第1章 電力系統(tǒng)的基本概念n

電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析吳杰康電氣工程學(xué)院教授、博士、博士生導(dǎo)師Email:wujiekang@163.comQQ:657604274電力系統(tǒng)工程學(xué)科和電力系統(tǒng)分析課程電力系統(tǒng)工程學(xué)科的范疇電力系統(tǒng)理論輸配電技術(shù)電力系統(tǒng)規(guī)劃電力系統(tǒng)運(yùn)行電力系統(tǒng)保護(hù)電力系統(tǒng)控制電力系統(tǒng)分析課程的主要內(nèi)容穩(wěn)態(tài)分析元件的特性和數(shù)學(xué)模型潮流計(jì)算（PowerFlow）系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化暫態(tài)分析波過程電磁暫態(tài)過程機(jī)電暫態(tài)過程本課程流程電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（穩(wěn)態(tài)）第三章第四章電力系統(tǒng)概念、組成第一章第二章電力系統(tǒng)的控制第五章第六章是什么為什么怎么做電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（章節(jié)）第一章電力系統(tǒng)基本概念第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和等值電路第三章簡(jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算和分析第四章復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算機(jī)算法**第五章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整第六章電力系統(tǒng)的五功功率和電壓調(diào)整成績(jī)?cè)u(píng)定平時(shí)成績(jī)：30%考勤與提問：10%作業(yè)：10%（每章交一次，5次）綜述：10%（2次）完成附加任務(wù)的：85~98考試成績(jī)（閉卷）：70%參考書電力系統(tǒng)分析復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題精解/楊淑英，TM711-44/1，中國(guó)電力出版社電力系統(tǒng)分析學(xué)習(xí)指導(dǎo)

/徐政，TM711/31，機(jī)械工業(yè)出版社電力系統(tǒng)分析要點(diǎn)與習(xí)題

/韋鋼，TM711-44/2，中國(guó)電力出版社現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析

/王錫凡，TM711/28，科學(xué)出版社……第一章電力系統(tǒng)的基本概念問題人類為何選擇使用電能？電能是如何產(chǎn)生的？電能是如何傳輸?shù)?？什么是電力系統(tǒng)？電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)和要求？電力系統(tǒng)分析課程的主要內(nèi)容及特點(diǎn)？

人類為什么選擇使用電能？十八世紀(jì)，蒸汽機(jī)發(fā)明：熱能－機(jī)械能，劃時(shí)代的工業(yè)革命十九世紀(jì)，人類開始使用電能，進(jìn)入電氣化時(shí)代。顯著優(yōu)點(diǎn)潔凈：環(huán)保方便:

輸送、分配、使用節(jié)能:

能耗小，轉(zhuǎn)換效率高

人類為什么選擇使用電能？電氣化人類為什么選擇使用電能？2002年，中國(guó)電力消費(fèi)在終端能源消費(fèi)中的比例為42％，2020年達(dá)到70％左右。

2002年，中國(guó)人均電力消費(fèi)1280千瓦時(shí)，僅相當(dāng)于20世紀(jì)70年代的世界平均水平，約為目前世界平均水平2500千瓦時(shí)的一半。試想：沒有電能你的生活會(huì)如何？

蘇維埃＋電氣化＝共產(chǎn)主義（^_^）1830年法拉第發(fā)明電磁感應(yīng)定律，為未來電力工業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。1875年第一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組（直流發(fā)電機(jī)）在法國(guó)巴黎火車站，照明。1879年美國(guó)舊金山實(shí)驗(yàn)電廠開始發(fā)電，這是世界上最早出售電力的電廠。1882年美國(guó)愛迪生紐約珍珠街電力系統(tǒng)，6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，110V，照明。1884年變壓器發(fā)明。為三相交流及大容量、遠(yuǎn)距離輸電奠定基礎(chǔ)。1889年美國(guó)Oregon和Portland建立長(zhǎng)21公里的交流輸電系統(tǒng)。1891年德國(guó)世界上第一個(gè)三相交流輸電系統(tǒng)，距離179英里、電壓12000伏。1897年電壓為44000KV的輸電線路在美國(guó)Utah州建成。

