第01讲 电力系统概述
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1第一章 电力系统概述
当光线照射太阳能电池表 面时，一部分光子被硅材 料吸收；光子的能量传递 给了硅原子，使电子发生 了越迁，成为自由电子在 P－N结两侧集聚形成了电 位差，当外部接通电路时， 在该电压的作用下，将会 有电流流过外部电路产生 一定的输出功率。这个过 程的实质是：光子能量转 换成电能的过程
地热电厂
核反应堆的分类
– 轻水堆：包括压水堆和沸水堆 – 重水堆 – 石墨堆 – 快中子增值堆
如果不允许水在堆内沸腾，称为压水堆。 这种反应堆的内部压力较高，一般在 15Mpa以上，冷却剂水的出口温度低于相 应压力下的饱和温度，因此水不会沸腾。
由于水的慢化能力和载热能力都好，所以 压水堆结构紧凑、堆芯体积小、功率密度 大、安全性能好、造价低、建设周期短。
我国的水能资源
– 我国是一个水能资源非常丰富的国家，其中 可开发的资源为3.8亿千瓦，占世界可开发 水能总量的16.7%，居世界第一。
– 我国的水能资源在地区上分布很不均匀，西 南地区的水能资源十分丰富，占全国水能资 源的三分之二，华北地区的水能资源只占全 国的1.2%。
水电站的分类
– 堤坝式：坝后式与河床式 – 引水式：无压引水与有压引水 – 混合式
如果允许冷却剂水在堆内沸腾，直接产生 蒸汽，称为沸水堆。这种反应堆内压力为 7.0~8.0Mpa左右，省去了压水堆中易出事 故的蒸汽发生器 。
沸水堆功率密度比压水堆小，堆芯和压力 壳的体积比压水堆大，汽轮机会直接受到 放射性污染，需要一系列防护措施，检修 时需要停堆时间长，困难也较大 。
重水堆是以加压的重水作为慢化剂，其冷 却剂可用重水或轻水。所谓重水（D2O） 是指用氢的同位素氘合成的水 。
由于重水对中子的慢化能力强，因此重水 堆可以采用天然铀（0.7%的铀-235）作燃 料，这对于天然铀资源丰富但缺乏铀浓缩 能力的国家具有较大的吸引力 。
电力系统分析第1章讲稿教学内容
电力系统分析第1章讲稿课次一：基本要求：了解各种接线方式的特点，理解对电力系统运行的基本要求，掌握电力系统的基本概念。
教学的重点：架空线路的导线和换位，电力系统的额定电压等级。
第1章电力系统的基本概念1.1 电力系统的组成和特点1.1.1 电力系统的组成一次能源——随自然界演化生产的动力资源二次能源——电能，由一次能源转换而，电力系统：把这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统，它包括从发电、变电、输电、配电直到用电这样一个全过程。
动力系统：电力系统加上发电厂的动力部分。
电力网：电力系统中输送和分配电能的部分，它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。
1.1.2 电力系统运行应满足的基本要求1．电力系统的特点（1）电能的生产与消费具有同时性(2) 电能与国民经济各部门和人民日常生活关系密切（3）电力系统的过渡过程非常短暂2．对电力系统运行的要求（1）保证安全可靠地供电（2）保证良好的电能质量（3）保证电力系统运行的经济性1.2 电力系统的电压等级和规定1.2.1 电力系统的额定电压表1.1电力系统的额定电压（单位：KV）1．电力线路：额定电压和用电设备的额定电压相等，这一电压称为网络的额定电压，2．发电机：额定电压比网络的额定电压高5％。
3．变压器一次侧：与网络额定电压相等，但直接与发电机联接时，其额定电压应等于发电机额定电压。
二次侧：应比网络额定电压高10％，只有内阻抗小于7.5％的小型变压器和供电距离很短的变压器，才比网络额定电压高5%。
例题1.1 电力系统接线图如图1.2所示，图中标明了各级电力线路的额定电压。
试求发电机和变压器绕组的额定电压。
解：发电机G的额定电压为10.5KV。
T低压侧额定电压为10.5KV，高压侧额定电压为242KV；变压器:1T高压侧额定电压为220KV，中压侧额定电压为121KV ，变压器:2低压侧额定电压为38.5KV；T高压侧额定电压为110KV，低压侧额定电压为11KV；变压器:3T高压侧额定电压为35KV，低压侧额定电压为6.6KV；变压器:4T高压侧额定电压为10.5KV，低压侧额定电压为3.15KV。
第一章电力系统概述讲解
主要由水轮机室、导水机构、转轮和泄水 机构四大部分组成。
24
（1）水轮机室 是引水机构，常称蜗壳，其作用是将引水
管来的水流沿圆周方向均匀导向转轮。
图1－7 蜗壳外形图
25
• （2）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水机构
导水机构的作用是使水流沿着有利的 方向进入水轮机的转轮。
调整导叶的开度，调节进入转轮的流 量，从而改变水轮机的输出功率。导水机 构关闭导叶，可使水轮机停止运行。
kW,占我国发电装机总容量的 73.7 %。
•
火电厂按使用燃料的不同可分为燃煤、燃油和燃
气等几类电厂。我国的煤炭资源比较丰富，燃煤火电
厂是我国目前电能生产的主要方式。
30
火电厂生产过程 火电厂按照原动机不同可分为汽轮机电厂、燃气轮
机电厂、蒸汽—燃气轮机联合循环电厂。但从能量转换 观点分析，其基本过程都是：燃料的化学能→热能→机 械能→电能。
（稳定性分析）
暂态
2
• 重点： • 三大计算 1、标幺值计算 2、稳态计算：潮流；调频、调压 3、暂态计算：故障；稳定性
