电力系统分析概述
电力系统分析(第三版)于永源 杨绮雯 1章 概述
第一章 电力系统概述和基本概念 表1-1 我国三相交流电力网和用电设备的额定电压∕kV
分类
电力网和用电设备的 额定电压
0.22/0.127
发电机额定电压
0.23 0.40 0.69
电力变压器额定电压
一次绕组 0.22/0.127 0.38/0.22 0.66/0.38 二次绕组 0.23/0.133 0.40/0.23 0.69/0.40
二.电力系统的发展概况
1.电力工业发展历程
1882年，法国人首先实现了较高电压的直流输电，被认为是 世界上第一个电力系统(57km，送端电压1300V，受端电压 850V，输送功率1.5KW)
第一章 电力系统概述和基本概念
1889年，俄国工程师先后发明了三相异步电动机、三相变压 器和三相交流制。 1891年，德国工程师密勒主持建立了第一条三相交流输电线 路，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益 增大。(输送距离175km，输送功率130KW)
图 供电线路上的电压变化示意图
注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电 机的额定电压相同。
其中5%用于补偿变压器满 第一章 电力系统概述和基本概念 载供电时一、二次绕组上的 可以不考虑线路上的电 电压损失； 另外5%用于补 压损失，只需要补偿满 偿线路上的电压损失，用于 载时变压器绕组上的电 变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。 35kV及以上线路。 压损失即可，用于10kV 及以下线路。 当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电
为中心的全国统一联合电网。 21世纪：在北、中、南三大电网的基本格局下，逐步形
成全国联合大电网。与此同时，在21世纪将形成与周边国
家互联的亚洲东部联合电网。
电力系统分析(大学电力专业期末复习资料)
3．为用户提供充足的电能。
1.2 电力系统的电压等级和负荷
一、电力系统的额定电压 电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等。 1.用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。 2.发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%， 用于补偿线路上的电压损失。
例1-1 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压 器的额定电压。
G
T1
变压~器T1的二次侧
供电距离较长，其
额定电压应10比kV线路
额定电压高10%
110kV
变T2压器T6k1V的一次绕组与 发电机直接相连，其一 次侧的额定电压应与发 电机的额定电压相同
发电机G的额定电压：UN·G=1.05×10=10.5（kV）
Wa Pmax
pdt
0
Pmax
图 年最大负荷与年最大负荷利用小时数
1.3 电力系统中性点运行方式
我国电力系统中性点有三种运行方式：
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地
小电流接地系统 大电流接地系统
1、中性点不接地的电力系统
1.正常运行时，系统的三相电压对称，地中无电流流过， 2.当系统发生A相接地故障时 ，A相对地电压降为零，中性
点电压 U 0 U A 0 U 0 U A
UA
U A
U0
IPE
U C
U 0
U B
U C
U B
图1-8 中性点不接地系统发生A相接地故障时的电路图和相量图
电力系统分析复习讲解
jQZ
4）电力网环节首端功率 S1 S 2 S Z P1 jQ1
5）首端导纳支路的功率损耗
S y1
j
1 2
BU12
jQy1
6）线路首端功率
S
' 1
S1 S y1
P1'
jQ1'
