电力系统分析第一章ppt课件.ppt
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电力系统分析,主讲:
何莉萍,参考书:
1、何仰赞等.电力系统分析(上/下),华中科技大学出版社2、夏道止.电力系统分析,中国电力出版社3、韩祯祥主编.电力系统分析,浙江大学出版社4、陈珩.电力系统稳态分析,水利电力出版社5、李光琦.电力系统暂态分析,水利电力出版6、单渊达主编.电能系统基础,机械工业出版社,目的:
掌握电力系统分析计算的原理和方法。
本课程涉及的主要学科知识:
高等数学、电路理论,电机学理论,基础物理,控制理论等。
电力系统分析,电力系统分析,第一章电力系统的基本概念,第一章电力系统的基本概念,1.1电力系统概述,一、电力工业概述,1、电力工业的重要性首先,电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业,是国民经济的第一基础产业,是关系国计民生的基础产业,是世界各国经济发展战略中的优先发展重点;其次,电力是一种安全、卫生和可持续的能源,电力工业能够为社会经济的发展提供持久和卫生的动力和能量。
2、电力工业的发展:
目前,我国电力工业格局主要包括两大电网和五大发电集团,全国总发电装机容量已突破9亿千瓦;2020年末,预计达到16亿千瓦。
南方电网公司,国家电网公司,1.1电力系统概述,南方电网公司,国家电网公司,东北电网,华北电网,华东电网,华中电网,西北电网,国家电网公司代管,华能集团公司,大唐集团公司,华电集团公司,国电集团公司,电力投资集团公司,1.1电力系统概述,1.1电力系统概述,自1996年起,我国发电装机容量一直位居世界第二位。
美国能源部信息管理局发布的国际能源展望2006预测,到2020年中国发电总装机容量将超越美国跃居世界第一。
我国2010年底发电总装机容量(包括火电、核电、水电、风电)已达9.62亿千瓦,到2012年10月,装机总量将突破10亿千瓦。
10亿千瓦的发电装机总容量是日本全国发电装机总容量的3.3倍,是欧盟所有国家发电装机总容量的1.25倍,与美国基本持平略微超出,这当然是个了不起的成就,从1995年的2.18亿千瓦,在十几年的时间就增长到10亿千瓦,增长了4.6倍。
1.1电力系统概述,1.1电力系统概述,二、电力系统概述,1.1电力系统概述,动力系统(广义电力系统):
动力部分与电力系统组成的整体。
1、电力系统的组成:
1.1电力系统概述,电力网:
电力系统中输送与分配电能的部分,主要由输电网和配电网组成。
电力系统:
生产、输送、分配与消费电能的系统。
包括:
发电机、电力网(变压器、电力线路)和用电设备组成。
1.1电力系统概述,2、电力系统的运行特点与基本要求:
3、本课程主要学习内容:
1.1电力系统概述,1.2电力系统的负荷和负荷曲线,一、电力系统的负荷:
1.2电力系统的负荷和负荷曲线,定义:
用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律。
分类:
日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。
二、负荷曲线:
日负荷曲线:
描述负荷一天24小时内所需功率的变化情况;是供调度部门制定各个发电厂发电计划的依据。
日平均负荷:
一天的总耗电量:
(a)钢铁工业负荷;(b)食品工业负荷;(c)农村加工负荷;(d)市政生活负荷。
日负荷曲线举例:
1.2电力系统的负荷和负荷曲线,1.2电力系统的负荷和负荷曲线,年最大负荷曲线:
描述一年内每月(或每日)最大有功功率负荷变化的情况;可供调度、计划部门有计划安排全年机组检修、扩建或新建发电厂。
机组维修,新建或扩建机组的容量,1.2电力系统的负荷和负荷曲线,年持续负荷曲线:
按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成;可供编制电力系统发电计划和进行可靠性计算用。
全年耗电量:
最大负荷利用小时数:
最大负荷利用小时数Tmax:
即用最大负荷消耗一年的电能所需的时间。
1.2电力系统的负荷和负荷曲线,最大负荷利用小时数Tmax可用于估算常用电力用户的全年用电量。
表1-1各类用户的年最大负荷利用小时数,三、负荷特性,负荷功率随电压或频率变化的特性。
1.3电力系统的接线和额定电压等级,一、电力系统的接线,1、电力系统接线图:
电气接线图和地理接线图,1.3电力系统的接线和额定电压等级,1.3电力系统的接线和额定电压等级,2、电力系统接线方式及其特点:
