中国电力出版社 电力系统稳态分析(第1章)

电力系统稳态分析
合肥工业大学
电气与自动化工程学院
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参考书目
电力系统稳态分析电力系统稳态分析（（陈珩编） 电力系统分析电力系统分析（（上下册上下册）（）（）（何仰赞何仰赞编）
电力系统分析电力系统分析（（韩祯祥编）
电力系统分析电力系统分析（（纪建伟编）
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1电力系统的基本概念
1.1 电力系统概述
1、电力系统的形成和发展
18201820年奥斯特证实年奥斯特证实了电流的磁效应18311831年法拉第发现了电磁感应定律年法拉第发现了电磁感应定律
，促进电动机和发电机的发明
18821882年实现了较高电压年实现了较高电压
的直流输电的直流输电，，但远距离、大功率传输困难
18851885年实现了单相交流输年实现了单相交流输电，18891889年发明了三相异年发明了三相异步电动机步电动机、、三相变压器
18911891年建立了年建立了最早的三相交流输电系统输电技术发展的初期初期::减少线路损耗损耗，，提高电压
解决交流输电同步发电机并联运行的稳定性问题定性问题，，直流输电又得到应用直流输电又得到应用±±800kV
，距离距离1000km 1000km 1000km以上以上以上，，容量容量3000MW 3000MW
针式绝缘子使电压提高到针式绝缘子使电压提高到80kV 80kV
19061906年悬式绝缘子使电压提高到年悬式绝缘子使电压提高到年悬式绝缘子使电压提高到110110110～～120kV 2020世纪世纪世纪202020年代采用均压环电压可做到年代采用均压环电压可做到年代采用均压环电压可做到220kV 220kV 2、近代电力系统
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2、近代电力系统
3、电力系统的基本参量和结线图
（1）系统装机容量系统装机容量（（发电机额定有功功率总和发电机额定有功功率总和，，kW 、MW 、GW ）（2）系统年发电量系统年发电量（（发电机全年发电量总和发电机全年发电量总和，，MWh 、GWh 、TWh ）（5）最高电压等级最高电压等级（（电力线路的最高额定电压电力线路的最高额定电压，，kV ）（3）最大负荷最大负荷（（一段时间内有功负荷最大值一段时间内有功负荷最大值，，kW 、MW 、GW ）（6）年用电量年用电量（（所有用户全年所用电量总和所有用户全年所用电量总和，，MWh ）（4）额定频率额定频率（（交流工频交流工频：：50Hz ）
（7）地理结线图地理结线图、、电气结线图
能量变换能量变换、、传输传输、、分配和使用的一次系统分配和使用的一次系统。

发电机发电机、、变压器变压器、、电力线路和负荷这四大元件构成了电力系统的主体和负荷这四大元件构成了电力系统的主体（（躯干躯干）。

）。

）。

也可称为物流系统也可称为物流系统也可称为物流系统。

为了保证电力系统可靠为了保证电力系统可靠、、稳定稳定、、安全和经济运行的监控安全和经济运行的监控、、保护保护、、自动控制、调度等系统称为二次系统调度等系统称为二次系统。

