1、電力系統穩態分析電力系統穩態分析第一章第一章 電力系統的基本概念電力系統的基本概念 第二章第二章 電力系統各元件的特性和數學模型電力系統各元件的特性和數學模型第三章第三章 簡單電力網絡的計算和分析簡單電力網絡的計算和分析第四章第四章 復雜電力系統潮流的計算機算法復雜電力系統潮流的計算機算法第五章第五章 電力系統的有功功率和頻率調整電力系統的有功功率和頻率調整第六章第六章 電力系統的無功功率和電壓調整電力系統的無功功率和電壓調整第一章 電力系統的基本概念第一節第一節 電力系統概述電力系統概述一、電力系統的形成和發展一、電力系統的形成和發展 DC以愛迪生為代表以愛迪生為代表AC以以G.威斯汀豪斯為

2、代表威斯汀豪斯為代表AC/DC混合混合現代電力系統現代電力系統 第一節第一節 電力系統概述電力系統概述 1880年至1882年間，愛迪生設計了電燈插座、電鈕、保險絲、電流切斷器、電表、掛燈，還設計了主線和支線系統，又制成了當時世界上容量最大的發電機，并在紐約建立第一座發電廠，開辟了第一個民用照明系統。 第一節第一節 電力系統概述電力系統概述 西屋電氣公司（Westinghouse Electric Corporation） 1886年1月8日，由G.威斯汀豪斯在美國賓夕法尼亞州創立。西屋電氣公司1886年在美國建立了第一座交流發電廠，1890年建立了第一條交流輸電線路，1895年在尼亞加拉瀑布

3、安裝了第一臺水輪發電機（5000千瓦），1900年制造出美國第一臺汽輪發電機。1955年試制成超臨界、二次再熱汽輪發電機，1957年建成了美國第一座商用核電站。大古力水電站的巨型水電機組也是西屋電氣公司制造。公司還最早制成500千伏六氟化硫斷路器,70年代制成1100千伏安變壓器,此外還在世界上率先生產低損耗非晶態合金配電變壓器。 第一節第一節 電力系統概述電力系統概述二、近代電力系統二、近代電力系統（1）什么是電力系統？ 所謂電力系統就是由大量的發電機發電機、變壓器變壓器、電力線路電力線路和負荷負荷組成的旨在生產、傳輸、分配和消費電能的各種電氣設備按一定方式連成的整體。第一節第一節 電力系統

4、概述電力系統概述（2）電力系統的組成）電力系統的組成 煤、油、水、風、 核、太陽能、垃圾、地熱、潮汐升壓輸電降壓配電轉換負荷電能升壓降壓輸電第一節第一節 電力系統概述電力系統概述 根據結構的不同，可分為： 一次系統：發電機、變壓器、電力線路和負荷一次系統：發電機、變壓器、電力線路和負荷 二次系統：繼電保護、通信和調度控制系統二次系統：繼電保護、通信和調度控制系統 根據功能的不同，可分為： 輸電網：將發電廠發出的電能傳輸到負荷中心輸電網：將發電廠發出的電能傳輸到負荷中心 配電網：將電能分配給用戶配電網：將電能分配給用戶第一節第一節 電力系統概述電力系統概述圖13 電力系統和電力網絡示意圖鍋 爐鍋

5、 爐鍋 爐鍋 爐熱力網110kV110kV220kV110kV水庫35kV10kV6kV380/220V380/220V電力網電力系統動力系統 第一節第一節 電力系統概述電力系統概述負荷配電線路降壓變壓器配電網輸電線路升壓變壓器輸電網電力網發電機電力系統核反應堆（核電廠）水庫、水輪機（水電廠）鍋爐、汽輪機（火電廠動力部分動力系統 第一節第一節 電力系統概述電力系統概述三、電力系統的基本參量和結線圖三、電力系統的基本參量和結線圖 總裝機容量：系統中實際安裝的發電機組額定有功功率的總和。（2012年超1144GW） 年發電量：系統中所有發電機組全年實際發出電能的總和。（2012年達49591億千瓦