放射式干线式链式,优点:
简单、经济、运行方便;缺点:
供电可靠性差。
1.3电力系统的接线和额定电压等级,放射式干线式链式环式两端供电网络,优点:
供电可靠性高、电压质量高;缺点:
不经济、运行调度复杂。
适用范围:
电压等级较高或重要的负荷。
接线方式选择依据:
运行的可靠性、经济性、灵活性和操作的安全性。
1.3电力系统的接线和额定电压等级,1、电力系统电压等级:
二、电力系统的电压等级,目前,我国电力系统(电网)额定电压等级主要有:
3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV,750kV。
说明:
在一个电力系统内,电压等级差一般为23倍;在一个国家内,宜选用一种电压系列。
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。
额定电压:
用来代表电力网或电气设备运行电压特性的数值。
1.3电力系统的接线和额定电压等级,1.3电力系统的接线和额定电压等级,2、电力元件额定电压等级选择原则:
某一级的额定电压是以系统的额定电压(用电设备额定电压)为中心而定的。
1.3电力系统的接线和额定电压等级,典型例题:
确定各设备额定电压,作业1:
确定各设备的额定电压,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,1.3电力系统的接线和额定电压等级,三、电力系统中性点接地方式:
1、中性点直接接地方式:
特点:
供电可靠性差,但较经济。
适用范围:
110kV以上系统。
发生接地故障时:
非故障相对地电压不变,接地相短路电流很大。
1.3电力系统的接线和额定电压等级,2、中性点不接地方式:
发生接地故障时:
不必切除故障相,非故障相电压变为倍相电压。
特点:
供电可靠性高,但绝缘费用高。
适用范围:
60kV以下系统。
1.3电力系统的接线和额定电压等级,总结:
系统中一相接地的特点比较,中性点直接接地方式:
中性点不接地方式:
1.3电力系统的接线和额定电压等级,3、中性点经消弧线圈接地:
特点:
接地消弧线圈可以形成一个与容性接地电流大小相近的感性电流,减少接地点电流,提高供电可靠性。
适用范围:
36kV电力网(接地电流30A);10kV电力网(接地电流20A);3560kV电力网(接地电流10A)。
1.4电力线路的结构,电力线路按结构分为架空线路和电缆线路。
1.4电力线路的结构,针式绝缘子:
10kV及以下线路,1.4电力线路的结构,悬式绝缘子:
主要用于35kV及以上系统,根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。
1.4电力线路的结构,棒式绝缘子:
起到绝缘和横担的作用,应用于1035kV农网。
1.4电力线路的结构,1.4电力线路的结构,1.5电力系统元件的参数和等值电路,说明:
各元件参数是电力系统稳态分析所用参数(正序参数);三相系统是对称的,其等值电路一般采用单相等值电路。
一、电力系统元件的参数和等值电路,电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导四个参数表示的等值电路,常用的是型等效电路。
1、电力线路的参数(集中分布参数)和等值电路:
a.单位长度的电阻:
精确计算时进行温度修正:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,b.单位长度的电抗:
三相导线排列对称(正三角形)或三相导线排列不对称,进行整体循环换位后三相电抗相等。
分裂导线输电线路等值电抗:
其中:
分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布,等效地增加了导线半径,从而减少了导线电抗。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,1.5电力系统元件的参数和等值电路,c.单位长度的电纳:
d.单位长度的电导:
电晕临界电压:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,线路的电抗:
解:
线路的电阻:
例题1-1:
某380kv输电线线路,导线水平排列并经整循换位,相间距离为8m,求单位长度的电阻、电抗和电纳:
(1)导线为LGJQ-600型,计算直径为33.2mm。
线路的电纳:
几何均距Dm和半径r单位要一致,1.5电力系统元件的参数和等值电路,
(2)导线为LGJ-2300型,每根导线的计算直径为25.2mm,分裂间距为400mm。
