电力系统分析第一章ppt课件.ppt

电力系统分析第一章ppt课件.ppt

《电力系统分析第一章ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统分析第一章ppt课件.ppt（83页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电力系统分析,主讲:

何莉萍,参考书：

1、何仰赞等.电力系统分析（上/下），华中科技大学出版社2、夏道止.电力系统分析，中国电力出版社3、韩祯祥主编.电力系统分析，浙江大学出版社4、陈珩.电力系统稳态分析，水利电力出版社5、李光琦.电力系统暂态分析，水利电力出版6、单渊达主编.电能系统基础，机械工业出版社,目的：

掌握电力系统分析计算的原理和方法。

本课程涉及的主要学科知识：

高等数学、电路理论，电机学理论，基础物理，控制理论等。

电力系统分析,电力系统分析,第一章电力系统的基本概念,第一章电力系统的基本概念,1.1电力系统概述,一、电力工业概述,1、电力工业的重要性首先，电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点；其次，电力是一种安全、卫生和可持续的能源，电力工业能够为社会经济的发展提供持久和卫生的动力和能量。

2、电力工业的发展：

目前，我国电力工业格局主要包括两大电网和五大发电集团，全国总发电装机容量已突破9亿千瓦；2020年末，预计达到16亿千瓦。

南方电网公司,国家电网公司,1.1电力系统概述,南方电网公司,国家电网公司,东北电网,华北电网,华东电网,华中电网,西北电网,国家电网公司代管,华能集团公司,大唐集团公司,华电集团公司,国电集团公司,电力投资集团公司,1.1电力系统概述,1.1电力系统概述,自1996年起，我国发电装机容量一直位居世界第二位。

美国能源部信息管理局发布的国际能源展望2006预测，到2020年中国发电总装机容量将超越美国跃居世界第一。

我国2010年底发电总装机容量（包括火电、核电、水电、风电）已达9.62亿千瓦，到2012年10月，装机总量将突破10亿千瓦。

10亿千瓦的发电装机总容量是日本全国发电装机总容量的3.3倍，是欧盟所有国家发电装机总容量的1.25倍，与美国基本持平略微超出，这当然是个了不起的成就，从1995年的2.18亿千瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。

1.1电力系统概述,1.1电力系统概述,二、电力系统概述,1.1电力系统概述,动力系统（广义电力系统）：

动力部分与电力系统组成的整体。

1、电力系统的组成：

1.1电力系统概述,电力网：

电力系统中输送与分配电能的部分，主要由输电网和配电网组成。

电力系统：

生产、输送、分配与消费电能的系统。

包括：

发电机、电力网（变压器、电力线路）和用电设备组成。

1.1电力系统概述,2、电力系统的运行特点与基本要求：

3、本课程主要学习内容：

1.1电力系统概述,1.2电力系统的负荷和负荷曲线,一、电力系统的负荷：

1.2电力系统的负荷和负荷曲线,定义：

用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律。

分类：

日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。

二、负荷曲线：

日负荷曲线：

描述负荷一天24小时内所需功率的变化情况；是供调度部门制定各个发电厂发电计划的依据。

日平均负荷：

一天的总耗电量：

（a）钢铁工业负荷；（b）食品工业负荷；（c）农村加工负荷；（d）市政生活负荷。

日负荷曲线举例：

1.2电力系统的负荷和负荷曲线,1.2电力系统的负荷和负荷曲线,年最大负荷曲线：

描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况；可供调度、计划部门有计划安排全年机组检修、扩建或新建发电厂。