如：继电保护装置继电保护装置、、通讯装置和能量管理系统等系统等。

也可称为信息流系统也可称为信息流系统。

电能量交易系统电能量交易系统，，也可称为货币流系统也可称为货币流系统。

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2008年六大电网发电结构
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1.2 电力系统运行应满足的基本要求
一、电能生产电能生产、、输送输送、、消费的特点
二、对电力系统运行的基本要求
电能不能大量存储 暂态过程十分短暂 统一整体不可分割 与国民经济各部门有着极为密切的关系 要求电能质量
保证可靠地持续供电保证可靠地持续供电（（负荷分级负荷分级）） 保证良好的电能质量保证良好的电能质量（（电压电压、、频率频率、、波形波形）） 保证电力系统运行经济性保证电力系统运行经济性（（煤耗率煤耗率、、线损率线损率））
组成联合电力系统
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1.3 电力系统的结线方式和电压得等级
一、几种典型的结线方式
无备用结线无备用结线（（放射式放射式、、干线式干线式、、链式链式））
有备用结线有备用结线（（双回线双回线、、环式环式、、两端供电两端供电））
独立电源
负荷点
无备用结线与有备用结线的优缺点
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二、不同电压等级的适用范围
1、电力系统的额定电压等级电力系统的额定电压等级（（发电机发电机、、变压器变压器、、线路线路、、用电设备用电设备））
2、不同电压等级的适用范围不同电压等级的适用范围（（输送功率输送功率、、输送距离输送距离、、电压等级电压等级））
电力线路的额定电压和电力系统的额定电压相等电力线路的额定电压和电力系统的额定电压相等。

用电设备与同级电网的额定电压一致用电设备与同级电网的额定电压一致。

发电机的额定电压较电力系统发电机的额定电压较电力系统（（同级电网同级电网））的额定电压高5%。

（10.5kV 及以下及以下）） 变压器
受电设备供电设备
一次侧二次侧
接发电机
接线路
一次侧额定电压等于发
电机或线路额定电压二次侧额定电压比线路高10%或5%。

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500以上
4000000～5000000
架空线路
1000
500以上2000000～2500000架空线路750250~8001000000～1500000架空线路500200~600200000～1000000架空线路330100~300100000～500000架空线路22050～15010000～50000架空线路11020～502000～10000架空线路35小于105000电缆线路105～20200～3000架空线路10小于83000电缆线路63～10200～2000架空线路61～3100～1000架空线路30.35175电缆线路0.380.25100架空线路0.380.20小于50电缆线路0.220.15小于50架空线路0.22传输距离
（km ）传输功率传输功率（（kW ）
输送方式电力系统额定电压定电压（（kV ）特高压,大区域电力系统的联合电网
超高压,大型电力系统的骨干电力网高压,中小型电力系统的基础电力网,
大型电力系统的二次网络城市/企业/农村电力网
常用配电电压中高压电动机供电电压
居民及一般电动机供电电压
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三、电力系统中性点的运行方式
中性点直接接地中性点直接接地、、不接地不接地（（不接地不接地、、经消弧线圈接地经消弧线圈接地、、经高阻接地经高阻接地））
供电可靠性低供电可靠性低，，但是对绝缘水平没有特别的要求没有特别的要求。

供电可靠性高供电可靠性高，，
但是对绝缘水平的要求也高的要求也高。

有三种补偿方
式，一般采用过补偿方式过补偿方式。

为什么为什么？？
为什么为什么？？
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220kV 及以上电压等级的电力网及以上电压等级的电力网，，采用中性点直接接地方式采用中性点直接接地方式；；
110kV 电力网电力网，，大部分采用中性点直接接地方式大部分采用中性点直接接地方式，，小部分采用消弧线圈接地的方式接地的方式，，原有的154kV 电力网采用中性点经消弧线圈的接地方式电力网采用中性点经消弧线圈的接地方式；； 20～60kV 电力网电力网，，采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式（（单相接地电容电流大于10A 时）；
10kV 电力网电力网，，采用中性点不接地或经消弧线圈采用中性点不接地或经消弧线圈（（电阻电阻））接地方式接地方式（（单相接地电容电流大于20A 时）；
1000V 及以下低压配电网及以下低压配电网，，即380/220V 三相四线制电力网三相四线制电力网，，采用中性点直接接地方式点直接接地方式；；
发电机中性点一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式发电机中性点一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，，特殊的特大容量机组殊的特大容量机组，，可考虑中性点直接接地或经小电阻接地的运行方式可考虑中性点直接接地或经小电阻接地的运行方式。

3～6kV 电力网电力网，，采用中性点不接地或经消弧线圈采用中性点不接地或经消弧线圈（（电阻电阻））接地方式（单相接地电容电流大于30A 时）；
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1.4 电力系统工程学科和电力系统分析课程
一、电力系统的工程学科的范畴
电力系统工程学科是衍生于电路电力系统工程学科是衍生于电路、、电磁场电磁场、、电机学电机学，，并随着电力系统的发展而发展形成的一门工程学科展而发展形成的一门工程学科。