线路的电抗:
线路的电阻:
线路的电纳:
解:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,短输电线路:
长度100km(或很短的电缆线),电导和电纳忽略不计。
线路阻抗:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,(a)形等值电路(b)T形等值电路,分析计算时电力线路常用的是型等值电路。
其中l为线路长度;该计算为集中分布参数计算方法。
中等长度的输电线路:
架空线:
100km300km(电缆:
100km),1.5电力系统元件的参数和等值电路,长距离输电线路:
架空线:
300km(电缆:
100km),需要考虑分布参数特性。
近似分布参数,1.5电力系统元件的参数和等值电路,作业2:
一条220kV输电线,长180km,导线为LGJ-400型,计算直径2.8cm,水平排列并经整循换位,相间距离为7m;求该线路参数R,X,B,并画出等值电路图。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,2、变压器的参数和等值电路:
变压器的试验数据:
短路损耗Ps,短路电压百分比Us%;空载损耗P0,空载电流百分比I0%。
电阻RT:
变压器的短路损耗Ps近似等于变压器的电阻产生的额定总铜耗;,1.5电力系统元件的参数和等值电路,电抗XT:
短路压降Us几乎全部降落在电抗上;,电导GT:
变压器电导对应的是变压器的铁耗,近似等于变压器的空载损耗P0;,电纳BT:
在变压器中,流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,注意:
电纳BT是电感铁芯决定的感性电纳,在等值电路中以负号出现;公式中各量的单位分别是:
UNkV;SNMVA;PkW;UN为额定线电压,视需要选用一次侧或二次侧电压额定值,即为归算到相应侧的参数。
例1-2:
有一台SFL1-31500/110型向10kv网络供电的降压变压器,试计算归算到高压侧的变压器参数。
铭牌给出的试验数据为:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,解:
由型号知:
;,各参数如下:
作业3:
计算上述变压器归算到低压侧的参数,并画出等值电路。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,三绕组变压器导纳GT-jBT的计算方法与双绕组变压器相同:
所不同的是关于阻抗RTijXTi的计算:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,(a),(b),1.5电力系统元件的参数和等值电路,补充例题:
三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220,额定容量为120/120/60MVA,额定电压为:
220/121/11kV,求变压器归算到220kV侧的参数,并作出等值电路。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,解:
1)求各绕组的电阻:
同理可得:
电阻计算如下:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,2)求各绕组电抗:
电抗计算:
变压器阻抗参数:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,3)求导纳:
等值电路:
作业4:
有一容量比为100/100/50,额定电压为220/38.5/11kV,额定容量为90MVA的三绕组变压器,试验数据如下。
试求归算至高压侧的变压器参数。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,1.5电力系统元件的参数和等值电路,3、电抗器R、电容器C和发电机G的参数:
4、负荷参数:
恒功率参数:
恒阻抗参数:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,1)发电机、负荷采用恒功率等效,变压器采用型等效电路,电力线路采用型等效电路;2)各元件参数需归算到同一电压等级(基本级);归算如下:
二、电力网络的等值电路,例如:
取10kV为归算基本级,则110kV级线路L-2阻抗、电压、电流归算如下:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,1.5电力系统元件的参数和等值电路,例题1-4:
