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电力系统分析

电力系统分析. 南京理工大学自动化学院 电气工程系. 课程简介. 课程内容 教学进度 考查方式 联系方法. 课程内容. 电力系统. 巴西依泰普水电站. 课程内容. 电力系统. 中国三峡电站. 课程内容. 电力系统. 水电机组. 课程内容. 电力系统. 变压器. 课程内容. 电力系统. 输电线路. 课程内容. 电力系统 分析 两个模型 电力系统等值电路模型 电力系统转子运动模型 三大计算 潮流计算 短路计算 稳定计算. 课程内容. 电力系统的基本概念 电网等值 电力系统潮流计算 电力系统运行方式的调整和控制

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Presentation Transcript

  1. 电力系统分析 南京理工大学自动化学院 电气工程系

  2. 课程简介 • 课程内容 • 教学进度 • 考查方式 • 联系方法

  3. 课程内容 • 电力系统 巴西依泰普水电站

  4. 课程内容 • 电力系统 中国三峡电站

  5. 课程内容 • 电力系统 水电机组

  6. 课程内容 • 电力系统 变压器

  7. 课程内容 • 电力系统 输电线路

  8. 课程内容 • 电力系统 • 分析 • 两个模型 • 电力系统等值电路模型 • 电力系统转子运动模型 • 三大计算 • 潮流计算 • 短路计算 • 稳定计算

  9. 课程内容 • 电力系统的基本概念 • 电网等值 • 电力系统潮流计算 • 电力系统运行方式的调整和控制 • 电力系统故障分析 • 电力系统稳定性分析

  10. 课程内容 • 回答八个问题： • 什么是电力系统？ • 怎样将电力系统用一个电网络表示？ • 怎样用计算机进行电力系统潮流计算？ • 发电机节点有功功率是已知的，它是怎么确定出来的？ • 变压器变比是已知的，它是怎么确定出来的？ • 发电机等值电路中，电势源和电抗怎么计算？ • 任意不对称的三相相量都可以分解为三组相序不同的分量之和吗？ • 电力系统在不断变动中，它能保持稳定运行吗？

  11. 课程内容 • 先修课程 • 电路原理 • 电磁场 • 电机学

  12. 教学进度 • 总学时数：56~64 • 课堂教学：48-52 • 实践环节：8-12 • 学时分配 • 电力系统的基本概念：2 • 电网等值：8-10 • 电力系统潮流计算：10 • 电力系统运行方式的调整和控制：10 • 电力系统故障分析：10 • 电力系统稳定性分析：8-10

  13. 考查方式 • 平时成绩：20% • 实验成绩：10% • 闭卷考试：70%

  14. 联系方法 • 授课教师：江宁强 • 教研室：自动化学院电气工程系 • 电话：84315147 • Email:jiangningqiang@hotmail.com

  15. 目录 • 第一章电力系统的基本概念 • 第二章电网等值 • 第三章电力系统潮流计算 • 第四章电力系统运行方式的调整和控制 • 第五章电力系统故障分析 • 第六章电力系统稳定性分析

  16. 第一章 电力系统的基本概念 • 1.1电力系统概述 • 1.2我国的电力系统 • 小结

  17. 1.1 电力系统概述 • 1.1.1电力系统的形成和发展 • 1.1.2电力系统的组成 • 1.1.3 电力系统的特点和运行的基本要求 • 1.1.4电力系统的基本参量和接线图 • 1.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式

  18. 1.1.1电力系统的形成和发展 • 电磁感应定律 法拉第，1831 • 世界上第一个完整的电力系统 1882，法国 • 三相变压器和三相异步电动机1891 • 直流电力系统和交流电力系统爱迪生和西屋

  19. 1.1.2电力系统的组成 • 电力系统发电厂、输电和配电网络、用户 • 电网、电力系统和动力系统 • 一次设备和二次设备

  20. 1.1.3 电力系统的特点和运行的基本要求 • 电力系统的特点1 电能与国民经济各部门、国防和日常生活之间的关系都很密切2 对电能质量的要求比较严格3 电能不能大量储存4 电力系统中的暂态过程十分迅速 • 运行的基本要求1 可靠性 可以满足用户的用电需求：不断电，频率、电压、波形 质量符合要求 负荷按供电可靠性要求分为三类2 安全性 保证系统本身设备的安全。 要求电源容量充足，电网结构合理3 经济性%%4 减小对环境的不利影响

