1、武汉电力职业技术学院 尹传烨tel:13469955326QQ:359441806,电力工程概论,电力统系基本概念 发电厂和变电所的类型 电力系统的电压与电能质量 电力系统中性点运行方式,电网运行和调度知识,一、电力网与电力系统电力系统:是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。,从发电厂到用户的送电过程,电力系统基本概念,用户,升压 变电站,电力输送网络,电力系统的组成,电力系统和电力网示意图,电力系统的基本概念,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而组成的整体。 电 力 网:电力系统中输送和分配电能的部分，包括升、降压变压器和各种电压等级的输电线路。 动力部分:
2、火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等与电能生产相关部分。,通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（635kV）和低压配电线路（380/220V）。,地方电力网：电压为110kV以下的电力网（如35kV、10kV等） 区域电力网：电压为110kV以上的电力网（如220kV） 超高压远距离输电网：电压为330500kV及以上的电力网,电力网：由不同电压等级的输电线路和变压器组成，可分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种类型。,110kV属于地方网还是区域网，要
3、视其在电力系统中的作用而定,二、建立大型电力系统的优点,1可以减少系统的总装机容量。,2可以减少系统的备用容量。,3可以提高供电可靠性。,4可以安装大容量的机组。,5可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。,目前，我国电力系统已形成东北、华北、华东、华中、西北、南方共6个跨省电网，由两大集团分别管理。,华中电网,华东电网,东北电网,华北电网,西北电网,南方电网,川渝电网,2001年5月，华北与东北电网通过500kV（高姜）线路实现了第一个跨大区的交流联网；,2003年9月，500kV辛洹线投运，实现了华北与华中电网的互联； 至此形成了东北、华北、华中（包括川渝）电网构成的交流同步电网。,山
4、东电网,2002年5月，500kV万龙线投运，实现了川渝与华中联网；,2004年，500kV江城直流投运，华中与南方电网联网；,1989年，500kV葛南线投运，实现了华中华东电网的互联；,2005年3月，山东电网联入华北电网；,2005年6月，华中与西北电网通过灵宝背靠背直流联网。,电网发展历程,2. 年发电量：指系统中所有发电机组全年发出电能的总和，以兆瓦时（MW）h计。,3. 最大负荷：指规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值，以兆瓦计。,4. 额定频率：50Hz,5. 电压等级：指系统中电力线路的额定电压，以千伏（kV）计 。,1MWh =103kWh （千度）， 1kWh=1度,三
5、、电力系统的基本参量,1. 总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以兆瓦（MW）。,1MW=103kW （1000千瓦）,四、电力系统的特点,1电能不能大量储存。,2电力系统的过渡过程十分短暂。,3与国民经济各部门的关系密切。,1保证供电的可靠性。,2保证良好的电能质量。,五、对电力系统的基本要求,3为用户提供充足的电能。,4提高电力系统运行的经济性。,一、发电厂的类型,1. 火力发电厂(目前最主要的电源，比例大于75%) 2. 水力发电厂(最重要的电源之一，比例大于10%) 3. 核电厂(最重要的电源之一，比例大于10%) 4. 其它新能源发电太阳能发电风力发电地热发电潮汐发电,发
6、电厂和变电所的类型,变电所：是变换电压和接受分配电能的场所。分为区域变电所、地区变电所和终端变电所等。,配电所：只接受和分配电能，不变换电压。,电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。,2工业企业供电系统,区域变电所：电压等级高，变压器容量大，进出线回路数多，由大电网供电，高压侧电压为330750kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解； 地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电压为110220kV，全所停电后，将使该地区中断供电； 终端变电所：是电网的末端变电所，主要由地区变电所供电，其高压侧为35110kV，全所停电后，将使用户中断供电。,二、变电所的类型,配电所：只接受和
7、分配电能，不变换电压。 工厂供配电系统：由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。,电气设备都是按照指定的电压(频率)来进行设计制造的，这个指定的电压(频率)，称为电气设备的额定电压(额定频率)。为什么需要确定额定电压？ 为了进行成批生产和实现设备的互换 当电气设备在额定电压和频率下运行时，将具有最好的技术性能和经济效果。,电力系统的电压与电能质量,表1-1 我国三相交流电力网和用电设备的额定电压kV,用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。,发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。,一、各电气设备的额定电压之间相互配合的问题
