1、電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析，講師馬士英，電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析，第1講電力系統(tǒng)的基本概念(電力系統(tǒng)的特性和要求，電能生產(chǎn)，組合電力系統(tǒng))，第1講馬士英。電力系統(tǒng)、電網(wǎng)和電力系統(tǒng)的概念。電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、電氣設(shè)備及其測(cè)量、保護(hù)和控制裝置組成，符合某些規(guī)則2。電網(wǎng)電網(wǎng)是由變壓器和不同電壓等級(jí)的輸電線路組成的網(wǎng)絡(luò)，用于輸電和配電。其中，電壓等級(jí)在110千伏及以上的電網(wǎng)主要用于電能的遠(yuǎn)距離傳輸，稱為傳輸網(wǎng)；35kV及以下的電網(wǎng)主要用于向用戶分配電能，稱為配電網(wǎng)(有時(shí)配電網(wǎng)也使用110千伏電壓)。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)及其電力部分統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。動(dòng)力部分包括火力發(fā)電廠的鍋爐和汽輪機(jī)；水電站的水庫和渦輪機(jī)；核

2、電站反應(yīng)堆、汽輪機(jī)等。下圖是電力系統(tǒng)、電網(wǎng)和電力系統(tǒng)的示意圖。2.電力系統(tǒng)發(fā)展簡史1。電力系統(tǒng)從DC 單相交流三相交流交流和DC并存的發(fā)展過程。(1)初始DC電力系統(tǒng)1982年，法國建立了世界上第一個(gè)電壓1500 2000伏、傳輸距離57公里、傳輸功率約2KW的電力系統(tǒng)。由于DC電壓不能像交流電壓一樣通過變壓器來升降壓，因此不能滿足大容量遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母邏汉偷碗妷汗牡囊蟆蜗嘟涣鬏旊?985年，交流輸電是在單相變壓器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，解決了長距離大容量輸電和低壓用電之間的矛盾。單相交流輸電的主要缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性差；單相電氣設(shè)備的瞬時(shí)功率是周期性變化的，因此單相發(fā)電機(jī)和單相電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生很大

3、的振動(dòng)。(3)三相交流輸電1891年，德國在制造三相變壓器的基礎(chǔ)上建立了第一個(gè)三相交流輸電系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)電壓為95V，輸電線路電壓為25000V，傳輸距離為178公里，用電電壓為112V。與單相交流傳動(dòng)相比，三相交流傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性好，節(jié)省輸電線路導(dǎo)線。三相發(fā)電機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率恒定，有效地減少了發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的振動(dòng)問題。三相交流輸電的主要問題是同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性和不同頻率系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)。隨著電力系統(tǒng)傳輸距離的增加，導(dǎo)體發(fā)熱和傳輸效率問題不再是限制傳輸容量的問題，而是并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性問題。此外，不同頻率的電力系統(tǒng)不能相互連接，這限制了具有更高優(yōu)勢(shì)的聯(lián)合電力系統(tǒng)的發(fā)展，

4、例如跨國電力系統(tǒng)的發(fā)展?，F(xiàn)代交流和DC電力系統(tǒng)的DC輸電不存在穩(wěn)定性問題，電力電子技術(shù)的發(fā)展為重新采用DC輸電創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，三相交流仍然用于發(fā)電和用電，而三相交流和DC用于輸電。直流輸電不僅解決了三相交流輸電并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性問題，也解決了不同頻率系統(tǒng)間的并網(wǎng)運(yùn)行問題?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)示意圖如下圖所示。中國電力系統(tǒng)現(xiàn)狀(1)電網(wǎng)建設(shè)目前，中國已建成東北、華北、華中、華東、華南、西南和西北7個(gè)區(qū)域電網(wǎng)。(如圖所示)以及華中、華南、西南和華東電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)。進(jìn)一步的發(fā)展是建立全國統(tǒng)一的電網(wǎng)。(2)電壓等級(jí)除西北電網(wǎng)外，目前使用的電壓等級(jí)為：交流：1000千伏(UHV)、500千伏(UHV

