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电力系统分析基础电力系统分析基础 1.传统的课程划分 电力系统稳态分析电力系统稳态分析正常的、相对静止的正常的、相对静止的 运行状态运行状态 电力系统暂态分析电力系统暂态分析从一种运行状态向另从一种运行状态向另 一种运行状态的过渡过程一种运行状态的过渡过程 课程介绍课程介绍 电电力力系系统统稳稳态态分分析析 电力系统的基本知识和等值网络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电力系统正常运行状况的分析和计算 电力系统有功功率电力系统有功功率频率、无功功率频率、无功功率 电压的控制与调整电压的控制与调整 课程介绍课程介绍 电电力力系系统统暂暂态态分分析析 波过程波过程操作或雷击时的过电压操作或雷击时的过电压（过程最短）（过程最短）电磁暂态过程电磁暂态过程与短路及励磁有关与短路及励磁有关(过程较短过程较短)机电暂态过程机电暂态过程与动力系统有关与动力系统有关(过程较长过程较长)涉及电压、电流涉及电压、电流 涉及功率、功角涉及功率、功角导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行导致系统振荡、稳定性破坏、异步运行 短路计算短路计算 对称分量法及序网概念对称分量法及序网概念 不对称故障的分析与计算不对称故障的分析与计算 静稳静稳 暂稳暂稳 课程介绍课程介绍 高电压技术高电压技术 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念 1、电力系统的概念和组成电力系统的概念和组成 2、对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求 3、电力系统的电压等级电力系统的电压等级 4、电力系统的接线方式电力系统的接线方式 1.1 1.1 电力系统的基本概念 一、基本概念一、基本概念 发电发电 用电用电 输电输电 变电变电 配电配电 电力系统：生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体。电力系统：生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体。电力生产的主要环节电力生产的主要环节 发电厂发电厂 升压站升压站 输电网输电网 降压站降压站 配电网配电网 用户用户 电力生产过程：发电电力生产过程：发电+输电输电 +配电配电 +变电变电 +用电用电 （一）电力系统中的发电厂（一）电力系统中的发电厂 火力发电厂火力发电厂 水力发电厂水力发电厂 风力发电厂风力发电厂 光伏电站光伏电站 其他能源发电厂其他能源发电厂 1、火力发电、火力发电 火力发电是利用煤、石油、天燃气或其它燃料燃烧所产生的火力发电是利用煤、石油、天燃气或其它燃料燃烧所产生的热能热能,在锅炉中将水变成高温高压蒸汽在锅炉中将水变成高温高压蒸汽,推动汽轮机转动推动汽轮机转动,带动带动发电机发电。化学能发电机发电。化学能热能热能机械能机械能电能电能 2、水力发电、水力发电 水力发电厂水力发电厂是是利用水流的动能和势能来生产电能。水驱动水利用水流的动能和势能来生产电能。水驱动水轮机转动，与水轮机直接相连的发电机将机械能转换成电能。轮机转动，与水轮机直接相连的发电机将机械能转换成电能。水能水能机械能机械能电能电能 3、风力及光伏发电、风力及光伏发电 风力发电是利用风力带动风机叶片旋转，来促使发电机发电，风力发电是利用风力带动风机叶片旋转，来促使发电机发电，是风能转化为电能的一种方式。是风能转化为电能的一种方式。光伏发电是利用光伏电池板将太阳光辐射能量直接转化为电光伏发电是利用光伏电池板将太阳光辐射能量直接转化为电能的直接发电形式。能的直接发电形式。从调度、管理、控制的角度看从调度、管理、控制的角度看 电电 网网 图图 黑虚筐内为输电网黑虚筐内为输电网 红虚筐内为配电网红虚筐内为配电网 HVDCHVDC的主要的主要元件和基本原理元件和基本原理 1、主要元件、主要元件 T T T Xd T F T Qc T L T DL T 基本原理 交流母线 交流系统 I 无功补偿设备 交 流滤波器 直流线路 Vd I 换流站I 平波电抗器 直 流滤波器 桥I 交流母线 换 流变压器 断路器 桥II 图 HVDC原理图 换流站II 交流系统 I I 无功补偿设备 交 流滤波器 换 流变压器 Vd II 从交流系统向交流系统输电时，换流站把交流系统送来的三相交流功率变换成直流功率。通过直流输电线路把直流功率输送到换流站，再由换流站将直流功率转换成交流功率，送入交流系统。这个过程称作HVDC。此时换流站为整流站，换流站为逆变站。2、HVDC的基本原理的基本原理 HVDC的优点：的优点：(1)线路造价低、损耗少；线路造价低、损耗少；(2)不存在稳定不存在稳定问题（没有电抗）；问题（没有电抗）；(3)可以实现交流系统非同步联网；可以实现交流系统非同步联网；(4)调节速度快，运行可靠；调节速度快，运行可靠；(5)限制短路电流；限制短路电流；(6)可方便可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益 HVDC的缺点：的缺点：(1)换流站造价高；换流站造价高；(2)换流器消耗的无功换流器消耗的无功多；多；(3)产生大量的谐波；产生大量的谐波；(4)换流装置几乎没有过载能力；换流装置几乎没有过载能力；(5)缺乏高压直流开关；缺乏高压直流开关；(6)直流输电利用大地（或海水）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来的一些技术问题；为回路而带来的一些技术问题；(7)直流输电线路难于引直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。HVDC应用场合：应用场合：(1)远距离大容量输电（等价距离）；远距离大容量输电（等价距离）；(2)非同步联网；非同步联网；(3)海底电缆送电；海底电缆送电；(4)用地下电缆向大城用地下电缆向大城市供电；市供电；(5)交流系统互联或配电网增容时，作为限制短交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；路电流的措施之一；(6)配合新能源的输电。