电力系统稳态分析

前言 1、教材：东南大学 陈珩（第二版） 2、本课程特点、前修课程、后续课程 特点： 前修课程：电路理论、电机学 3、 教学参考书 后续课程：电力系统分析、继电保护、电力系统自动化 3、 教学参考书 4、 考核方式： 笔试（闭卷，120分钟、卷面100分，占70％），平时（主要是上课考勤记录、课堂练习、作业，占20％），实验（10％）

特点 电能不能大量存储； 过渡过程十分短暂； 电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系； 电力系统的地区性特点较强

前言 现代控制理论（作支撑） 微机原理应用（作硬件） 数据库应用（作软件） 来进行计算机控制 数据库应用（作软件） 专业课：《电力系统分析》、《继电保 护原理（微机保护）》、发电厂电气部分、高电压技术等

前言 主要内容 电力系统的基本概念 正常稳态分析 各元件的特性和模型 计算（U、I、P、Q、f） 电力系统稳态分析（一） 潮流计算 电力系统分析 调频 调压 经济运行 运行调整和优化 发电机的电磁暂态分析 电磁暂态分析（故障分析） 对称故障（三相短路） 电力系统暂态分析（二） 不对称短路 静态 正常稳态分析（稳定性分析） 暂态

重点： 三大计算 1、标幺值计算 2、稳态计算：潮流；调频、调压 3、暂态计算：故障；稳定性 前言

第一章 电力系统的基本概念 1－1 电力系统概述 1－2 我国电力工业和电力系统简介 1－3 对电力系统运行的基本要求 1－4 结线方式和电压等级 1－5 课程的主要内容

第一章 电力系统的基本概念 重点及难点： 重点： 1、电力系统的基本概念 2、电力系统的基本要求 3、电能质量 4、结线方式 5、电压等级 1、电能质量 2、电压等级

1－1 电力系统概述 一、电力系统的组成 工业 农业 ～ 商业 生活 发电 ＋ 输电 ＋ 配电 ＋ 用电 电网 电力系统

1－1 电力系统概述 一、电力系统的组成 火电：锅炉－汽轮机－发电机 水电：水库－水轮机－发电机 核电：核反应堆－汽轮机－发电机 1、来源 火电：锅炉－汽轮机－发电机 水电：水库－水轮机－发电机 核电：核反应堆－汽轮机－发电机 其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等

1－1 电力系统概述 一、电力系统的组成 2、基本概念 电力系统——是由发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。 电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。 动力系统——在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。

1－1 电力系统概述 一、电力系统的组成 2、基本概念 总装机容量——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（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 年发电量——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（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。 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，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。

1－1 电力系统概述 一、电力系统的组成 2、基本概念 额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。 最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。

1－1 电力系统概述 二、近代电力系统 电压、输送距离、输送功率；电源的构 成；负荷的构成； 高度自动化； 远距离大容量直流输电

1－2 我国电力工业和电力系统简介 一、我国电力工业概况及今后发展电力工业的方针 二、我国主要电力系统概述 三、我国电力工业的发展前景

1－3电力系统运行应满足的基本要求 特点 电能不能大量储存 暂态过程非常短促 与国民经济及日常生活关系密切 要求 安全 优质 经济 环保

安全：保证可靠的供电 措施 1－3电力系统运行应满足的基本要求 电源与电网的建设（西电东送全国联网） SCADA 安全：保证可靠的供电 措施 电源与电网的建设（西电东送全国联网） SCADA 设备检修（计划检修→状态检修） 人员素质

1－3电力系统运行应满足的基本要求 优质 指标 电压： ≥35kV ±5% ≤10kV ±7% 6 ~ 10kV ≤4% 380V ≤5%（无功功率） 频率： ±0.2（≥3000mw) ~ 0.5Hz(≤3000MW） （有功功率） 谐波：负荷 谐波

