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青岛理工大学自动化工程学院讲授马淋淋,电力系统分析,教材电力系统分析（第三版）于永源杨绮雯编著中国电力出版社参考书电力系统分析（上、下）何仰赞等编著华中科技大学出版社,电力系统分析,1.目的掌握电力系统分析计算的原理和方法2.主要内容,,,,第一章电力系统的基本概念,电力系统的组成对电力系统运行的基本要求电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的额定电压、电力输送中电压与输送容量的关系电力传输的接线方式,电力系统发电输送--分配用户发电机变压器--输电线路用电设备电网,1-1电力系统及其发展,电力系统的组成（1）电力系统生产、输送、分配与消费电能的系统。包括发电机、电力网和用电设备组成。（2）电力网电力系统中输送与分配电能的部分。（3）动力系统动力部分与电力系统组成的整体。,1．电力系统的发展简史2．我国的电力系统,电力工业发展概况,1.高压输电的发展历程（1）,（1）高压输电的出现与电压等级的提高1882年，第一座发电厂在英国建成；输送低压直流电，100-400V1882年，法国人德普列茨提高直流输电电压，1500-2000v，2kW，57km；一般认为是第一个电力系统1885年，出现了变压器→单相输电线路1891年，第一条三相输电线路在德国运行，12kV,180kM远距离大容量输电是提高输电电压的动力。当前世界交流输电1200kV，超过1000kM，输送功率超过5000MW直流输电800kV,超过1000kM,输送功率超过4000MW,2.中国电力工业的现状与展望,（2）发电量1980年以来，平均年增长率9％，现为世界第二位。,（3）装机容量居世界第二位（水电世界第一）,4缺电问题与城乡电网改造1970年以来出现缺电问题1998年低用电水平下的电力平衡。电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因,我国在发电、输电、配电各方面投资比例失调是缺电的另一个方面原因。发电、输电、配电比例美国10.430.7日本10.470.68英国10.450.78我国10.210.12我国居民用电比例较低,我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发展空间（5）中国电力工业展望“十五”期间，GDP年增长率7％～8％，电力增长率将达6％以上。2010年，25000亿kW.h,2015年，30000亿kW.h2020年，36000亿kW.h高压远距离输电是我国面临的主要问题（水电、火电），必须出现新的电压等级。电能质量问题是我国电力发展必须面临的又一个问题。,我国现已形成六大电力系统东北，华东，华中，华北，华南，西北原有五个省属独立电力系统山东福建海南四川台湾,三峡总装机容量为18.2GW，单机额定700MW世界第一黄岛发电厂2000年70万kW2007年205万kW,三峡简介,工程总投资为954.6亿元人民币，工程施工总工期自1993年到2009年共17年。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035米，坝顶高185米，正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，能够抵御百年一遇的特大洪水。年均发电量849亿度。航运能力将从1000万吨提高到5000万吨，万吨级船队可直达重庆。,,,,,,,,,,,1.电力系统的运行特点电能不能大量的存贮电力系统的暂态过程非常短促与各行业和人民生活密切相关2.对电力系统运行的基本要求保证安全可靠的供电保证良好的电能质量良好的经济性,1-2对电力系统运行的基本要求,一、保证安全可靠供电,一级（重要）由于中断供电会造成人身事故、设备损坏、产品报废、生产秩序长时间不能恢复，人民生活混乱及政治影响大的用户。如医院，钢厂等。二级（较重要）断电造成大量减产，人民生活受到较大影响的用户。如大工业企业，交通工薪枢纽，高等学校，影剧院等三级非重要不属于一、二级负荷的负荷。如农村负荷。,二、保证良好的电能质量,衡量电能质量的三个指标电压（偏移不超过5）频率（偏移不超过0.2-0.5Hz）波形（降低谐波成分）,三、提高电力系统运行的经济性,降低网损，提高经济效益保护环境,1-3电力系统的额定电压,电气设备的额定电压发电机,变压器,线路电力输送中电压与输送容量的关系同一电压级别下各电气设备的额定电压并不完全相等。,线电压,相电流,三相功率,,电气设备的额定电压,线路额定电压等于系统的额定电压，与用电设备额定电压相等，称为网络电压。例如3，6，10，35，110，220（kV）电力线路的平均额定电压（不考虑电压偏移）电力线路的额定电压,用电设备和电力线路的额定电压（网络电压）相同，并允许电压偏移5，而沿线路的电压降落一般为10，这就要求线路始端电压为额定值的105，以使末端电压不低于额定值的95发电机连在线路始端，发电机的额定电压比电力线路的额定电压高5,电气设备的额定电压,4.