6、時 ）1. 最大負荷：規定時間內電力系統總有功功率負荷的最大值第一節第一節 電力系統概述電力系統概述 額定頻率：（50Hz） 最高電壓等級：（AC 750/1000，DC 500/800） 地理接線圖：反映各發電廠、變電所的相對地理位置以及電力線路的路徑。 電氣接線圖：反映元件之間的電氣聯系。第一節第一節 電力系統概述電力系統概述圖14 電力系統的地理接線圖第一節第一節 電力系統概述電力系統概述圖14 電力系統的地理接線圖第二節第二節 電力系統運行應滿足的基本要求電力系統運行應滿足的基本要求一、電能生產、輸送、消費的特點一、電能生產、輸送、消費的特點 1. 重要性重要性 如果說石油是現代國家最

7、如果說石油是現代國家最脆弱的血管，那么電力就是脆弱的血管，那么電力就是現代國家最脆弱的神經！現代國家最脆弱的神經！第二節第二節 電力系統運行應滿足的基本要求電力系統運行應滿足的基本要求2. 同時性同時性3.整體性整體性 電能不能大量儲存，其生產、傳輸、分電能不能大量儲存，其生產、傳輸、分配和消費是同時進行的。配和消費是同時進行的。 生產、輸送、消費電能各環節所組成的生產、輸送、消費電能各環節所組成的統一整體不可分割。統一整體不可分割。第二節第二節 電力系統運行應滿足的基本要求電力系統運行應滿足的基本要求4. 快速性快速性5. 嚴格性嚴格性 電能的傳播速度接近于光速。電能的傳播速度接近于光速。

8、電能質量的好壞直接關系到國電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益。民經濟的總體效益。第二節第二節 電力系統運行應滿足的基本要求電力系統運行應滿足的基本要求二、電力系統運行的基本要求二、電力系統運行的基本要求 1. 安全可靠持續供電安全可靠持續供電 一級負荷一級負荷 停電會造成人身事故、設備損壞停電會造成人身事故、設備損壞人民生活發生混亂。人民生活發生混亂。第二節第二節 電力系統運行應滿足的基本要求電力系統運行應滿足的基本要求二級負荷二級負荷 停電會造成大量減產，使人民停電會造成大量減產，使人民生活受到影響。生活受到影響。三級負荷三級負荷 所有非一、二類負荷。所有非一、二類負荷。第二節第二節

9、 電力系統運行應滿足的基本要求電力系統運行應滿足的基本要求2. 優質優質1）電壓正常）電壓正常 允許偏移允許偏移 5%UN2）頻率正常）頻率正常 允許偏移允許偏移 0.2Hz 3）波形沒有大的畸變）波形沒有大的畸變(正弦波正弦波) 畸變率：各次諧波有效值平方和的方畸變率：各次諧波有效值平方和的方 根值與基波有效值的百分比。根值與基波有效值的百分比。4）三相對稱）三相對稱第二節第二節 電力系統運行應滿足的基本要求電力系統運行應滿足的基本要求3.經濟經濟 煤耗率：生產煤耗率：生產1kW?h電能所消耗的標準煤重。電能所消耗的標準煤重。 標準煤標準煤發熱量為發熱量為29.31MJ/kg的煤。的煤。 線

10、損率：電網中損耗的電能與向電網供應線損率：電網中損耗的電能與向電網供應 的電能之百分比。的電能之百分比。第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級一、幾種典型結線方式的特點一、幾種典型結線方式的特點第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 包括單回路放射式、干線式和鏈式網絡 簡單結線 優點：簡單、經濟、運行方便 （無備用） 缺點：供電可靠性差 適用范圍：二、三級負荷 包括雙回路放射式、干線式和鏈式網絡 復雜結線 優點：供電可靠性和電壓質量高 （有備用） 缺點：投資大

11、適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級二、二、不同電壓等級的適用范圍不同電壓等級的適用范圍1. 電力系統的額定電壓等級電力系統的額定電壓等級為什么要規定電力系統的電壓等級？為什么要規定電力系統的電壓等級？ 綜合考慮導線載流部分截面大小和絕緣等要求，對應一定的輸送功率和輸送距離有一最合理的線路電壓。3SUI=注： ，輸送功率一定時，電壓越 高， 電流越小。第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級從設備制造商的角度考慮，為保證產品的系列性，規定了電力系統的電壓等級： 0.38kV、3kV、6kV、10k

