電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)課件

1、東南大學(xué)電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)基礎(chǔ)不言而喻不言而喻 2008年伊始，暴風(fēng)雪席卷全國(guó)，低溫雨雪冰凍災(zāi)害造成21個(gè)省（區(qū)、市、兵團(tuán)）不同程度受災(zāi)，170多個(gè)市、縣停電 降雪在高壓輸電線路上形成覆冰，墜斷電線，并使一些鐵塔失去平衡而倒塌。 城市斷電、斷水。 幾個(gè)關(guān)鍵詞幾個(gè)關(guān)鍵詞 電老虎電老虎 特高壓特高壓 國(guó)網(wǎng)帝國(guó)國(guó)網(wǎng)帝國(guó) 海外收購(gòu)海外收購(gòu) 電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車 新能源新能源其實(shí)更重要的關(guān)鍵字其實(shí)更重要的關(guān)鍵字 電力與電量電力與電量 一次與二次一次與二次 強(qiáng)電與弱電強(qiáng)電與弱電 三三大計(jì)算大計(jì)算 智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)引引 論論電能系統(tǒng)的定義電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)工程學(xué)科的范疇課程的內(nèi)

2、容電能傳輸電能傳輸p總裝機(jī)容量；總裝機(jī)容量；p年發(fā)電量；年發(fā)電量；p最大負(fù)荷；最大負(fù)荷；p額定頻率；額定頻率；p最高電壓等級(jí)。最高電壓等級(jí)。電能系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電能系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)示意圖電力網(wǎng)示意圖 鍋爐汽輪機(jī)火電廠動(dòng)力部分 水庫(kù)水輪機(jī)水電廠核反應(yīng)堆汽輪機(jī)核電廠發(fā)電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)升壓變壓器輸電網(wǎng)輸電線路電力系統(tǒng) 電力網(wǎng)降壓變壓器配電網(wǎng)配電線路負(fù)荷電能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的定義電能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的定義 電能系統(tǒng)： 在動(dòng)力系統(tǒng)中，生產(chǎn)、輸送、轉(zhuǎn)換的能量主要部分是電能的，稱為電能系統(tǒng)電能系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)： 電能系統(tǒng)中的電氣部分稱為電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)。 電力網(wǎng)： 在電力系統(tǒng)中通常把發(fā)電機(jī)和用電之間屬于輸電和

3、配電的環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)電力網(wǎng)。地理接線地理接線電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展18201820年奧斯特證實(shí)了電流的磁效應(yīng)年奧斯特證實(shí)了電流的磁效應(yīng)18311831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，促進(jìn)電動(dòng)機(jī)年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，促進(jìn)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的發(fā)明和發(fā)電機(jī)的發(fā)明18821882年實(shí)現(xiàn)了直流輸電年實(shí)現(xiàn)了直流輸電遠(yuǎn)距離、大功率傳輸困難遠(yuǎn)距離、大功率傳輸困難18851885年實(shí)現(xiàn)了單相交流輸電，年實(shí)現(xiàn)了單相交流輸電，18891889年發(fā)明了年發(fā)明了三相異步電動(dòng)機(jī)、三相變壓器和三相交流制三相異步電動(dòng)機(jī)、三相變壓器和三相交流制18911891年建立了最早的三相交流輸電系統(tǒng)年建立了最早的三相交流

4、輸電系統(tǒng)電力系統(tǒng)的發(fā)展電力系統(tǒng)的發(fā)展輸電技術(shù)發(fā)展的初期輸電技術(shù)發(fā)展的初期: :減少線路損耗，提高電壓減少線路損耗，提高電壓針式絕緣子使電壓提高到針式絕緣子使電壓提高到80kV80kV19061906年懸式絕緣子使電壓提高到年懸式絕緣子使電壓提高到110110120kV120kV2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代采用均壓環(huán)電壓可做到年代采用均壓環(huán)電壓可做到220kV220kV解決交流輸電同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性問題，解決交流輸電同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性問題，直流輸電又得到應(yīng)用直流輸電又得到應(yīng)用800kV800kV，距離，距離1000km1000km以上，容量以上，容量3000MW3000MW 現(xiàn)代