在求得线路两端有功功率后可求输电效率
P2' P1'
100%
电力网：由变电所和不同电压等级的输配电线路组成的网络。 电力系统：由各类发电厂、电力网和用户组成的一个系统， 能够完成发电、输电、变电、配电直到用电的全过程。
对电力系统的基本要求
1．保证供电的可靠性。 根据电力负荷对供电可靠性的要求，负荷分为一类、二类
和三类负荷。电力系统供电的可靠性，就是要保证一级负荷在 任何情况下都不停电，二级负荷尽量不停电，三级负荷可以停 电。 2．保证良好的电能质量。
Pk 23
Pk23
100 50
2
4Pk23
Pk 31
Pk31
100 50
2
4Pk31
式中，Pk23 、Pk31为未折算的绕组间短路损耗（铭牌数据）； Pk 、 23 Pk31为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗。
换算方法是： 先将以额定值为基准的标幺值还原为有名值，选 定SB和UB，计算以此为基准的标幺值。
统一基准值下各元件电抗标幺值的计算
发电机：通常给出SN、UN和额定电抗标幺值
X
电力系统分析
电力系统分析电力系统分析是对电力系统运行状态进行调查和研究，并根据已知的电气参数进行计算和分析的过程。
电力系统分析可以帮助我们了解电力系统的运行状态和问题，以及找出改进方案，保证电力系统的安全稳定运行。
电力系统分析主要涉及以下内容：1.电力系统的基本参数电力系统的基本参数包括电压、电流、电阻和电感等。
这些参数是电力系统分析的基础，是计算电力系统稳定性和故障响应能力的关键。
2.电力系统的模型电力系统的模型是对电力系统进行建模和仿真的过程。
模型包括各种元件，如发电机、变压器、线路和负载等。
通过建立模型，可以预测电力系统的运行状态和故障响应能力。
3.电力系统的稳态分析稳态分析是预测电力系统稳定性的关键，它包括电压稳定性、电流平衡和功率因数等方面的分析。
通过稳态分析，可以找出电力系统的瓶颈和短板，提出改进方案。
4.电力系统的短路分析短路分析是电力系统故障响应能力的重要评估指标。
通过短路分析，可以确定电力系统的短路电流等参数，找出电力系统的弱点和改进方案。
5.电力系统的动态分析电力系统动态分析是评估电力系统响应能力的重要指标。
通过动态分析，可以预测电力系统的运行状态，提出改进方案，并进行优化。
电力系统分析的方法包括：1.数学分析法数学分析法是一种基于数学模型的分析方法。
它包括蒙特卡罗方法、蒙特卡罗法等。
数学分析法适用于系统对完善的拓扑和参数模型的分析。
2.仿真模拟法仿真模拟法是一种基于计算机仿真的分析方法。
它完全模拟整个系统的运行状态，能够提供真实的系统响应。
仿真模拟法适用于对系统动态变化的分析。
3.经验判断法经验判断法是一种基于经验和专业知识的分析方法。
它主要依靠专业人员的经验和判断力，快速找出电力系统中的问题。
经验判断法适用于简单的问题和应急响应。
总之，电力系统分析是电力系统安全稳定运行的保障。
它涵盖了电力系统的各个方面，并提供了多种分析方法。
通过电力系统分析，可以找出问题并提出改进方案，保障电力系统的安全稳定运营。
电力系统分析(完整版)PPT课件
输电线路优化运行
总结词
输电线路是电力系统的重要组成部分，其优化运行对于提高电力系统的可靠性和经济性具有重要意义 。
详细描述
输电线路优化运行主要涉及对线路的路径选择、载荷分配、无功补偿等方面的优化，通过合理的规划 和管理，降低线路损耗，提高线路的输送效率和稳定性，确保电力系统的安全可靠运行。
分布式电源接入与控制
分布参数线路模型考虑线路的电感和 电容在空间上的分布，用于精确分析 长距离输电线路。
行波线路模型
行波线路模型用于描述行波在输电线 路中的传播特性，常用于雷电波分析 和继电保护。
负荷模型
负荷模型概述
静态负荷模型
负荷是电力系统中的重要组成部分，其模 型用于描述负荷的电气特性和运行特性。
静态负荷模型不考虑负荷随时间变化的情 况，只考虑负荷的恒定阻抗和电流。
电力系统分析(完整版)ppt 课件
• 电力系统概述 • 电力系统元件模型 • 电力系统稳态分析 • 电力系统暂态分析 • 电力系统优化与控制 • 电力系统保护与安全自动装置