世界電力工業(yè)發(fā)展的歷程世界電力工業(yè)發(fā)展的歷程2000～2004年全球總裝機(jī)容量1882年英國(guó)商人在上海創(chuàng)辦了上海電氣公司，裝機(jī)容量12KW，5盞電燈。1913年上海楊樹浦發(fā)電廠發(fā)電，1924年該廠裝機(jī)12臺(tái)，總?cè)萘?21MW，成為當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)東第一大發(fā)電廠。1949年以前，僅東北有220KV和154KV的電網(wǎng)（日本人建造）。80年代，形成了17個(gè)以220KV為骨干輸電網(wǎng)的跨省地區(qū)電網(wǎng)和省際電網(wǎng)。1972年由甘肅天水－陜西關(guān)中的534KM的我國(guó)第一條330KV輸電線路工程。1981年由河南平頂山－湖北武漢的全長(zhǎng)595KM的我國(guó)第一條500KV輸電線路。

我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展1989年建成了我國(guó)第一條遠(yuǎn)距離±500KV葛洲壩－上海的直流輸電線路。1997年，三峽工程建設(shè)，26臺(tái)700MW，15回500kV交流及三回±500KV直流，連接華東、華中、河南、四川、廣東等電網(wǎng)，中國(guó)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的核心。

2006年，甘肅官?gòu)d－第一條750kV交流輸電線路。2009年1月6日，中國(guó)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的晉東南-南陽(yáng)-荊門1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范工程正式投運(yùn)，到目前一直保持穩(wěn)定運(yùn)行。特高壓交流1100千伏電壓電網(wǎng)被國(guó)際電工委員會(huì)和國(guó)際大電網(wǎng)組織推薦為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電壓。2009年7月底，中國(guó)220千伏及以上輸電線路達(dá)到37.5萬公里，電網(wǎng)規(guī)模超過美國(guó)，躍居世界第一位。

我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展

電力需求旺盛、增長(zhǎng)快1882年，我國(guó)開始使用電能1987年，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量突破1億千瓦1995年3月，裝機(jī)容量突破2億千瓦1996年，發(fā)電裝機(jī)容量居世界第2位。2000年4月，全國(guó)裝機(jī)突破3億千瓦2004年5月底，全國(guó)裝機(jī)容量突破4億千瓦2005年底，全國(guó)裝機(jī)容量突破5億千瓦2009年4月，全國(guó)裝機(jī)容量突破8億千瓦107年不到8年5年4年1.5年每增加1億裝機(jī)中國(guó)電網(wǎng)500kV220kV330kV火電廠水電廠核電廠新疆西藏東北華北西北川渝華中華東南方電網(wǎng)覆蓋率96.4%第一節(jié)電力系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)的形成與發(fā)展

