清华大学电力系统分析课件孙宏斌
电力系统分析(孙宏斌)第四章习题答案及作业分析_1
1第四章 电力系统稳态运行与控制 4－3
系统中有2台发电机并网运行，一台额定容量为1150N P =MW ，1f K ＝4%，另一台2100N P =，2f K ＝5%，两台机组的调差特性对应满载时为49HZ ，系统运行在N f ＝50HZ ，求：
（1） 两台机分别所带的负荷为多少？
（2） 当系统总负荷增加到200MW 时，系统的频率为多少？此时各台机所带的负荷为多
少？
答案：
（1）1P =75MW ，2P =60MW ；
（2）f=49.435 Hz ，
1P ′=117.375MW ；2P ′=82.625MW ；
学生作业中存在问题：
（1） 在第二问中，如果用公式*1212L N N E N N P P P P P P −−Δ=
+，那么49f f =+Δ；如果根据第一问中求出来的功率
*1212''L N N E N N P P P P P P −−Δ=
+，那么50f f =−Δ。
注意对应关系。
（2） 有的同学采用计算公式错误解法如下：
11115025(5049)125D N G P P K f MW =−Δ=−×−=，主要原因是没有理解公式和各个符号的意义，最好结合图形来理解。
（3） 有的同学可能觉得这个题目参数给的有问题，发电机的额定功率和额定频率不可能
同时达到，这样选标么值就可能不太好理解。
其实标么值的选取可以是随意的，只要用统一的标么值，就不会影响最终有名值形式的结果。
作为本题的计算来讲，已知斜线上的一个点跟斜率，信息就足够了。
电力系统分析(孙宏斌)第一章电力系统概述(第一讲)
第一章电力系统概述(Introduction to Power Systems)(第一讲)1问题1、人类为何偏爱电能？2、什么是电力系统？如何组成？如何表示？3、电力系统运行有何特点和要求？4、互联电力系统是怎么回事？5、如何对电力大系统进行控制？6、电能是如何生产的？2一、人类为何偏爱电能？现代社会最重要能源，应用十分广泛。
美国1996年用电情况：2.68kW/人（装机容量）1.3kW/人（用电量）显著优点：洁净（从使用的角度看）：保护环境方便：输送、分配、使用（能量形式转化容易） 电气化：机械化、自动化，提高产品质量和劳动生产率节能：能耗小，能量转换效率高二、什么是电力系统？（I）系统定义：由分组成的具有又从属于一个更大的系统（《系统论》）什么是电力系统？（II）电力系统：完成电能费的统一整体。
通常由发电机、变压器、电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统。
世界上最大的人造机器：的20项发明之一，当今社会最庞大的工业之一，是国民经济的支柱产业（我国产）国防资源库、火电厂、输电线路、核电厂）（战争：石墨炸弹、恐怖袭击）三、电力系统如何组成？一次系统（高电压，本课程研究的内容）二次系统（低电压）：保证一次系统安全/可靠/经济运行的信息系统及其操作机构。
一次系统如何组成？发电机：电能生产，一次能源转换成二次能源(电能)，火/水/核/风/太阳/地热等电力网络分配，包括：输电网（输电系统）和配电网（配电系统）。
负荷（用户）：电能消费，将电能转换成其他形式能量，电动机/照明/电炉等美国电力一次系统物理基本结构8简单电力系统的三相电路图发电机升压变压器发电机N电力网络与INTERNET（C/S结构）（信息系统，非本课程重点内容）计算机或人四、复杂电力系统如何表示？单线图：杂，为突出重点，用单线代表三相，反映电力设备间电联系发电机升压变压器简单电力系统单线图五、如何构成更大的系统？电力系统发电厂动力部分热力网发电厂动力部分：锅炉、汽轮机、水库、水轮机、核反应堆等单线图常用符号（动力系统）14六、电力系统运行特点与要求有哪些？特点密切性短促性同时性电力系统与心血管系统七、现代互联电力系统联路线，交换功率，规模越来越大 输配系统直属电厂 地区发电厂 电力1819电力系统为何要互联？减少总装机容量减少备用容量小）提高供电可靠性、电能质量常时相互支援）；合理利用动力资源，可小火电、经济分配）互联带来了什么问题？超高压互联设备的系统规模大而复杂，故障可能危及整个互联系统，安全风险大。
电力系统分析 清华 张宏斌 稳态13
●电力系统频率偏移如何定义？●电力系统有功功率如何平衡？●电力系统的频率特性如何？第六章电力系统的有功功率及频率调整1. 电力系统的频率偏移1.1 频率变化对负荷的影响(1)异步机(2)电子设备(3)电钟1.2 频率变化对电力系统的影响(1) 火电厂的主要设备：水泵、风机、磨煤机(2) 汽轮机的叶片 (3) 变压器的励磁1.3 频率偏移的范围：50Hz ±(0.2~0.5)Hz2. 电力系统的有功功率平衡2.1 系统的有功功率平衡(1) 运行中： ∑∑∑+=L D G P P P 电源 负荷 损耗 (2) 规划、设计：∑∑∑+=R G N P P P 设备 备用 2.2 备用容量(1) 按投入时间分热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备用)；冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)；冷热备用须有合理比例。