5、)、220千伏、110千伏、350千伏和100千伏。直流：800千伏(UHV)，500千伏，.三。電能生產(chǎn)的特點(diǎn)。連續(xù)電能不能大量儲(chǔ)存，電能的生產(chǎn)、傳輸和消耗可以同時(shí)完成。任何鏈接中的問題都會(huì)影響其他鏈接。2.瞬時(shí)電能以接近光速的速度傳輸，其轉(zhuǎn)換過程非常短暫，因此電力系統(tǒng)中的任何故障都會(huì)瞬間擴(kuò)散到整個(gè)電力系統(tǒng)。3.重要的電能是國民經(jīng)濟(jì)各部門的主要能源。由于電能生產(chǎn)的連續(xù)性和實(shí)時(shí)性，電能供應(yīng)的中斷和減少將對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門產(chǎn)生重要影響。電能生產(chǎn)的基本要求1。保證供電的可靠性意味著滿足負(fù)荷對(duì)電能供應(yīng)的要求。不同類型的負(fù)載對(duì)電源可靠性有不同的要求。(1)分類原則：劃分停電或停電造成的損失。(2)負(fù)

6、荷分類：一級(jí)負(fù)荷(重要負(fù)荷):指設(shè)備損壞、人員傷亡、生產(chǎn)秩序混亂、人民生活長期無法恢復(fù)的用戶電氣設(shè)備。二類負(fù)荷(更重要的負(fù)荷):指用戶的電氣設(shè)備，其產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量將會(huì)下降，供電的中斷或減少將會(huì)影響人們的正常生活秩序。三級(jí)負(fù)荷(一般負(fù)荷):除一級(jí)負(fù)荷和二級(jí)負(fù)荷外的用戶用電設(shè)備。(3)各種負(fù)載都要求供電可靠性。一種負(fù)荷(重要負(fù)荷):任何情況下都不允許停電；二級(jí)負(fù)荷(更重要的負(fù)荷):盡量不要切斷電源；三種類型的負(fù)載(一般負(fù)載):允許斷電；良好的電能質(zhì)量電能質(zhì)量通過電壓偏移、頻率偏移和電壓波形來測(cè)量。(1)電壓偏移電氣設(shè)備的實(shí)際電壓偏離額定電壓的程度以百分比表示。(2)頻率偏移電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行頻率

7、與額定頻率之間的差值。中國對(duì)電力系統(tǒng)頻率偏移的基本要求如下：3 .電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好。電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性由燃料消耗率、廠用電消耗率和網(wǎng)損率來衡量。(1)燃料消耗率指發(fā)電廠每單位電能消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤(g)量(1kW)。2005年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：平均煤耗：380克/千瓦時(shí)；超臨界機(jī)組平均煤耗：298克/千瓦時(shí)；最低煤耗：281克/千瓦時(shí)；效益分析：在1000兆瓦發(fā)電廠，煤耗降低1克，年節(jié)約1000萬元。(2)廠用電率是指保證電廠主要設(shè)備運(yùn)行的廠用電率。廠用電率是指同期電廠廠用電與發(fā)電量之比的百分比。凝汽式熱電廠的廠用電率為(68)%。(3)網(wǎng)損率是指電網(wǎng)在輸送電能過程中損失的電能與發(fā)電廠在一定時(shí)間內(nèi)送入

8、電網(wǎng)的電能之比的百分比。聯(lián)合電力系統(tǒng)滿足電力系統(tǒng)基本要求的措施很多，但最根本的措施是采用聯(lián)合電力系統(tǒng)。1.聯(lián)合電力系統(tǒng)是指通過聯(lián)絡(luò)線將多個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)連接起來的統(tǒng)一電力系統(tǒng)。2.聯(lián)合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。國外：跨國電力系統(tǒng)；國內(nèi)：全國聯(lián)網(wǎng)。電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析；第二講：電力系統(tǒng)的基本概念(電壓等級(jí)、電力系統(tǒng)的接線方式和中性點(diǎn)運(yùn)行方式)，馬士英。1。電源系統(tǒng)1的連接模式。電力系統(tǒng)接線圖(1)電氣接線圖表示電力系統(tǒng)各部件之間電氣連接的電路圖，一般用單線圖表示。(如第一講中的電力系統(tǒng)接線示意圖)(2)地理接線圖按比例表示電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠和變電站相對(duì)地理位置的接線圖。(例如，第一堂課中的區(qū)域電力系統(tǒng)接線圖)