DC以愛迪生為代表AC以G.威斯汀豪斯為代表AC/DC混合現(xiàn)代電力系統(tǒng)什么是電力系統(tǒng)？所謂電力系統(tǒng)就是由大量的發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和負(fù)荷組成的旨在生產(chǎn)、傳輸、分配和消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備按一定方式連成的整體。電力系統(tǒng)的組成升壓輸電降壓配電發(fā)電負(fù)荷升壓降壓輸電電力系統(tǒng)的組成根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可分為：一次系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和負(fù)荷二次系統(tǒng)：繼電保護(hù)、通信和調(diào)度控制系統(tǒng)根據(jù)功能的不同，可分為：輸電網(wǎng)：將發(fā)電廠發(fā)出的電能傳輸?shù)截?fù)荷中心配電網(wǎng)：將電能分配給用戶電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡(luò)示意圖電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡(luò)電能是如何產(chǎn)生的？大規(guī)模電能是由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生同步發(fā)電機(jī)發(fā)電原理？回顧一下電機(jī)學(xué)知識(shí)……..電能是如何產(chǎn)生的？機(jī)械能電能電能是如何產(chǎn)生的？推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的能源形勢(shì)的形式多種多樣，大家說說…..蒸汽水力風(fēng)力火力、核、地?zé)崴Πl(fā)電風(fēng)力、潮汐發(fā)電其它汽車壓力、太陽(yáng)能福建安砂水電廠寬縫重力壩電力系統(tǒng)的基本參量和結(jié)線圖總裝機(jī)容量：系統(tǒng)中實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和。（713.29GW）年發(fā)電量：系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實(shí)際發(fā)出電能的總和。（3255.9TWh）最大負(fù)荷：規(guī)定時(shí)間內(nèi)電力系統(tǒng)總有功功率負(fù)荷的最大值電力系統(tǒng)的基本參量和結(jié)線圖額定頻率：（50Hz）最高電壓等級(jí)：（AC750/1000，DC500/800）地理接線圖：反映各發(fā)電廠、變電所的相對(duì)地理位置以及電力線路的路徑。電氣接線圖：反映元件之間的電氣聯(lián)系。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和額定頻率1、額定頻率fN＝50Hz2、額定電壓為使互聯(lián)的各電氣設(shè)備都能運(yùn)行在較有利的電壓下，各設(shè)備的額定電壓應(yīng)相互配合。一般把電力線路和用電設(shè)備的額定電壓稱為系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)）的額定電壓UN（線電壓），常包括3，6，10，35，110，220，330，500V。發(fā)電機(jī)：1.05UN變壓器：一次繞組：一般UN，與發(fā)電機(jī)直接相連時(shí)1.05UN。

二次繞組：一般1.1UN，短路電壓較小的變壓器或直接與用戶相連時(shí)可為1.05UN。變壓器的高壓繞組常設(shè)計(jì)有分接頭，如：抽頭變比為5％，2.5%,0％，－2.5％,-5%,指相對(duì)于該側(cè)繞組額定電壓UN的偏移百分?jǐn)?shù)。電壓等級(jí)輸送容量/MVA輸送距離/km3kV0.1—1.01-36kV0.1—1.24-1510kV0.2—2.06-2035kV2—1020-5060kV3.5—3030-100110kV10—5050-150220kV100—500100-300330kV200—800200-500500kV1000—1500150-850750kV2000—2500500以上架空線路的輸送能力電力系統(tǒng)的地理接線圖電力系統(tǒng)的地理接線圖第二節(jié)電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求一、電能生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)的特點(diǎn)

1.重要性

如果說石油是現(xiàn)代國(guó)家最脆弱的血管，那么電力就是現(xiàn)代國(guó)家最脆弱的神經(jīng)！第二節(jié)電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求2.

同時(shí)性3.整體性

電能不能大量?jī)?chǔ)存，其生產(chǎn)、傳輸、分配和消費(fèi)是同時(shí)進(jìn)行的。

生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)電能各環(huán)節(jié)所組成的統(tǒng)一整體不可分割。第二節(jié)電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求4.

快速性5.嚴(yán)格性電能的傳播速度接近于光速。電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益。二、電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求保證安全可靠的供電（安全）對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行安全監(jiān)控認(rèn)真維修設(shè)備配備足夠的有功電源和無功電源完善的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求要有合乎有的電能質(zhì)量（優(yōu)質(zhì)）電壓偏移一般不超過用電設(shè)備額定電壓的±5%頻率偏移一般不超過±0.2~0.5Hz波形畸變率不能超過給定限制6~10kV：4%0.38kV：5%二、電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求要有良好的經(jīng)濟(jì)性（經(jīng)濟(jì)）火電廠的煤耗電廠的廠用電率電網(wǎng)的網(wǎng)損率二、電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求盡可能減小對(duì)生態(tài)環(huán)境的有害影響（環(huán)保）優(yōu)先調(diào)度清潔能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能、水能、生物質(zhì)能、核能）。對(duì)火電機(jī)組，按照煤耗水平調(diào)度發(fā)電。減少?gòu)U氣（）排放量第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)（1）無備用接線（開式）每一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)只能從一電源點(diǎn)獲得電能。應(yīng)用于對(duì)供電可靠性要求較低的網(wǎng)絡(luò)或負(fù)荷。(a)放射式(b)干線式(c)鏈?zhǔn)剑?）有備用接線（閉式）