3
第一章 电力系统概述
第一节 电力系统中能源的构成 第二节 电力系统的形成 第三节 电力系统的负荷 第四节 电力系统运行的特点及要求 第五节 电力系统的电压等级和规定 第六节 我国电力工业的发展
•
锅炉将燃料的化学能转化为蒸汽热能，蒸汽机将
蒸汽热能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。
（如图1—5所示）。
•
火电厂的实际生产过程要复杂得多，还需要很多
辅助系统以维持其正常生产，如输煤系统、除灰系统，
供水系统、水处理系统等。
31
图1－5 凝汽式火力发电厂生产系统组合示意图
24
（1）水轮机室 是引水机构，常称蜗壳，其作用是将引水
管来的水流沿圆周方向均匀导向转轮。
图1－7 蜗壳外形图
25
• （2）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水机构
导水机构的作用是使水流沿着有利的 方向进入水轮机的转轮。
调整导叶的开度，调节进入转轮的流 量，从而改变水轮机的输出功率。导水机 构关闭导叶，可使水轮机停止运行。
kW,占我国发电装机总容量的 73.7 %。
•
火电厂按使用燃料的不同可分为燃煤、燃油和燃
气等几类电厂。我国的煤炭资源比较丰富，燃煤火电
厂是我国目前电能生产的主要方式。
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火电厂生产过程 火电厂按照原动机不同可分为汽轮机电厂、燃气轮
机电厂、蒸汽—燃气轮机联合循环电厂。但从能量转换 观点分析，其基本过程都是：燃料的化学能→热能→机 械能→电能。
（稳定性分析）
暂态
2
• 重点： • 三大计算 1、标幺值计算 2、稳态计算：潮流；调频、调压 3、暂态计算：故障；稳定性
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第一章 电力系统概述
第一节 电力系统中能源的构成 第二节 电力系统的形成 第三节 电力系统的负荷 第四节 电力系统运行的特点及要求 第五节 电力系统的电压等级和规定 第六节 我国电力工业的发展
•
锅炉将燃料的化学能转化为蒸汽热能，蒸汽机将
蒸汽热能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。
（如图1—5所示）。
•
火电厂的实际生产过程要复杂得多，还需要很多
辅助系统以维持其正常生产，如输煤系统、除灰系统，
供水系统、水处理系统等。
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图1－5 凝汽式火力发电厂生产系统组合示意图
01 电力系统基本知识
•
•
四、风电对电网的影响
• 风电被业内称为“绿色产业制造有毒的产品”，对电网的影响越来越 大。 • 据了解，受风力影响，风电相对不够稳定，电网企业对接收风电的积 极性不高，也被认为是造成风电上网难的一个重要因素。从目前接入 电网内所有风电场的技术应用水平看，还都处于一个较低的水平，大 部分风电场均不具备功率预测及出力控制能力，特别是大规模风电集 中接入电网薄弱的东北、蒙西地区，增加了电网安全稳定运行的难度， 也给系统调峰、调频、调压、潮流控制、稳定控制等带来较大困难， 同时使系统运行状态的不确定性增加，对火电机组的运行也产生了较 大影响。风电场并网后对电网的具体影响是：电能质量、电网稳定性、 发电计划和调度。
六、辽西电网结构
正常运行方式下外送联络线潮流控制：
• 1、乌丹变CSS100BE稳控装置切赛乌线措施、西郊变CSS100BE稳控装 置切杨西措施均投入时，赤峰北部地区外送联络线潮流不大于560MW； • 2、乌丹变CSS100BE稳控装置切赛乌线措施停用时，赤峰北部地区外 送联络线潮流不大于450MW。 • 3、西郊变CSS100BE稳控装置切杨西措施停用时，赤峰北部地区外送 联络线潮流不大于350MW。 • 4、220kV赛乌线潮流不大于270MW。 • 5、220kV杨西线潮流不大于330MW。 • 6、220kV赤西线潮流不大于300MW。 • 7、赤峰外送联络线潮流不大于1700MW。
四、风电对电网的影响
• • • • 1、电能质量 风力发电电能质量对电网产生影响的主要有高次谐波和电压闪变与电压波动。 1）电压闪变 风力发电机组大多采用软并网方式，但是在启动时仍然会产生较大的冲击电流。 当风速超过切出风速时，风机会从额定出力状态自动推出运行。如果整个风电场 所有风机几乎同时动作，这种冲击对电网的影响十分明显，容易造成电压闪变与 电压波动。 2）谐波污染 风电给系统带来谐波的途径主要有两种： 一种是风机本身配备的电力电子装置可能带来谐波问题，对于直接和电网相连的 恒速风机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，因此会产生一定的谐波， 不过过程很短，对于变速风机是通过整流和逆变装置接入系统，如果电力电子装 置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生严重的谐波问题； 另一种是风机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振，在实际运行中已经多 次观测到在风电场出口变压器的低压侧产生大量谐波的现象。
电力系统概念概要
13.80 15.75 18.0 20.0 22.0 24.0