  21. 1.1.4电力系统的基本参量、接线图 • 衡量电力系统规模的基本参量总装机容量——额定有功功率之和年发电量最大负荷最高电压等级 • 接线图地理接线图、电气接线图

  22. 1.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式 • 接线方式 • 无备用接线 特点：简单、经济、运行方便灵活。 供电可靠性差，电能质量差 • 有备用接线 特点：供电可靠，电能质量高 运行操作和继电保护复杂，经济性差 • 中性点接地方式（小接地方式和大接地方式） • 不接地 供电可靠性高，绝缘成本高。 <35kv电网 • 经消弧线圈接地 减小接地电流。采用过补偿方式 • 直接接地 供电可靠性低，绝缘成本低。>110kv电网

  23. 1.2我国的电力系统（1） • 4个发展阶段195x：城市电网196x：省网1970~1990：区域电网1990~：区域电网互联 • 电力系统的规模2004 400GW2010 535GW2020 790GW

  24. 1.2我国的电力系统（2） • 电压等级（KV） • 发电机 3.15, 6.3, 10.5, 15.75, 23.0 • 用电设备 3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再发展）3 企业内部 6、10配电电压（6用于高压电机负荷）110、220:高压。110：区域网，中小电力系统主干线 220：大电力系统主干线330、500、750:超高压 >750:特高压 • 提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路电抗，利于提高线路功率极限和稳定性，增加绝缘成本

  25. 1.2我国的电力系统（3） 电力系统的电压与输电容量和输电距离

  26. 1.2我国的电力系统（4） • 额定电压：发电机、变压器、用电设备等正常运行时最经济的电压 • 在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。 • 用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。用电设备端压允许在额定电压UN的5%内波动 • 输电线路的额定电压为线路的平均电压 [UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN

  27. 1.2我国的电力系统（5） • 发电机的额定电压 UN(1+5%) • 变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压，以变比表示为 k= U1N / U2N • 一次侧直接与发电机相连： U1N= UN(1+5%)<35kv 联络（相当于用电设备）： U1N= UN • 二次侧相当于发电机空载 U2N= UN(1+5%) 带负载 U2N= UN(1+10%)（内部压降约5%）Us%<7.5或直接连负载时U2N= UN(1+5%) • 额定电压指主接头的空载电压

  28. 1.2我国的电力系统（6） • 我国电力工业的发展方针 • 继续续发展煤电厂，提高能源效率，减小环 境污染 • 加速水力资源的开发利用和水电厂的建设 • 发展核电技术并适度发展核电厂 • 开发风力和潮汐等可再生能源 • 加速建设输、配、变电工程，西电东送，促 进区域电网互联，并最终形成全国电力系统

  29. 例题 • 确定图中电力系统各元件的额定电压 T1 T2 T3 110kv 35kv 6kv M G 10kv T4 X 10kv 380v • G:10.5kv • T1:10.5/121kv T2:110/38.5/11kv T3:35/6.3kv T4:10kv/400v • M: 6kv L:220v

  30. 第一章小结 • 电力系统由发电机、电网和用户组成，是动力系统的一部分。由于电能不能大量储存、暂态过程迅速，为保证可靠性、安全性和经济性要求，需要合理地对电力系统进行规划、设计、运行调度和故障恢复。 • 在同一电压等级中，电力系统的各个环节的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。 • 电力系统分析的任务是建立电力系统的等值模型，计算稳态潮流，并确定故障和扰动对系统的影响。

  31. 第二章电网等值 • 2.1 概述 • 2.2 输电线路的等值电路 • 2.3 变压器和电抗器的等值电路 • 2.4 发电机等值电路 • 2.5 负荷模型 • 2.6 电力网的等值电路 • 小结

