電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)課件

1、東南大學電氣工程學院電力系統(tǒng)基礎不言而喻不言而喻 2008年伊始，暴風雪席卷全國，低溫雨雪冰凍災害造成21個?。▍^(qū)、市、兵團）不同程度受災，170多個市、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。 幾個關鍵詞幾個關鍵詞 電老虎電老虎 特高壓特高壓 國網(wǎng)帝國國網(wǎng)帝國 海外收購海外收購 電動汽車電動汽車 新能源新能源其實更重要的關鍵字其實更重要的關鍵字 電力與電量電力與電量 一次與二次一次與二次 強電與弱電強電與弱電 三三大計算大計算 智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)認識認識引引 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)工程學科的范疇課程的內(nèi)

2、容電能傳輸電能傳輸p總裝機容量；總裝機容量；p年發(fā)電量；年發(fā)電量；p最大負荷；最大負荷；p額定頻率；額定頻率；p最高電壓等級。最高電壓等級。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 鍋爐汽輪機火電廠動力部分 水庫水輪機水電廠核反應堆汽輪機核電廠發(fā)電機動力系統(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)： 在動力系統(tǒng)中，生產(chǎn)、輸送、轉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年奧斯特證實了電流的磁效應年奧斯特證實了電流的磁效應18311831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，促進電動機年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，促進電動機和發(fā)電機的發(fā)明和發(fā)電機的發(fā)明18821882年實現(xiàn)了直流輸電年實現(xiàn)了直流輸電遠距離、大功率傳輸困難遠距離、大功率傳輸困難18851885年實現(xiàn)了單相交流輸電，年實現(xiàn)了單相交流輸電，18891889年發(fā)明了年發(fā)明了三相異步電動機、三相變壓器和三相交流制三相異步電動機、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)展輸電技術發(fā)展的初期輸電技術發(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世紀世紀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)電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性問題，解決交流輸電同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性問題，直流輸電又得到應用直流輸電又得到應用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、變壓器、電力線路和負荷這四大元件構成了電力系統(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)濟運行的監(jiān)控、保護、自動控制、調度等系統(tǒng)稱為二次系統(tǒng)。如：繼電保護裝置、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)。我國電力工業(yè)發(fā)展概況(2)1. 我國有豐富的煤炭、石油和水力資源，這為我國電力工業(yè)的發(fā)展提供了條件.2. 新中國成立以來，我國電力工業(yè)取得了長足的發(fā)展。3. 我國今后電力工業(yè)發(fā)展方向：我國電源結構要堅持優(yōu)化火電結構、優(yōu)先發(fā)展水電、適當發(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)工程學科的范疇學科的范疇 電力系統(tǒng)工程學科是衍生于電路、電磁場、電機學，并隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展形成的一門工程學科。它的研究領域大致包括：（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、電磁場和電機理論為基礎，吸收大量新興學科的有關內(nèi)容，并結合電力系統(tǒng)的特點而形成的面向現(xiàn)代電力系統(tǒng)的理論，是其它各個領域的理論基礎。（2）輸配電技術輸配電技術:輸配電技術主要涉及超高壓輸電線路、遠距離交直流輸電系統(tǒng)設計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)劃主要涉及遠景負荷預測、電源規(guī)劃、網(wǎng)絡規(guī)劃、可靠性分析、環(huán)境保護、生態(tài)平衡

7、等方面的問題。（4）電力系統(tǒng)運行電力系統(tǒng)運行：電力系統(tǒng)運行主要涉及穩(wěn)態(tài)運行分析、暫態(tài)過程分析、安全性分析、電能質量管理、運行方式優(yōu)化等方面的內(nèi)容。（5）電力系統(tǒng)保護電力系統(tǒng)保護：電力系統(tǒng)保護主要涉及故障分析、元件保護、線路保護、系統(tǒng)性故障保護和過電壓及其防護等方面的問題。（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、個別變量的調節(jié)、電能質量控制、運行優(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、相對靜止的運行狀態(tài)。發(fā)電量與負荷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(fā)電機在負荷正常變動和小擾動時保持同步 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)從一個穩(wěn)定運行狀態(tài)向另一個穩(wěn)定運行狀態(tài)過渡的變化過程。 二者的本質差別二者的本質差別在于：電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)中的運行變量的變化特性與時間無關，描述其特性的是代數(shù)方程；電力系統(tǒng)暫態(tài)中的運行變量與時間有關，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：主要與運行操作或雷擊時的過電壓有關，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（2）電磁暫態(tài)過程電磁暫態(tài)過程：主要與短路和自勵磁有關，涉及電流、電壓、功率角隨時間的變化,分析過程中假設旋

9、轉電機的轉速不變。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（3）機電暫態(tài)過程機電暫態(tài)過程：主要與系統(tǒng)振蕩、穩(wěn)定性的破壞、異步運行等有關，涉及功率、功率角、旋轉電機的轉速等隨時間的變化。持續(xù)時間長。 （110s）。 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析課程的地位、作用及任務課程的地位、作用及任務 本課程是“電氣工程及其自動化”專業(yè)類的專業(yè)基礎課之一 是電力系統(tǒng)及其自動化、電機電器及其控制、電氣技術、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、電機學、工程數(shù)學等課程的地位、作用及任務課程的地位、作用及任務 本課程的主要任務 使電氣專業(yè)類學生對發(fā)電廠、變電所、電力網(wǎng)及電能系統(tǒng)有較全面的了解，使學生掌握電能系統(tǒng)規(guī)劃

