高等电力系统分析 ppt课件
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清华大学电力系统分析课件孙宏斌
生产率
节能：能耗小，能量转换效率高
3
二、什么是电力系统？（I）
系统定义：由相互作用、依赖的若干部 分组成的具有特定功能的有机整体，它 又从属于一个更大的系统（《系统 论》）
4
3/7/2023
什么是电力系统？（II）
3/7/2023
电力系统：完成电能生产、输送、分配、消 费的统一整体。通常由发电机、变压器、电 力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系 统。
北仑 火电厂
上海 外高桥 火电厂
香港 青山 火电厂
台中 火电厂
3/7/2023
国外典型火电厂
日本 横滨 火电厂
3/7/2023
德国 火电厂1
德国 火电厂2
汽轮机-发电机
汽轮机 发电机 外观1
汽轮机 发电机 外观2
汽轮机 发电机 外观3
3/7/2023
600MW 汽轮机 安装
600MW 发电机 穿转子
·开式
·闭式
5
3/7/2023
地理接线图
发电厂 变电站
6
3/7/2023
开式接线（从一个方向得电能）
放射式
干线式
链式
无备用
(a)
(b)
(c)
(d)
3/7/2023
(e)
一般配电网运行时
有备用
(f)
7
闭式接线（多个方向获得电能）
环式（单电源）
闭式（多电源）
两端供电式
输电网运行时
8
3/7/2023
• 考虑绝缘，发电机电压10-30kV，变压器升 压到110-750kV；
• 高压线远距离输电，变压器降压给负荷； • 大负荷6-110kV，民用负荷110/220V单相
节能：能耗小，能量转换效率高
3
二、什么是电力系统？（I）
系统定义：由相互作用、依赖的若干部 分组成的具有特定功能的有机整体，它 又从属于一个更大的系统（《系统 论》）
4
3/7/2023
什么是电力系统？（II）
3/7/2023
电力系统：完成电能生产、输送、分配、消 费的统一整体。通常由发电机、变压器、电 力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系 统。
北仑 火电厂
上海 外高桥 火电厂
香港 青山 火电厂
台中 火电厂
3/7/2023
国外典型火电厂
日本 横滨 火电厂
3/7/2023
德国 火电厂1
德国 火电厂2
汽轮机-发电机
汽轮机 发电机 外观1
汽轮机 发电机 外观2
汽轮机 发电机 外观3
3/7/2023
600MW 汽轮机 安装
600MW 发电机 穿转子
·开式
·闭式
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3/7/2023
地理接线图
发电厂 变电站
6
3/7/2023
开式接线（从一个方向得电能）
放射式
干线式
链式
无备用
(a)
(b)
(c)
(d)
3/7/2023
(e)
一般配电网运行时
有备用
(f)
7
闭式接线（多个方向获得电能）
环式（单电源）
闭式（多电源）
两端供电式
输电网运行时
8
3/7/2023
• 考虑绝缘，发电机电压10-30kV，变压器升 压到110-750kV；
• 高压线远距离输电，变压器降压给负荷； • 大负荷6-110kV，民用负荷110/220V单相
《电力系统分析》课件
频率调整的方法与策略
频率调整的方法
电力系统频率的调整可以通过改变发电机的出力、投切负荷、投切发电机组等方法实现。
频率调整的策略
频率调整的策略包括基于频率偏差的调整、基于负荷预测的调整、基于经济性的调整等。 这些策略各有优缺点，应根据电力系统的实际情况选择合适的策略。
频率调整的自动化
为了实现快速、准确的频率调整，需要建立自动化的频率调整系统。该系统可以根据实时 监测到的频率值，自动调整发电机的出力或投切负荷，以维持频率稳定。
电力系统的组成
电源
包括发电厂、小型发电装置等，负责将各种 一次能源转换为电能。
负荷
各种用电设备，消耗电能并转换为其他形式 的能量。
电网由各种电压等级的输电线路和电线路组成 的网络，负责传输和分配电能。
电力系统的运行和管理
通过调度中心等机构对电力系统的运行进行 管理和控制。
电力系统的基本参数
电压
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
电力系统的运行状态
01
02
03
正常运行状态
电力系统在正常条件下运 行，满足负荷需求，各项 参数在规定范围内。
异常运行状态
由于某些原因导致电力系 统部分设备异常运行，但 仍能满足基本需求。
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
电力系统无功功率平衡
无功功率平衡的概念
无功功率平衡是电力系统稳定运行的重要条件，它确保了系统中 的无功电源和无功负荷之间的平衡。
无功功率不平衡的影响
无功功率不平衡会导致电压波动、系统稳定性降低、设备过热等问 题，影响电力系统的正常运行。
高等电力系统分析--ppt课件
重写规范形式如下 ：
Y11V1 Y12V2 Y13V3 Y14V4 Y15V5 I1
Y21V1 Y22V2 Y23V3 Y24V4 Y25V5 I2
Y31V1
Y32V2
Y33V3
Y34V4
Y35V5
I3
Y41V1
Y42V2
Y43V3
Y44V4
Y45V5
I4
边界条件
I Sn AYU S AI S
节点电压方程简化为
YU I
nn
Sn
矩阵A反映了网络的拓扑约束， Y反映了网络的支路特性约束，
所以节点导纳矩阵集中了网络 两种约束的全部信息。
2024/7/16
高等电力网络分析
19
若网络参数用阻抗形式表示，则节点网络方程有如下形 式：
Z I U
n sn
n
Zn
.