(2) 按用途分：负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划外的负荷增加，一般为最大负荷的0~5%。
事故备用：适应发电设备发生偶然事故时备用，一为般最大负荷的5~10%，分冷、热备用。
检修备用：满足检修需要而设的(有时不设)备用。
国民经济备用：计及负荷超计划增长而设，一般为最大负荷的3~5%2.3 电力系统的负荷变化与调整负荷变化（P234图6-1）✓第一种变化：周期短、幅度小，偶然性极大(＜10″）✓第二种变化：周期较长、幅度较大(10″~3'）✓第三种变化：周期长、幅度大(>3'），由负荷曲线反映。
调整方式：实质上调整发电机输出功率✓频率的一次调整：调速器✓频率的二次调整：调频器✓频率的三次调整：依负荷曲线，在厂、机组间经济合理地分配2.4 各发电厂间负荷的合理分配(1)火电厂特点：需燃料及运输费用，但不受自然条件影响效率与蒸汽参数有关受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压30%，中温中压75%)临界压力：225大气压，临界温度374℃效率：中温中压24.5%高温高压30.5%超高压力37.0%超临界压力40.0%热电厂＞50%联合循环机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率(2)水电厂特点：不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。
电力系统分析第一章课件
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。
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
电力系统元件模型及参数计算 电力网的电压和功率分布 电力系统的电压和频率调整
故障分析
电力系统的三相短路故障 电力系统的不对称故障
稳定性分析
电力系统的机电特性 电力系统的暂态稳定、静态稳定
1.2 电力系统的负荷和负荷曲线
一、电力系统的负荷：
负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。 也称电力系统的综合用电负荷，是所有用户的负荷总加。 电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。
8
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
沂水站
日照 莒州站
N
W
E
S
云蒙站
阳都站
500kV 枣庄站
温水站
费县电厂
钟罗站 临沂站
沂蒙站
柳青站 临沂电厂
相公站
九莲站
宝泉站
梅埠站
苍山站
沈泉站 江泉热电 常林站
500kV 日照站
日照电厂
十里泉电厂
郯城站
临沂电网地理接线图
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 1.2 电力系统的负荷和负荷曲线 1.3 电力系统的接线和额定电压等级 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 1.6 标幺值
清华大学电力系统分析课件孙宏斌
核能发电有何优缺点？
大量节省煤、石油等燃料，避免燃料运输，如：50 万kW电厂，150万T煤/年：20T铀/年。 无需空气助燃，选址灵活，可在地下、山洞里、水 下或空气稀薄的高原。 与火电比，造价高，但发电成本低30-50%，规模愈 大愈合算，超过50万kW，核电厂比火电厂合算。 问题：对放射性污染的担心，技术上能较好处理污 染防护和核废料，但事故仍有发生。
52
新能源发电厂
风力 电场1 风力 电场2 青海 太阳能 光伏电站
西藏 羊八井 地热电站
法国 朗斯 潮汐电站
最大潮汐电站，240MW 年发电量超5亿度
53
第一章 电力系统概述
(Introduction to Power Systems)
（第二讲） （回顾）
1
问 题
1、电能是如何传输的？ 2、电力系统为何用功率作为变量? 3、交流电路的功率和复功率如何引入? 4、什么是电力系统负荷和负荷曲线? 5、典型负荷曲线有哪些？有何用途？
33
火力发电原理
火力 发电 原理
火电 原理 （简单）
34
国内典型火电厂
上海 外高桥 火电厂
火电厂 夜景
北仑 火电厂
香港 青山 火电厂
台中 火电厂
35
国外典型火电厂
日本 横滨 火电厂
德国 火电厂1
德国 火电厂2
36
汽轮机-发电机
汽轮机 发电机 外观1
汽轮机 发电机 外观2 汽轮机 发电机 外观3
容量取决于水位差和流量 组成（较火电厂简单）
水库 水轮机 电力系统：发电机、变压器、输电线路等
39
水力发电原理
水力发电 原理
电力系统最小信息损失状态估计的信息学原理_孙宏斌