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，考虑大容量变压器内部的电压损耗（5），实际应定为比线路高10。,,,,不同电压等级的实用范围,500kV，330kV，220kV大电力系统的主干线（154kV,60kV不推广）110kV中小电力系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络35kV城市或大工业企业内部，广泛用于农村电网10kV最常用的低一级配电电压6kV只有负荷中高压电动机比重较大时考虑3kV只用于工业企业内部,例题电力系统的部分接线图示于题图，各电压等级的额定电压及功率输送方向已标明在图中，试求发电机及各变压器高低压绕组的额定电压。,一．电力系统的负荷1、负荷系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、综合负荷工业、农业、交通运输业、商业、生活等消耗功率总和。3、电力系统的供电负荷综合负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。,1-4电力系统的负荷和负荷曲线,二．负荷曲线用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律。分类按负荷种类，按时间段，按计量地点1.日负荷曲线（1）有功，无功日负荷曲线有功日负荷曲线是制定发电厂发电负荷计划及系统调度运行的依据。无功日负荷曲线在系统无功平衡时候有作用。,,,a）钢铁工业负荷；b食品工业负荷；c农村加工负荷；d市政生活负荷,2.有功年最大负荷曲线描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况。,3.年持续负荷曲线按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成,,全年耗电量,,最大负荷利用小时数Tmax,,APmaxTmax,表1-2各类用户的年最大负荷利用小时数,一.电力系统的电气连接方式和分类包括发电厂、变电所、电力网（主要介绍）按供电可靠性分为无备用和有备用无备用每个负荷只能依靠一条线路获得电能。有备用每个负荷至少可以依靠两条线路获取电能。按接线形式分为开式、闭式（环形网络、两端供电网络）,1-5电力系统的接线方式,（1）开式网络每个负荷点只能沿唯一的路径获取电能。,无备用开式电网（a）放射式样（b）干线式（c）链式,有备用开式电网（a）放射式样（b）干线式（c）链式,（d）环式（e）两端供电网络,（2）闭式网络每个负荷点至少通过两条路径从不同的方向获取电能。,（3）不同接线方式的特点,无备用开式电网优点简单、设备投资少、运行方便。缺点可靠性低，任一段故障或检修都要中断部分用户，干线式和链式线路较长时线路末端电压往往偏低。有备用开式电网（采用双回路）优点可靠性提高，且同样简单，运行方便。缺点设备投资费用增加很多。,闭式电网优点可靠性高、经济。缺点运行调度比较复杂。单电源环网某段线路故障开路时，正常线路段过负荷，末节点电压偏低。两端供电网络可靠性相当于双源环网。必要时也环网也可采用双回路。,按职能分输电网和配电网,输电网的主要任务将大容量发电厂的电能可靠而经济的送到负荷集中地区，通常由系统中电压等级最高的一级或两级线路组成。对接线方式的要求足够的可靠性、稳定性、有助经济调度，适应运行方式的变更和系统发展。,配电网的主要任务分配电能，接线形式取决于负荷性质。三级负荷无备用一、二级负荷要有备用负荷密度较大，供电可靠性要求高时也可采用闭式网。对接线形式的要求满足用户可靠性和电压质量的要求，运行灵活，好的经济指标。,电力系统中性点及其接地方式1、电力系统的中性点及接地中性点星型接线的发电机或者变压器的中点。接地方式按照接地电流的大小分为大接地和小接地。,1-6电力系统中性点的接地方式,大接地电流方式需要断路器隔断接地电流。小接地电流方式单相接地电弧可自行熄灭。,2、不同接地方式的优缺点大接地（优点）快速切除故障，安全性好，电压不会升高，绝缘水平可按相电压考虑，经济性好。（缺点）跳闸多，可靠性低。小接地（优点）可靠性高，单相接地不是短路，可不跳闸继续工作两个小时。（缺点）经济性差，绝缘水平按线电压考虑。,110kV及220kV中性点有效接地；330kV和500kV中性点全接地35kV60kV经消弧线圈接地310kV不接地或经消弧线圈接地,3、我国电力系统中性点的运行方式,,,大接地,小接地,二、消弧线圈的工作原理1、中性点不接地系统发生单相接地故障,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,中性点不接地系统发生单相接地时，有接地电流非短路电流（纯电容电流），值不大，超过一定值时，可产生间歇性电弧，产生过电压，甚至烧坏电气设备。,2、消弧线圈的工作原理,,,,,
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