机组维修,新建或扩建机组的容量,1.2电力系统的负荷和负荷曲线,年持续负荷曲线：

按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成；可供编制电力系统发电计划和进行可靠性计算用。

全年耗电量：

最大负荷利用小时数：

最大负荷利用小时数Tmax：

即用最大负荷消耗一年的电能所需的时间。

1.2电力系统的负荷和负荷曲线,最大负荷利用小时数Tmax可用于估算常用电力用户的全年用电量。

表1-1各类用户的年最大负荷利用小时数,三、负荷特性,负荷功率随电压或频率变化的特性。

1.3电力系统的接线和额定电压等级,一、电力系统的接线,1、电力系统接线图：

电气接线图和地理接线图,1.3电力系统的接线和额定电压等级,1.3电力系统的接线和额定电压等级,2、电力系统接线方式及其特点：

放射式干线式链式,优点：

简单、经济、运行方便；缺点：

供电可靠性差。

1.3电力系统的接线和额定电压等级,放射式干线式链式环式两端供电网络,优点：

供电可靠性高、电压质量高；缺点：

不经济、运行调度复杂。

适用范围：

电压等级较高或重要的负荷。

接线方式选择依据：

运行的可靠性、经济性、灵活性和操作的安全性。

1.3电力系统的接线和额定电压等级,1、电力系统电压等级：

二、电力系统的电压等级,目前，我国电力系统（电网）额定电压等级主要有：

3kV，6kV，10kV，35kV，110kV，220kV，500kV，750kV。

说明：

在一个电力系统内，电压等级差一般为23倍；在一个国家内，宜选用一种电压系列。

在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压各不相同。

额定电压：

用来代表电力网或电气设备运行电压特性的数值。

1.3电力系统的接线和额定电压等级,1.3电力系统的接线和额定电压等级,2、电力元件额定电压等级选择原则：

某一级的额定电压是以系统的额定电压（用电设备额定电压）为中心而定的。

1.3电力系统的接线和额定电压等级,典型例题：

确定各设备额定电压,作业1：

确定各设备的额定电压,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,1.3电力系统的接线和额定电压等级,三、电力系统中性点接地方式：

1、中性点直接接地方式：

特点：

供电可靠性差，但较经济。

适用范围：

110kV以上系统。

发生接地故障时：

非故障相对地电压不变，接地相短路电流很大。

1.3电力系统的接线和额定电压等级,2、中性点不接地方式：

发生接地故障时：

不必切除故障相，非故障相电压变为倍相电压。

特点：

供电可靠性高，但绝缘费用高。

适用范围：

60kV以下系统。

1.3电力系统的接线和额定电压等级,总结：

系统中一相接地的特点比较,中性点直接接地方式：

中性点不接地方式：

1.3电力系统的接线和额定电压等级,3、中性点经消弧线圈接地：

特点：

接地消弧线圈可以形成一个与容性接地电流大小相近的感性电流，减少接地点电流，提高供电可靠性。

适用范围：

36kV电力网（接地电流30A）；10kV电力网（接地电流20A）；3560kV电力网（接地电流10A）。

1.4电力线路的结构,电力线路按结构分为架空线路和电缆线路。

1.4电力线路的结构,针式绝缘子：

10kV及以下线路,1.4电力线路的结构,悬式绝缘子：

主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。

1.4电力线路的结构,棒式绝缘子：

起到绝缘和横担的作用，应用于1035kV农网。

1.4电力线路的结构,1.4电力线路的结构,1.5电力系统元件的参数和等值电路,说明：

各元件参数是电力系统稳态分析所用参数（正序参数）；三相系统是对称的，其等值电路一般采用单相等值电路。

一、电力系统元件的参数和等值电路,电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导四个参数表示的等值电路，常用的是型等效电路。

1、电力线路的参数（集中分布参数）和等值电路：

a.单位长度的电阻：

精确计算时进行温度修正:

