1、電力系統穩態分析1課程簡介電力專業一門重要的專業基礎課先修課程: 電路原理、電機學、電磁場，等“電力系統及其自動化”方向后續專業課： 電力系統故障分析、電力系統穩定分析、電力系統繼電保護、電力系統規劃、電力系統可靠性、發電廠電氣部分、電力系統運行與控制、電力市場，等2課程內容電力系統分析：穩態分析、暫態分析穩態：電力系統正常的、相對靜止的運行狀態發電功率與負荷功率相等所有運行設備的電流、電壓、頻率、波形在允許范圍所有發電機在負荷正常變動和小擾動時保持同步暫態：從一種運行狀態向另一種運行狀態過渡的過程。本質區別：電力系統穩態中運行變量的變化特性與時間無關，描述其特性的是代數方程；電力系統暫態中的

2、運行變量與時間有關，描述其特性的是微分方程。3課程內容穩態分析的主要內容：電力系統的基本知識（第一章）電力系統各元件的特性和數學模型（第二章）電力系統的正常運行狀態的分析和計算潮流計算（第三、四章）電力系統的運行調節和優化（第五、六章）4課程特點涉及電力系統正常運行狀態下的各種計算、分析和優化控制理論性強、計算多內容隨新理論、新技術的發展不斷豐富、充實5課程考試及答疑平時成績 20 平時作業及課堂表現 出席情況 答疑安排：時間待定地點待定考試安排： 初步定在5月19日（課程結束后1周考試）。6教材及參考資料陳珩，電力系統穩態分析，中國電力出版社華智明，電力系統穩態計算，重慶大學出版社何仰贊等，

3、電力系統分析（上、下冊），華中理工大學出版社78910第一章 電力系統的基本概念第一節 電力系統概述第二節 我國電力工業和電力系統簡介第三節 電力系統運行應該滿足的要求第四節 電力系統的結線方式和電壓等級學時：5本章作業：電力系統穩態計算25頁：思考題1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-623頁：習題1-111第一節 電力系統概述電力系統的形成和發展電力系統的組成電力系統的基本參量和結線圖 12第一節 電力系統概述電力系統的形成和發展1831年 電磁感應和電磁力定律的發現奠定了發電機和電動機的理論基礎。此后很快出現原始的交流發電機、直流發電機和直流電動機。1882年 第一次出現了高壓輸

4、電（直流15002000V，57km，1.5kW）。1885年 在制成單相變壓器的基礎上，實現單相交流輸電。1891年 制成三相變壓器和三相異步電動機的基礎上，實現三相交流輸電（2.5kV），形成近代電力系統的雛形。 電力系統的發展經歷了： 直流交流 單相三相 低壓高壓13第一節 電力系統概述近代電力系統（超/特高壓、遠距離、大容量）在輸電電壓、輸送距離、輸送功率等方面有了千百倍的增長在電源構成、負荷成分等方面也有很大的變化在運行管理上實現了高度自動化當前世界上交流輸電線路的輸電電壓已超過1000kV，輸送距離已超過1000km，輸送功率已超過5000MW。個別跨國電力系統中發電設備的總容量則

5、已超過400GW為解決交流輸電同步發電機并聯運行的穩定性問題，直流輸電又得到應用，800kV，距離1000km以上14第一節 電力系統概述電力系統的組成 發電廠：生產電能的工廠，將其它各種形式的一次能源（煤、石油，天然氣等的化學能、核能、水的勢能、風能、潮汐、地熱、太陽能等）轉換為電能。 15第一節 電力系統概述升壓變：將發電機的機端電壓升高到輸電電壓設置升壓變的理由：減小遠距離輸電的損耗實現大容量輸電由于運送一次能源與輸送電能相比不經濟（鐵路40和水運的1/3） ，發電廠多建于能源基地，例如坑口火電廠；由于發電機的設計、制造原因，發電機機端額定電壓一般小于20kV。 16第一節 電力系統概述

6、輸電網絡：將發電廠生產的電能輸送到配電系統輸電電壓：與輸電距離和輸送功率有關輸電方式：三相交流、高壓直流17第一節 電力系統概述配電網絡：將高壓電能逐級降壓后分配給電力用戶，在電力網中主要起分配電能作用的網絡就稱為配電網絡。 高壓配電電壓：35kV、63kV 、110kV中壓配電電壓：10kV、6kV低壓配電電壓：380V/220V電力用戶：有消耗電能的設備，電力系統的服務對象 18第一節 電力系統概述幾個基本概念電力系統：由生產、變換、輸送、分配、消費電能的發電機、變壓器、變換器、電力線路和各種用電設備（一次設備）以及測量、保護、控制、通訊等智能裝置（二次設備）組成的統一整體。電力網絡：由變