35 60 110 220 330 500 -
3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11.0
38.5 66 121 242 363 550 -
电气设备 最高电压
/kV 3.6 7.2 12
24
40.5 72.5 126 252 363 550 800
⑶ 三类负荷：指不属于第一类、第二类的其它负荷。对这类负荷中断供 电，造成的损失不大。因此，对三类负荷的供电无特殊要求。
二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类
❖ 电力系统负荷曲线 ❖ 分类：
按时间分类： 日负荷曲线：
日平均负荷曲线 日负荷持续曲线 三、电力系统日负荷曲线 最小负荷 最大负荷 基荷、峰荷、腰荷
1. 低于3kV系统的额定电压
低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备 额定电压
电力系统额 定电压/kV
发电机 额定电 压/kV
变压器额定电压/kV 一次绕组 二次绕组
0.22/0.127 0.23 0.22/0.127 0.23/0.133
0.38/0.22 0.40 0.38/0.22 0.40/0.23
电力系统 额定电压
/kV 3
6
10 20 35 60 110 220 330 500 750
发电机 额定电压
/kV 3.15
6.30
10.50 13.80 15.75 18.0 20.0 22.0 24.0
电力变压器额定电压/kV
一次绕组 二次绕组
3 及 3.15 6 及 6.30 10 及 10.5
A
B
负
荷
C
a. 电路图
35 60 110 220 330 500 -
3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11.0
38.5 66 121 242 363 550 -
电气设备 最高电压
/kV 3.6 7.2 12
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40.5 72.5 126 252 363 550 800
⑶ 三类负荷：指不属于第一类、第二类的其它负荷。对这类负荷中断供 电，造成的损失不大。因此，对三类负荷的供电无特殊要求。
二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类
❖ 电力系统负荷曲线 ❖ 分类：
按时间分类： 日负荷曲线：
日平均负荷曲线 日负荷持续曲线 三、电力系统日负荷曲线 最小负荷 最大负荷 基荷、峰荷、腰荷
1. 低于3kV系统的额定电压
低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备 额定电压
电力系统额 定电压/kV
发电机 额定电 压/kV
变压器额定电压/kV 一次绕组 二次绕组
0.22/0.127 0.23 0.22/0.127 0.23/0.133
0.38/0.22 0.40 0.38/0.22 0.40/0.23
电力系统 额定电压
/kV 3
6
10 20 35 60 110 220 330 500 750
发电机 额定电压
/kV 3.15
6.30
10.50 13.80 15.75 18.0 20.0 22.0 24.0
电力变压器额定电压/kV
一次绕组 二次绕组
3 及 3.15 6 及 6.30 10 及 10.5
A
B
负
荷
C
a. 电路图
第1章 电力系统与牵引供电系统
1-3-2 相控整流调压电路 1-3-2 相控整流调压电路 1、直流电机的调速原理 电力机车采用直流电动机牵引的重要原因之一，是因为直流电动机便 于调速。由于转速公式为：
U IR n Ce
所以，调节电动机的电枢电压U就可实现调速。 早期调速采用调压开关分级调速，缺点是变压器抽头多，结构复杂。 目前采用大功率晶闸管相控整流调压电路实现调压，克服了以上缺点。 2、电力机车的三段相控整流调压电路 图 中 a2x2,a1b1,b1x1 为 机 车 变 压 器 副 边 的 三 段 牵 引 绕 组 。 二 极 管 V1~V4及晶闸管VS01~VS26组成三段桥相控整流电路。L为平波电抗器， 对整流回路的脉动电流起平波作用。。如图1-11所示。
1-2-4 牵引变电所的引入线方式
1-2-5 接触网的供电方式
1-2-1 牵引供电系统的电流制 1-2-1 牵引供电系统的电流制 主要有四个电流制：直流制、低频单相交流制、三相交流制、工频单 相交流制。
1、直流制
因电力牵引用的电力机车多采用机械性能好、调速方便的直流串励电 动机，所以采用直流制供电，简化了机车设备，提高了效率。但牵引变电 所必须设整流设备，结构复杂了。同时因受电力机车牵引电动机额定电压 影响，供电线路电压较低使牵引变电所间距离减小，同时供电电流的加大 增加了导线截面，增大了线路损耗。所以在我国电气化铁道中，未采用直 流制。但在矿山、城市电车和地铁中得以广泛应用。 2、低频单相交流制 为克服直流的缺陷，西欧一些国家采用低频单相交流制，频率为 50/3Hz，电压为11~15kV。虽然这种制式比直流有不少优点，但因其频率 与工频差异，必须有与之配套的发电厂和供电系统，经济性、通用性不好， 应用受限。
第1章 电力系统与牵引供电系统
第1章电力系统概述杨以涵
(2)暂态过程非常迅速；