01
电力系统概述
电力系统的定义与组成
总结词
电力系统的定义、组成和功能
详细描述
电力系统是由发电、输电、配电和用电等环节组成的，其功能是将一次能源转 换为电能，并通过输配电网络向用户提供安全、可靠、经济、优质的电能。
无功功率平衡的分析通常需要考虑系统的无功损耗、无功补偿装置的容 量和响应速度等因素。
有功功率平衡
有功功率平衡是电力系统稳态分析的 核心内容，用于确保系统中的有功电 源和有功负荷之间的平衡。
有功功率平衡的分析通常需要考虑系 统的有功损耗、有功电源的出力和负 荷的特性等因素。
有功功率不平衡会导致系统频率波动， 影响电力系统的稳定运行。因此，需 要合理配置有功电源和调节装置，以 维持系统的有功平衡。
《电力系统分析》第一章 电力系统的基本概念
例1.1的附图
解：发电机G的额定电压为10.5KV。
变压器T1:低压侧额定电压为10.5KV,高压侧额定电压为242KV；
变压器T2:高压侧额定电压为220KV，中压侧额定电压为121KV ，
低压侧额定电压为38.5KV；
变压器T3:高压侧额定电压为110KV,低压侧额定电压为11KV；
变压器T4:高压侧额定电压为35KV，低压侧额定电压为6.6KV；
6
二、电力工业发展概况
1．电力系统的发展简史 2．我国的电力系统发展现状 3．我国的电力工业展望与改革
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电力系统分析
7
2.中国电力工业的现状
（1）发电量：1980年以来，平均年增长率9％，现为世 界第二位。
12/22/2019
电力系统分析
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2.中国电力工业的现状
（2）装机容量：居世界第二位。
• 系统与用电设备的额定电压（表1－3） • 电力网中的电压分布。
• 额定频率：50Hz。
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电力系统分析
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电力系统分析
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表 1-3 1000V 以上的额定电压
用电设备额定线电压/kV
系统的额定电压
交流发电机额定线电压/kV
变压器额定线电压/kV
一次绕组
二次绕组
34
3. 变压器 –一次侧：相当于用电设备，其额定电压与 系统（或线路）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%）， 实际应定为比线路高10%。
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电力系统分析
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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。
现代电力系统分析
现代电力系统分析随着科技的进步和社会的发展，电力系统在现代社会扮演着至关重要的角色。
本文将对现代电力系统进行分析，并探讨其在能源供应和环境保护方面的挑战和机遇。
一、电力系统概述现代电力系统是由发电厂、输电网和用户组成的复杂网络。
发电厂通过燃煤、水力、核能等方式产生电能，输电网将电能从发电厂输送到各个用户处，用户则利用电能进行照明、供暖、制造等活动。
电力系统的稳定运行对于现代社会的正常运转至关重要。
二、传统电力系统的问题传统电力系统存在一系列的问题，主要包括能源资源的有限性、电网的稳定性和环境污染等方面。
1. 能源资源的有限性传统的发电方式主要依赖于煤炭和天然气等化石能源，这些能源的储量有限且不可再生。
随着能源消耗的增加，如何合理利用有限的能源资源成为了亟待解决的问题。