某电力系统如图所示:
各元件技术指标已标示,T-2、T-3参数相同,L-1、L-2参数相同,变压器忽略电阻和导纳。
试分别作出归算到110kV和10kV侧该系统的等值电路。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,解:
1)归算到110kV侧,变压器T-1:
变压器T-2、T-3:
电抗器R:
发电机G:
1.5电力系统元件的参数和等值电路,2)归算到10kV侧,1.5电力系统元件的参数和等值电路,等值电路:
把对应归算等级110kV(或10kV)各元件参数标注在图中。
1.5电力系统元件的参数和等值电路,作业5:
简单电力系统接线如下图所示,有关参数标于图中,试求此系统的等值电路(参数均以有名值表示)。
1.6标幺值,一、标幺值,若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为VB,IB,SB,ZB,则相应的标幺值为:
1.6标幺值,2、基准值的选择:
基准值的选取原则:
全系统只选一套;一般选额定值;满足电路的基本关系。
1)除了要求和有名值同单位外,原则上可以是任意值。
2)考虑采用标幺值计算的目的:
a)简化计算;b)便于对结果进行分析比较。
1.6标幺值,1)单相电路中基准值选择:
结论:
只要基准值的选择满足基本电学关系,则在标幺制中,电路中各物理量之间的关系与有名值相同,有关公式可以直接应用。
1.6标幺值,2)三相电路中基准值选择:
结论:
a.在标幺制中,三相电路计算公式与单相电路计算公式完全相同,线电压与相电压的标幺值相同,三相功率与单相功率的标幺值相同。
b.对称三相电路完全可以按单相电路的标幺值进行计算,但各物理量的基准值是不同的。
1.6标幺值,3)三相电路的习惯做法:
只选UB和SB,由此计算ZB、YB和IB。
有名值换算成标幺值:
标幺值结果换算成有名值:
1.6标幺值,二、基准值改变时标幺值的换算,
(2)新基准值下的标幺值:
(1)把标幺阻抗还原成有名值:
例如:
发电机、变压器、电抗器的换算公式:
1.6标幺值,三、多电压等级网络中各参数标幺值计算及其等值电路,1将网络中各元件参数及电压、电流的有名值(实际值)先归算到选定的基本级(UB和SB),然后再除以与基本级(UB和SB)相对应的参数基准值ZB、YB和IB。
网络中各元件参数先不进行归算,按照其所处的电压等级直接计算其有名值(实际值);然后用未经归算的参数有名值(实际值)除以对应电压等级的基准值即可得其标幺值。
先由选定的基本级(UB和SB)归算其他电压等级基准值UBI、UBII、UBIII;利用SB和UBI、UBII、UBIII计算参数基准值ZBI、ZBII、ZBIII;YBI、YBII、YBIII以及IBI、IBII、IBIII;,1.6标幺值,例题15:
某电力系统如图所示:
各元件技术指标在图中已经标示,变压器忽略了电阻和导纳。
试用两种方法准确计算以100MVA为基准功率、110kV为基准电压时,该电力系统中各元件参数的标幺值,并画出标幺值等值电路。
1.6标幺值,解:
方法一:
全部参数归算到110kV侧(例题14),选,方法二:
选定110kV线路为基本级,分别归算10kV级和6kV级电压基准值:
1.6标幺值,线路L-1、L-2:
1.6标幺值,电抗器R:
线路L-1、L-2:
变压器T-2、T-3:
结论:
两种方法下,只要基本级(UB和SB)选择相同,则标幺值结果是相同的;基本级选择不同,所得标幺值结果也不相同。
1.6标幺值,例题1-5标幺值表示的等值电路:
1.6标幺值,3、近似计算法:
选取UBUav,即电压基准值为平均额定电压。
近似计算方法可以简化计算公式和工作量,但其精度是不能保证的,只有在一定情况下可以应用(如短路故障分析计算)。
发电机、变压器的电抗标幺值不需按电压进行归算:
1.6标幺值,例题16:
某电力系统如图所示:
各元件技术指标在图中已经标示。
试用近似计算法计算以100MVA为基准功率、以平均额定电压为基准电压时,该电力系统中各元件参数的标幺值。
1.6标幺值,解:
选,发电机G:
变压器T-1:
变压器T-2、T-3:
电抗器R:
线路L-1、L-2:
1.6标幺值,作业6:
系统接线图如下所示,有关参数已经标在图上,试准确计算以100MVA为基准功率、110kV为基准电压时,该电力系统中各元件参数的标幺值。
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