5、電力系統(tǒng)由三大系統(tǒng)組成 能量變換、傳輸、分配和使用的一次系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和負(fù)荷這四大元件構(gòu)成了電力系統(tǒng)的主體（軀干）。也可稱為物流系統(tǒng)。 為了保證電力系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的監(jiān)控、保護(hù)、自動(dòng)控制、調(diào)度等系統(tǒng)稱為二次系統(tǒng)。如：繼電保護(hù)裝置、通訊裝置和能量管理系統(tǒng)等。也可稱為信息流系統(tǒng)。 電能量交易系統(tǒng)，也可稱為貨幣流系統(tǒng)。我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展概況(2)1. 我國(guó)有豐富的煤炭、石油和水力資源，這為我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展提供了條件.2. 新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。3. 我國(guó)今后電力工業(yè)發(fā)展方向：我國(guó)電源結(jié)構(gòu)要堅(jiān)持優(yōu)化火電結(jié)構(gòu)、優(yōu)先發(fā)展水電、適當(dāng)發(fā)展核電、積極利用新能

6、源的方針。電力系統(tǒng)工程電力系統(tǒng)工程學(xué)科的范疇學(xué)科的范疇 電力系統(tǒng)工程學(xué)科是衍生于電路、電磁場(chǎng)、電機(jī)學(xué)，并隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展形成的一門工程學(xué)科。它的研究領(lǐng)域大致包括：（1）電力系統(tǒng)理論電力系統(tǒng)理論：電力系統(tǒng)理論是以電路、電磁場(chǎng)和電機(jī)理論為基礎(chǔ)，吸收大量新興學(xué)科的有關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)而形成的面向現(xiàn)代電力系統(tǒng)的理論，是其它各個(gè)領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。（2）輸配電技術(shù)輸配電技術(shù):輸配電技術(shù)主要涉及超高壓輸電線路、遠(yuǎn)距離交直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及提高輸電線路輸送能力的方法等方面的研究。（3）電力系統(tǒng)規(guī)劃電力系統(tǒng)規(guī)劃：電力系統(tǒng)規(guī)劃主要涉及遠(yuǎn)景負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、可靠性分析、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡

7、等方面的問題。（4）電力系統(tǒng)運(yùn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行：電力系統(tǒng)運(yùn)行主要涉及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析、暫態(tài)過程分析、安全性分析、電能質(zhì)量管理、運(yùn)行方式優(yōu)化等方面的內(nèi)容。（5）電力系統(tǒng)保護(hù)電力系統(tǒng)保護(hù)：電力系統(tǒng)保護(hù)主要涉及故障分析、元件保護(hù)、線路保護(hù)、系統(tǒng)性故障保護(hù)和過電壓及其防護(hù)等方面的問題。（6）電力系統(tǒng)控制電力系統(tǒng)控制：主要涉及數(shù)據(jù)采集、個(gè)別變量的調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量控制、運(yùn)行優(yōu)化控制、安全性控制、能量管理系統(tǒng)等方面的問題。 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)：指系統(tǒng)正常的、相對(duì)靜止的運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電量與負(fù)荷相等所有運(yùn)行設(shè)備的電流、電壓、頻率、波形在允許范圍所有發(fā)電機(jī)在負(fù)荷正常變動(dòng)和小擾動(dòng)時(shí)保持同步 電力系統(tǒng)暫態(tài)電力系統(tǒng)暫態(tài)：指

8、電力系統(tǒng)從一種運(yùn)行狀態(tài)向另一種狀態(tài)過渡的過程。特指電力系統(tǒng)非正常的、變化較大以至引起系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)過渡的變化過程。 二者的本質(zhì)差別二者的本質(zhì)差別在于：電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)中的運(yùn)行變量的變化特性與時(shí)間無(wú)關(guān)，描述其特性的是代數(shù)方程；電力系統(tǒng)暫態(tài)中的運(yùn)行變量與時(shí)間有關(guān)，描述其特性的是微分方程。 電力系統(tǒng)暫態(tài)電力系統(tǒng)暫態(tài) 電力系統(tǒng)暫態(tài)過程可分為三類：（1）波過程波過程：主要與運(yùn)行操作或雷擊時(shí)的過電壓有關(guān)，涉及電流、電壓波的傳播，這類過程最短暫（10-610-2s）。高電壓技術(shù)（2）電磁暫態(tài)過程電磁暫態(tài)過程：主要與短路和自勵(lì)磁有關(guān)，涉及電流、電壓、功率角隨時(shí)間的變化,分析過程中假設(shè)旋