I 1 Y11V1 Y12V2
.
I 2 Y21V1 Y22V2
.
I i Yi1V1 Yi2V2
.
I n Yn1V1 Yn2V2
Y1iVi
Y1nVn
Y2iVi Y2nVn
YiiVi
YinVn
YniVi YnnVn
节点自导纳Yii ＝节点i加单位电压，其它节点接地 时，节点i向电网注入的电流。
V4
y1
y3
2
3
4
i1
i3
用节点电压方程描述电力 网络的一个例子
y4
y5
i4
i5
1 V1
i6
y6
y2
V5
i2
5
V4
4
以基尔霍夫电流定律列出节点方程：
电力系统分析(完整版)PPT课件
输电线路优化运行
总结词
输电线路是电力系统的重要组成部分，其优化运行对于提高电力系统的可靠性和经济性具有重要意义 。
详细描述
输电线路优化运行主要涉及对线路的路径选择、载荷分配、无功补偿等方面的优化，通过合理的规划 和管理，降低线路损耗，提高线路的输送效率和稳定性，确保电力系统的安全可靠运行。
分布式电源接入与控制
分布参数线路模型考虑线路的电感和 电容在空间上的分布，用于精确分析 长距离输电线路。
行波线路模型
行波线路模型用于描述行波在输电线 路中的传播特性，常用于雷电波分析 和继电保护。
负荷模型
负荷模型概述
静态负荷模型
负荷是电力系统中的重要组成部分，其模 型用于描述负荷的电气特性和运行特性。
静态负荷模型不考虑负荷随时间变化的情 况，只考虑负荷的恒定阻抗和电流。
电力系统分析(完整版)ppt 课件
• 电力系统概述 • 电力系统元件模型 • 电力系统稳态分析 • 电力系统暂态分析 • 电力系统优化与控制 • 电力系统保护与安全自动装置
01
电力系统概述
电力系统的定义与组成
总结词
电力系统的定义、组成和功能
详细描述
电力系统是由发电、输电、配电和用电等环节组成的，其功能是将一次能源转 换为电能，并通过输配电网络向用户提供安全、可靠、经济、优质的电能。
无功功率平衡的分析通常需要考虑系统的无功损耗、无功补偿装置的容 量和响应速度等因素。
有功功率平衡
有功功率平衡是电力系统稳态分析的 核心内容，用于确保系统中的有功电 源和有功负荷之间的平衡。
有功功率平衡的分析通常需要考虑系 统的有功损耗、有功电源的出力和负 荷的特性等因素。
有功功率不平衡会导致系统频率波动， 影响电力系统的稳定运行。因此，需 要合理配置有功电源和调节装置，以 维持系统的有功平衡。
电力系统分析完整PPT课件
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
2020/8/1
南京理工大学
19
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
4~15
2020/8/1
南京理工大学
17
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
2020/8/1
南京理工大学
18
1.2我国的电力系统（2）
2020/8/1
南京理工大学
6
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：2~3 ➢ 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
• 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
2020/8/1
南京理工大学
13
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
高等电力网络分析PPT课件
ji
Qi Vi
Vj(Gijsinij Bijcosij) i1,2,
（1-6）
,N
ji
式（1-6）是用极坐标表示的潮流方程。
牛顿-拉夫逊法的一般描述
牛顿-拉夫逊法的求解步骤如下。在给定的初值 x ( 0 )
处作一阶泰勒展开：
f(x(0)) f x0 xT
x(0)
（1-7）
定处义的值J ，则xfT 为有潮：流方程的雅可比矩阵，J 0 为J在 x ( 0 )
牛顿-拉夫逊法的极坐标形式
P
J
f xT
T
Q
T
P
V T
n
Q n-r
V T
P
J
f xT
T
Q
T
P V T
V
Q V T
V
n
（1-12）
n-r
上式右侧的对n 电压n-r幅值的偏导数项n 中的n电-r 压幅值的阶
次减少了1，为使雅可比矩阵的各部分子矩阵具有一致
的形式，在实际计算中，常将该项乘以电压幅值，并
（1-10）
牛顿-拉夫逊法的一般描述
上式也可以写成下面的简单迭代法的计算格式
x ( k 1 ) x k J ( x k ) 1 fx k x k
因为
( x ) x ( T x ) I J x T 1 fx J 1 fx T x J x T 1 fx
上式就是潮流方程的复数形式，是N维的非线性复 数代数方程组。将其展开，有：