9、。2。電力系統(tǒng)的接線方法(1)接線方法的分類無備用接線方法用戶只能從一個(gè)方向獲得電力的接線方法，包括單回路徑向、單回路干線和單回路鏈?zhǔn)浇泳€；不存在備用連接模式(a)單回路輻射型(b)單回路干線型(c)單回路鏈?zhǔn)?，以?2)用戶可以通過備用連接模式從兩個(gè)或多個(gè)方向獲得電能的連接模式。包括雙環(huán)徑向、主干和鏈?zhǔn)讲季€；環(huán)形連接和兩端供電模式。兩端有備用連接方式(a)雙環(huán)輻射式(b)雙環(huán)干線式(c)雙環(huán)鏈?zhǔn)?d)環(huán)式(e)供電網(wǎng)絡(luò)。3.各種連接方式的特點(diǎn)(1)無備用連接方式的優(yōu)點(diǎn)：連接簡單，投資少，操作維護(hù)方便；電源可靠性差的缺點(diǎn)；(2)雙回路徑向接線方式與備用接線方式的優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高，電壓質(zhì)量好；

10、投資大、經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)：供電可靠性高，相對(duì)經(jīng)濟(jì)的缺點(diǎn)：操作和調(diào)度復(fù)雜，線路一側(cè)檢修和切斷時(shí)電壓質(zhì)量差。兩端供電的優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好，故障或維修時(shí)電壓質(zhì)量好；缺點(diǎn)：受配電限制，操作復(fù)雜。4.在各種連接方式的適用場(chǎng)所，沒有備用連接方式。通常用于向供電可靠性要求較低的三類負(fù)荷供電，也可在采取一定措施提高供電可靠性后(如采用組合開關(guān)電器、在線路上安裝重合閘裝置等)向兩類負(fù)荷供電。)。備用線路通常用于高可靠性地向一級(jí)和二級(jí)負(fù)載供電。向一類負(fù)載供電時(shí)，應(yīng)該有兩個(gè)以上獨(dú)立的電源。電力系統(tǒng)的額定電壓1。傳輸線的理想電壓對(duì)應(yīng)于一定的傳輸距離和傳輸容量。傳輸電壓電平越高，電網(wǎng)的功率損耗越小，功率損耗越小

11、；然而，隨著電壓的增加，線路的投資成本更高。如下圖所示，在該圖中，C1是年電能損耗成本(10000元/年)，C2是年投資成本(10000元/年)減去運(yùn)營年，而C是輸電線路的年成本。顯然，有一個(gè)電壓對(duì)應(yīng)于一定的傳輸距離和傳輸容量。當(dāng)在這個(gè)電壓下運(yùn)行時(shí)，傳輸線的經(jīng)濟(jì)性最好，并且這個(gè)電壓是它的理想電壓。電力系統(tǒng)額定電壓規(guī)定得越多，輸電線路選擇接近理想電壓的額定電壓越有利；然而，額定電壓水平越高，越不利于電氣設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)。電力系統(tǒng)額定電壓是綜合利用和制造的要求，由經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定，由國家頒布實(shí)施。3.電力系統(tǒng)額定電壓國家規(guī)定的電力系統(tǒng)額定電壓如下表所示。電網(wǎng)電壓分布及線路、發(fā)電機(jī)和變壓器的額定電壓

12、(1)電網(wǎng)電壓分布。(2)輸電線路允許電壓損失電氣設(shè)備允許電壓偏移為，因此線路允許電壓損失為10%。(3)輸電線路額定電壓輸電線路額定電壓取線路各點(diǎn)電壓的平均值，即電氣設(shè)備的額定電壓。(4)在直接接線的情況下，發(fā)電機(jī)的額定電壓接在線路的首端，運(yùn)行中的電壓比電氣設(shè)備的額定電壓高5%。為了使發(fā)電機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的額定電壓作為線路首端的電壓，是電氣設(shè)備額定電壓的1.05倍。在沒有直接接線的情況下，發(fā)電機(jī)的額定電壓根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性來確定。(5)變壓器初級(jí)繞組的額定電壓：對(duì)于降壓變壓器，其初級(jí)繞組可連接到線路的首端或末端。為了確保實(shí)際電壓在允許范圍內(nèi)對(duì)于發(fā)電廠的升壓變壓器，由于它直接與發(fā)