9、轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（3）機(jī)電暫態(tài)過程機(jī)電暫態(tài)過程：主要與系統(tǒng)振蕩、穩(wěn)定性的破壞、異步運(yùn)行等有關(guān)，涉及功率、功率角、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等隨時(shí)間的變化。持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 （110s）。 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析課程的地位、作用及任務(wù)課程的地位、作用及任務(wù) 本課程是“電氣工程及其自動(dòng)化”專業(yè)類的專業(yè)基礎(chǔ)課之一 是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、電機(jī)電器及其控制、電氣技術(shù)、高電壓工程等電力類專業(yè)方向的公共專業(yè)課程之一 先修課程主要是電路、電磁場(chǎng)、電機(jī)學(xué)、工程數(shù)學(xué)等課程的地位、作用及任務(wù)課程的地位、作用及任務(wù) 本課程的主要任務(wù) 使電氣專業(yè)類學(xué)生對(duì)發(fā)電廠、變電所、電力網(wǎng)及電能系統(tǒng)有較全面的了解，使學(xué)生掌握電能系統(tǒng)規(guī)劃

10、設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理的基本理論與基本方法，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)該領(lǐng)域的理論及從事該領(lǐng)域的生產(chǎn)實(shí)際工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 教學(xué)內(nèi)容和基本要求教學(xué)內(nèi)容和基本要求 1、電力系統(tǒng)概論 建立電力系統(tǒng)的基本概念，了解電能系統(tǒng)的重要性和整體性。電能系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及要求，電能系統(tǒng)負(fù)荷，電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式及電壓等級(jí)。2、電力系統(tǒng)元件及基本參數(shù) 分析研究電力系統(tǒng)各元件的參數(shù)及等值電路,標(biāo)幺制；發(fā)電機(jī)、變壓器、線路及負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型；重點(diǎn)在標(biāo)幺值計(jì)算和多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的等值電路的建立。3、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算方法 培養(yǎng)計(jì)算能力，加深對(duì)電力系統(tǒng)各元件以及各電氣量之間關(guān)系的了解。 重點(diǎn)簡(jiǎn)單電力網(wǎng)的前推回推潮流計(jì)算電力網(wǎng)潮

11、流計(jì)算的計(jì)算機(jī)模型導(dǎo)納矩陣的形成與修改，節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣與節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的關(guān)系及各自的特點(diǎn)，電力網(wǎng)節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的分類牛頓拉夫遜潮流計(jì)算及快速解耦潮流算法。 4、電能系統(tǒng)的運(yùn)行管理電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整無(wú)功功率與電壓調(diào)整的關(guān)系電能系統(tǒng)中有功功率與無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分配。介紹電能系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基本概念能量管理系統(tǒng)，配電管理系統(tǒng)，直流輸電和靈活交流輸電等方面的基本知識(shí)重點(diǎn)在有功功率與頻率調(diào)整，無(wú)功功率與電壓調(diào)整，有功功率與無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分配。 發(fā)電廠發(fā)電廠.發(fā)電廠 發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的電源，它的作用是把不同種類的一次能源轉(zhuǎn)換成電力。根據(jù)一次能源的不同，可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核動(dòng)力發(fā)電廠和其它能源電廠。

12、 火電廠的電能生產(chǎn)過程火電廠的電能生產(chǎn)過程 燃燒系統(tǒng)燃料的化學(xué)能在鍋爐里燃燒變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水蒸汽 汽水系統(tǒng)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，沖動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 電氣系統(tǒng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，把機(jī)械能變?yōu)殡娔芑痣姀S電氣系統(tǒng)示意圖水電廠水電廠 水能水輪機(jī)機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能(3) 核電廠: 重核裂變能核蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱能汽輪機(jī)機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能 一公斤的U235釋放出的能量有81013焦,一噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放出的能量有31010 焦，因此，一公斤的U235釋放出的能量相當(dāng)于2667噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放出的能量。 以理論計(jì)算，每千瓦時(shí)煤耗400克，一公斤的鈾可發(fā)電6250000千瓦時(shí)。電力