电能以电磁波形式传播，（30万km/s）运行和故障发 生十分短促。
(3)和国民经济各部门间的关系密切； (4)电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形 都有严格的国家标准。
35
2、电力系统的要求 (1)保证供电可靠性；
造成对用户停止供电的原因： a)电力系统的元件(如发电机、变压器、线路等)发生 故障； b)系统运行的全面瓦解(如稳定性破坏)。
本课程的性质、目的和任务
• 了解对电力系统的组成和运行，并掌握电力系 统的稳态运行、电力系统的暂态过程、电力系 统控制的各种分析和计算方法 • 后续的专业课程和今后的从事电力系统行业的 工作奠定扎实的基础理论知识和基本技能。
1
本课程的教学内容
电力系统基础、接线 —发、输、变、配 电力系统元件参数及等值电路 —物理元件的数学模型 电力系统潮流计算---稳态运行各母线电压、支路电流 与功率及网损 电力系统有功功率平衡与频率调整 电力系统无功功率平衡及电压调整 短路电流的计算与分析—故障分析，三相短路概念 电力系统的稳定性 —静稳、暂态稳定
直接转换
间接转换
直接将太阳能辐射能 =〉电能(光伏发电) 直接转换 直接将太阳热能 =〉电能(半导体材料的 温差发电)
20
(1)、太阳能电池发电（光伏发电）
太阳能电池是利用半导体P-N结的光伏效应将太阳能 直接转换成电能的器件。
图1-13 离网太阳能光伏电系统
21
适应太阳能能量密度较低的特点，易于普及，不 仅节省输配电设备，减少电力损耗，而且具有灵活性 和经济性。
16
三、核电厂
17
四、分布式可再生能源发电
可再生能源发展的必然性： (1)大机组、大电网、高电压是当代电力系统的主流； (2)化石燃料是不可再生，并资源有限； (3)环境污染、环境保护等。 可再生能源的特点：
第一章 电力系统的基本概念(林俐) - 复制
第一章:电力系统的基本概念
1
本章主要内容
2
第一节：电力系统概述
3
一、电力系统的形成和发展
1、1831年法拉第发现了电磁感应定律。 很快出现了原始的交流发电机、直 流发电机 和直 流电动机；输电电压只有直流低压100—400v 2、 第一次高压输电出现于1882年。法国人M·德波列 茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能输送到 57km外的慕尼黑，并用以驱动水泵。电压：直流 1500—2000v 功率：1.5kw 3、1885年在制成变压器的基础上，实现单向交流输 电； 1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的 基础上，实现了三相交流输电。
1、供电可靠性 2、绝缘投资与运行维护费用 3、对继电保护的影响 4、对通信的影响
35
第五节 电力系统工程学科和电 力系统工程基础课程
36
一、电力系统工程学科的范畴
1. 电力系统理论是以电路、电磁场和电机理沦
为基，吸收大量新兴学科的有关内容，并结 合电力系统的特点而形成的面向近代电力系 统的理论，是其它各个领域的理论基础。 2. 输配电技术主要涉及超高压输电线路、远距 离交直流输电系统，以及提高输电线路输送 能力等方面的问题。 3. 电力系统规划主要涉及远景负荷规划、电源 规划、网络规划、可靠性分析．环境保护、 生态平衡等方面的问题。
30
31
三、电力系统中性点的运行方式
1、中性点不接地运行方式 2、中性点经消弧线圈接地运行方式
中性点经消弧线圈接地简单分析
3—6kV网络 30A 10kV网络 20A 35—60kV网络 10A
中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿和欠补偿之分
3、中性点不接地运行方式
32
33
34
1
本章主要内容
2
第一节：电力系统概述
3
一、电力系统的形成和发展
1、1831年法拉第发现了电磁感应定律。 很快出现了原始的交流发电机、直 流发电机 和直 流电动机；输电电压只有直流低压100—400v 2、 第一次高压输电出现于1882年。法国人M·德波列 茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能输送到 57km外的慕尼黑，并用以驱动水泵。电压：直流 1500—2000v 功率：1.5kw 3、1885年在制成变压器的基础上，实现单向交流输 电； 1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的 基础上，实现了三相交流输电。
1、供电可靠性 2、绝缘投资与运行维护费用 3、对继电保护的影响 4、对通信的影响
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第五节 电力系统工程学科和电 力系统工程基础课程
36
一、电力系统工程学科的范畴
1. 电力系统理论是以电路、电磁场和电机理沦
为基，吸收大量新兴学科的有关内容，并结 合电力系统的特点而形成的面向近代电力系 统的理论，是其它各个领域的理论基础。 2. 输配电技术主要涉及超高压输电线路、远距 离交直流输电系统，以及提高输电线路输送 能力等方面的问题。 3. 电力系统规划主要涉及远景负荷规划、电源 规划、网络规划、可靠性分析．环境保护、 生态平衡等方面的问题。
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三、电力系统中性点的运行方式