13、電機(jī)相連，所以取發(fā)電機(jī)的額定電壓。二次繞組：二次繞組連接在線路的首端，其電壓比運(yùn)行中電氣設(shè)備的額定電壓高5%。然而，變壓器次級(jí)繞組的額定電壓是指當(dāng)初級(jí)繞組加上額定電壓而次級(jí)繞組開路時(shí)的端電壓。需要注意的是，在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器的內(nèi)部電壓損耗約為5%，因此變壓器二次繞組的額定電壓應(yīng)為電氣設(shè)備的1.1倍。只有當(dāng)與變壓器次級(jí)繞組相連的線路短(或直接與電氣設(shè)備相連)時(shí)，線路電壓降很?。换蛘弋?dāng)變壓器本身的短路電壓很小時(shí)(小于7.5%)，變壓器二次側(cè)的額定電壓允許取電氣設(shè)備額定電壓的1.05倍。額定抽頭電壓用線電壓表示，220千伏，升壓變壓器，降壓變壓器，5。不同電壓等級(jí)3KV的適用范圍：工業(yè)企

14、業(yè)內(nèi)部使用(如3KV電機(jī))；1000、500、330和220千伏：大型電力系統(tǒng)的主線；110千伏：小電力系統(tǒng)干線和大電力系統(tǒng)二次網(wǎng)；35KV:大城市或大型工業(yè)企業(yè)的內(nèi)部配電網(wǎng)；農(nóng)村電網(wǎng)；10kV:配電網(wǎng)。各級(jí)電壓架空線路的輸電能力。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式1。電力系統(tǒng)中星形發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)稱為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)。2.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式。各種中性點(diǎn)運(yùn)行方式的特點(diǎn)(1)直接接地運(yùn)行方式：的優(yōu)點(diǎn)在正常或單相接地情況下，非故障線對(duì)地電壓為相電壓；缺點(diǎn)：單相短路電流大，所以有必要切斷故障線路。(2)不接地操作模式。優(yōu)點(diǎn)：在正常或單相接地條件下，三條線路的電壓保持對(duì)稱，在單相接地條件下，小電流流過接

15、地點(diǎn)。只要電流小于規(guī)定值，接地點(diǎn)就不會(huì)出現(xiàn)電弧，不會(huì)影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。缺點(diǎn)：中性點(diǎn)電壓上升到相電壓，非故障相電壓上升到線電壓，這要求電氣設(shè)備對(duì)地有更高的絕緣，因此增加了電氣設(shè)備的成本。(3)消弧線圈接地運(yùn)行方式中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中消弧線圈接地運(yùn)行方式的目的，當(dāng)線路長、線路對(duì)地電容大或電源電壓高時(shí)，單相接地時(shí)流過接地點(diǎn)的電流可能大，當(dāng)電流超過規(guī)定值時(shí)(一般認(rèn)為35 60 kV超過10A；10KV超過20A；30A以上3 6 kv)，會(huì)在接地點(diǎn)產(chǎn)生電弧，從而造成電弧過電壓。通過消弧線圈接地的目的是在發(fā)生單相接地時(shí)用電感電流補(bǔ)償電容電流，使接地點(diǎn)的電流小于規(guī)定值，避免電弧。工作原理：從圖中可以看出，在單相接地時(shí)，由于中性點(diǎn)電感電流的相位與接地電容電流的相位相反，流經(jīng)接地點(diǎn)的總電流是兩個(gè)值之差，適當(dāng)選擇電感值可以使流經(jīng)接地點(diǎn)的電流小于規(guī)定值，這樣就不會(huì)在故障時(shí)產(chǎn)生電弧，避免了電弧對(duì)電氣設(shè)備和線路絕緣造成的電弧過電壓的威脅，所以電感稱為消弧線圈。嘿。(3)補(bǔ)償模式欠補(bǔ)償：接地點(diǎn)的電流為容性；過補(bǔ)償：接地點(diǎn)電流是電感性的；完全補(bǔ)償：接地點(diǎn)電流為零。嘿。(4)補(bǔ)償方式選擇全補(bǔ)償諧振分析由于全補(bǔ)償，即：當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中出現(xiàn)零序電壓時(shí)，會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，引起諧振過電壓。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)通過消弧線圈接地時(shí)，不應(yīng)采用全補(bǔ)償法；然而，當(dāng)系統(tǒng)