匯總考研課件第1章緒論

1、電力工程Electricer Engineering簡介1978年入東南大學讀本科、1988年浙大博士畢業(yè)后在河海大學任教19941995年德國Dortmund大學1996年教授、1997年副校長、 2000年博導19901993、2002 2006年講授電力系統(tǒng)暫態(tài)分析2007 講授電氣工程基礎學者、獲得者1前言本門課程概述電力專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng)的內(nèi)容本門課程的特點與要求0.1 電力專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)從專業(yè)發(fā)展從行業(yè)發(fā)展結(jié)論我國對電氣專業(yè)需求仍很大，但對知識結(jié)構(gòu)的要求將發(fā)生變化。經(jīng)濟社會為背景，電氣工程為平臺，電力工程為重點，電力系統(tǒng)為。材料自動化電機電力經(jīng)濟管理電子 信息能源電工社會0.2

2、 電力系統(tǒng)的內(nèi)容電力系統(tǒng)技術電力系統(tǒng)科學一、電力系統(tǒng)技術硬件空間維電源輸電配電發(fā)電廠動力部分電氣設備配電網(wǎng)自動化二、電力系統(tǒng)科學時間維規(guī)電力系統(tǒng)規(guī)劃電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)劃電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析運行暫態(tài)電力系統(tǒng)繼電保護控制保護電力系統(tǒng)自動裝置電力系統(tǒng)調(diào)度自動化電力系統(tǒng)管理電力市場管理三、電力系統(tǒng)分析1、穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)的概念(Steady se)(Transient se)RLRL 電路為例故障或變化穩(wěn)態(tài)暫態(tài)新的穩(wěn)態(tài) 或 失穩(wěn)穩(wěn)態(tài)是相對的、暫態(tài)是2、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)Steady Seysis潮流計算經(jīng)濟運行電能質(zhì)量3、電力系統(tǒng)暫態(tài)Transientysis電磁暫態(tài)故障分析機電暫態(tài)0.3 本門課程的特

3、點與要求特點要求參考書一、課程的特點第一專業(yè)課從方案上第一從時間上第一從應用上第一基礎專業(yè)課前期課程為基礎后續(xù)課程的基礎今后工作的基礎學分少、內(nèi)容多。目前5學分，但卻覆蓋以前的2學分3學分3學分電氣設備電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析既有趣味，又有二、課程的要求上好課堂，做好作業(yè)（周一交）上課起立，點名13踴躍提問，以免被問課后復習，學會為主，其它為輔平時占分，分期三、參考書：電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，中國電力：電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，中國電力贊等：電力系統(tǒng)分析(上冊、下冊)，華中，1985年，72.18/22理工大學：電力系統(tǒng)故障分析，水利電力社，1992年，72.1856/29B.M.dy,B.J.Co

4、ry: ElectricerSyatems, John Wiley & Sons, 4th Edition,1999第1章緒論Chap 1Anruduction電力工程的發(fā)展電力系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)計算的標幺制1.1 電力工程的發(fā)展20世紀是電氣時代電磁感應定律-法拉第(Faraday), 1831年電容的1831年10月發(fā)現(xiàn)，當磁鐵和導線有相對運動時，回路中會產(chǎn)生電流電能大規(guī)模生產(chǎn)與應用的基礎，發(fā)明了最早的發(fā)電機原型電機的出現(xiàn)- 法拉第，1831年Electrical Machines電廠的出現(xiàn)Electriclants1875年 巴黎北火車站，第一座火電廠，直流1879年 1882年 -的電廠