  32. 2.1 概述 • 本章计算电力线路和变压器的等值电路 • 假定系统的三相结构和三相负荷都完全对称，即讨论三相电流和电压的正序分量。

  33. 2.2 输电线路的等值电路 • 2.2.1 输电线路的种类 • 架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子、金具组成 • 电力电缆包括三部分：导体、绝缘层、保护层 • 2.2.2 架空线路的等值电路分布参数与集中参数 • 单导线线路 • 分裂导线

  34. 单回线路的等值电路（1） • 有效电阻 交流电阻，一般大于直流电阻。 原因：集肤效应和临近效应 • 电力网计算中常采用较大的电阻率。 原因：绞线长度比导线长度大2~3%， 实际截面小于额定截面， 交流电阻略大于直流电阻。 • 电阻 （20℃ ） 铜0.00382/℃ 铝0.0036/℃

  35. 单回线路的等值电路（2） • 电抗 • 导线流过交流电流时，由于导线的内部和外部交变磁场的作用而产生电抗。 • 循环换位的三相输电线路每相导线单位长度的电抗为

  36. 单回线路的等值电路（3） • Deq为三相导线间的互几何间距 • r为导线的计算半径 • μ r为导线材料的相对导磁系数，有色金属的相对导磁系数为1 • 第一项为外电抗，第二项为内电抗

  37. 单回线路的等值电路（4） • 导线电抗与r成对数关系。对不同截面的导线，当Deq为常数时，电抗变化不大，工程上常取x0=0.4Ω /km。 • Ds为导线的自几何均距非铁磁材料单股线Ds=0.779r非铁磁材料多股线Ds=0.724~0.771r钢芯铝线Ds=0.77~0.9r,计算中常取0.81r

  38. 单回线路的等值电路（5） • 电纳 • 由导线间的电容和导线与大地间的电容决定。 • 电容 • 电纳 • 电缆线路的电纳比架空线路大得多

  39. 单回线路的等值电路（6） • 电导 • 反映由电晕现象和绝缘子泄露引起的有功功率损耗 • 电晕：导线周围的电场强度超过2.1kv/cm时，导线周围会发生空气电离现象，产生光环，发出放电声。危害：消耗电能、干扰通信、表面腐蚀 • 电晕产生的有功功率损耗称为电晕损耗。110kv以上线路与电压有关的有功功率损耗主要由电晕损耗引起。

  40. 单回线路的等值电路（7） • 架空线路产生电晕的临界线电压 ， m1 : 导线表面光滑系数。单股线=1，对绞线=0.83~0.87 m2：气象系数。干燥晴朗=1，恶劣天气=0.8 δ： 空气相对密度 b ： 大气压力（Pa）(一个大气压为101325帕)θ： 空气温度（℃）

  41. 单回线路的等值电路（8） • 关于电晕损耗的测量和计算是《高电压技术》讨论的内容。 • 输电线路电晕损耗（包括泄漏损耗）对应的电导为

  42. 单回线路的等值电路（8） • 线路方程及等值电路线路每相的等值参数是沿线路均匀分布的。 dx x l

  43. 单回线路的等值电路（9） • 距离线路末端x处，压降和电流增量为

  44. 单回线路的等值电路（10） • 线路的传播系数实部反映行波振幅的衰减特性，虚部反映行波相位的变化特性 • 线路的特征阻抗（也称波阻抗）

  45. 单回线路的等值电路（11） • 无损线路的自然功率自然功率用来衡量线路的输电能力，一般20kv以上线路的输电能力大致接近自然功率 • 行波波长¼波长时（1500km），两端相位差90°

  46. 单回线路的等值电路（12） • 线路的Π型等值电路x=l 时，

  47. 单回线路的等值电路（13） • Z=Z1l， Y=Y1l

  48. 单回线路的等值电路（14） • 等值电路 • 短线路（<35kv,<100km的架空线路、短电缆线路） • 中等长度线路（ 110~330kv,100~300km架空线路、<100km电缆线路）

  49. 单回线路的等值电路（15） • 长线路（>330kv, >300km架空线路、>100km电缆线路）

  50. 分裂导线 • 采用分裂导线可增加导线的等值半径 • 电阻减小 • 电抗减小 • 电导减小

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