1、中性点不接地运行方式 2、中性点经消弧线圈接地运行方式
中性点经消弧线圈接地简单分析
3—6kV网络 30A 10kV网络 20A 35—60kV网络 10A
中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿和欠补偿之分
3、中性点不接地运行方式
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电力系统分析 电力系统规划 电力系统运行与控制 电力系统继电保护与安全稳定控制 电力电子技术在电力系统中的应用 可再生新能源发电和运行
2009-7-3 电力系统概述 19
设备额定电压设定的基本原则
用电设备额定电压＝系统额定电压Ue 发电机的额定电压＝105%Ue 变压器一次绕组＝ Ue ~ 105%Ue 变压器二次绕组＝ 105%Ue ~ 110%Ue
2009-7-3
电力系统概述
20
3kV及以上系统的额定电压
电力系统额定电 压/kV
电力系统概述 13
2009-7-3
交流电力传输
输电系统采用3相3线制
产生交流电动机需要的旋转磁场 相同电压时,每条线路传输的功率是单向2线 制的1.15倍 可以获得单相交流电
低压配电系统采用3相4线制
2009-7-3
电力系统概述
14
直流电力传输
直流输电优点 相同电压有效值时，有利于绝缘 线路电感为零，无无功功率，损耗小 无电容电流，不产生介质损耗，有利于电缆 输电 传输容量不受稳定极限的限制 一般架空线路500~700km以上，电缆 30~40km以上可以考虑采用直流输电 直流输电电压变换难以实现,切断直流比交流难 常采用单极和双极方式
电力系统概述 15
2009-7-3
输电技术的发展
输电技术发展的特点是努力减少线路损失，经 济合理的减少线损的方法是提高输电电压，输 电技术的全部发展史就是持续不断地提高电压 等级，同时提高输送功率和输送距离，解决线 路走廊问题（美国１条765kV线路的输送能力 相当于５条345kV线路，而所需走廊宽度分别 为60m 和225m) 提高输电电压，与线路，变压器和断路器等的 绝缘密切相关
电力系统概述 22
2009-7-3
描述电网的主要技术指标
总装机容量 ：电力系统的总装机容量指该系统中实际 安装的发电机组额定有功功率的总和， 以kW、MW、GW计。 年发电量 ：指该系统所有发电机组全年实际发出电能 的总和，以MW· h、GW· h、TW· 。 h计 最大负荷 ：指规定时间，如一天、一月或一年内，电 力系统总有功功率负荷的最大值，以kW、 MW、GW计。 额定频率 ：按国家标准规定，我国所有交流电力系统 的额定频率均为50Hz。
21
电力系统概述
电力系统中性点(接地)运行方式
有效接地系统或大接地电流系统。过电压水平 和输变电设备所需的绝缘水平较低，但是系统 发生单相接地短路故障时短路电流很大, 用于 220kV及以上的电力系统中 非有效接地系统或小接地电流系统发生单相接 地短路故障时短路电流很小，故障相对地电压 降为零；非故障相对地电压升高为线电压其值 主要由电容电流组成, 用于60 kV及以下的配 电系统中
2009-7-3
电力系统概述
18
电压等级与输配电网络
电压等级(线路及用电设备额定电压): 3kV, 6kV, 10kV, 35kV, 110kV, 220kV, 330kV, 500kV, 735kV,1000kV 输电网:220kV级以上主干电力线路 二级输电网: 110kV~ 220kV,连接区域性 的发电厂和大用户 高压配电网: 6kV ~35kV 低压配电网: 1kV及以下电网络
电力系统分析 课程
Instructor: 王晓茹 (87601128, xrwang@) Assistant: 王德林 (87601300, dlwang@)
参考教材
韩祯祥主编，电力系统分析，浙江大学出版 社,2005.12第3版 陈珩编著，电力系统稳态分析，水利电力出版 社,1995.11第2版 J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma， Power system analysis and design，3rd ed ， Thomson Learning, 2002 （电力系统分析与设 计，英文版，机械工业出版社，2004，7 ）
3
发电机额定电 压/kV
3.15
6 10 35 110 220 330 500
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6.30 10.50
电力变压器额定电压/kV 一次绕组 二次绕组 3及3.15 3.15及3.3 6及6.30 6.3及6.6 10及10.5 10.5及11.0 35 38.5 110 121 220 242 330 363 500 550
电力系统概述 16
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高压架空输电线路
1898 年美国33kV 120km输电线路,针式绝缘子 1906年美国发明悬式绝缘子(11~500kV)，1908和 1923 年分别建成110kV和220kV输变电工程 1959年前苏联500 kV输变电工程 1965年加拿大760 kV输变电工程 1985年前苏联1150kV输变电工程（降压运行） 1910~1914美国和前苏联科学家发现电晕临界电压 与导线直径成比例,促使了铝线，钢芯铝绞线，扩 经或分裂导线的使用 兰州东至银川东750kV输变电工程竣工投产 国内首条特高压输电线路“晋东南-南阳-荆门 1000千伏交流试验示范工程”开工