5、舊金山電廠，最早售電的電廠紐約珍珠街電廠，第一座較正規(guī)1881年 英國戈明，第一座水電廠1882年 福克斯河，第二座水電廠電廠的出現(xiàn)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)Electricer Systems1882年 -紐約珍珠街電廠發(fā)電機輸電線電燈，電力系統(tǒng)的萌芽直流1891年輸電系統(tǒng)主持建立了最早的三相交流交流與直流？19世紀電力初期，直流20世紀初至50年代交流20世紀50年代高壓大容量整流器成功，但交流輸電系統(tǒng)有穩(wěn)定性問題1954年瑞典本土和蘭島之間建成第一條高壓直流輸電線路，100千伏。此后，交直流并存我國電力工業(yè)的發(fā)展1882年第一座火電廠我國電力工業(yè)的未來1、西電東送一次能源資源西(西南)：水（67.5

6、%）、煤炭（82）二次能源消費東：京滬穗,中心城市2020年西電東送方案京津唐長角洲珠角洲500kv 330kv 220kv火電廠 水電廠核電廠變電站傳輸功率1.2億千瓦2、聯(lián)網(wǎng)我國已建成6個大區(qū)電網(wǎng)、5個獨立省網(wǎng)。2003年9月東北、華北與華中、華東已互聯(lián)。20152020年，西電東送形成性電網(wǎng)。2003年9月四大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)超大型同步電網(wǎng)東北Northeast跨14省、市、華北North裝機容量超1.4億千瓦，距離超4600公里華東East華中Central川渝ChuanYu福建Fujian區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)基本框架AC東北華北DC西北AC山東ACBack to backBack to back

7、or DCBack to back川渝華中華東3DCACACDCDCBack to back福建南方sea cable海南2003.9聯(lián)網(wǎng)3、市場體制：打破、引入競爭、提高效率、降低成本、改善質(zhì)量電力市場：模式不同、階段不同對電力系統(tǒng)運行分析與控制帶來一系課題：安全性、備用容量等4、特高壓電網(wǎng)目前正在建設特高壓公司1000kVA.C.800kVD.C.國家電網(wǎng)公司21.2電力系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的基本參量電力系統(tǒng)的電壓等級發(fā)電廠、變電所及負荷的類型電力系統(tǒng)的運行特點與要求1.2.1 電力系統(tǒng)的Electricer Systems一、基本組成二、電氣接線圖三、地理接線圖京津唐長角洲珠角洲5

8、00kv 330kv 220kv火電廠水電廠核電廠變電站四、電力設備分類一次設備：發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等二次設備：測量、監(jiān)視、控制、繼電保護、自動化、通信等本課程主要介紹一次設備，后續(xù)課程介紹二次設備1.2.2 電力系統(tǒng)的基本參量一、參量名 稱涵 義（國際/俗稱）總裝機容量發(fā)電機額定容量之和MW/萬kW最大負荷負荷有功之和的最大值MW/萬kW年發(fā)電量所發(fā)電能總和MW.h/億度年用電量所用電能總和MW.h/億度額定頻率規(guī)定的頻率（50Hz/60Hz）Hz額定電壓規(guī)定的電壓kV/萬伏二、電壓等級電壓等級是國家規(guī)定的標準電壓額定電壓指線電壓電網(wǎng)額定電壓0.383610351102203305

9、00750平均額定電壓3.156.310.537115230345525788低壓、高壓、壓、特高壓3kV低壓Low-Voltage3kV 280kV高壓High-Voltage280kV800kV壓Extra-High- Voltage800kV特高壓Ultra-High- Voltage三、電壓分布一般為 10，變壓器一般為5電壓降落：線電壓偏移：一般允許 5線路：始端電壓 1.05額定電壓末端電壓 0.95額定電壓發(fā)電機：1.05線路額定電壓變壓器一次側(cè)： 1.0額定電壓變壓器二次側(cè)： 1.10額定電壓漏抗小時 1.05額定電壓各設備額定電壓等級用電設備額定線電壓/kV發(fā)電機線電壓/kV

