电力系统分析(完整版)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 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
2019/8/31
南京理工大学
9
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
2019/8/31
Deq 为三相导线间的互几何间距
Deq 3 D1D2D3
r 为导线的计算半径
μ相r对为导导磁线系材数料为的1相对导磁系数，有色金属的
x0
0.1445 lg
Deq r
0.0157r ( /
km)
第一项为外电抗，第二项为内电抗
2019/8/31
南京理工大学
30
单回线路的等值电路（4）
r1 r0[1 (t 20)]( / km) 铜0.00382/℃
有效电阻
铝0.0036/℃
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。
2019/8/31
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：2~3 电网等值：8~10 电力系统潮流计算：10~12 电力系统运行方式的调整和控制：10 电力系统故障分析：10~12 电力系统稳定性分析：8~10
2019/8/31
南京理工大学
6
考查方式
• 教学部分
• 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
2019/8/31
南京理工大学
12
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
2019/8/31
南京理工大学
16
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 400GW
2010 535GW
2020 790GW
2019/8/31
南京理工大学
17
1.2我国的电力系统（2）
2019/8/31
南京理工大学
31
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
c0
0.024 lg Deq / r
106 (F
/
km)
b0
7.58 lg Deq /
r
106 (S
/
km)
电缆线路的电纳比架空线路大得多
2019/8/31
南京理工大学
35
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。
z1 r1 jx1
Ix d Ix
z1dx
y1 g1 jb1
Ix
U1
Ux dUx
y1dx
Ux
U2
dx
x
l
2019/8/31
南京理工大学
36
单回线路的等值电路（9）
2019/8/31
南京理工大学
13
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
2019/8/31
南京理工大学
20
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 带 Us载 负%<载U7.25UN或2=N直U=接NU(1连N+(15负+%1载)0%时)U（2N内=部U压N(降1+约5%5)%）
电力系统分析
南京理工大学自动化学院系 电气工程系
课程简介
• 什么是电力系统？ • 电力系统工程学科包括哪些内容？ • 学习《电力系统分析》课程要能完成什
么工作？ 三大计算：潮流 短路 稳定
2019/8/31
南京理工大学
2
课程简介
• 课程内容 • 教学进度 • 考查方式 • 联系方法
2019/8/31
南京理工大学
3
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
2019/8/31
南京理工大学
4
课程内容
• 先修课程 电路原理 电磁场 电机学
2019/8/31
南京理工大学
5
教学进度
• 总学时数：56~64
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。
2019/8/31
南京理工大学
24
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 电力网的等值电路 • 2.5 标么制 • 小结
2019/8/31
南京理工大学
22
1.2我国的电力系统（6）
• 我国电力工业发展的指导思想
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
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
2019/8/31
南京理工大学
18
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
线路电压(kv) 输送容量(MV) 输送距离(km)
6
0.1~0.2
作业：
10%
考勤：
10%
闭卷考试： 60%
• 实践部分：20%
2019/8/31
南京理工大学
7
联系方法
• 授课教师：江宁强 • 办公室：基础实验楼338 • 电话：84315147 • Email:jiangningqiang@hotmail.com
2019/8/31
南京理工大学
8
目录
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
单回线路
分裂导线
2019/8/31
南京理工大学
27
r0 / S
单回线路的等值电路（1）
• 电阻
r0 / S( / km) （20℃ ）
• 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
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（℃）
2019/8/31
南京理工大学
34
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
g0
Pg U2
(S
/ km)
2019/8/31
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
2019/8/31
南京理工大学
14
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
南京理工大学
10
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
2019/8/31
南京理工大学
11
1.1.1电力系统的形成和发展
2019/8/31
南京理工大学
25
2.1 概述
• 问题：怎样将电力系统用一个电网络来 表示？
• 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。
2019/8/31
南京理工大学
26
2.2 输电线路的等值电路
• 2.2.1 输电线路的种类
南京理工大学
28
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
x0
2
f
(4.6 lg
Deq r
0.5r ) 104 ( / km)
2019/8/31
南京理工Biblioteka Baidu学
29
单回线路的等值电路（3）
南京理工大学
32
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。
4~15
10
0.2~2.0
6~20
35
2~10
20~50
110
10~50
50~150
220
100~500
100~300
330
200~800
200~600
500
1000~1500
250~850
2019/8/31
南京理工大学
19
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
x0
0.1445 lg
Deq Ds
( /
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
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。
2019/8/31
南京理工大学
33
单回线路的等值电路（7）
• 架空线路产生电晕的临界线电压
U cr
49.3m1m2 r lg
Deq =
3.92 b
r， 1333.22 (273+ )
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
2019/8/31
南京理工大学
23
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
2019/8/31
南京理工大学
15
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
2019/8/31
南京理工大学
21
例题
• 确定图中电力系统各元件的额定电压
G
T1
110kv
T2
35kv
T3 6kv
M
10kv
•G:10.5kv
T4 X
10kv
380v
•T1:10.5/121kv T2:110/38.5/11kv T3:35/6.3kv T4:10kv/400v
•M: 6kv
