华北电力大学精品课程 电力系统分析基础(第一章)

核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系
统约占15%~20%
第二节 电能变换和电源构成
我国的能源结构极不合理 目前电源配置情况
1.6 25.8 火电 水电 核电 其它 23.7 0
2020年电源配置情况
4.3 8.8
63
73.6
第二节 电能变换和电源构成
预计到2020年全国需要的发电量为4.3万亿kWh， 相应的装机容量为9.5亿kW左右(下限8.5，上限10.5)
电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）
第一节 电力系统的概念和组成
从调度、管理、控制的角度看
第一节 电力系统的概念和组成
第一节 电力系统的概念和组成
第一节 电力系统的概念和组成
从 发 电 到 用 户 的 供 电 过 程
第一节 电力系统的概念和组成
第一节 电力系统的概念和组成
电力工程系
Department of Electrical Engineering
电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （一）
任建文
North China Electric Power University
课程内容简介 一.教师自我介绍
二.课程介绍—
给出一个课程及电力系统全貌
第一节 电力系统的概念和组成
电
网
图
第一节 电力系统的概念和组成
红虚筐内为输电网
兰虚筐内为输电网
第一节 电力系统的概念和组成
电力系统为什么要互联并网运行呢？
1.采用高效率大容量机组—减少备用容量 2.合理利用动力资源—水、火电互补
3.提高供电可靠性—系统越大，抗干扰能力越强 4.提高运行的经济性—装高效率大容量机组、
参考资料
1、电力系统分析基础 李庚银、栗然、杨淑英，机械工业出版 2、电力系统分析复习指导与习题精解 杨淑英 中国电力出版社 3、电力系统稳态分析 （第二版） 东南大学，陈珩，水利电力出版社
4、电力系统暂态分析 （第二版） 西安交通大学，李光琦，水利电力出版社
5、电力系统自动化、电网技术等杂志
第一章 电力系统的基本概念
煤电为6亿kW，占63%(电量3万亿kWh，占4.3万亿kWh的70%)
水电2亿kW，占21.1% (电量为7000亿kWh，占16%)；
抽水蓄能电站2500万KW，占2.6%； 核电4000万kW，占4.2% (电量2600亿kWh，占6%)； 气电7000万kW，占7.3% (电量3000亿kWh，占7%)； 新能源1500万kW，占1.5% (电量400亿kWh，占1%)；
Hydro Power Base 9000MW
10000MW
2000MW
3000MW
AC DC
2005年全国电网互联示意图
东北
姜家营－高岭
西北
背靠背直流
华北
新乡－邯东 龙政直流(DC)
华中 西藏
三峡
葛沪直流(DC)
华东
荆州－惠州直流 (DC)
南方电网
2010年全国电网互联示意图
东北
西北—华北 姜家营－高岭交流
母线保护
课程介绍
2.电力工程
非电力类专业选修课程，了解电力系统的入门 课程，深度不够、面面俱到
稳态分析
综 合 性
故障计算 一、二次系统 稳定性 防雷
50学时 五门电专业课程
基 础 性
三掌握 二目的
基本知识 基本计算 基本原理 一般性认识 业务技术管理
课程介绍
主要学习电力系统的基本知识，分七章介绍 电力系统的组成—发、输、变、配 电气参数及等值电路—物理元件的数学模型 稳态分析与计算—功率流动、潮流计算、有功
电力系统有功功率—频率、无功功率 —电压的控制与调整
课程介绍
电 力 系 统 暂 态 分 析 波过程—操作或雷击产生的过电压(过程最短)
高压课程 主讲
电磁暂态过程—与短路及励磁有关(过程较长)
涉及电压、电流 电力系统故障分析 主讲
短路计算 对称分量法及序网概念 不对称故障的分析与计算
机电暂态过程—与动力系统有关(过程最长)
第一节 电力系统的概念和组成
厂 网 分 家 前 电 网 组 成
第一节 电力系统的概念和组成
厂 网 分 家 前 电 网 情 况
第一节 电力系统的概念和组成
重 新 组 合 后 的 大 区 电 网 图
第一节 电力系统的概念和组成
目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高 度自动控制的新时代 。截止2005年底装机总容量已过5亿千瓦，到 今年底全国拥有的发电装机总容量将接近6亿千瓦，继续居世界第二。 各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大，220KV电 网不断完善和扩充，750KV输电工程（青海官亭—甘肃兰州东）已投 入试运行，晋东南—南阳—荆门1000千伏交流特高压试验示范工程 已启动。 近十年1994——2004年，装机由19990万kW增至44070万kW，连续10 年平均每年新增发电容量2400万kW，预计今年新增7500万KW
马来西 亚
美国发生的其它大停电事故
事故名称
美国东北部大停电 纽约大停电事故 美国西部网大停电
时间
后果
1965.11.9 最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直 接经济损失达1亿美元。 1977.7.13 停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫， 华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。 1994.12.1 系统解列成东西南北四个大岛，事故影响到 4 14个州200万人的用电。 系统解列成五个孤岛，事故影响14个州200万 用户
涉及功率、功角—导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行
静稳 暂稳
课程介绍
发 电 厂 电 气 部 分 电气主接线—卖电的网络 电器的原理与选择—卖电的工具 配电装置—电器的组合及布置
控制与信号—二次系统
高压断路器运行
同步发电机的运行
变压器的运行
课程介绍
电 力 系 统 继 电 保 护 原 理 电流保护 距离保护 高频保护 自动重合闸 变压器保护 发电机保护
西北
德阳－宝鸡 直流 灵宝背靠背 直流
华北
新乡－邯东 背靠背直流 晋城－阳城－江苏AC (or DC Link)
华中 西藏
三峡 水电站
从三峡到华东 的三回直流 荆州－惠州 直流
华东
南方电网
国外03年发生的大停电事故－特大停电事故是现代社会的灾难
国家 美国 发生时间 事故名称 事故后果
2003.8. 北美东部 损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积 14 网 24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。
热电厂—效率高（67~70%）、容量小，城市区