配合新能源的输电。(1)输送相同功率时，线路造价低：输送相同功率时，线路造价低：交流输电架空线路通常采用交流输电架空线路通常采用3根导线，而直流只需根导线，而直流只需1根根(单极单极)或或2根根(双极双极)导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。大量的运输、安装费。(2)线路有功损耗小：线路有功损耗小：由于直流架空线路仅使用由于直流架空线路仅使用1根或根或2根导线，所以有功损耗较小，根导线，所以有功损耗较小，并且具有并且具有空间电荷空间电荷效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。线路要小。(3)适宜于海下输电：适宜于海下输电：在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高比在交流下约高3倍。倍。2根心线的直流电缆线路输送的功率根心线的直流电缆线路输送的功率Pd比比3根心根心线的交流电缆线路输送的功率线的交流电缆线路输送的功率Pa大得多。大得多。运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线的运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。(4)系统的稳定性问题：系统的稳定性问题：在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制。电距离的限制。(5)能限制系统的短路电流：能限制系统的短路电流：用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的遮断容量使短路电流增大，有可能超过原有断路器的遮断容量(断路器的额定断路器的额定开断电流与额定电压乘积的根号三倍开断电流与额定电压乘积的根号三倍)，这就要求更换大量设备，增，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。(6)调节速度快，运行可靠：调节速度快，运行可靠：直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。实现潮流翻转。如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。电力系统的组成电力系统的组成 （1 1）电力系统：）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。（2 2）电力网：）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。电力系统中输送与分配电能的部分。（3 3）动力系统：）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。动力部分与电力系统组成的整体。几个基本参量几个基本参量 (1)总装机容量总装机容量:指该系统中实际安装的发电机组额指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（定有功功率的总和，以千瓦（KWKW）、兆瓦（）、兆瓦（MWMW）、）、吉瓦（吉瓦（GWGW）为单位计）为单位计。1.1 1.1 电力系统的基本概念 1.1 1.1 电力系统的基本概念 年发电量年发电量指该系统中所有发电机组全年实指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（际发出电能的总和，以千瓦时（kWhkWh）、兆瓦时）、兆瓦时（MWhMWh）、吉瓦时（）、吉瓦时（GWhGWh）为单位计。）为单位计。最大负荷最大负荷指规定时间内，电力系统总有功指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（功率负荷的最大值，以千瓦（kWkW）、兆瓦）、兆瓦（MWMW）、吉瓦（）、吉瓦（GWGW）为单位计。）为单位计。最高电压等级最高电压等级是指该系统中最高的电压等是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。级电力线路的额定电压。1.1 电力系统的基本概念 二、电力工业的发展史二、电力工业的发展史 1 1、高压输电的出现与电压等级的提高、高压输电的出现与电压等级的提高 18311831年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打年，法拉第发现电磁感应定律，为发电机的发明打下了基础下了基础 18821882年，爱迪生小型电力系统（年，爱迪生小型电力系统（pearl street power station），），6 6台直流发电机，台直流发电机，16km16km，5959个用户，电压：直个用户，电压：直流流110V110V。18851885年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础年，制成变压器，为实现交流输电奠定了基础 18901890年，英国从年，英国从DeptfordDeptford到伦敦到伦敦11km11km的的10kV10kV线路（第一线路（第一条高压交流电力线路）条高压交流电力线路）18911891年，德国从年，德国从LauffenLauffen到法兰克福到法兰克福170km170km的的15kV15kV线路线路（第一条三相交流输电线路）（第一条三相交流输电线路）1.1 电力系统的基本概念 远距离大容量输电是提高输电电压的动力。远距离大容量输电是提高输电电压的动力。2 2、特高压（特高压（1000kV1000kV及以上）输电的出现与展望及以上）输电的出现与展望 习惯上，习惯上，110110220kV220kV为高压，为高压，330330750kV750kV为超高压，为超高压，1000kV1000kV及以上为特高压。及以上为特高压。2020世纪世纪6060年代国际上开始特