2. 电网的稳定性传统电网由于输电距离长、负荷波动大等原因，容易出现频繁的故障和电力供应不足的情况。
这对于现代社会的正常运转造成了严重影响。
3. 环境污染传统发电方式会产生大量的二氧化碳等温室气体和污染物，对环境造成了严重污染。
环境污染不仅危害人类的健康，还加剧了全球气候变化等问题。
三、现代电力系统的发展趋势为了解决传统电力系统存在的问题，现代电力系统正朝着智能化、可持续化和清洁化的方向发展，以应对能源供应和环境保护的挑战。
1. 智能电力系统通过引入先进的信息通信技术和自动化控制系统，实现电力系统的智能化运行和管理。
智能电网可以实现对电力负荷的动态调整和优化，提高电网的可靠性和稳定性。
2. 可再生能源的利用可再生能源如太阳能、风能等具有丰富的资源、无污染的特点，并且可以实现可持续发展。
现代电力系统积极推动可再生能源的利用，通过发展光伏发电和风力发电等技术，减少对传统能源的依赖。
3. 电力系统优化与调度通过建立先进的电力系统规划和调度模型，优化电力系统的运行方式和供需平衡。
这可以减少能源的浪费，提高电力系统的效率和经济性。
四、现代电力系统的挑战与机遇现代电力系统的发展既面临着挑战，也蕴含着巨大的机遇。
电力系统分析(三大)
课程发展历史沿革“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业的学位课程，也是电力类相关专业的主要课程。
本课程具有很强的理论性和较强的实践性，注重理论与实践的密切结合。
通过该课程的学习，培养学生的电力系统规划、设计、运行与运营的背景知识，同时也是学习后续专业课程的基础。
我校自1988年开设电力系统及其自动化专业以来，“电力系统分析”就是本专业的重点课程。
第一期教材选用的是华中科技大学何仰赞教授编写的《电力系统分析》上、下册，全国优秀教材。
为了适应专业发展的需要，后来选用中国电力出版社出版的由东南大学陈珩老师编写的《电力系统稳态分析》，和西安交通大学李光琦老师编写《电力系统暂态分析》教材。
目前选用的是《电力系统分析》，夏道止，中国电力出版社，普通高等教育“十五”国家级规划教材，2008年9月（第二版）。
由于课程的重要性，自从开设本课程以来，我们一直配备本学科的骨干教师担任该课的教学工作，选用全国优秀教材。
进入90年代，本课程的建设驶入了快速发展的轨道，并形成了重视教学改革、狠抓教学质量的优良传统，经历了从学校重点课程→校级优质课程→校级精品课程→省级精品课程的建设。
在教学观念、教师队伍、教学内容、教学方法、教学手段、实验教学等方面进行了全面改革研究与实践，并取得较好的教学效果，为本专业其他课程的建设起到了示范作用。
2003年，我校“电气工程及其自动化”专业立项为湖北省品牌专业建设项目，以此为契机，我们将《电力系统分析》课程建设融入到品牌专业建设之中，对课程的理论教学内容和实践建学内容进行了改革，将实践教学分为课程实验和综合实验两大部分，课程实验重在课程基本理论的验证和提高学生对于基本理论的理解和运用能力，综合实验重在以《电力系统分析》课程内容为纽带，进行综合设计性、操作性实验，提高学生综合运用专业知识的能力和综合实践能力。
在原有部级重点实验室“水电站仿真实验室”的基础上，进一步建设了“电力系统综合设计实验室”、“电力系统综合自动化实验室”、“电力系统继电保护综合实验室”，为本课程的课程实验和综合实验提供了先进的实验环境。
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穩定性分析
定電定電性電 力 力 力 系 系 系 統 統 統 的 的 的 靜 暫 機 態 態 電 穩 穩 特
一、穩態分析
1、電力系統潮流計算 電力系統潮流計算是電力系統運行部門和規劃設計部門的一項基本工作。 基本目標是得到系統各個節點的電壓和各個支路的功率。 然後在此基礎上，進一步判斷電力系統的規劃設計是否合理，系統的運行狀態 是否合理。
10/5/2014
5 機電暫態
研究物體運動通常要描述物體運動狀態變化的 微分方程
單機-無窮大系統
G
U
10/5/2014
5 機電暫態