13、網(wǎng)電力網(wǎng)電力網(wǎng)按其供電范圍的大小和電壓等級(jí)高低可分為地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)以及超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)。 (1) 地方電力網(wǎng):電壓不超過110kV,輸送距離在幾十千米內(nèi)的電力網(wǎng)，主要指一般城市、工礦區(qū)、農(nóng)村配電網(wǎng)絡(luò) 。(2)區(qū)域電力網(wǎng) 電壓為120220kV級(jí)的電力網(wǎng)，區(qū)域電力網(wǎng)輸電線路較長(zhǎng)，用戶類型較多。(3)超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò) 由330kV和550kV的遠(yuǎn)距離輸電線路組成，擔(dān)負(fù)著遠(yuǎn)距離、大容量發(fā)電廠的電能輸送任務(wù)，往往同時(shí)聯(lián)系幾個(gè)區(qū)域電力網(wǎng)形成大型聯(lián)合系統(tǒng)。(4)特高壓電網(wǎng) 變電所的任務(wù)是匯集電源、升降電壓、分配電能。 變電所可分為升壓變電所和降壓變電所，或分為戶外變電所、戶內(nèi)變電所及地下變

14、電所。也可按變電所容量和重要性不同分為樞紐變電所、中間變電所和終端變電所。變電所變電所電能系統(tǒng)的負(fù)荷與分類 1. 電能系統(tǒng)的負(fù)荷: 電能系統(tǒng)的負(fù)荷指從電力系統(tǒng)中取用功率或電能的各種用電設(shè)備。 2. 負(fù)荷分類: (1) 一級(jí)負(fù)荷: 指供電突然中斷將造成人傷亡，或政治上造成極壞影響，經(jīng)濟(jì)上造成重大損失或引起社會(huì)混亂的負(fù)荷。(2) 二級(jí)負(fù)荷 指供電突然中斷將造成政治上不好影響，經(jīng)濟(jì)上較大損失或社會(huì)生活的正常規(guī)律被打亂的負(fù)荷。(3) 三級(jí)負(fù)荷 指有計(jì)劃停電時(shí)不會(huì)造成較大影響的負(fù)荷。 負(fù)荷曲線 電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的圖形。1.負(fù)荷曲線的用途 (1) 根據(jù)預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線，計(jì)劃和分配各發(fā)電廠的發(fā)電任務(wù)。 (2)

15、 按年最大負(fù)荷曲線確定系統(tǒng)裝機(jī)容量，安排主要設(shè)備檢修計(jì)劃。2. 負(fù)荷曲線的繪制及其特性系數(shù) 1) 運(yùn)行日負(fù)荷曲線 指以橫軸代表時(shí)間延續(xù)，以縱軸代表實(shí)測(cè)的功率變化，逐點(diǎn)描繪而成的曲線。該曲線下包圍的面積表示一天24小時(shí)內(nèi)的電能消耗。日有功負(fù)荷曲線梯形圖日有功負(fù)荷曲線梯形圖）年負(fù)荷曲線: 運(yùn)行年負(fù)荷曲線：其繪制與運(yùn)行日負(fù)荷曲線相似。 電力負(fù)荷全年持續(xù)曲線：選擇典型夏季日負(fù)荷曲線和典型冬季日負(fù)荷曲線，冬季取213天，夏天取152天，以全年8760h為橫軸，從最大功率開始，依功率遞減順序依次繪制出功率及其該功率在全年持續(xù)的時(shí)間。 負(fù)荷全年持續(xù)曲線下的面積代表一年消耗的電能: 最大負(fù)荷利用小時(shí) ： 年平

16、均負(fù)荷功率 ：87600PdtWa8760aavWPmaxmaxPWTa電能系統(tǒng)的電壓等級(jí)電能系統(tǒng)的電壓等級(jí) 為使電力工業(yè)和電工制造業(yè)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和統(tǒng)一化，世界各國(guó)都制定有關(guān)于額定電壓等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)在西北系統(tǒng)采用330/110/35/10kV。東北地區(qū)采用500/220/63/10kV，其它地區(qū)采用500/220/110/35/10kV，低壓常用0.38kV電壓等級(jí)。運(yùn)行中最高電壓：運(yùn)行中最高電壓：kVkV 550 242 121 38.5 11 550 242 121 38.5 11計(jì)算時(shí)或運(yùn)行中經(jīng)常采用的電壓：計(jì)算時(shí)或運(yùn)行中經(jīng)常采用的電壓：525 230 115 37 10.5525 230 115 37 10.5規(guī)定的額定電壓：規(guī)定的額定電壓：500 220 110 35 10500 220 110 35 10線電壓線電壓!10KV6KVT-7T-6G-16KVT-135KV110KVG-2T-3G-310.5KV13.8KV220KVT-435KV35KVT-5110KVLGJ-185/25LGJ-150/25LGJ-300/15LGJ-400/50LGJ-70/10T-2電能系統(tǒng)的電氣連接方式電能系統(tǒng)的電氣