P ijQ i V ˆ YijVj j1,2, ,N （1-3） j i
式中，j i 表示所有的和i相连的节点j，包括j=i。
如 代果入节 到点 式电 （压1-用3）直中角有坐：标表示，即令Vi ei jfi ，
电力系统分析PPT
27
确定由于电晕产生的电导，其步骤如下： 1.确定导线表面的电场强度
U Q Er Dm 2r r ln r 其中： 空气介电常数
2.电晕起始电场强度
0.002996 b Ecr 21 .4m1m2 ， 273 t 其中：m1 粗糙系数 m2 气象系数
空气的相对密度
Dm x1 2f 4.6 lg 0.5 r 10 4 r
其中：
x1 导线单位长度的电抗（ / k m） r 导线的半径（mm或cm）
r 导线材料的相对导磁系数，对铜、铝， r 1
f 交流电频率（Hz） Dm 几何均距（mm或cm），Dm 3 Dab Dbc Dca
10
变压器的电压等级
升压变压器（例如35/121，10.5/242）
•
•
一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备， 一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压 等于发电机的额定电压； 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电， 相当于发电机，应比线路的额定电压高5%， 加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压 等于用电设备的额定电压110%。
•
12
四．电力系统中性点的运行方式
特点：供电可靠性低，比较经济；
直接接地 故障时：如发生接地故障，则构成 短路回路，接地相电流很大； 适用范围：110KV以上系统。
特点：供电可靠性高，绝缘费用高； 故障时：如发生接地故障，不必切 不接地 除接地相，但非接地相对 地电压为 相电压 适用范围：60KV以下系统 3
目的：减少电晕损耗或线路电抗。 多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一 层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推 扩径导线 人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不 同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。 分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保 持一定的距离。但会增加线路电容。
确定由于电晕产生的电导，其步骤如下： 1.确定导线表面的电场强度
U Q Er Dm 2r r ln r 其中： 空气介电常数
2.电晕起始电场强度
0.002996 b Ecr 21 .4m1m2 ， 273 t 其中：m1 粗糙系数 m2 气象系数
空气的相对密度
Dm x1 2f 4.6 lg 0.5 r 10 4 r
其中：
x1 导线单位长度的电抗（ / k m） r 导线的半径（mm或cm）
r 导线材料的相对导磁系数，对铜、铝， r 1
f 交流电频率（Hz） Dm 几何均距（mm或cm），Dm 3 Dab Dbc Dca
10
变压器的电压等级
升压变压器（例如35/121，10.5/242）
•
•
一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备， 一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压 等于发电机的额定电压； 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电， 相当于发电机，应比线路的额定电压高5%， 加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压 等于用电设备的额定电压110%。
•
12
四．电力系统中性点的运行方式
特点：供电可靠性低，比较经济；
直接接地 故障时：如发生接地故障，则构成 短路回路，接地相电流很大； 适用范围：110KV以上系统。
特点：供电可靠性高，绝缘费用高； 故障时：如发生接地故障，不必切 不接地 除接地相，但非接地相对 地电压为 相电压 适用范围：60KV以下系统 3