12、V、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 用電設備用電設備的額定電壓：UN 發電機發電機的額定電壓UGN：UN（1+5% ） 接在線路的首端，通常還帶有一定量 的地方負荷第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 線路線路的額定電壓：線路始端和末端的平均電壓= UN用電設備的容許電壓偏移一般為5%沿線路的電壓降落一般為10%U1=UN(1+5%)， U2=UN(1-5%)1.05UN0.95UN第三節第三節

13、電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 變壓器變壓器的額定電壓在額定負荷下，變壓器內部的電壓降落約為5%一次側是接受電能的，相當于用電設備二次側送出電能的，相當于發電機一次側：U1N=UN(降壓變壓器或中間聯絡變壓器) U1N=UGN=(1+5%)UN(直接和發電機相連變壓器)二次側：U2N=(1+10%)UN(空載) U2N=(1+5%)UN(負載)第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級我國規定的我國規定的1kV以上的電力系統額定電壓標準以上的電力系統額定電壓標準用電設備額定電壓交流發電機額定電壓交流變壓器額定電壓用電設備額定電壓交流發電機額

14、定電壓交流變壓器額定電壓一次繞組二次繞組一次繞組二次繞組33.153, 3.153.15, 3.311011012166.36, 6.36.3, 6.6(154)(154)(169)1010.510, 10.510.5, 1122022024215.7515.75330330363353538.5500500(60)(60)(66)以上所指額定電壓均為線電壓第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級1 0 k V1 0 k V3 5 k VT 3T 2T 11 0 k V1 1 0 k VG例1110.5kV10.5/121kV110/38.5kV35/11kV第三

15、節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級平均額定電壓平均額定電壓 大約為電網額定電壓大約為電網額定電壓UN的的1.051.05倍倍; ; 一般在標么值計算中采用，可以使計一般在標么值計算中采用，可以使計算簡單，且誤差不大。算簡單，且誤差不大。1.3 1.3 電力系統的額定頻率和額定電壓電力系統的額定頻率和額定電壓和額定電壓對應的平均額定電壓（kV）額定電壓額定電壓U UN N361035平均額定電壓平均額定電壓U UavNavN3.156.310.537額定電壓額定電壓U UN N110220330500平均額定電壓平均額定電壓U UavNavN11523034552

16、5第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級2. 不同電壓等級的適用范圍不同電壓等級的適用范圍 一般： 750kV以上 特高壓輸電線路 330750kV 超高壓輸電線路 220kV 高壓輸電線路 35 110kV 高壓配電線路 10kV 中壓配電線路 380/220kV 低壓配電線路第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級表12 采用架空線時與各額定電壓等級相適應的輸送容量和輸送距離線路電壓（kV）輸送容量（MVA）輸送距離（km）線路電壓（kV）輸送容量（MVA）輸送距離（km）30.11.01311010505015060.11.2

17、415220100500100300100.22.062033020080020060035210205050010001500250850603.5303010075020002500500以上第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級3. 電力系統中性點的運行方式電力系統中性點的運行方式l 電力系統的中性點：發電機和星形接線變壓電力系統的中性點：發電機和星形接線變壓器的中性點器的中性點l 電力系統中性點接地方式的形式：電力系統中性點接地方式的形式： 大接地電流方式（直接接地）：需要斷路器遮大接

18、地電流方式（直接接地）：需要斷路器遮斷單相接地故障電流。斷單相接地故障電流。 小接地電流方式（非直接接地）：單相接地電小接地電流方式（非直接接地）：單相接地電弧能夠瞬間自行熄滅。弧能夠瞬間自行熄滅。第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級l 大接地電流方式大接地電流方式 中性點有效接地方式（中性點有效接地方式（x0/x13和r0/x1 1） 中性點全接地方式中性點全接地方式 中性點經低電抗、中電阻和低電阻接地方式中性點經低電抗、中電阻和低電阻接地方式l 小接地電流方式小接地電流方式 中性點不接地方式中性點不接地方式 中性點經消弧線圈接地方式中性點經消弧線圈接地方式

