI、 ZBII、ZBIII； YBI、YBII、YBIII以