1.5电力系统元件的参数和等值电路,b.单位长度的电抗：

三相导线排列对称（正三角形）或三相导线排列不对称，进行整体循环换位后三相电抗相等。

分裂导线输电线路等值电抗：

其中：

分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,1.5电力系统元件的参数和等值电路,c.单位长度的电纳：

d.单位长度的电导：

电晕临界电压：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,线路的电抗：

解：

线路的电阻：

例题1-1：

某380kv输电线线路，导线水平排列并经整循换位，相间距离为8m，求单位长度的电阻、电抗和电纳：

（1）导线为LGJQ-600型，计算直径为33.2mm。

线路的电纳：

几何均距Dm和半径r单位要一致,1.5电力系统元件的参数和等值电路,

（2）导线为LGJ-2300型，每根导线的计算直径为25.2mm，分裂间距为400mm。

线路的电抗：

线路的电阻：

线路的电纳：

解：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,短输电线路：

长度100km（或很短的电缆线），电导和电纳忽略不计。

线路阻抗：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,（a）形等值电路（b）T形等值电路,分析计算时电力线路常用的是型等值电路。

其中l为线路长度；该计算为集中分布参数计算方法。

中等长度的输电线路：

架空线：

100km300km（电缆：

100km）,1.5电力系统元件的参数和等值电路,长距离输电线路：

架空线：

300km（电缆：

100km），需要考虑分布参数特性。

近似分布参数,1.5电力系统元件的参数和等值电路,作业2：

一条220kV输电线，长180km，导线为LGJ-400型，计算直径2.8cm，水平排列并经整循换位，相间距离为7m；求该线路参数R，X，B，并画出等值电路图。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,2、变压器的参数和等值电路：

变压器的试验数据：

短路损耗Ps，短路电压百分比Us%；空载损耗P0，空载电流百分比I0%。

电阻RT：

变压器的短路损耗Ps近似等于变压器的电阻产生的额定总铜耗；,1.5电力系统元件的参数和等值电路,电抗XT：

短路压降Us几乎全部降落在电抗上；,电导GT：

变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压器的空载损耗P0；,电纳BT：

在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,注意：

电纳BT是电感铁芯决定的感性电纳，在等值电路中以负号出现；公式中各量的单位分别是：

UNkV；SNMVA；PkW；UN为额定线电压，视需要选用一次侧或二次侧电压额定值，即为归算到相应侧的参数。

例1-2：

有一台SFL1-31500/110型向10kv网络供电的降压变压器，试计算归算到高压侧的变压器参数。

铭牌给出的试验数据为：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,解：

由型号知：

；,各参数如下：

作业3：

计算上述变压器归算到低压侧的参数，并画出等值电路。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,三绕组变压器导纳GT-jBT的计算方法与双绕组变压器相同：

所不同的是关于阻抗RTijXTi的计算：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,（a）,（b）,1.5电力系统元件的参数和等值电路,补充例题：

三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220，额定容量为120/120/60MVA，额定电压为：

220/121/11kV,求变压器归算到220kV侧的参数，并作出等值电路。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,解：

1）求各绕组的电阻：

同理可得：

电阻计算如下：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,2）求各绕组电抗：

电抗计算：

变压器阻抗参数：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,3）求导纳：

等值电路：

作业4：

有一容量比为100/100/50，额定电压为220/38.5/11kV，额定容量为90MVA的三绕组变压器，试验数据如下。

试求归算至高压侧的变压器参数。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,1.5电力系统元件的参数和等值电路,3、电抗器R、电容器C和发电机G的参数：

4、负荷参数：

恒功率参数：

恒阻抗参数：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,1）发电机、负荷采用恒功率等效，变压器采用型等效电路，电力线路采用型等效电路；2）各元件参数需归算到同一电压等级（基本级）；归算如下：

二、电力网络的等值电路,例如：

取10kV为归算基本级，则110kV级线路L-2阻抗、电压、电流归算如下：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,1.5电力系统元件的参数和等值电路,例题1-4：

某电力系统如图所示：

各元件技术指标已标示，T-2、T-3参数相同，L-1、L-2参数相同，变压器忽略电阻和导纳。

试分别作出归算到110kV和10kV侧该系统的等值电路。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,解：