电力系统概述
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发电厂
利用自然界蕴藏的各种能源来生产电能。 按所使用能源的不同，发电厂可以分为： 火力、水力、原子能、地热、潮汐、风 力以及太阳能发电厂等。目前在电力系 统中起主导作用的是火力、水力和原子 能发电厂
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电力系统概述
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能量转换过程
水力发电厂 利用水流的动能和势能来生产电能。 水驱动水轮机转动，与水轮机直接相连的发电 机将机械能转换成电能。水能→机械能→电能 火力发电厂 利用煤、石油、天燃气或其它燃 料所产生的热能,在锅炉中将水变成高温高压 蒸汽,推动汽轮机,带动发电机发电。化学能→ 热能→机械能→电能 原子能发电厂 利用核燃料在反应堆中产生的 热能, 将水变成高温高压蒸汽,推动汽轮机,带 动发电机发电。核能→机械能→电能
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电力系统构成
发电厂
汽轮机 水轮机 发电机 升压变压器
高压
输电线路
降压变压器
用户 用电设备
G
电力网 电力系统 动力系统
M M ~ ~
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电力系统概述
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电力系统概述
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电力系统构成
电力网：变压器和不同电压等级输电线 路组成的网络 电力系统：发电机、电力网及用电设备 动力系统：电力系统+发电厂的动力部分 （火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发 电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂 的反应堆等）
2009-7-3 电力系统概述 28
世界电力工业的发展趋势
世界发电量的年增长率趋缓，而一些发 展中国家，特别是亚洲国家仍维持较高 的电力增长速度 电力技术的发展向效率、环保的更高目 标迈进 电业管理体制和经营方式发生变革，由 垄断经营逐步转向市场开放
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电力系统概述
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电力系统技术
电力系统概述 25
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电力系统基本任务和运行ห้องสมุดไป่ตู้点
运行特点 电能不能大规模储存 过渡过程很短 发输配电自动化 高可靠性要求 基本任务 保证供电可靠 保证良好的电能质量 提高电力系统运行的安全性和经济性
电力系统概述 26
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我国电力系统发展 -发电装机容量
电力系统概述 24
电气接线图
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电能质量
频率 额定频率： 50Hz 频率偏差和延时时间：±0.2Hz，持续时间 小于30分钟， 电压 电压偏差： 36kV及以上：正负偏差的绝对 值之和小于额定电压的10%；220V：额定电 压的+7%、-10% 三相平衡度：2% 波形 正弦波电压和电流有谐波畸变率的限制
电力系统概述
2009-7-3
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最大的发电机组和发电厂
汽轮发电机组:130万千瓦(US)；中国60万千瓦 火电厂: 6台80万千瓦(俄罗斯)；内蒙古 360万千瓦 水轮发电机组:70万千瓦(US)；中国70万千瓦 水电厂: 18台70万千瓦(巴西)；三峡预计26台70万 =1820万千瓦，2010年全部建成投产,将是世界 最大的水电厂 核电机组: 130万千瓦(前苏联)；秦山30万千瓦 核电厂: 909.6千瓦(日本)；秦山300万千瓦
电力系统概述 27
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输变电网络建设
1981年底，我国第一项自行施工设计的500kV 平武输变电工程建成投产。截至2000年底， 500kV线路总长26837km，变电容量9447kVA。 已构成我国电网的骨干网络 1990，我国第一项+/-500kV直流输电工程线路 双极建成投产，将华东,华中两大电网联在一起, 标志着我国进入大电网、大机组、交直流高压 输电的新阶段 从装机容量密度和线路承载度来评价,我国电网 特别是500kV电网结构与发达国家相比,有较大 差距.
