電力系統的基本概念.ppt

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電力系統穩態分析1、教材:東南大學 陳珩(第二版)2、本課程特點、前修課程、后續課程 特點: 前修課程:電路理論、電機學 后續課程:電力系統分析、繼電保護、電力系統自動化3、 教學參考書4、 考核方式: 筆試(閉卷,120分鐘、卷面100分,占70%),平時(主要是上課考勤記錄、課堂練習、作業,占20%),實驗(10%)前言特點電能不能大量存儲;過渡過程十分短暫;電能生產與國民經濟各部門和人民生活有著極為密切的關系;電力系統的地區性特點較強現代控制理論(作支撐)微機原理應用(作硬件)數據庫應用(作軟件)專業課:《電力系統分析》、《繼電保 護原理(微機保護)》、發電廠電氣部分、高電壓技術等來進行計算機控制前言電力系統穩態分析(一)電力系統分析正常穩態分析計算(U、I、P、Q、f)運行調整和優化電力系統的基本概念各元件的特性和模型潮流計算調頻調壓經濟運行電力系統暫態分析(二)電磁暫態分析(故障分析)正常穩態分析(穩定性分析)發電機的電磁暫態分析對稱故障(三相短路)不對稱短路靜態暫態前言 主要內容前言重點:三大計算1、標幺值計算2、穩態計算:潮流;調頻、調壓3、暫態計算:故障;穩定性第一章 電力系統的基本概念1-1 電力系統概述1-2 我國電力工業和電力系統簡介1-3 對電力系統運行的基本要求1-4 結線方式和電壓等級1-5 課程的主要內容第一章 電力系統的基本概念 重點及難點:重點: 1、電力系統的基本概念 2、電力系統的基本要求 3、電能質量 4、結線方式 5、電壓等級難點: 1、電能質量 2、電壓等級1-1 電力系統概述一、電力系統的組成~工業農業商業生活發電 + 輸電 + 配電 + 用電電網電力系統1-1 電力系統概述一、電力系統的組成 1、來源 火電:鍋爐-汽輪機-發電機 水電:水庫-水輪機-發電機 核電:核反應堆-汽輪機-發電機 其它:如風能、地熱能、太陽能、潮汐等1-1 電力系統概述一、電力系統的組成2、基本概念電力系統——是由發電廠、變電所、輸電線、配電系統及負荷組成的。是現代社會中最重要、最龐雜的工程系統之一。電力網絡——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分。動力系統——在電力系統的基礎上,把發電廠的動力部分(例如火力發電廠的鍋爐、汽輪機和水力發電廠的水庫、水輪機以及核動力發電廠的反應堆等)包含在內的系統。1-1 電力系統概述一、電力系統的組成2、基本概念總裝機容量——指該系統中實際安裝的發電機組額定有功功率的總和,以千瓦(KW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)為單位計。年發電量——指該系統中所有發電機組全年實際發出電能的總和,以千瓦時(KWh)、兆瓦時(MWh)、吉瓦時(GWh)為單位計。 最大負荷——指規定時間內,電力系統總有功功率負荷的最大值,以千瓦(KW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)為單位計。 1-1 電力系統概述一、電力系統的組成2、基本概念額定頻率——按國家標準規定,我國所有交流電力系統的額定功率為50Hz。 最高電壓等級——是指該系統中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。1-1 電力系統概述二、近代電力系統電壓、輸送距離、輸送功率;電源的構 成;負荷的構成;高度自動化;遠距離大容量直流輸電1-2 我國電力工業和電力系統簡介一、我國電力工業概況及今后發展電力工業的方針二、我國主要電力系統概述三、我國電力工業的發展前景1-3電力系統運行應滿足的基本要求特點 電能不能大量儲存 暫態過程非常短促 與國民經濟及日常生活關系密切要求 安全 優質 經濟 環保1-3電力系統運行應滿足的基本要求安全:保證可靠的供電 措施電源與電網的建設(西電東送全國聯網) SCADA 設備檢修(計劃檢修→狀態檢修) 人員素質1-3電力系統運行應滿足的基本要求優質指標 電壓: ≥35kV ±5% ≤10kV ±7% 6 ~ 10kV ≤4% 380V ≤5%(無功功率)頻率: ±0.2(≥3000mw) ~ 0.5Hz(≤3000MW) (有功功率)諧波:負荷 諧波1-3電力系統運行應滿足的基本要求負荷(一級 二級 三級)一級負荷:對這一級負荷中斷供電,將造成人身事故,經濟嚴重損失,人民生活發生混亂。二級負荷:對這一級負荷中斷供電,將造成大量減產,人民生活受影響。三級負荷:所有不屬于一、二級的負荷。1-3電力系統運行應滿足的基本要求經濟EX:一臺600MW火電機組,年利用小時6000h,煤耗率320g/kW.h,煤價:300元/噸。