负荷（一级 二级 三级） 1－3电力系统运行应满足的基本要求 负荷（一级 二级 三级） 一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。 二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。 三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。

经济 1－3电力系统运行应满足的基本要求 煤耗率（水耗率） EX:一台600MW火电机组，年利用小时6000h，煤耗率320g/kW.h，煤价：300元/吨。 Sol： 年发电量： 600000kW×6000h＝36亿kW.h 需标煤： 36亿kW.h×320g/kW.h＝115.2万吨标煤 燃料费： 115.2万吨×300元/吨＝34560万元 1%节约：燃料： 1.152万吨标煤 燃料费： 345.6万元 厂用电率 网损

1－3电力系统运行应满足的基本要求 环保 火电厂装机＞70％ 煤炭燃烧造成的污染 限制污染物的排放量

无备用结线 1－4 电力系统的结线方式和电压等级 一、结线方式 放射式 干线式 树状 包括单回路放射式、干线式和链式网络 优点：简单、经济、运行方便 缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷

有备用结线 1－4 电力系统的结线方式和电压等级 环行网络 双端供电 包括双回路放射式、干线式和链式网络 优点：供电可靠性和电压质量高 缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 二、电压等级及其适用范围 1、电力系统的额定电压等级 电压等级的选择 U1 I U2 S Z S = √3U2I I ∝（U1－U2）/Z 传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系 S＝Const， l ∝U2 l＝Const， S ∝U2

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 1、电力系统的额定电压等级

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 二、电压等级及其适用范围 说明： 用电设备的容许电压偏移一般为±5%； 沿线路的电压降落一般为10%； 在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 二、电压等级及其适用范围 电力网络中电压分布采取的措施： 取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行； 取线路始端电压为额定电压的105%； 取发电机的额定电压为线路额定电压的105%； 变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 二、电压等级及其适用范围 变压器的电压等级 升压变压器（例如35/121，10.5/242） 一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压UN； 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压即105％UN； 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 二、电压等级及其适用范围 变压器的电压等级 降压变压器（110/38.5，220/38.5） 一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 接地 ？ 接地分类： 为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。 接地分类： 工作接地：为了保证电气设备在正常或发生故障情况下可靠地工作而采取的接地。 保护接地：将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地，以保证工作人员接触时的安全。 （接地保护） 保护接零：在中性点直接接地的低压电力网中，把电气设备的外壳与接地中性线（也称零线）直接连接，以实现对人 身安全的保护作用。 防雷接地：为消除大气过电压对电气设备的威胁，而对过电压保护装置采取的接地措施。 防静电接地：对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 如何实现工作接地 ？ 电力系统的中性点接地方式： 电气设备（电力变压器、电压互感器或发电机）的中性点接地 —— 又称为电力系统中性点接地。 电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。 电力系统的中性点接地方式： 小电流接地： 中性点不接地（中性点绝缘） 中性点经消弧线圈接地 大接地电流： 中性点直接接地 中性点经电阻接地 如何确定电力系统中性点接地方式 ？ 应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 1、中性点直接接地 特点： 适用范围： 负 荷 A B C k(1) Ik(1) 1、中性点直接接地 特点： 供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。故障时：如发生接地故障，则构成 短路回路，接地相电流很大； 为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。 对地电压＝UN，电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。 我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。 适用范围： 我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统 。 380/220V低压系统。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 2、中性点不接地的电力系统 适用范围 正常运行时 UA＋UB＋UC＝0 负 荷 A B C IC a. 电路图 2、中性点不接地的电力系统 正常运行时 UA＋UB＋UC＝0 IA＋IB＋IC＝0 结论： 三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。 UA UB UC IB0 IC0 IA0 b. 矢量图 适用范围 3kV~60kV的电力系统

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 单相金属性接地故障时(A相) 负 荷 UB UA UC 60 UB UA UC 60 -UA UC’ UB’ -UA I’CB I’CC -I’CA ICA ICB ICC IPE 负 荷 A B C UA’ UB’ UC’