7、壓器、變換器 、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分常稱電力網絡，即電力系統中除發電機和電力用戶以外的部分。動力系統：電力系統和動力部分的總和。其中，動力部分，包括火電廠的鍋爐、汽輪機、熱力網和用熱設備；水電廠的水庫、水輪機等；核電廠的核反應堆等。 廣義電力系統19Single Line Diagram20第一節 電力系統概述三者的關系：21第一節 電力系統概述電力系統的基本參量和結線圖 總裝機容量（有功功率）電力系統中實際安裝的發電機組額定有功功率的總和以千瓦（1kW=103W）、兆瓦（1MW=106 1MW0.1萬千瓦）、吉瓦（1GW= 109W）為單位 年發電量（電度量）：系統

8、中所有發電機組全年實際發出電能的總和以兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）、太瓦時（TWh）為單位22第一節 電力系統概述最大負荷（有功） 一般指規定時間內，如一天、一個月或一年內，電力系統有功功率負荷的最大值，以千瓦、兆瓦、吉瓦為單位。 額定頻率： 我國所有交流電力系統的額定頻率為50Hz。國外存在額定頻率為60Hz、25Hz的電力系統。 最高電壓等級： 電力系統中最高電壓等級電力線路的額定電壓，以千伏（kV）為單位23第一節 電力系統概述地理結線圖：顯示電力系統中各發電廠、變電站的地理位置，電力線路的路徑及其相互間的聯結。電氣結線圖：顯示系統中發電機、變壓器、母線、斷路器、電力線路等主要電機

9、、電器、線路之間的電氣連接。 24華中電網25第二節 我國電力工業及電力系統簡介我國電力工業概況我國主要電力系統我國電力工業發展前景26第二節 我國電力工業及電力系統簡介我國電力工業概況1882年 英國商人開辦的上海電光公司所屬的乍浦路電燈廠（12kW）1911 上海楊樹浦電廠，12.1萬kW(1924年)，遠東第一發電廠1949年 全國發電裝機容量185萬kW，世界第21位1987年 全國發電裝機容量突破1億kW1995年3月 全國發電裝機容量達到2億kW1996年 裝機容量和發電量躍居世界第2位2000年4月 全國發電裝機容量突破 3億kW2004年5月全國發電裝機容量突破 4億kW200

10、5年12月27日全國發電裝機容量突破 5億kW2006年底達到62200萬千瓦，全國發電裝機容量突破6億千瓦2007年底突破7億千瓦（71329萬千瓦）2008年底為7.92億千瓦2009年底為8.74億千瓦2010年底為9.62億千瓦,同比增長10.07%（5年年均增長13.22%）2011年底為10.56億千瓦,新增容量9041萬千瓦(連續6年超過9000萬千瓦)2012年底為11.44億千瓦,新增容量8020萬千瓦27三峽 （長江，1820/2240萬千瓦，世界第一）溪洛渡 （金沙江第3個梯級電站，1260萬千瓦，中國第二，世界第三）白鶴灘 （金沙江第2個梯級電站，1250萬千瓦） 烏東

11、德 （金沙江第1個梯級電站，760萬千瓦） 龍灘 （紅水河，630萬千瓦 ） 向家壩 （金沙江第4個梯級電站，600萬千瓦 ）二灘 （雅礱江 ，330萬千瓦）2004年9月26日，位于黃河上游的公伯峽水電站首臺機組投產，使我國水電裝機容量突破1億千瓦大關，處于世界第一2010年5月份，隨著中國華能集團公司云南瀾滄江小灣水電站4號機組建成投產，全國水電裝機容量突破2億千瓦；2011年，全國水電裝機容量達到2.3億千瓦，居世界第一大型水電站建設28電網建設1972年，我國第一條330kV劉天關線路將陜、甘、青電網互聯形成西北電網1981年底，我國第一項自行施工設計的500kV平武輸變電工程建成投產

12、。現在500kV線路已構成我國電網的骨干網絡。 1990年 葛上線500kV直流輸電線路雙極運行，實現華中和華東兩大區電網非同期聯網，標志著我國進入大電網、大機組、交直流超高壓輸電的新階段除西北電網330kV外，其它跨省電網和山東電網已建成500kV主網架29特高壓輸電西北電網青海官亭至蘭州東750千伏輸變電工程截至2006年9月26日零時已安全穩定運行一周年，按照“十一五”期間電網規劃要求，西北電網將新增750kV輸電線路4900km。 國家電網公司：晉東南至荊門特高壓交流試驗示范工程起于山西長治，經河南南陽，南至湖北荊門，跨越黃河、漢江，全長約653.8千米，額定電壓1000kV，最高運行