第25卷第6期中国电机工程学报V ol.25 No.6 Mar. 20052005年3月Proceedings of the CSEE ©2005 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2005) 06-0011-06 中图分类号：TM73 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40电力系统最小信息损失状态估计的信息学原理孙宏斌，高 峰，张伯明，杨 滢（清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市海淀区100084）INFORMATION PRINCIPLE FOR STATE ESTIMATION IN POWER SYSTEMS BASEDON MINIMUM INFORMATION LOSSSUN Hong-bin, GAO Feng, ZHANG Bo-ming, YANG Ying（Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Haidian District, Beijing 100084, China）ABSTRACT: Researches on mathematic foundation of power system state estimation is done from the viewpoint of information theory. A novel and general principle of minimum information loss (MIL) for state estimation is presented to fit for various probability density distribution of measurement. The inner relationship between the MIL and traditional state estimation method is studied. It is proved theoretically that the traditional weighted least square (WLS) and weighted least absolute value (WLA V) state estimation methods are both the special cases of the proposed MIL based state estimation. And then these traditional state estimation methods are endowed with the connotation of information science. A research on how a current magnitude measurement is available in WLS state estimation for sub-transmission system and distribution system has been done and the result shows that a large enough current magnitude is a necessary condition for a WLS state estimation effective.. Comparison between the proposed MIL method and the traditional WLS method is carried out by several numerical tests, and the approximate condition of WLS state estimation method under non-Gaussian distribution is verified.KEY WORDS：Power systems；Information theory；State estimation；Weighted least square；Weighted least absolute value；Current magnitude measurement；Probability density distribution摘要：状态估计作为能量管理系统（EMS）和实时电力市场的基础和核心，正在变得日益重要。
电力系统分析(孙宏斌)第三章电力系统潮流分析与计算(第六讲
四、闭式网的分解与潮流分析 （工程师的思路？）
在功率分点 (一般为无功分点)将闭式网解开， 分成两个开式网，分别计算。
按开式网计算时，要给定分点处的两个功率，其 余支路功率要在考虑功率损耗后重新计算
U A1
U A2 U A1
U A2
S1 S12 S 2
S A2
S 1 S12 S A2
S 2
S A2
同理 SA2 =？
S A2
=
S1
*
Z′I
+
S 2
*
*
Z′II
+
*
*
UN ( UA2 − UA1 )
*
Z∑
Z∑
*
*
*
**
其中：Z′I = Z1 Z′II = Z1+ Z2
S12 = ?