2009-7-3 电力系统概述 23
描述电网的主要技术指标(续)
最高电压等级
：同一电力系统中电力线路往往有几 种不同电压等级。所谓最高电压等 级，是指该系统中最高电压等级电 力线路的额定电压，以 kV 计。
地理接线图
：电力系统的地理接线图主要显示系统 中发电厂、变电所的地理位置，电力 线路的路径，及它们相互间的连接 。 ：电力系统的电气接线图主要显示该系 统中发电机、变压器、母线、断路 器、电力线路之间的电气接线。
2009-7-3 电力系统概述 19
设备额定电压设定的基本原则
用电设备额定电压＝系统额定电压Ue 发电机的额定电压＝105%Ue 变压器一次绕组＝ Ue ~ 105%Ue 变压器二次绕组＝ 105%Ue ~ 110%Ue
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电力系统概述
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3kV及以上系统的额定电压
电力系统额定电 压/kV
电力系统概述 13
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交流电力传输
输电系统采用3相3线制
产生交流电动机需要的旋转磁场 相同电压时,每条线路传输的功率是单向2线 制的1.15倍 可以获得单相交流电
低压配电系统采用3相4线制
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电力系统概述
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直流电力传输
直流输电优点 相同电压有效值时，有利于绝缘 线路电感为零，无无功功率，损耗小 无电容电流，不产生介质损耗，有利于电缆 输电 传输容量不受稳定极限的限制 一般架空线路500~700km以上，电缆 30~40km以上可以考虑采用直流输电 直流输电电压变换难以实现,切断直流比交流难 常采用单极和双极方式
电力系统概述 15
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输电技术的发展
输电技术发展的特点是努力减少线路损失，经 济合理的减少线损的方法是提高输电电压，输 电技术的全部发展史就是持续不断地提高电压 等级，同时提高输送功率和输送距离，解决线 路走廊问题（美国１条765kV线路的输送能力 相当于５条345kV线路，而所需走廊宽度分别 为60m 和225m) 提高输电电压，与线路，变压器和断路器等的 绝缘密切相关
电力系统概述 22
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描述电网的主要技术指标
总装机容量 ：电力系统的总装机容量指该系统中实际 安装的发电机组额定有功功率的总和， 以kW、MW、GW计。 年发电量 ：指该系统所有发电机组全年实际发出电能 的总和，以MW· h、GW· h、TW· 。 h计 最大负荷 ：指规定时间，如一天、一月或一年内，电 力系统总有功功率负荷的最大值，以kW、 MW、GW计。 额定频率 ：按国家标准规定，我国所有交流电力系统 的额定频率均为50Hz。
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电力系统概述
电力系统中性点(接地)运行方式
有效接地系统或大接地电流系统。过电压水平 和输变电设备所需的绝缘水平较低，但是系统 发生单相接地短路故障时短路电流很大, 用于 220kV及以上的电力系统中 非有效接地系统或小接地电流系统发生单相接 地短路故障时短路电流很小，故障相对地电压 降为零；非故障相对地电压升高为线电压其值 主要由电容电流组成, 用于60 kV及以下的配 电系统中
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电力系统概述
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电压等级与输配电网络
电压等级(线路及用电设备额定电压): 3kV, 6kV, 10kV, 35kV, 110kV, 220kV, 330kV, 500kV, 735kV,1000kV 输电网:220kV级以上主干电力线路 二级输电网: 110kV~ 220kV,连接区域性 的发电厂和大用户 高压配电网: 6kV ~35kV 低压配电网: 1kV及以下电网络
电力系统分析 课程
Instructor: 王晓茹 (87601128, xrwang@) Assistant: 王德林 (87601300, dlwang@)
参考教材
韩祯祥主编，电力系统分析，浙江大学出版 社,2005.12第3版 陈珩编著，电力系统稳态分析，水利电力出版 社,1995.11第2版 J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma， Power system analysis and design，3rd ed ， Thomson Learning, 2002 （电力系统分析与设 计，英文版，机械工业出版社，2004，7 ）
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发电机额定电 压/kV
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6 10 35 110 220 330 500
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电力变压器额定电压/kV 一次绕组 二次绕组 3及3.15 3.15及3.3 6及6.30 6.3及6.6 10及10.5 10.5及11.0 35 38.5 110 121 220 242 330 363 500 550