L:380v
• 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
2019/8/31
南京理工大学
9
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
2019/8/31
Deq 为三相导线间的互几何间距
Deq 3 D1D2D3
r 为导线的计算半径
μ相r对为导导磁线系材数料为的1相对导磁系数，有色金属的
x0
0.1445 lg
Deq r
0.0157r ( /
km)
第一项为外电抗，第二项为内电抗
2019/8/31
南京理工大学
30
单回线路的等值电路（4）
r1 r0[1 (t 20)]( / km) 铜0.00382/℃
有效电阻
铝0.0036/℃
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。
2019/8/31
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：2~3 电网等值：8~10 电力系统潮流计算：10~12 电力系统运行方式的调整和控制：10 电力系统故障分析：10~12 电力系统稳定性分析：8~10
2019/8/31
南京理工大学
6
考查方式
• 教学部分
• 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
2019/8/31
南京理工大学
12
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
2019/8/31
南京理工大学
16
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 400GW
2010 535GW
2020 790GW
2019/8/31
南京理工大学
17
1.2我国的电力系统（2）
2019/8/31
南京理工大学
31
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
c0
0.024 lg Deq / r
106 (F
/
km)
b0
7.58 lg Deq /
r
106 (S
/
km)
电缆线路的电纳比架空线路大得多
2019/8/31
南京理工大学
35
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。
z1 r1 jx1
Ix d Ix
z1dx
y1 g1 jb1
Ix
U1
Ux dUx
y1dx
Ux
U2
dx
x
l
2019/8/31
南京理工大学
36
单回线路的等值电路（9）
2019/8/31
南京理工大学
13
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
2019/8/31
南京理工大学
20
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 带 Us载 负%<载U7.25UN或2=N直U=接NU(1连N+(15负+%1载)0%时)U（2N内=部U压N(降1+约5%5)%）
电力系统分析
南京理工大学自动化学院系 电气工程系
课程简介
• 什么是电力系统？ • 电力系统工程学科包括哪些内容？ • 学习《电力系统分析》课程要能完成什
么工作？ 三大计算：潮流 短路 稳定
2019/8/31
南京理工大学
2
课程简介
• 课程内容 • 教学进度 • 考查方式 • 联系方法
2019/8/31
南京理工大学
3
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
2019/8/31
南京理工大学
4
课程内容
• 先修课程 电路原理 电磁场 电机学
2019/8/31
南京理工大学
5
教学进度
• 总学时数：56~64
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。
2019/8/31
南京理工大学
24
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 电力网的等值电路 • 2.5 标么制 • 小结
2019/8/31
南京理工大学
22
1.2我国的电力系统（6）
• 我国电力工业发展的指导思想
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
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
2019/8/31
南京理工大学
18
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
线路电压(kv) 输送容量(MV) 输送距离(km)
6
0.1~0.2
作业：
10%
考勤：
10%
闭卷考试： 60%
• 实践部分：20%
2019/8/31
南京理工大学
7
联系方法
• 授课教师：江宁强 • 办公室：基础实验楼338 • 电话：84315147 • Email:jiangningqiang@hotmail.com
2019/8/31
南京理工大学
8
目录
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
单回线路
分裂导线
2019/8/31
南京理工大学
27
r0 / S
单回线路的等值电路（1）
• 电阻
r0 / S( / km) （20℃ ）
• 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
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（℃）
2019/8/31
南京理工大学
34
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
g0
Pg U2
(S
/ km)
2019/8/31
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
2019/8/31
南京理工大学
14
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
南京理工大学
10
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
2019/8/31
南京理工大学
11
1.1.1电力系统的形成和发展
2019/8/31
南京理工大学
25
2.1 概述
• 问题：怎样将电力系统用一个电网络来 表示？
• 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。
2019/8/31
南京理工大学
26
2.2 输电线路的等值电路
• 2.2.1 输电线路的种类
南京理工大学
28
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
x0
2
f
(4.6 lg
Deq r
0.5r ) 104 ( / km)
2019/8/31
南京理工Biblioteka Baidu学
29
单回线路的等值电路（3）
南京理工大学
32
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。
4~15
10
0.2~2.0
6~20
35
2~10
20~50
110
10~50
50~150
220
100~500
100~300
330
200~800
200~600
500
1000~1500
250~850
2019/8/31
南京理工大学
19
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
x0
0.1445 lg
Deq Ds
( /
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
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。
2019/8/31
南京理工大学
33
单回线路的等值电路（7）
• 架空线路产生电晕的临界线电压
U cr
49.3m1m2 r lg
Deq =
3.92 b
r， 1333.22 (273+ )
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
2019/8/31
南京理工大学
23
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
2019/8/31
南京理工大学
15
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
2019/8/31
南京理工大学
21
例题
• 确定图中电力系统各元件的额定电压
G
T1
110kv
T2
35kv
T3 6kv
M
10kv
•G:10.5kv
T4 X
10kv
380v
•T1:10.5/121kv T2:110/38.5/11kv T3:35/6.3kv T4:10kv/400v
•M: 6kv
L:380v
• 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