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
第二节 电能变换和电源构成
合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。
2003年全国联网示意图
东北
Northeast 华北 wk.baidu.comorth
西北 Northwest
华东 川渝 ChuanYu
南方 South
华中
Central
East
福建
Fujia n
2005年全国电网互联示意图
Thermal Base
3000MW 2500MW 1800MW 7200MW
1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的±500KV直 流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网， 三峡工程使我国一跃成为世界第一的直流输电国家。
第一节 电力系统的概念和组成
GW
中国发电量和装机容量现居世界第二位 建国初期：发电量第25位 装机容量第21位 2002年：均已跃居第 2位
350 300 250
200
150
100
50
0
美
中
俄
日
加
德
第一节 电力系统的概念和组成
电力体制改革方案：
1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团) 两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限 责任公司； ５家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐 集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国 电力投资集团公司； ４家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、 中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司 和中国葛洲坝集团公司。
美国西部网大停电
1996.7.2
美国西部网大停电
1996.8.10 系统解列成四个孤岛，事故影响9个州750万 用户
美国电网为什么频发大停电事故
美国电网自1999年起已发生130多起重大停电事故，和其 电网的特点有关。 由初期的自由竞争发展之后，国家60年代才介入，导致电 压等级混乱，、电网结构强弱不一； 电力公司对联邦能源管理委员会FERC和NERC的规定和导则 基本上处于自愿执行、而不是强制执行的状态； 在危急状态下按规定和导则执行了切负荷措施的调度人员， 反而可能在事故后受到责难或质询，甚至有被控告到法院； 电网结构老化，投入不足，对其开发研究的投资比宠物食 品制造商的还少；
2006年我国发电装机达5.7亿千瓦 2007年预计装机仍达7000万千瓦 到2010年，接近8亿（每年发展5000万千瓦装机 ）。
第二节 电能变换和电源构成
二、电源构成及展望
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
火电发电 燃料燃烧 水 蒸汽 机械能 发电
火 凝汽式—效率低（37~40%）、容量大，坑口电厂 电 厂
第二节 电能变换和电源构成
到2020年全国达到4.3万亿kWh的电量，相当于 全国人均占有电量约为2900kWh(按预测2020年全 国人口数为14.7亿人)，这只比2000年世界人均电量 2500kWh略高，相当于美国50年代初，英国60年代 初的水平，且比西班牙1982年人均占有电量 (3100kWh)还低。而西班牙的用电水平是作为我国 电力水平国际比较的参照量之一。
调整、无功调整
短路电流分析与计算—故障分析，三相短路概念 发电厂和变电所一次系统—接线方式，电气设备 发电厂和变电所二次系统—继电保护，电网监护 电力系统运行稳定性—静稳、暂态稳定
课程介绍
3.电力系统分析基础
-------今年改革后的电力系的平台课程
主要学习电力系统稳态和短路分析知识
电力系统的基本概念—发、输、变、配。
瑞典丹 麦
2003.9. 瑞典－丹 停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时 23
麦
意大 利 英国
2003.9. 意大利 28
6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。
2003.8. 伦敦地铁 停电724MW，影响41万用户，50万乘客被困，停电37 28 分钟～1小时 2003.9. 马来西亚 马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小 1 时。
8学时
电力网元件参数及等值电路—物理元件的
数学模型
8学时
简单电力网稳态分析与计算—功率流动、
手工潮流计算 8学时
课程介绍
电力系统潮流的计算机算法 —潮流计算的
基本原理、数学模型、求解方法和计算程 序框图 。 8学时
有功最优分配及频率控制—如何保证低损
耗、 高回收
6学时
无功功率及电压调整—如何使无功合理分布
使电压损耗最小 6学时
短路电流分析与计算—三相短路及不对称故
障计算 20学时
讲课方式
1、侧重基础 2、物理概念与数学模型相结合 3、补充新概念及专业领域研究成果和方向 4、辅助教学手段，录像、模型、图片
5、以讲为主，自学为辅 6、听课自由，前提是有自学能力 7、欢迎讨论、提意见 8、板书乱、发音不准希望谅解 9、考试不会难为同学们，不要求死记硬背
三. 讲课方式 四.参考书
课程介绍
1.电力专业类专业课程介绍
----传统上的课程划分，为选课提供参考
电力系统稳态分析—正常的、相对静止的
运行状态
电力系统暂态分析—从一种运行状态向另
一种运行状态的过渡过程
课程介绍
电 力 系 统 稳 态 分 析
电力系统的基本知识和等值网络 电力系统正常运行状况的分析和计算
缺少有效应对紧急情况的方案设计； 分散安装，协调不足的安全自动化系统。
第二节 电能变换和电源构成
一、电能变换
第二节 电能变换和电源构成
二、电源构成及展望
火电70%、水电20%、核电10%
燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）—21世纪新能源
热核反应—不使用放射性材料的核能，2030年后实用化
2050年时，电力供应是现在的2~3倍（15000亿KW.h)
1.电力系统的概念和组成
2.电能变换和电源构成
3.电力系统的负荷 4.电力系统运行的特点及要求 5.电力系统的电压等级 6.电力系统的接线及中性点接地
第一节 电力系统的概念和组成
电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）
第一节 电力系统的概念和组成
发电
输电
变电
配电
用电
第一节 电力系统的概念和组成