Sol: 年發電量: 600000kW×6000h=36億kW.h 需標煤: 36億kW.h×320g/kW.h=115.2萬噸標煤 燃料費: 115.2萬噸×300元/噸=34560萬元1%節約:燃料: 1.152萬噸標煤 燃料費: 345.6萬元廠用電率 網損煤耗率(水耗率)1-3電力系統運行應滿足的基本要求環?;痣姀S裝機>70% 煤炭燃燒造成的污染 限制污染物的排放量1-4 電力系統的結線方式和電壓等級放射式干線式樹狀無備用結線包括單回路放射式、干線式和鏈式網絡優點:簡單、經濟、運行方便缺點:供電可靠性差 適用范圍:二級負荷一、結線方式1-4 電力系統的結線方式和電壓等級環行網絡雙端供電有備用結線包括雙回路放射式、干線式和鏈式網絡 優點:供電可靠性和電壓質量高缺點:不經濟 適用范圍:電壓等級較高或重要的負荷1-4 電力系統的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍1、電力系統的額定電壓等級電壓等級的選擇 S = √3U2I I ∝(U1-U2)/Z傳輸功率S、電壓等級U、輸電距離l之間的關系S=Const, l ∝U2l=Const, S ∝U2U1I U2SZ1-4 電力系統的結線方式和電壓等級1、電力系統的額定電壓等級1-4 電力系統的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍說明:用電設備的容許電壓偏移一般為±5%;沿線路的電壓降落一般為10%;在額定負荷下,變壓器內部的電壓降落約為5%。1-4 電力系統的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍電力網絡中電壓分布采取的措施:取用電設備的額定電壓為線路額定電壓,使所有設備能在接近它們的額定電壓下運行;取線路始端電壓為額定電壓的105%;取發電機的額定電壓為線路額定電壓的105%;變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側接電源,取一次側額定電壓等于用電設備額定電壓;二次側接負荷,取二次側額定電壓等于線路額定電壓。 1-4 電力系統的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍變壓器的電壓等級升壓變壓器(例如35/121,10.5/242)二次側(高壓側)接線路始端,向負荷供電,相當于發電機,應比線路的額定電壓高5%,加上變壓器內耗5%,所以二次側額定電壓等于用電設備的額定。省略部分??啃?,在線路上廣泛安裝三相或單相自動重合閘裝置。對地電壓=UN,電氣設備的絕緣水平只需按電力網的相電壓考慮,可以降低工程造價。我國380/220V系統中一般都采用中性點直接接地方式,主要是從人身安全考慮問題。適用范圍:我國110kV(國外220kV)及以上電壓等級的電力系統 。380/220V低壓系統。1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式 2、中性點不接地的電力系統負荷ABCCCCICa. 電路圖0UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量圖正常運行時UA+UB+UC=0IA+IB+IC=0結論: 三相電壓對稱,三相導線對地電容電流也是對稱的,三相電容電流相量之和為零,這說明沒有電容電流經過大地流動。適用范圍3kV~60kV的電力系統1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式單相金屬性接地故障時(A相)0UBUAUC60?-UA UC’UB’ -UA I’CBI’CC-I’CAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUA’UB’UC’1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式0UBUAUC60?-UA UC’UB’ -UA I’CBI’CC-I’CA中性點不接地系統單相接地故障的結論1 : 故障相對地電壓降為零;非故障相對地電壓升高為線電壓,且相位相差600。因此,線路及各種電氣設備的絕緣要按線電壓設計,絕緣投資所占比重加大,顯而易見,電壓等級越高絕緣投資越大。 三相之間的線電壓仍然對稱,用戶的三相用電設備仍能照常運行,但允許繼續運行的時間不能超過2h。1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式 接地故障電容電流IPE0UBUAUC60?-UA UC’UB’ -UA I’CBI’CC-I’CA1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式中性點不接地系統單相接地故障的結論2 : 接地電流在故障處可能產生穩定的或間歇性的電弧。