d 0 dt d 0 (P T P E) TJ dt
發電機轉子運動方程，二階微分方程 用於穩定分析的經典二階微分方程，如 果考慮更高階，需要考慮其他狀態變數
圖3-1 短路的類型 a) 三相短路 b) 兩相短 路 c) 單相短路 d) 單相接中心點短路 e) 兩相接地短路 f) 兩相短路接地
選擇、檢驗電氣設備， 繼電保護的分析、整定
10/5/2014
5 機電暫態
運動的物體在經受擾動之後，能否回到原 來的穩定運動狀態，或到達一個新的穩定運動 狀態。 電力系統中運動著的物體主要是發電機、 電動機等設備，電動機一般接在負荷側，電力 系統穩定分析一般針對發電機和輸電網組成的 系統進行。
Y( n 1),( n 1) Yn,( n 1)
I U 1 1 U 2 I2 Y( n 1),n U n 1 I n 1 U I Y nn n n Y1n Y2 n
• 允許的頻率偏差範圍 |Δf|<0.5Hz • 有功功率平衡
P P
G
LD
PL
10/5/2014
2 有功功率和頻率調整的基本概念
• 有功負荷的變化及其調整 第一種負荷變化 由調速器調整：頻率的一次調整 第二種負荷變化 由調頻器調整：頻率的二次調整 第三種負荷變化 電力系統的經濟運行調整
• 靜態穩定，小干擾穩定
P
PM
P 0P T
a
a' '
a'
b '
b
a
b' '
b
dP 0 d
10/5/2014
5 機電暫態
b
b'
a
a '
b' '
a
b
a
a ''
O
t 0
t
O
t 0
t
10/5/2014
5 機電暫態
• 暫態穩定
PE
dPE d
PI
短路故障發 生後，簡單 系統的功角 曲線變化情 況：
潮流求解
Y11 Y 21 Y( n 1),1 Yn1
Y12 Y22 Y( n 1),2 Yn 2
Y1, n 1 Y2, n 1 Y( n 1),( n 1) Yn ,( n 1)
Y1n U S1 / U 1 1 Y2 n U 2 S / U 2 2 Y( n 1),n U n 1 S / U n 1 n 1 U Y nn n Sn / U n
10/5/2014
q轴
(1)
U
0
5 機電暫態
E q
對於凸極發電機和隱機發電機，電磁功率的 表示形式不同，凸極發電機的表示形式要 複雜一些。
I
xd jI
P Eq
EqU xd
sin
(2)
U
P E'
E 'U
' xd
sin '
(3)
10/5/2014
5 機電暫態
10/5/2014
10/5/2014
潮流求解
注入電流
電力網注入電流注源自電流注入電流等值電路網路
注入電流
10/5/2014
潮流求解
Y12 Y11 Y Y 21 22 Y( n 1),1 Y( n 1),2 Yn1 Yn 2
10/5/2014
Y1,n 1 Y2,n 1
10/5/2014
潮流求解
非線性代數方程組 利用數值計算方法迭代求解 結合電力系統本身的特點，節點類型
10/5/2014
2 有功功率和頻率調整的基本概念
• • MT×角速度：原動機的機械功率 ME ×角速度：發電機的電磁功率
MT
頻率的變化主要與有功功率的平衡有關
ME
10/5/2014
2 有功功率和頻率調整的基本概念
電氣工程概論
河北科技大學
10/5/2014
第四章 電力系統分析的主要內容概述
穩態分析 暫態分析
電磁暫態
機電暫態
故障分析
10/5/2014
電力系統分析
穩態分析
整電電計電 力力算力 系網 系 統的 統 的電 元 電壓 件 壓和 模 和功 型 頻率 及 率分 參 10/5/2014 調佈 數
故障分析
故電路電 障力 力 系 系 統 統 的 的 不 三 對 相 稱 短
10/5/2014
3 電力系統的無功功率平衡和電壓調整的 基本概念
• 電壓水準取決於無功功率的平衡 無功功率平衡： 無功功率電源=無功功率負荷+無功功率損耗
10/5/2014
4 故障分析
• 常見的故障種類有 短路 斷線 短路是故障分析的重點 短路是橫向故障 斷線是縱向故障
10/5/2014
4 故障分析
10/5/2014
e
P T P E
PIII
f g
a
k d c b
PII
0
k c
等面積準則