1）归算到110kV侧,变压器T-1：

变压器T-2、T-3：

电抗器R：

发电机G：

1.5电力系统元件的参数和等值电路,2）归算到10kV侧,1.5电力系统元件的参数和等值电路,等值电路：

把对应归算等级110kV（或10kV）各元件参数标注在图中。

1.5电力系统元件的参数和等值电路,作业5：

简单电力系统接线如下图所示，有关参数标于图中，试求此系统的等值电路（参数均以有名值表示）。

1.6标幺值,一、标幺值,若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为VB，IB，SB，ZB，则相应的标幺值为：

1.6标幺值,2、基准值的选择：

基准值的选取原则：

全系统只选一套；一般选额定值；满足电路的基本关系。

1）除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任意值。

2）考虑采用标幺值计算的目的：

a）简化计算;b）便于对结果进行分析比较。

1.6标幺值,1）单相电路中基准值选择：

结论：

只要基准值的选择满足基本电学关系，则在标幺制中，电路中各物理量之间的关系与有名值相同，有关公式可以直接应用。

1.6标幺值,2）三相电路中基准值选择：

结论：

a.在标幺制中，三相电路计算公式与单相电路计算公式完全相同，线电压与相电压的标幺值相同，三相功率与单相功率的标幺值相同。

b.对称三相电路完全可以按单相电路的标幺值进行计算，但各物理量的基准值是不同的。

1.6标幺值,3）三相电路的习惯做法：

只选UB和SB，由此计算ZB、YB和IB。

有名值换算成标幺值：

标幺值结果换算成有名值：

1.6标幺值,二、基准值改变时标幺值的换算,

（2）新基准值下的标幺值：

（1）把标幺阻抗还原成有名值：

例如：

发电机、变压器、电抗器的换算公式：

1.6标幺值,三、多电压等级网络中各参数标幺值计算及其等值电路,1将网络中各元件参数及电压、电流的有名值（实际值）先归算到选定的基本级（UB和SB），然后再除以与基本级（UB和SB）相对应的参数基准值ZB、YB和IB。

网络中各元件参数先不进行归算，按照其所处的电压等级直接计算其有名值（实际值）；然后用未经归算的参数有名值（实际值）除以对应电压等级的基准值即可得其标幺值。

先由选定的基本级（UB和SB）归算其他电压等级基准值UBI、UBII、UBIII；利用SB和UBI、UBII、UBIII计算参数基准值ZBI、ZBII、ZBIII；YBI、YBII、YBIII以及IBI、IBII、IBIII；,1.6标幺值,例题15：

某电力系统如图所示：

各元件技术指标在图中已经标示，变压器忽略了电阻和导纳。

试用两种方法准确计算以100MVA为基准功率、110kV为基准电压时，该电力系统中各元件参数的标幺值，并画出标幺值等值电路。

1.6标幺值,解：

方法一：

全部参数归算到110kV侧（例题14）,选,方法二：

选定110kV线路为基本级，分别归算10kV级和6kV级电压基准值：

1.6标幺值,线路L-1、L-2：

1.6标幺值,电抗器R：

线路L-1、L-2：

变压器T-2、T-3：

结论：

两种方法下，只要基本级（UB和SB）选择相同，则标幺值结果是相同的；基本级选择不同，所得标幺值结果也不相同。

1.6标幺值,例题1-5标幺值表示的等值电路：

1.6标幺值,3、近似计算法：

选取UBUav，即电压基准值为平均额定电压。

近似计算方法可以简化计算公式和工作量，但其精度是不能保证的，只有在一定情况下可以应用（如短路故障分析计算）。

发电机、变压器的电抗标幺值不需按电压进行归算：

1.6标幺值,例题16：

某电力系统如图所示：

各元件技术指标在图中已经标示。

试用近似计算法计算以100MVA为基准功率、以平均额定电压为基准电压时，该电力系统中各元件参数的标幺值。

1.6标幺值,解：

选,发电机G：

变压器T-1：

变压器T-2、T-3：

电抗器R：

线路L-1、L-2：

1.6标幺值,作业6：

系统接线图如下所示，有关参数已经标在图上，试准确计算以100MVA为基准功率、110kV为基准电压时，该电力系统中各元件参数的标幺值。