如果接地電流大于30A時,將形成穩定電弧,成為持續性電弧接地,這將燒毀電氣設備和可能引起多相相間短路。如果接地電流大于5A~10A,而小于30A,則有可能形成間歇性電??;間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓,其幅值可達(2.5~3)U?,將危害整個電網的絕緣安全。如果接地電流在5A以下,當電流經過零值時,電弧就會自然熄滅。1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式3、中性點經消弧線圈接地的電力系統 消弧線圈? 安裝在變壓器或發電機中性點與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。單相(C相)金屬性接地故障負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式 C相發生接地時,中性點電壓變為-UC ,在消弧線圈作用下,產生電感電流(滯后90°),其數值為 IL=UC / XL=U / XL 消弧線圈的作用 當發生單相接地故障時,接地故障相與消弧線圈構成了另一個回路,接地故障相接地電流中增加了一個感性電流,它和裝設消弧線圈前的容性電流的方向剛好相反,相互補償,減少了接地故障點的故障電流,使電弧易于自行熄滅,從而避免了由此引起的各種危害,提高了供電可靠性。負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB 消弧線圈的補償方式欠補償方式:按ILIC選擇消弧線圈的電感,此時接地故障點有剩余的電感電流流過。 在過補償方式下,即使電力網運行方式改變而切除部分線路時,也不會發展成為全補償方式,致使電力網發生諧振。同時,由于消弧線圈有一定的裕度,今后電力網發展,線路增多、對地電容增加后,原有消弧線圈還可繼續使用。因此,實際上大多采用過補償方式。1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB全補償方式:按IL=IC選擇消弧線圈的電感,使接地故障點電流為零,此即全補償方式。 這種補償方式并不好,因為當感抗等于容抗時,電力網將發生諧振,產生危險的高電壓或過電流,影響系統安全運行。1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式 消弧線圈容量的選擇 有關安裝消弧線圈規程1-4 電力系統的結線方式和電壓等級三、電力系統中性點的運行方式4、中性點經電阻接地的電力系統 特點: 降低工頻過電壓,抑制弧光過電壓;消除鐵磁諧振過電壓,防止斷線諧振過電壓;設置零序保護動作跳閘;設置零序保護動作跳閘;避免發生高壓觸電事故;供電可靠性有保證。 適用范圍:配網系統(與中性點經消弧線圈接地、不接地比選)在我國城市配網系統中:全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超過30A時采用中性點經電阻接地;全架空線路出線變電站的單相接地故障電流超過10A時,采用中性點經消弧線圈接地;對電纜與架空線混合線路的單相接地故障電容電流超過10A時,可采用中性點經消弧線圈接地或采用中性點經電阻接地。電力工業的發展狀況及前景我國電力系統的發展:年人均電量:我國: 1000kW.h中等發達國家: 7000kW.h北歐、美國: 18000kW.h電力工業發展概況及前景二、電力系統發展前景1. 電力工業現代化 超高壓、大系統、大機組、大電廠、高度自動化以及核電技術和直流輸電技術2. 電力系統互聯的效益與支出各系統間電負荷的錯峰效益提高供電可靠性、減少系統備用容量有利于安裝單機容量較大的機組進行電網的經濟調度進行水電跨流域調度調峰能力互相支援增加聯絡線和電網內部加強所需投資以及聯絡線的運行費用當系統間聯系較弱時,有可能引起調頻的復雜性和出現低頻振蕩增加了系統短路容量,并可能導致增加或調換已有設備增加聯合電網的通訊和高度自動化的復雜性電力工業發展概況及前景3. 電力市場電力市場是以電價作為控制電力交易的杠桿,進行負荷管理、電力系統運行,在電力生產者、電力消費者和輸供電網絡管理者之間實行平等、公正的等價交換的系統的總稱。這一改革最早起源于美國(50年代),80年代末英國企業民營化,英國電力改革的成功經驗吸引了世界各國的紛紛仿效。改革最成功的要屬澳大利亞?;咎卣鳎洪_放性 競爭性 計劃性 協調性基本原則:公平 公開 公正電力工業發展概況及前景4. IT技術在電力系統中的應用5. GPS系統在電力系統中的應用6. 諧波治理
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