目的：减少电晕损耗或线路电抗。 多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一 层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推 扩径导线 人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不 同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。 分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保 持一定的距离。但会增加线路电容。
电力系统分析课件第三版电力出版社
电力系统电源规划与评估
总结词
电源规划是电力系统规划的重要组成部分， 通过对未来电源布局和容量的规划，满足电 力系统的供电需求并提高供电可靠性。同时 ，对规划的电源进行评估，确保其经济、技 术可行性和环境友好性。
详细描述
电源规划包括对未来电源布局和容量的规划 ，考虑的因素包括电力需求、能源资源、环 境容量等。在规划过程中，需要对各种可能 的电源进行技术、经济和环境等方面的评估
电力系统分析课件第三版
CATALOGUE
目 录
• 电力系统基本概念 • 电力系统元件模型 • 电力系统稳态分析 • 电力系统暂态分析 • 电力系统优化与经济运行 • 电力系统规划与设计
01
CATALOGUE
电力系统基本概念
电力系统组成与特点
组成
由发电、输电、配电和用电等环 节组成的统一整体，实现电能的 生产、传输、分配和使用。
特点
具有规模大、覆盖范围广、运行 方式复杂、控制要求高等特点， 需满足安全、可靠、经济、环保 等要求。
电力系统的基本参数
01
02
03
电压等级
根据电力系统的规模和特 点，选择合适的电压等级 ，以满足不同用户的需求 。
电流频率
电力系统中的电流频率应 保持恒定，通常为50Hz或 60Hz。
功率因数
反映电力系统中无功功率 的平衡情况，对电力系统 的经济运行和电压质量具 有重要影响。
03
CATALOGUE
电力系统稳态分析
潮流计算
潮流计算是电力系统稳态分析中 的基础计算，用于确定系统中各
元件的功率分布和电压分布。
常用的潮流计算方法包括牛顿拉夫逊法和快速解耦法，这些方 法通过迭代计算，求解电力系统
电力系统分析课件
电力系统分析的案例分析
通过案例分析，我们可以深入了解电力系统分析在实际应用中的具体作用和效果。这些案例将涵盖不同 类型的电力系统和不同的分析场景。
结论和总结
通过电力系统分析，我们可以发现潜在问题，并采取相应点和要点。
电力系统分析ppt课件
这份电力系统分析ppt课件将为您介绍电力系统的基本概念和原理，包括电力 系统的组成和拓扑结构，以及电力系统分析的目的和方法。
电力系统的基本概念和原理
了解电力系统的基本概念如电压、电流、功率以及电力传输的原理对于分析和优化电力系统至关重要。
电力系统的组成和拓扑结构
电力系统由多种组件组成，包括发电厂、变电站、输电线路和配电系统。了解电力系统的拓扑结构有助 于优化电力传输和分配。
电力系统分析的目的和方法
电力系统分析的目的是识别和解决潜在问题，并确保电力系统的稳定运行。 了解电力系统分析的常用方法和技术可以帮助我们做出准确的决策。
电力系统分析的常用工具和技术
电力系统分析常使用各种工具和技术，例如潮流计算、短路分析和负荷流动分析。这些工具和技术可以 帮助我们评估电力系统的性能和安全性。
《电力系统分析下》课件
根据电力需求和输配电成本，优化电网的 输电和配电线路，以降低总成本。
能源效率提升
环境友好型技术应用
采用新技术和设备，提高电力系统的能源 转换效率和能源利用效率，以降低单位电 能的成本。
推广环保技术和设备，减少电力系统的环 境影响，以实现可持续发展。
电力系统经济性案例分析
01
某地区电力系统经 济性评估
故障和异常
输电线路故障、发电机或负荷的异常 运行等情况可能导致电力系统的稳定 性被破坏。
提高电力系统稳定性的方法
加强电力系统的结构
合理规划、设计和建设电网， 提高电网的互联互通和互供能
力。
优化调度控制策略
采用先进的调度控制技术和算 法，实时监测和控制电力系统 的运行状态，确保系统稳定。
安装稳定控制装置
能源效率
评估电力系统的能源转换效率和能源利用效率， 包括发电效率、输电效率和用电效率等。
ABCD
输配电成本
评估电网建设和运营过程中的成本，包括设备购 置、维护费用、线路损耗等。
环境影响
评估电力系统对环境的影响，包括排放的污染物 和产生的噪音等。
电力系统经济性优化方法
发电组合优化
输配电网络优化
ห้องสมุดไป่ตู้
根据市场需求和发电成本，优化发电厂的 发电组合，以降低总成本。
在电力系统中安装稳定控制装 置，如励磁调节器、自动重合 闸等，以提高系统的稳定性。
加强负荷管理
通过需求侧管理和智能用电技 术，合理调控负荷，减少负荷 波动对电力系统稳定性的影响
。
02
电力系统经济性分析
电力系统经济性评估指标
发电成本
评估发电厂建设和运营过程中的成本，包括设备 购置、燃料消耗、维护费用等。
