第一章+电力系统的基本概念

电力系统稳态分析正常稳态分析 计算（U、I、P、Q、f） 电力系统稳态 分析 电 力 系 统 分 析 电力系统暂态分 析 稳定性分析 运行调整和优化故障分析电力系统稳态分析课程目的：掌握电力系统稳态运行的基本知识、各元 件特性和数学模型、分析及计算方法、运 行调节和优化。

电力系统的基本概念 正常稳态分析 各元件的特性和模型 潮流计算 调频 运行调节和优化 调压 经济运行主要内容：第一章电力系统的组成电力系统的基本概念电力系统的发展概况电力系统运行的基本要求电力系统的结线方式和电压等级电力系统中性点的运行方式1-1 电力系统的组成单相图（表示三相电路）电力系统：由发电厂、变电所、输电线路、配电系统和负荷等组成 的电能生产、传输、分配和消费的系统。

电力网 ：由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组 成的联系发电与用电的统一整体。

动力系统：电力系统和动力部分的总和。

1-1 电力系统的组成输电网：用于电能的远距离传输 220kV及以上配电网：用于向用户配送电能 35kV-110kV——高压配电网 10kV——中压配电网 380V——低压配电网1-1 电力系统的组成总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率总和 年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能总和 最大负荷：规定时间（一天、一月、一年内）系统总有功负荷最大 值 额定频率：国内额定频率为50Hz，国外有60Hz或25Hz 最高电压等级：系统最高电压等级线路的额定电压 地理结线图：显示元件地理位置以及连接路径 电气结线图：显示元件之间的电气连接，不反映地理位置1-2 电力系统的发展概况1.电力系统的发展简史直流→三相交流→交直流并存1-2 电力系统的发展概况（1）直流电力系统1882年，由爱迪生建成世界上第一条完整的直流电力系统，装机 容量670kW，半径1.5km，59盏白炽灯，110V地下电缆。

缺点：无法通过变压器抬高或降低电压，无法满足大容量远距离 输电的要求。

1-2 电力系统的发展概况（2）三相交流电力系统1891 年 在制 成三相变压器的 基础上 ， 德 国 建立第 一 个 三相 交流 输电系统。

发电机电压为 95V ，输电线路电压 25kV ，输电距离 178km，用电电压12V。

1-2 电力系统的发展概况特高压输电习惯上，1～220kV为高压， 330～1000kV为超高压， 1000kV以上为特高压。

20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究。

1985年苏联建成1228km的1150kV。

2009年中国第一条特高压输电线路晋东南—南阳—荆门 1000千伏特高压交流输电线路投运行，全长640公里。

1-2 电力系统的发展概况（2）三相交流电力系统优点：交流系统电压变换容易； 交流发电机和电动机简单便宜。

存在问题：同步发电机并列运行的稳定性； 不同频率系统之间的联网。

1-2 电力系统的发展概况（3）交直流并存的现代电力系统 1972年， 加拿大 伊尔河晶闸管工程标志着进入晶 闸管换流的高压直流输电时代。

直流输电的优点：每根同样截面的导线，能输送更大的功率，并且有功损耗小。

费用相同时，传输功率约为交流输电的1.5倍每根导线都可以作为一个独立回路运行，并且可以采用大地或海 水作回路。

一极发生故障时，仍能半负载运行不存在磁滞损耗和涡流损耗，没有集肤效应。

线损小，节约能量不存在稳定问题。

不需要同步运行，输送功率不受电力网稳定性的约束直流输电的缺点：换流器投资昂贵，且需要消耗较多的无功功率。

换流器是一个谐波源会产生电力污染，而且几乎没有过载能力。

直流断路器技术的限制。

1-2 电力系统的发展概况2. 中国电力工业的现状与展望截止2013年，全国发电总装机容量12.47亿千瓦，同比增长9.3%。

火电装机8.6亿千瓦，同比增长5.7%，占全国总装机的69.0%，比上年 降低2.6个百分点； 水电装机2.8 亿千瓦，同比增长12.3%，占全国总装机的22.5% ，比上 年提高0.7个百分点； 核电装机1461万千瓦，同比增长16.2%，占全国总装机的1.2% ，比上 年提高0.1个百分点； 并 网 风 电 装 机 为 7548 亿 千 瓦 ， 同 比 增 长 24.5% ， 占 全 国 总 装 机 的 6.1%，比上年提高0.6个百分点； 并 网 太 阳 能装机为 1479 亿 千 瓦 ， 同 比增 长 3.4 倍 ， 占 全国总装机的 1.2% 。

Ø中国电力网福建电网装机情况“十二五”以来，火电、 LNG、新能源装机容量快速增 长，核电于2013年并网，水 电装机趋于饱和。

3412 3035 2803 23974193 3648 3885单位：万千瓦火电 水电 风能 LNG 核能福建电源结构目前全省总装机 3 个LNG电厂总装机 水电装机 1274万千瓦 风电都是陆上风电， 4193.1 万千瓦，其中 385.8 万千瓦，分布 （含半岭抽蓄），主 也全部分布在沿海， 火电装机 2226.5 万千 在沿海，其中 2个在 要分布在西北部，且 共有 20座，总装机 瓦，大型火电主要分 厦门、泉州负荷中 大部分为径流或日调 146.1 万千瓦；其它 布在沿海，北部偏 心； 节性能； 新能源 20.4万千瓦。