10、變壓器線電壓/kV一次繞組二次繞組33.153,3.153.15,3.366.36,6.36.3,6.61010.510,10.510.5,11.015.7515.7523.023.0353538.5110110121220220242330330345,363500500525,550750750788,825四、電壓等級的選擇電壓等級的選擇需要進行技術經(jīng)濟比較PlS1、線損)2 P 3I 2R 3(L3UcosNP2lcos2 SU 2N2、設備投資3、輸送容量與距離線路的電壓與輸送功率、輸送距離線路電壓/kV輸送功率/MW輸送距離/km30.1 1.01 360.1 1.24 15100

11、.2 2.06 20352.0 10.020 5011010.0 50.050 150220100.0 500.0100 300330200.0 800.0200 6005001000.0 1500.0150 8507502000.02500.0500以上1.2.3 發(fā)電廠的類型lant火電水電核電可再生1、火力發(fā)電廠諫壁火電廠場景2、水力發(fā)電廠水電站剖面3、核能發(fā)電廠核電站剖面（1）世界核電發(fā)展核電減輕環(huán)境污染，減少溫室氣體排放。（98.78GM）、法（39.89GM）、德國五大核電生產(chǎn)國：國（58.49GM）、（22.02GM）和俄羅斯（20.84GM）。核電發(fā)電量比例最高的國家：立陶宛（

12、85.6%）、法國（76.1%）和比利時（55.5%）。核電法國貝爾維核電站（2*130萬千瓦）核電（2）中國的核電發(fā)展2900MW300MW，2600MW，2700MW大亞灣核電站浙江秦山核電站嶺澳核電站江蘇連云港核電站21000MW其它核電站項目的前期工作核電秦山核電站4、可再生能源發(fā)電風能廢棄物熱利用地熱潮汐能風能發(fā)電機組電廠電廠流程示意地熱電廠能電廠5、能源政策大部分國家以火電為主等（60以上）以水電為主的國家是以核電為主的國家是法國等（78以上）我國能源：有序開發(fā)水電優(yōu)化發(fā)展煤電大力推進核電適度發(fā)展天然氣發(fā)電積極發(fā)展新能源發(fā)電1.2.4 變電所的類型Subsion一、按照功能劃分升壓

13、變：發(fā)電廠出口降壓變：配電二、按照地位劃分1、樞紐變電所：，匯集多個電源，高壓側(cè)為330500kV。2、中間變電所：轉(zhuǎn)換功率，匯集23個電源，高壓側(cè)為220330kV。3、地區(qū)變電所：向地區(qū)用戶供電，高壓側(cè)為110220KV。4、終端變電所：接近負荷點，經(jīng)降壓后向用戶供電。1.2.5 電力系統(tǒng)運行的特點和要求一、電力系統(tǒng)的特點地域廣復雜動態(tài)時間短難以不能停電二、電力系統(tǒng)的要求可靠性經(jīng)濟性：客戶、企業(yè)高質(zhì)量高效率環(huán)保表1-11系統(tǒng)頻率允許偏差運行情況允許頻率偏差/Hz正常大容量系統(tǒng)0.2中小容量系統(tǒng)0.5事故300min以內(nèi)115min以內(nèi)1.5不允許4表1-12用戶供電電壓及波形畸變率允許變動

14、范圍線路額定電壓電壓允許變化范圍允許波形畸變率35kV及以上510kV74380/22075低壓照明(+5-7)農(nóng)業(yè)用戶(+5-10)31.3電力系統(tǒng)計算的標幺制(per unit system, pu)一、標幺值？人們經(jīng)常采用相對值，比如20、1/5標幺值* 有名值 / 基準值 BP* P / SB比如? 標幺值的量綱，pu，下標二、如何選取基準值？目的是要簡化計算對三相電路，一般使基準值滿足基本關系UB3ZB IB，SB3U B IB有4個量，一般先選容量和電壓的基準值，如通常取整數(shù)由此電流和阻抗的基準值U 2SB，ZB IBBS3UBB由于有名值和基準值都滿足三相電路關系U S 3ZI