24
两端供电网基本功率分布
推广到n个负荷节点
∑ S A1
=
n
S m
∗
Zm
m=1
A T1 A1
1:K1
S C
U A
T2 1:K2 A2
S 22
A1
1
S1
若：ΔKE1 =≠dKU 2= U A (K1 − K 2 )
公式注意点：
1）S C 的方向！
2）U、Z等是同一电压级数值
ΔE dU
A2
2
实际 循环功率
30
环网的基本功率分布
S C 的弊与利:
不送入负荷, 产生功率损耗（经济性） 可调整潮流分布—强制分布（可控性） 功率分点一样选！
二、两端供电网基本功率分布（无损网） （单相、三相、标么结论相同）
U A1 SA1 Z1 1 Z2 2
电力系统分析 清华 张宏斌稳态4
● 在电力系统分析中，变压器如何表示? ● 变压器各等值参数如何求取?1. 变压器的等值电路与参数1.1 概述运用折合的概念得出等值电路（《电机学》）R T 、X T 、G T 、B T 由两个试验的四个铭牌数据获得：RjX R ’jX ’R jXR jX G✓ 短路试验：⎩⎨⎧∆%s U )(s P 百分值短路电压短路损耗✓ 开路试验：⎩⎨⎧∆%I )(P 00百分值空载电流空载损耗三相变压器原副边电压之间还有相位关系，在等值电路中等值Y/Y ，仅考虑了数量关系。
1.2 双绕组变压器的参数求T R ：由短路试验的0P ,P P P ,P Fe Fe cu S S ≈∆∆+∆=∆∆决定T 2N N T 2NS R U 3S 3R I 3P ⎪⎪⎭⎫⎝⎛==∆32N2N S T 10S U P R ⨯∆=欧，⎪⎩⎪⎨⎧∆：KVU ：KVA S ：KW P N N S求X T ：短路试验的由U S %决定%100U X S %100U X I 3%U 2NTN N T N S ⨯=⨯= 3N 2N S T 10S 100U %U X ⨯=欧10S U %U N2NS ⨯=欧 求G T ：由开路试验的0P ∆决定：T 2N 0cu Fe cu 0G U P ,0P ,P P P =∆≈∆∆+∆=∆32N0T 10U P G -⨯∆=西门，：KW P 0∆ 求B T ：由开路试验的%I 0决定%100B S U %100I B 3U %I T N 2N NT N 0⨯=⨯=32N N 0T 10U 100S %I B -⨯=西门52NN 010U S %I -⨯=西门 注意点：✓ 各量单位：S N P )KVA (S ∆、与)KV (U )KW (P N 0、∆✓ U N 为哪侧的，则算出的参数、等值电路为折合到该侧的。
✓ 三相变压器的原副边电压比不一定等于匝数比✧ 数量上：如212N 1N n n 3U U ：Y =∆✧ 相位上：如11-：电压领先30度角✓ 三相变压器不论其接法如何，求出的参数都是等值成Y/Y 接法中的一相参数✓ 线路的等值电路中2B j 2Y L=为正(容性)；变压器的等值电路中T T T jB G Y -=，虚部为负(感性)。
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(Introduction to Power Systems) (第一讲)
1
问
题
1、人类为何偏爱电能？
2、什么是电力系统？如何组成？如何表示？ 3、电力系统运行有何特点和要求？
4、互联电力系统是怎么回事？
5、如何对电力大系统进行控制？
6、电能是如何生产的？
2
§ 1 电能与系统 一、 人类为何偏爱电能？
调度自动化
（以国家电网公司为例）
29
国调中心
东北
华北
华中
华东
…
…
辽 吉 龙 蒙 宁 林 江 东
地 区京 津 北
地 区
湖 河 江 南 南 西
县 1
县 m
30
典型调度中心
国家电力 调度中心
东北电网 调度中心
吉林电网 调度中心
31
典型调度自动化系统（二次信息系统）
23
电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
24
电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
25
电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
26
电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
27
美国互联电力系统的运行风险!