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高压架空输电线路
1898 年美国33kV 120km输电线路,针式绝缘子 1906年美国发明悬式绝缘子(11~500kV)，1908和 1923 年分别建成110kV和220kV输变电工程 1959年前苏联500 kV输变电工程 1965年加拿大760 kV输变电工程 1985年前苏联1150kV输变电工程（降压运行） 1910~1914美国和前苏联科学家发现电晕临界电压 与导线直径成比例,促使了铝线，钢芯铝绞线，扩 经或分裂导线的使用 兰州东至银川东750kV输变电工程竣工投产 国内首条特高压输电线路“晋东南-南阳-荆门 1000千伏交流试验示范工程”开工
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发电厂
利用自然界蕴藏的各种能源来生产电能。 按所使用能源的不同，发电厂可以分为： 火力、水力、原子能、地热、潮汐、风 力以及太阳能发电厂等。目前在电力系 统中起主导作用的是火力、水力和原子 能发电厂
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能量转换过程
水力发电厂 利用水流的动能和势能来生产电能。 水驱动水轮机转动，与水轮机直接相连的发电 机将机械能转换成电能。水能→机械能→电能 火力发电厂 利用煤、石油、天燃气或其它燃 料所产生的热能,在锅炉中将水变成高温高压 蒸汽,推动汽轮机,带动发电机发电。化学能→ 热能→机械能→电能 原子能发电厂 利用核燃料在反应堆中产生的 热能, 将水变成高温高压蒸汽,推动汽轮机,带 动发电机发电。核能→机械能→电能
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电力系统构成
发电厂
汽轮机 水轮机 发电机 升压变压器
高压
输电线路
降压变压器
用户 用电设备
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电力网 电力系统 动力系统
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电力系统构成
电力网：变压器和不同电压等级输电线 路组成的网络 电力系统：发电机、电力网及用电设备 动力系统：电力系统+发电厂的动力部分 （火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发 电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂 的反应堆等）
2009-7-3 电力系统概述 28
世界电力工业的发展趋势
世界发电量的年增长率趋缓，而一些发 展中国家，特别是亚洲国家仍维持较高 的电力增长速度 电力技术的发展向效率、环保的更高目 标迈进 电业管理体制和经营方式发生变革，由 垄断经营逐步转向市场开放
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电力系统技术
电力系统概述 25
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电力系统基本任务和运行ห้องสมุดไป่ตู้点
运行特点 电能不能大规模储存 过渡过程很短 发输配电自动化 高可靠性要求 基本任务 保证供电可靠 保证良好的电能质量 提高电力系统运行的安全性和经济性
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我国电力系统发展 -发电装机容量
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电气接线图
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电能质量
频率 额定频率： 50Hz 频率偏差和延时时间：±0.2Hz，持续时间 小于30分钟， 电压 电压偏差： 36kV及以上：正负偏差的绝对 值之和小于额定电压的10%；220V：额定电 压的+7%、-10% 三相平衡度：2% 波形 正弦波电压和电流有谐波畸变率的限制
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最大的发电机组和发电厂
汽轮发电机组:130万千瓦(US)；中国60万千瓦 火电厂: 6台80万千瓦(俄罗斯)；内蒙古 360万千瓦 水轮发电机组:70万千瓦(US)；中国70万千瓦 水电厂: 18台70万千瓦(巴西)；三峡预计26台70万 =1820万千瓦，2010年全部建成投产,将是世界 最大的水电厂 核电机组: 130万千瓦(前苏联)；秦山30万千瓦 核电厂: 909.6千瓦(日本)；秦山300万千瓦
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输变电网络建设
1981年底，我国第一项自行施工设计的500kV 平武输变电工程建成投产。截至2000年底， 500kV线路总长26837km，变电容量9447kVA。 已构成我国电网的骨干网络 1990，我国第一项+/-500kV直流输电工程线路 双极建成投产，将华东,华中两大电网联在一起, 标志着我国进入大电网、大机组、交直流高压 输电的新阶段 从装机容量密度和线路承载度来评价,我国电网 特别是500kV电网结构与发达国家相比,有较大 差距.
2009-7-3 电力系统概述 23
描述电网的主要技术指标(续)
最高电压等级
：同一电力系统中电力线路往往有几 种不同电压等级。所谓最高电压等 级，是指该系统中最高电压等级电 力线路的额定电压，以 kV 计。
地理接线图
：电力系统的地理接线图主要显示系统 中发电厂、变电所的地理位置，电力 线路的路径，及它们相互间的连接 。 ：电力系统的电气接线图主要显示该系 统中发电机、变压器、母线、断路 器、电力线路之间的电气接线。