它的研究领域大致包括它的研究领域大致包括：：
（1）电力系统理论电力系统理论：：电力系统理论是以电路电力系统理论是以电路、、电磁场和电机理论为基础电磁场和电机理论为基础，，吸收大
量新兴学科的有关内容量新兴学科的有关内容，，并结合电力系统的特点而形成的面向现代电力系统的理论理论，，是其它各个领域的理论基础是其它各个领域的理论基础。

（2）输配电技术输配电技术::输配电技术主要涉及超高压输电线路输配电技术主要涉及超高压输电线路、、远距离交直流输电系统设计以及提高输电线路输送能力的方法等方面的研究计以及提高输电线路输送能力的方法等方面的研究。

（3）电力系统规划电力系统规划：：电力系统规划主要涉及远景负荷预测电力系统规划主要涉及远景负荷预测、、电源规划电源规划、、网络规划网络规划、、可靠性分析可靠性分析、、环境保护环境保护、、生态平衡等方面的问题生态平衡等方面的问题。

（4）电力系统运行电力系统运行：：电力系统运行主要涉及稳态运行分析电力系统运行主要涉及稳态运行分析、、暂态过程分析暂态过程分析、、安全性分析性分析、、电能质量管理电能质量管理、、运行方式优化等方面的内容运行方式优化等方面的内容。

（5）电力系统保护电力系统保护：：电力系统保护主要涉及故障分析电力系统保护主要涉及故障分析、、元件保护元件保护、、线路保护线路保护、、系统性故障保护和过电压及其防护等方面的问题统性故障保护和过电压及其防护等方面的问题。

（6）电力系统控制电力系统控制：：主要涉及数据采集主要涉及数据采集、、个别变量的调节个别变量的调节、、电能质量控制电能质量控制、、运行
优化控制优化控制、、安全性控制安全性控制、、能量管理系统等方面的问题能量管理系统等方面的问题。

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二、电力系统分析课程的内容
三、电力系统研究工具简介
电力系统的数学模拟和电力系统的物理模拟
电力系统稳态电力系统稳态：：指系统正常的指系统正常的、、相对静止的运行状态相对静止的运行状态。

发电量与负荷相等所有运行设备的电流行设备的电流、、电压电压、、频率频率、、波形在允许范围所有发电机在负荷正常变动和小扰动时保持同步动时保持同步。

电力系统暂态电力系统暂态：：指电力系统从一种运行状态向另一种状态过渡的过程指电力系统从一种运行状态向另一种状态过渡的过程。

特指电力系统非正常的系统非正常的、、变化较大以至引起系统从一个稳定运行状态向另一个稳定运行状态过渡的变化过程态过渡的变化过程。

二者的本质差别在于二者的本质差别在于：：电力系统稳态中的运行变量的变化特性与时间无关电力系统稳态中的运行变量的变化特性与时间无关，，描述其特性的是代数方程其特性的是代数方程；；电力系统暂态中的运行变量与时间有关电力系统暂态中的运行变量与时间有关，，描述其特性的是微分方程微分方程。

小学期认知实
习中我们认识了多少工具了多少工具？？
电网及变电站仿真教学平台电网及变电站仿真教学平台、、电力系统综合
实验平台与电力系统继电保护综合实验平台
课后思考题
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在下图所示的电气接线图中在下图所示的电气接线图中，，母线A 的额定电压为10kV ，变压器T2的额定电压为110/6.3kV ，则发电机G 的额定电压为_________，变压器T1某一侧的分接头工作在某一侧的分接头工作在（（1+2.5%）的分接头上分接头上，，则其现在的实际变比为_______，电动机M 的额定电压为________。

小结
电力系统的形成发展和基本参量
电力系统的运行特点和基本要求
电力系统的接线方式
电力系统的电压等级
电力系统中性点运行方式
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