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上式为电力网络的节点方程。 节点方程反映了各节点电压与注入电流间的关系。在 此例中，除节点4、5外，其余节点注入电流均为0。 在求出节点电压后，就可以求出各支路电流，从而 使网络变量得以求解。
最小化潮流 潮流计算中的自动调整 最优潮流 交直流潮流与含FACTS元件的系统潮流
第一部分：系统分析篇（续）
3 电力系统状态估计 电力系统状态估计的基本概念
最小二乘估计
不良数据检测
第一部分：系统分析篇（续）
4 电力系统静态安全分析
概述
电力系统静态等值 电力系统预想事故选择
1 电网络分析基础
1.1 基础知识：电力网络的概念
k
0
0
基尔霍夫电压定律（KVL）
V
k
1.1 基础知识：电力网络的描述方法
2 电力网络的描述方法 基于基尔霍夫电流定律：节点电压方程
基于基尔霍夫电压定律：回路电流方程
V 4
4
y1
2
i3
i4
y4
y3
3
y2
V 5
i1
i2
y5
5
i5
用节点电压方程描述电力 网络的一个例子
1
i6
左式中，左端是由 各节点流出的电流， 右端是向各节点注 入的电流。 左式可以表示为规 范的形式
V 4
y1
2
i3
i4
y4
y3
3
y2
V 5
前述式子表示为规范形式如下 ：
Y V Y11V 1 12 2 Y13V3 Y14V4 Y15V5 I1 Y21V1 Y22V2 Y23V3 Y24V4 Y25V5 I 2 Y V Y V Y V Y V I Y31V 1 32 2 33 3 34 4 35 5 3 Y V Y V Y V Y V I Y41V 1 42 2 43 3 44 4 45 5 4 Y V Y51V 1 52 2 Y53V3 Y54V4 Y55V5 I 5
高等电力系统分析
课程简介
电网络分析基础 潮流算法及其扩展 电力系统状态估计 电力系统静态安全分析
第一部分：系统分析篇
1 电网络分析基础 基础知识
节点导纳矩阵
电力网络方程求解方法
第一部分：系统分析篇（续）
2 潮流算法及其扩展
潮流计算的数学模型 潮流计算的经典算法
保留非线性的潮流算法
4
i1
i2
y5
5
i5
1
i6
V 1
y6
可以看出，其中的元素如下：
Y11 y4 y5 y6 Y22 y1 y3 y4 Y33 y2 y3 y5 Y44 y1 Y55 y2 Y12 Y21 y4 Y13 Y31 y5 Y23 Y32 y3 Y24 Y42 y1 Y35 Y53 y2
左式中，即为相应节 点间的自导纳及互导 纳。其余节点间互导 纳为零。
重写规范形式如下 ：
Y V Y11V 1 12 2 Y13V3 Y14V4 Y15V5 I1 Y21V1 Y22V2 Y23V3 Y24V4 Y25V5 I 2 Y V Y V Y V Y V I Y31V 1 32 2 33 3 34 4 35 5 3 Y V Y V Y V Y V I Y41V 1 42 2 43 3 44 4 45 5 4 Y V Y51V 1 52 2 Y53V3 Y54V4 Y55V5 I 5
yV ( y4 y5 y6 )V 1 4 2 y5V3 0 ( y y y )V yV yV 0 y4V 1 1 3 4 2 3 3 1 4 yV y5V 1 3 2 ( y 2 y3 y5 )V3 y 2V5 0 yV y1V 2 1 4 I1 yV y2V 3 2 5 I2
1 电力网络的概念 • 电力网络是指将输电配电线路、变压器等电气元件按一定 形式连接而成的一个整体，达到输送和分配电能的目的。 • 两个要素：电气元件及其连接方式。 元件特性约束——欧姆定律 网络拓扑约束——基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律（KCL）
z I V k k k
I
k j
kl
4
i1
i2
y5
5
i5
1
i6
V 1
y6
按节点电压整理后得到：
yV ( y4 y5 y6 )V 1 4 2 y5V3 0 ( y y y )V yV yV 0 y4V 1 1 3 4 2 3 3 1 4 yV ( y y y )V yV 0 y5V 1 3 2 2 3 5 3 2 5 yV I y1V 2 1 4 1 yV y2V 3 2 5 I2
V 1
y6
V 4
y1
2
i3
i4
y4
y33Biblioteka y2 V 5以基尔霍夫电流定律列出节点方程：
V ) y (V V ) yV y4 (V 2 1 5 3 1 6 1 0 V ) y (V V ) y (V V ) 0 y1 (V 4 2 3 3 2 4 1 2 V ) y (V V ) y (V V ) 0 y2 (V 5 3 3 2 3 5 1 3 V )i y1 (V 4 2 1 V )i y2 (V 5 3 2