15、,3UIUB3ZB IB，SB3U B IB所以，標幺值滿足U* Z* I* ,S* U* I*課堂？式 UBSB3ZB IB ,3U B IB中，各量是相電量還是線電量？標幺關系U* Z* I* ,S* U* I*說明什么？相電量的基準值如何選?。肯嚯娏康臉绥壑档年P系？相電量標幺值與線電量標幺值的關系？幅值的基準值如何選?。糠禈绥壑蹬c有效值標幺值的關系？三、如何進行標幺值的換算？原因：基準值不同原理：有名值不變步驟：（1）原標幺值原基準值有名值（2）新標幺值有名值/新基準值原標幺值（原基準值/新基準值）發(fā)電機：已知額定電壓和容量之下的電抗標幺值，需要換算到系統(tǒng)基準之下的標幺值ZN XX*(

16、 B )*( N )ZBU 2/ S XNN *( N )U 2/ SBB2 U S X N B *( N )USB N?如果電壓相等，則怎么樣變壓器：已知額定電壓和容量以及短路電壓百分比，需要換算到系統(tǒng)基準之下的標幺值U (%) XT100%SZN US (%) UXT *( N )S*100%即短路電壓百分比實際上就是電抗標幺值，故類似于發(fā)電機2 S U UX N B T *( B )S * UB SN四、復雜網(wǎng)絡中標幺值如何計算？【例】（雙回）原理：有名值轉(zhuǎn)換為標幺值標幺值計算有名值：變壓器變比（一）準確計算法歸一法選定某段作為基本段（如），一般選擇中間段各參數(shù)均向基本段歸算有名值：E

17、k ,I / k , Z k 2 ,S ?選擇基本段的基準值計算標幺值發(fā)電機電抗2 U U 2U 2T 1() GN X1* X1*( N )/ B 2 SGN UT 1()SB 121210.52121 0.26 30 (10.5 )/ 100 2 0.26 100 0.8730發(fā)電機電勢E 11 121 /121*10.5 1.05變壓器T-1 121 2 10.5 121210.52 100 10.5 / 100X 2*31.5 0.105 100 0.3331.5輸電線路 1212 0 .8 80 / X3*100 0 .44 變壓器T-2 12 12110 210 .5100 X/

18、4* 1 51 00 0 .5 8電抗器 110 2 1212561003 0.36.6X 5*/ 100 1.09電纜線 110 2 1212 0.08 2.5 X 6*/ 100 6.6 0.38（二）準確計算法擴散式將基本段的基準電壓，經(jīng)變壓器變比折算得到各段的電壓基準值： 121 10.5 10.5(KV )UB1121 121 6.6 7.26(KV )UB3110？基準功率是否變化按此各段基準電流（及阻抗）：1005 .5I5 K(A)B1 310100 0. I484 KA ()B 2 1213100 7. 26I95 KA()B3 37.在各段將額定值下的值轉(zhuǎn)換為基準值下的標幺

19、值：10.52 0.26 1003030 0.26 0.87X10.521*100X 0.105 100 0.33X 0.223*2*31.5 0.58X 4*6 7.95 1.09X 0.055*7.260.3 0.08 2.5 0.38X 7.2626*10011E 1.05*10.5（三）近似計算法準確算法計算量大，對復雜網(wǎng)絡會出現(xiàn)主要是變壓器變比，與兩側(cè)額定電壓之比可能不一樣主要計算是電抗的標幺值近似1：取基本段的電壓基準值均為其平均額定電壓值 115 (kV )eg.UB 2電網(wǎng)額定電壓361035110220330500平均額定電壓3.156.310.537115230345525 近似2：變壓器變比取平均額定電壓之比采用擴散式方法，則有U Bi U avi近似3：取各段額定電壓均為其平均額定 UU電壓值Ni avi則 U2aviX i*( N )SB SNiXX Ui*i*( N )2aviSNi