多；福建电网网架及负荷特点溪南 崇 浦 溪2009年以后，福建电网形 成500千伏大环网，沿海4-5 回，2013年沿海双通道贯穿到 泉州，2014年全面贯通金 溪富 屯南平地区溪 建 溪松穆 阳 溪西 溪溪2001年福建与华东实现联 网运行,最大外送电能力180 万千瓦，截至2013年年底， 累计实现外送电量438.09亿 东千瓦时。

溪交 溪宁德地区霍古田童 溪溪三明地区九 龙 溪 沙溪 溪 尤福州地区樟 溪 大溪 田 旧 县龙岩地区河 河 汀 江万 安溪九 龙 江 北 溪 船 场泉州地区西 东 溪 溪莆田地区木 兰 溪厦门地区由于电源主要分布在北 部，负荷中心在沿海南部 地区，主网潮流北电南送溪西溪漳州地区1-3电力系统运行应满足的基本要求 特点连续性：电能不能大量储存 瞬时性：暂态过程非常短促 重要性：与国民经济及日常生活关系密切要求可靠 环保 优质 经济1-3电力系统运行应满足的基本要求 1.可靠：保证供电的可靠性负荷分级 ——按供电中断或减少所造成的危害大小划分一级负荷（不允许停电）：指电能供应的中断或减少将造成设备损坏、 人员伤亡、生产秩序混乱，人民生活在较长时间内得不到 恢复的用电设备。

二级负荷（尽可能不停电）：指电能供应的中断或减少将造成产品产 量和质量的下降，人民生活正常秩序受到影响的用电设备。

三级负荷（允许停电）：除一、二级负荷外的用电设备。

1-3电力系统运行应满足的基本要求 1.可靠：保证供电的可靠性Ø相应措施 电源与电网的建设（西电东送全国联网） 备用调度 设备检修（计划检修→状态检修）1-3电力系统运行应满足的基本要求 2.优质：保证良好的电能质量——电压质量、频率质量、波形质量 （1）电压：以电压偏移率来衡量 ≥35kV U -Un ≤10kV DU (%) = Un 低压照明用户 （2）频率：以频率偏移值来衡量 ≥3000MW Df = f - f n ≤3000MW ±5% ±7% +5~-10% ±0.2Hz ±0.5Hz1-3电力系统运行应满足的基本要求 2.优质：保证良好的电能质量——电压质量、频率质量、波形质量 （3）波形：以畸变率来衡量THD =åIn=2¥2 n/ I1ì0.38kV: £ 5% ï10kV: £ 4% ï í ï35kV: £ 3% ï î110kV: £ 2%1-3电力系统运行应满足的基本要求 3.经济：保证系统运行的经济性（1）煤耗率（水耗率） ——电厂每发单位电能所消耗的资源多少①提高能量转换效率 ②经济调度（2）线损率： ——电力网络中损耗的电能与向电力网络供应 电能的百分比①无功补偿 ②分布式电源1-3电力系统运行应满足的基本要求 4.环保——低碳、PM2.5 （1）控制污染物的排放 （2）采用清洁能源1-4电力系统的结线方式和电压等级一、几种典型结线方式的特点（1）无备用(a)放射式(b)干线式(c) 链式优点：简单、经济、运行方便 缺点：供电可靠性差1-4电力系统的结线方式和电压等级（2）有备用（双回路）（a）放射式样 （b）干线式 （c）链式优点：供电可靠性高、电压质量好 缺点：投资大、经济性差（3）有备用（环式） 优点：供电可靠性高、电压质量好 缺点：投资大、经济性差（4）有备用（两端供电网络） 优点：供电可靠性高、较为经济 缺点：运行调度复杂、故障或检修切除 一侧线路时，电压质量差，供电可靠性 下降。

1-4电力系统的结线方式和电压等级二、不同电压等级的适用范围（1）电力系统的额定电压等级 输送功率一定时 电压U↑ 电流I↓ 绝缘要求↑S = 3UI导线截面↓ 绝缘投资↑ 导线投资↓Ø对应于一定的输送功率和输送距离应有一最合理的线路电压。

Ø选择电力线路电压时，只能选用国家规定的电压等级——额 定电压等级。

二、不同电压等级的适用范围（2）电气设备的额定电压用电设备的额定电压：是最理想、最经济的工作电压； 允许偏移±5%UN 1.线路:U N = ( U a + U b )/2 = (1.05U e + 0.95U e )/2等于系统的额定电压（线路平均电压） 2.发电机：规定比系统的额定电压高5%3.变压器： 一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发电 机直接相连时，则与发电机相同。

二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%，考虑变压 器内部的电压损耗（5%），实际应比线路高10%。

ì ï升压变 ï ï 变压器 í ï ï降压变 ï îì一次 í î二次 ì一次 ï í ï二次 îU 1e = 1 . 05 U（ e 发电机机端） U 2e = 1 . 1U e U 1e = U e ì U 2e = 1 . 05 U e （ U d % < 7 . 5） í î U 2e = 1 . 1U e （ U d % ³ 7 . 5）用线电压表示的抽头额定电压220kV升压变压器降压变压器例题 : (1)确定各设备额定电压;(2)若T1工作于+2.5%抽头, T2工作 于主抽头,T3工作于-5%抽头,求个变压器变比.10.5kV10.5kV 121kV110kV 38.5kV121(1 + 0.025) kT 1 = 10.535kV11kVkT 2110 = 38.535(1 - 0.05) kT 3 = 111-5电力系统中性点的运行方式发电机定子绕组Y联结的中性点：Ø不接地 Ø为了防护定子绕组过电压而采用经过避雷器接地。