13、電壓1100kV，自然輸送功率500萬千瓦。 07年5月21日，四川上海800千伏特高壓直流輸電示范工程在上海奠基，額定輸送功率640萬千瓦，最大輸送功率700萬千瓦。全長約2000公里，工程動態投資估算約180億元，計劃于2011年建成投運。 南方電網公司：云南昭通廣西桂林廣東惠東1000kV交流線路，全長1200km，輸電能力400500萬千瓦；云南廣東800kV直流線路，全長1600km，輸電容量500萬千瓦30第二節 我國電力工業及電力系統簡介我國電力工業概況（經濟發展，電力先行）目前基本上進入大電網、大電廠、大機組、特高電壓輸電、高度自動化的新時代；每年增長超過10%（2007年裝機

14、容量同比增長14.36% ），但仍面臨缺電，能源強度高（單位產值消耗的能源高，能源利用率低）；基于綠色可再生能源的分布式發電和智能電網是今后的發展方向31第二節 我國電力工業及電力系統簡介今后我國發展電力工業的方針：繼續發展燃煤火電廠（煤炭世界第三），并提高這類電廠的效率。（環保問題）加速水力資源的勘察和水電廠建設（水能資源世界第一）。（生態問題）加緊建設高壓輸電線路和電力系統。（資金、占地問題)及早掌握核能發電技術，以創造條件建設更多核能發電廠。（安全問題，必由之路）因地制宜，利用其它再生能源發電。（依賴技術進步）2012年中國陸上風電新增裝機容量1590萬千瓦，占全球新增容量三分之一以上，

15、 32第二節 我國電力工業及電力系統簡介我國主要的電力系統 2011年12月9日，青藏聯網工程正式投入試運行，結束了西藏電網長期孤網運行的歷史 ，實現了除臺灣之外的全國電網互聯 。 2009年6月30日，亞洲第一、世界第二的超高壓、大長度、大容量瓊州海峽500kV跨海聯網工程正式投運，結束了海南電力孤島的歷史。 33第二節 我國電力工業及電力系統簡介我國電網組成國家電網公司：東北電網公司、華北電網公司、華東電網公司、華中電網公司（含重慶、四川、湖北、河南、湖南、江西 ）、西北電網公司、西藏電力有限公司（國網公司控股）南方電網公司：由廣東、廣西、云南、貴州、海南五個省級電力公司組成。34電網主網

16、架示意圖 35第二節 我國電力工業及電力系統簡介我國的主要發電公司五大發電集團：中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、中國電力投資集團公司。四小豪門：華潤電力、國華電力、國投電力、中廣核36第三節 電力系統運行應滿足的要求電力系統運行的特點對電力系統運行的基本要求單一電力系統的聯合37第三節 電力系統運行應滿足的要求 電力系統運行的特點 與國民經濟關系密切電能一般不能大量儲存生產、輸送、消費電能各環節所組成的統一整體不可分割電力系統的暫態過程非常短促對電能質量的要求嚴格電能質量的指標：電壓、頻率和波形 38第三節 電力系統運行應滿足的要求 對電力系統運行的基本

17、要求 ：可靠、優質、經濟保證可靠地持續供電 （可靠） 按對供電可靠性的要求，將負荷分為三級： 一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，設備損壞，使生產秩序長期不能恢復，人民生活發生混亂等。需保證不間斷供電、獨立的雙電源。二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產、使人民生活受到影響。對這一級負荷，需要具體論證是否需要獨立的雙電源。三級負荷：所有不屬于第一、二級的負荷，如工廠的附屬車間、小城鎮等。在不增加備用設備的情況下，盡量保證可靠性。特殊重要負荷：要求絕對可靠地不間斷供電。 39 2003年8月14日北美大停電 美加大停電的的經驗教訓。40美加大停電時間：2003年8月14日事件