10、設計與運行管理的基本理論與基本方法，為今后進一步學習該領域的理論及從事該領域的生產(chǎn)實際工作奠定堅實的基礎。 教學內(nèi)容和基本要求教學內(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)運行特點及要求，電能系統(tǒng)負荷，電力系統(tǒng)的運行方式及電壓等級。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,標幺制；發(fā)電機、變壓器、線路及負荷的數(shù)學模型；重點在標幺值計算和多電壓等級網(wǎng)絡的等值電路的建立。3、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 電力系統(tǒng)潮流的計算方法 培養(yǎng)計算能力，加深對電力系統(tǒng)各元件以及各電氣量之間關系的了解。 重點簡單電力網(wǎng)的前推回推潮流計算電力網(wǎng)潮

11、流計算的計算機模型導納矩陣的形成與修改，節(jié)點阻抗矩陣與節(jié)點導納矩陣的關系及各自的特點，電力網(wǎng)節(jié)點性質的分類牛頓拉夫遜潮流計算及快速解耦潮流算法。 4、電能系統(tǒng)的運行管理電力系統(tǒng)有功功率與頻率調整無功功率與電壓調整的關系電能系統(tǒng)中有功功率與無功功率的經(jīng)濟分配。介紹電能系統(tǒng)運行穩(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重點在有功功率與頻率調整，無功功率與電壓調整，有功功率與無功功率的經(jīng)濟分配。 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)生的蒸汽進入汽輪機，沖動汽輪機的轉子旋轉，將熱能轉變?yōu)闄C械能 電氣系統(tǒng)汽輪機旋轉的轉子帶動發(fā)電機旋轉，把機械能變?yōu)殡娔芑痣姀S電氣系統(tǒng)示意圖水電廠水電廠 水能水輪機機械能發(fā)電機電能(3) 核電廠: 重核裂變能核蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱能汽輪機機械能發(fā)電機電能 一公斤的U235釋放出的能量有81013焦,一噸標準煤釋放出的能量有31010 焦，因此，一公斤的U235釋放出的能量相當于2667噸標準煤釋放出的能量。 以理論計算，每千瓦時煤耗400克，一公斤的鈾可發(fā)電6250000千瓦時。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高低可分為地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)以及超高壓遠距離輸電網(wǎng)絡。 (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 。(2)區(qū)域電力網(wǎng) 電壓為120220kV級的電力網(wǎng)，區(qū)域電力網(wǎng)輸電線路較長，用戶類型較多。(3)超高壓遠距離輸電網(wǎng)絡 由330kV和550kV的遠距離輸電線路組成，擔負著遠距離、大容量發(fā)電廠的電能輸送任務，往往同時聯(lián)系幾個區(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)的負荷與分類 1. 電能系統(tǒng)的負荷: 電能系統(tǒng)的負荷指從電力系統(tǒng)中取用功率或電能的各種用電設備。 2. 負荷分類: (1) 一級負荷: 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)濟上造成重大損失或引起社會混亂的負荷。(2) 二級負荷 指供電突然中斷將造成政治上不好影響，經(jīng)濟上較大損失或社會生活的正常規(guī)律被打亂的負荷。(3) 三級負荷 指有計劃停電時不會造成較大影響的負荷。 負荷曲線 電力負荷隨時間變化的圖形。1.負荷曲線的用途 (1) 根據(jù)預測負荷曲線，計劃和分配各發(fā)電廠的發(fā)電任務。 (2)

15、 按年最大負荷曲線確定系統(tǒng)裝機容量，安排主要設備檢修計劃。2. 負荷曲線的繪制及其特性系數(shù) 1) 運行日負荷曲線 指以橫軸代表時間延續(xù)，以縱軸代表實測的功率變化，逐點描繪而成的曲線。該曲線下包圍的面積表示一天24小時內(nèi)的電能消耗。日有功負荷曲線梯形圖日有功負荷曲線梯形圖）年負荷曲線: 運行年負荷曲線：其繪制與運行日負荷曲線相似。 電力負荷全年持續(xù)曲線：選擇典型夏季日負荷曲線和典型冬季日負荷曲線，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)的時間。 負荷全年持續(xù)曲線下的面積代表一年消耗的電能: 最大負荷利用小時 ： 年平

16、均負荷功率 ：87600PdtWa8760aavWPmaxmaxPWTa電能系統(tǒng)的電壓等級電能系統(tǒng)的電壓等級 為使電力工業(yè)和電工制造業(yè)的生產(chǎn)標準化、系列化和統(tǒng)一化，世界各國都制定有關于額定電壓等級的標準。 我國電力系統(tǒng)的電壓等級在西北系統(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。運行中最高電壓：運行中最高電壓：kVkV 550 242 121 38.5 11 550 242 121 38.5 11計算時或運行中經(jīng)常采用的電壓：計算時或運行中經(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