8、,电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有交流3kV、6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、1000KV，直流500KV 、 1000KV等。,图17 供电线路上的电压变化示意图,图1-7为供电线路上的电压变化示意图。,变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。,变压器的额定电压,我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1。,变压器的一次绕组：相当于是用电设备，其额定电压应与电网的额定电压相同。,注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电机的额定电压相同。,当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额
9、定电压高10% 当变压器二次侧供电线路较短时：应比同级电网额定电压高5%,其中5%用于补偿变压器满载供电时一、二次绕组上的电压损失； 另外5%用于补偿线路上的电压损失，用于35kV及以上线路。,可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可，用于10kV及以下线路。,发电机G的额定电压：UNG=1.0510=10.5（kV） 变压器T1的额定电压： U1N=10.5（kV）U2N=1.1110=121（kV） 变压器T1的变比为：10.5/121kV 变压器T2的额定电压：U1N=110（kV）U2N=1.056=6.3（kV） 变压器T2的变比为：110/6.3kV,
10、例1-1 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。,变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，其一次侧的额定电压应与发电机的额定电压相同,变压器T1的二次侧供电距离较长，其额定电压应比线路额定电压高10%,变压器T2的二次侧供电距离较短，可不考虑线路上的电压损失,二、电压等级的选择,220 kV及以上：用于大型电力系统的主干线。 110kV：用于中小型电力系统的主干线。 35kV：用于大型工业企业内部电力网。 10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑用6kV配电。 3kV：仅限于工业企业内部采用 。 380/220V：工业企业内部的低压配电电压。
11、,电力网的额定电压、传输功率和传输距离之间的关系见表1-2,三、电能质量频率、 电压、 谐波,电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差，用占额定电压的百分数来表示,指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。,频率偏差,额定频率：50Hz,允许偏差：正常允许偏差为0.2 Hz，当容量较小时可放宽到0.5 Hz,电压偏差（移）,1. 电能质量的概念,电压波动,电压波动是指电网电压短时、快速的变动，用电压最大值与最小值之差对电网额定电压的百分比表示，即,谐波,是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。,谐波产生的原因：是由于电力系统中存
12、在各种非线性元件。,使变压器和电动机的铁芯损耗增加，引起局部过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命； 使线路的功率损耗和电能损耗增加，并有可能使电力线路出现电压谐振，产生过电压，击穿电气设备的绝缘； 使电容器产生过负荷而影响其使用寿命； 使继电保护及自动装置产生误动作； 使变压器使计算电费用的感应式电能表的计量不准； 对附近的通信线路产生信号干扰，使数据传输失真等。,谐波的危害,三相不平衡,指三相系统中三相电压（或电流）的不平衡程度，用电压（或电流）负序分量有效值与正序分量有效值的百分比来表示，即,使电动机产生一个反向转矩，降低输出转矩，同时的总电流增大，绕组温升增高，加速绝缘老化，缩短使用寿
13、命。 使变压器的容量得不到充分利用。 使整流设备产生更多的高次谐波，进一步影响电能质量。 使作用于负序电流的继电保护装置产生误动和拒动 。,产生三相电压不平衡的原因：三相负荷不对称 。,三相电压不平衡的危害,暂时过电压和瞬态过电压,暂时过电压：包括工频过电压和谐振过电压，其特征为在其持续时间范围内无衰减或弱衰减； 瞬态过电压：包括操作过电压和雷击过电压，其特征为振荡或非振荡衰减，且衰减很快，持续时间只有几毫秒或几十微秒。,过电压的危害：使电力设备故障、影响电力安全运行 。,过电压是指峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压时的工况。,2电能质量控制技术,电能质量的传统控制技术：控制频率偏差、电压
14、偏差、三相电压不平衡以及保证供电的可靠性。 电能质量的现代控制技术,柔性交流输电技术：又称为基于电力电子技术的灵活交流输电系统，通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使电力传输容量更接近线路的热稳定极限。,柔性配电技术：将柔性交流输电系统中的现代电力电子技术及相关的检测和控制设备延伸应用于配电领域。,我国电力系统中性点有三种运行方式：,中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接（或经低电阻）接地,小电流接地系统,大电流接地系统,电力系统中性点运行方式,图 中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图 a）电路图 b）相量图,中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的电路图和相量图