28
八、如何对电力大系统运行进行控制？
我国做法：
集中管理（系统的安全、经济性）
分层控制（五级调度）
调度自动 化系统 原理图
深圳站 画面
32
§ 2 发电厂：电能生产 一、火力发电
目前最主要电源，比例大于70% 燃料：煤、石油或天然气 化学能→热能→机械能→电能
组成：
燃烧系统：燃料→灰渣，风（空气）→烟
汽水系统：水←→蒸汽，循环水（冷水←→热水）
电力系统：发电机、变压器、输电线路等
心血管 系统 动画
16
七、现代互联电力系统
联路线，交换功率，提高可靠性，系统 规模越来越大 Tielines 联络线 输电系统 系统直属电厂 系统直属电厂 输电系统
地区发电厂
配电系统 用户
配电系统 用户 电力系统N
地区发电厂
电力系统1
17
18
19
电力系统为何要互联？
减少总装机容量（错峰效应）； 减少备用容量（同时故障和检修概率 小） 提高供电可靠性、电能质量（故障和异 常时相互支援）； 合理利用动力资源，可经济运行（水、 小火电、经济分配）
三、电力系统如何组成？ 一次系统（高电压，本课程研 究的内容）
二次系统（低电压）：保证一 次系统安全/可靠/经济运行的 信息系统及其操作机构。
6
一次系统如何组成？
发电机：电能生产，一次能源转换成二 次能源 (电能 )，火 /水 /核 /风 /太阳 /地 热等 电力网络（输配电系统）：电能输送和 分配，包括：输电网（输电系统）和配 电网（配电系统）。 负荷（用户）：电能消费，将电能转换 成其他形式能量，电动机/照明/电炉等
7
美国电力一次系统物理基本结构
8
简单电力系统的三相电路图
配电网
配电线路
发电机
升压变压器
输电线路
降压变压器 降压变压器 负荷
输电网
电力网络
9
发电机1
负荷1 电力线路（输/配）
变压器（升/降压） 负荷N 电力网络
发电机N
电力网络与INTERNET（C/S结构）
10
二次系统如何组成？ （信息系统，非本课程重点内容）
现代社会最重要能源，应用十分广泛。 美国1996年用电情况：
2.68kW/人（装机容量）
1.3kW/人（用电量）
显著优点：
洁净（从使用的角度看）：保护环境 方便：输送、分配、使用（能量形式转化容易） 电气化：机械化、自动化，提高产品质量和劳动 生产率
节能：能耗小，能量转换效率高
3
二、什么是电力系统？（I）
系统定义：由相互作用、依赖的若干部 分组成的具有特定功能的有机整体，它 又从属于一个更大的系统（《系统 论》）
4
什么是电力系统？（ II ）
电力系统：完成电能生产、输送、分配、消 费的统一整体。通常由发电机、变压器、电 力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系 统。 世界上最大的人造机器：人类20世纪最伟大 的20项发明之一，当今社会最庞大的工业之 一，是国民经济的支柱产业（我国1/4国有资 产） 国防资源，电力安全是国防安全的基础（水 库、火电厂、输电线路、核电厂）（战争： 石墨炸弹、恐怖袭击） 5
容量取决于水位差和流量 组成（较火电厂简单）
水库 水轮机 电力系统：发电机、变压器、输电线路等
39
水力发电原理
水力发电 原理
通讯
计 算机 或人 控制
电 力 系 统
通讯 量测
11
四、复杂电力系统如何表示？
单线图：实际电力系统非常庞大复 杂，为突出重点，用单线代表三 相，反映电力设备间电联系
输电线路
发电机
升压变压器
降压变压器
配电线路
…
降压变压器 负荷
简单电力系统单线图
12
五、如何构成更大的系统？
电力系统
发电厂动力部分
20
互联带来了什么问题？
超高压互联设备的投资大； 系统规模大而复杂，运行难度大，局部 故障可能危及整个互联系统，安全风险 大。 电网并联回路增多，故障电流大。
随着现代信息技术、控制技术应用，自 动化水平的提高，缺点正在逐步克服。
21
电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
22
电力大系统的运行风险： 多米诺骨牌
33
火力发电原理
火力 发电 原理
火电 原理 （简单）
34
国内典型火电厂
上海 外高桥 火电厂
火电厂 夜景
北仑 火电厂
香港 青山 火电厂
台中 火电厂
35
国外典型火电厂
日本 横滨 火电厂
德国 火电厂1
德国 火电厂2
36
汽轮机-发电机
汽轮机 发电机 外观1
汽轮机 发电机 外观2 汽轮机 发电机 外观3
热力网
动力系统
发电厂动力部分：锅炉、汽轮机、 水库、水轮机、核反应堆等
13
单线图常用符号（动力系统）
14
六、电力系统运行特点与要求有哪些？
特点
要求
密切性
短促性
可靠性高（第1、 2、3级负荷）
质量高(频率、电 压、波形 ) 经济性好，公司经 济效益
15
同时性
电力系统与心血管系统
600MW 汽轮机 安装
600MW 发电机 穿转子
37
火力发电存在哪些问题？
安全问题：采矿和运输中的安全性灾难。
社会代价：采矿和运输的基础设施等
环境问题：酸雨、温室效应、可吸入颗粒 物等 效率问题：热电厂（热电联产） 不可再生
38
二、水力发电
目前最重要的电源之一，比例大于10% 河流水势能→水动能→机械能→电能