18、：美國東北部和加拿大東部聯合電網停電 影響范圍：美國中西部和東北部大部分地區，以及加拿大安大略省，影響人口約5000萬，停電負荷約6180萬kW停電損失 ：美國 40-100億美元 ，加拿大23億加元 內在原因 ：美加電網缺乏統一規劃 ；電力市場的唯利性可能導致犧牲可靠性來換取經濟利益 教訓：必須強調統一規劃、科學規劃2003年重慶電網最大負荷435 萬kW（2011年1188萬kW ）41第三節 電力系統運行應滿足的要求良好的電能質量（優質） 電壓質量：以電壓偏移（ ）是否超過給定值來衡量。允許電壓偏移對35kV及以上的電壓等級為額定值的5%，10kV及以下電壓級為7% 。 頻率質量：頻率質

19、量：以頻率偏移（f-fN）是否超過給定值來衡量。我國的額定頻率（工頻）為50Hz，正常運行時允許的偏移為0.20.5 Hz。 波形質量：以正弦波形畸變率是否超過給定值來衡量。 42第三節 電力系統運行應滿足的要求波形畸變率： 正弦波形畸變率 我國規定，610kV的系統，正弦波形畸變率不超過4%，380V系統，不超過5。 43第三節 電力系統運行應滿足的要求保證電力系統運行的經濟性（經濟）一次能源耗量：例如煤耗率（每生產1度電所消耗的標準煤重）。標準煤：每kg含熱量為29.31MJ的煤。 線損率：電網中損耗的電能與向電力網絡供應電能的百分比 。廠用電率：每生產1度電能發電廠內部生產設備所消耗的電

20、能 變電站的站用電44第三節 電力系統運行應滿足的要求電力系統運行的幾個技術指標：發電設備利用率（或發電設備平均利用小時數）：發電設備全年所發電能與發電設備容量之比。負荷率 ：全年平均負荷與最大負荷的百分比。電壓合格率：系統中所有電壓監視點定時測得的合格電壓次數與全部測量次數的百分比。頻率合格率：系統頻率合格的時間長度與全年時間長度的百分比。 45第三節 電力系統運行應滿足的要求互聯系統的優點：大大提高供電的可靠性，減少事故備用容量可更合理地利用系統中各種類型的發電廠，從而提高運行的經濟性由于個別負荷在系統總負荷中所占比重的減小，其波動對系統電能質量的影響也將減小聯合電力系統容量很大，個別機組

21、的開停甚至故障，對系統的影響將減小，從而可采用大容量、高效率的機組46第四節 電力系統的結線方式和電壓等級典型結線方式電力系統的額定電壓電力系統中性點的運行方式47第四節 電力系統的結線方式和電壓等級典型結線方式按可靠性分為無備用和有備用兩類無備用結線：單回路放射式單回路干線式單回路鏈式有備用結線雙回路放射式、干線式、鏈式環網雙端供電網絡48第四節 電力系統的結線方式和電壓等級特點：每一個負荷都只能沿唯一的路徑獲取電能簡單、經濟、運行方便缺點是供電可靠性差 圖1-1649第四節 電力系統的結線方式和電壓等級特點：供電可靠性高，電壓質量高，但可能不夠經濟，環網的調度復雜。 圖1-1750第四節

22、電力系統的結線方式和電壓等級開式網絡和閉式網絡開式網絡：負荷只能從一個方向獲取電能的網絡。如放射式、干線式、鏈式網絡。 輻射型網絡、樹狀網絡閉式網絡： 負荷能從兩個及兩個以上不同的方向獲取電能的網絡。如環網、雙端供電網絡。結線方式的選擇：技術經濟分析51第四節 電力系統的結線方式和電壓等級電力系統的額定電壓（Rated Voltage）額定電壓：國家標準規定的標準電壓 為什么要規定額定電壓？對應一定的輸送功率和輸送距離有一最合理的線路電壓生產的系列性、標準化和互換性的要求電氣設備均按照額定電壓設計，運行在額定電壓時具有最好的技術經濟性52第四節 電力系統的結線方式和電壓等級53第四節 電力系統

23、的結線方式和電壓等級同一電壓等級下各電氣設備所處電壓不一致，存在電壓配合問題 原因：沿功率輸送方向，存在電壓降落用電設備UN電力線路ULN發電機 UGN變壓器 UTN nominal voltage generator line transformer 54第四節 電力系統的結線方式和電壓等級電力線路的額定電壓55第四節 電力系統的結線方式和電壓等級電力線路的額定電壓線路的額定電壓同級用電設備的額定電壓稱為網絡的額定電壓或系統的額定電壓 發電機的額定電壓發電機一般接在線路始端，考慮到沿線的電壓降落，取UGN105% UN56第四節 電力系統的結線方式和電壓等級變壓器的額定電壓：變壓器一、二次繞組的規