每一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)只能從兩個(gè)或兩個(gè)以上的電源點(diǎn)獲得電能。應(yīng)用于對(duì)供電可靠性要求高的網(wǎng)絡(luò)，如輸電網(wǎng)等。

(a)放射式(b)干線式(c)鏈?zhǔn)?d)環(huán)網(wǎng)(e)兩端供電網(wǎng)第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)包括單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單結(jié)線優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方便

（無備用）缺點(diǎn)：供電可靠性差適用范圍：二、三級(jí)負(fù)荷

包括雙回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)

復(fù)雜結(jié)線優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性和電壓質(zhì)量高

（有備用）缺點(diǎn)：投資大適用范圍：電壓等級(jí)較高或重要的負(fù)荷二、頻率與電壓等級(jí)所有的電氣設(shè)備都是按指定的頻率和電壓設(shè)計(jì)制造的，在此頻率和電壓下運(yùn)行電氣設(shè)備將具有最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。額定頻率：50Hz第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)為什么要規(guī)定電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)？綜合考慮導(dǎo)線載流部分截面大小和絕緣等要求，對(duì)應(yīng)一定的輸送功率和輸送距離有一最合理的線路電壓。從設(shè)備制造商的角度考慮，為保證產(chǎn)品的系列性，規(guī)定了電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)：0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)GMUN10%UNU1=UN(1+5%)U2=UN(1-5%)UGN=UN(1+5%)5%第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)用電設(shè)備的額定電壓：UN線路的額定電壓：線路始端和末端的平均電壓=UN用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為±5%沿線路的電壓降落一般為10%U1=UN(1+5%)，U2=UN(1-5%)發(fā)電機(jī)的額定電壓UGN：UN（1+5%

）接在線路的首端，通常還帶有一定量的地方負(fù)荷第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)變壓器的額定電壓在額定負(fù)荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%一次側(cè)是接受電能的，相當(dāng)于用電設(shè)備二次側(cè)送出電能的，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)一次側(cè)：U1N=UN(降壓變壓器或中間聯(lián)絡(luò)變壓器)U1N=UGN=(1+5%)UN(直接和發(fā)電機(jī)相連變壓器）二次側(cè)：U2N=(1+5%)UN(空載)U2N=(1+10%)UN(負(fù)載)我國(guó)規(guī)定的1kV以上的電力系統(tǒng)額定電壓標(biāo)準(zhǔn)用電設(shè)備額定電壓交流發(fā)電機(jī)額定電壓交流變壓器額定電壓用電設(shè)備額定電壓交流發(fā)電機(jī)額定電壓交流變壓器額定電壓一次繞組二次繞組一次繞組二次繞組33.153,3.153.15,3.3110－11012166.36,6.36.3,6.6(154)(154)(169)1010.510,10.510.5,11220－220242－15.7515.75－330－33036335－3538.5500－500－(60)(60)(66)以上所指額定電壓均為線電壓第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)例1－110.5kV10.5/121kV110/38.5kV35/11kV例子T1:10.5/242kVT2:220/121/10.5kVT3:110/36.5kVT4:35/6.3kVT5:10500/380V第三節(jié)電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí)平均額定電壓：大約為電網(wǎng)額定電壓UN的1.05