19、 中性點經高阻抗接地方式中性點經高阻抗接地方式第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級（1 1） 中性點直接接地系統acbn)1(saI)1(saI鉗位作用第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級中性點直接接地方式的特點中性點直接接地方式的特點發生單相接地立即切除故障，安全性好供電可靠性低，如發生接地故障，則構成短路回路，接地相電流很大各相對地的絕緣水平決定于相電壓一般用于110kV及以上電網第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級（2 2）中性點不接地系統XcacbnaIbIcInaEbEcEaIbIc

20、I(a) 電流分布； (b) 電勢、電流的相量關系第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 正常運行 a、電源各相電流分別等于負荷電流及相對地電容電流的向量和。 b、因為三相對地電容電流的大小相等，相位差120，故其向量和為零，地中無電容電流通過，中性點電位為零。第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 單相接地故障 a、 故障相對地電壓為零； b、非故障相（B、C相）對地電壓值由相電壓升至線電壓； c、中性點對地電壓由零升至相電壓 第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 設A相完全接地，A相對地電壓等

21、于零，中性點對地電壓U0等于 0aUU販= - B相對地電壓 bbaUUU販=- C相對地電壓ccaUUU販=-第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 （B、C相）對地電壓值由相電壓升至線電壓,故對地電容電流也升至 倍。3 接地電流等于正常運行時一相對地電容電流的三倍。 第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 naEbEcEaIbIcIaI（3） 中性點經消弧線圈接地系統acbnaIbIcIaIaI (a) 電流分布； (b) 電勢、電流的相量關系第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 消弧線圈是帶

22、間隙鐵芯的電感線圈，可消弧線圈是帶間隙鐵芯的電感線圈，可用以補償電容電流。用以補償電容電流。 接地電容電流近似計算：接地電容電流近似計算： 架空線架空線 IC = UL/350 電纜電纜 IC = UL/10注：注：L L為電壓等級為電壓等級U U的線路總長度的線路總長度第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級LCII13 CL（）LCII(1)(1)全補償全補償（2 2）欠補償欠補償產生串聯諧振1(3)CL（3 3）過補償）過補償LCII1(3)CL 線路切除或頻率降低 易變成全補償實用脫諧度510%LCCIIPI補償方式補償方式第三節第三節 電力系統的結線方式

23、和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級中性點不接地方式的特點中性點不接地方式的特點供電可靠性高，如發生接地故障，不必切除接地相，但非接地相對地電壓升高為 倍相電壓 各相對地的絕緣水平決定于線電壓，絕緣費用高一般用于60kV以下系統3第三節第三節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的結線方式和電壓等級 一般認為，一般認為，對對3 360kV60kV網絡容性電流網絡容性電流超過如下數值時，中性點應裝設消弧線圈。超過如下數值時，中性點應裝設消弧線圈。 3 36kV 30A6kV 30A 10kV 10kV 20A20A 35 3560kV60kV 10A10A 第四節第四節 電力系統工程學科和電力

24、系統分析課程電力系統工程學科和電力系統分析課程一、電力系統工程學科的范疇一、電力系統工程學科的范疇 電力系統理論電力系統理論 輸配電技術輸配電技術 電力系統規劃電力系統規劃 電力系統運行電力系統運行 電力系統保護電力系統保護 電力系統控制電力系統控制第四節第四節 電力系統工程學科和電力系統分析課程電力系統工程學科和電力系統分析課程二、電力系統分析課程的內容二、電力系統分析課程的內容 穩態：電力系統正常的、變化相對較慢較小穩態：電力系統正常的、變化相對較慢較小以至可以忽略的運行狀態；（代數方程）以至可以忽略的運行狀態；（代數方程） 暫態：電力系統非正常的、變化較大的以至暫態：電力系統非正常的、變化較大的以至引起系統從一個穩定運行狀態向另一個穩定引起系統從一個穩定運行狀態向另一個穩定運行狀態過渡的變化過程。（微分方程）運行狀態過渡的變化過程。（微分方程）l 穩態分析穩態分析 電力系統的基本知識電力系統的基本知識元件的特性和數學模型元件的特性和數學模型