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 中性点不接地系统单相接地故障的结论1 ： 故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。 三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。 UB UA UC 60 -UA UC’ UB’ -UA I’CB I’CC -I’CA

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 接地故障电容电流IPE UA I’CB -I’CA UC 60 UB UA UC 60 -UA UC’ UB’ -UA I’CB I’CC -I’CA 接地故障电容电流IPE

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。 中性点不接地系统单相接地故障的结论2 ： 接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。 如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。 如果接地电流大于5A~10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.5~3）U，将危害整个电网的绝缘安全。 如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 3、中性点经消弧线圈接地的电力系统 消弧线圈？ 安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。 单相(C相)金属性接地故障 UA UB UC -UC U’A U’B IL IC ICA ICB 负 荷 A B C IL IC ICC ICB ICA IPE L

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 消弧线圈的作用 负 荷 A B C IL IC ICC ICB ICA IPE L C相发生接地时，中性点电压变为-UC ，在消弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90°），其数值为 IL＝UC / XL＝U / XL 消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。 UA UB UC -UC U’A U’B IL IC ICA ICB

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 消弧线圈的补偿方式 UA UB UC -UC U’A U’B IL IC ICA ICB 消弧线圈的补偿方式 全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。 这种补偿方式并不好，因为当感抗等于容抗时，电力网将发生谐振，产生危险的高电压或过电流，影响系统安全运行。 欠补偿方式：按IL<IC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有未被补偿的电容电流流过。 采用欠补偿方式时，当电力网运行方式改变而切除部分线路时，整个电力网对地电容将减少，有可能发展成为全补偿方式，导致电力网发生谐振，危及系统安全运行；另外，欠补偿方式容易引起铁磁谐振过电压等其它问题，所以很少被采用。 过补偿方式：按IL>IC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。 在过补偿方式下，即使电力网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电力网发生谐振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，今后电力网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消弧线圈还可继续使用。因此，实际上大多采用过补偿方式。

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 消弧线圈容量的选择 有关安装消弧线圈规程

1－4 电力系统的结线方式和电压等级 三、电力系统中性点的运行方式 4、中性点经电阻接地的电力系统 适用范围：配网系统（与中性点经消弧线圈接地、不接地比选） 在我国城市配网系统中： 全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地； 全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性点经消弧线圈接地； 对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。 特点： 降低工频过电压，抑制弧光过电压； 消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压； 设置零序保护动作跳闸； 避免发生高压触电事故； 供电可靠性有保证。

电力工业的发展状况及前景 我国电力系统的发展： 年人均电量： 我国： 1000kW.h 中等发达国家： 7000kW.h

电力工业发展概况及前景 二、电力系统发展前景 1. 电力工业现代化 超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和直流输电技术 1. 电力工业现代化 超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和直流输电技术 2. 电力系统互联的效益与支出 各系统间电负荷的错峰效益 提高供电可靠性、减少系统备用容量 有利于安装单机容量较大的机组 进行电网的经济调度 进行水电跨流域调度 调峰能力互相支援 增加联络线和电网内部加强所需投资以及联络线的运行费用 当系统间联系较弱时，有可能引起调频的复杂性和出现低频振荡 增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备 增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性

电力工业发展概况及前景 3. 电力市场 电力市场是以电价作为控制电力交易的杠杆，进行负荷管理、电力系统运行，在电力生产者、电力消费者和输供电网络管理者之间实行平等、公正的等价交换的系统的总称。 这一改革最早起源于美国（50年代），80年代末英国企业民营化，英国电力改革的成功经验吸引了世界各国的纷纷仿效。改革最成功的要属澳大利亚。 基本特征：开放性 竞争性 计划性 协调性 基本原则：公平 公开 公正

电力工业发展概况及前景 4. IT技术在电力系统中的应用 5. GPS系统在电力系统中的应用 6. 谐波治理