15、a）电路图 b）相量图,消弧线圈,中性点直接接地系统的电力系统示意图,电力网的接线,无备用接线,（a) 放射形 (b) 干线型 (c) 树型,电力网的接线,(a) 放射型 (b) 干线型 (c) 链型 (d) 环型供电网 (e) 多电源供电网,有备用接线,电力网的接线,几种常用的有备用网络,(a) 单电源环网 (b)双电源环网 (c) 两端供电网,电力网的接线,按供电可靠性分按职能分,输电网络的电压等级与系统规模(容量和供电范围)的对应关系,有功功率平衡与频率的关系 系统频率的变化由作用于发电机转轴上的不平衡转矩所引起 频率偏移范围：50(0.20.5)HZ 低频运行的危害 影响用户的工作和产
16、品质量，影响发电厂的安全运行，影响汽轮机叶片寿命，影响系统的经济运行。电力系统有功平衡与备用,有功功率平衡和频率调整,发电机组的频率特性,一次调整因负荷变化引起发电机转速和频率的变化，由此而进行自动调节频率的过程，称为一次调整。二次调整通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。,离心飞摆式调速系统示意图,无功功率平衡和电压调整,电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。,电力系统无功功率平衡的基本要
17、求：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。 电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机（相当于空载运行的同步电动机）、静电电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿装置。,无功功率平衡,故障:一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障 简单故障:电力系统中的单一故障 复杂故障:同时发生两个或两个以上故障 短路:指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况,短路的基本概念,各种短路的示意图和代表符号,一、短路的类型,元件损坏：绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。 气象条件恶化：雷击造
18、成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。 违规操作：如运行人带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。 其他原因：挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。,二、短路的主要原因,(1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。 (2)电压大幅度下降，对用户影响很大。 (3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电。这是短路最严重的后果。 (4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会
19、在相邻的通讯线路感应出电动势,影响通讯。,三、短路的危害,四、计算短路电流的目的,是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据； 是电力系统继电保护设计和整定的基础； 是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据； 是进行电力系统稳定计算，研究短路对用户工作的影响的需要。,同步运行状态：所有并联运行的同步电机都有相同的电角速度。是电力系统正常运行的一个重要标志。在这种运行状态下，表征运行状态的参数具有接近于不变的数值，通常称为稳定运行状态。电力系统稳定性问题：系统在某一正常运行状态下受到扰动后能否恢复到原来的运行状态或过渡到新的稳定运行状态的问题。,电力系统稳定性的基本概念,同
20、步稳定性问题：电力系统在运行中受到微小的或大的扰动之后能否继续保持系统中同步电机间同步运行的问题。这种稳定性是根据功角的变化规律来判断的，因而又称功角稳定性。电压稳定性问题：电力系统在某些情况下会出现不可逆转的电压持续下降或电压长期滞留在安全运行所不能容许的低水平上而不能恢复。,电力系统稳定性是电力系统的属性，是电力系统中各同步发电机在受到扰后保持或恢复同步运行的能力 。,提高电力系统静态稳定的措施,主要是提高输送功率的极限（1）提高发电机电势Eq（2）提高系统电压V（3）减小电抗X,提高电力系统静态稳定的措施,1.采用自动励磁调节装置； 2.提高运行电压水平:中间同步补偿、静止无功补偿、合理
21、选择变压器分接头等。 3.减小输电线路的电抗 （1）采用串联电容补偿 （2）采用分裂导线 （3）提高输电线路的电压等级 4.减小发电机和变压器电抗； 5.改善系统结构：使电气联系更加紧密，减小系统电抗。,提高电力系统暂态稳定性的措施,快速切除故障 2.采用自动重合闸 3.发电机快速强行励磁 4.发电机电气制动 5.变压器中性点经小电阻接地 6.快速关闭汽门 7.切发电机和切负荷 8.设置中间开关站 9 .输电线路强行串联补偿,复杂电力系统的潮流计算,潮流分布电力系统带负荷正常运行时,便有电流和与之相对应的功率从电源通过系统各元件流入负荷,分布于电网各处。在电力系统中，通常把功率和电压的分布称为
22、潮流分布。 潮流计算的任务根据给定的网络接线和其他已知条件，计算网络中的功率分布、功率损耗和未知的节点电压。,潮流计算的目的和方法,潮流计算的目的： 规划设计中接线方式、电气设备的选择 系统运行运行方式、检修计划、电压调整方式 继电保护、自动操作 设计与整定,潮流计算方法,潮流计算的数学模型,节点分类,PQ节点P、Q 给定，节点电压(V,)待求。 系统中的 大多数发电机母线以及绝大多数变电站母线。 PV节点P、V 给定,Q、待求。又称电压控制节点，一般选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电站。 平衡节点V、已知， P、Q 待求。又称平衡节点，一般选择容量较大的发电厂作为平衡节点。,每条母线有6个基本变量：,4个基本变量：,复杂系统潮流计算的方法,牛顿拉夫逊法潮流计算 P-Q分解法潮流计算,
