1、電力工程系電力工程系Department of Electrical Engineering電力系統分析基礎電力系統分析基礎Power System Analysis Basis（一）（一） 課程介紹 1.電力專業類專業課程介紹 -傳統上的課程劃分，為選課提供參考電力系統穩態分析電力系統穩態分析正常的、相對靜止的 運行狀態電力系統暫態分析電力系統暫態分析從一種運行狀態向另一種運行狀態的過渡過程 課程介紹電電力力系系統統穩穩態態分分析析電力系統的基本知識和等值網絡電力系統的基本知識和等值網絡電力系統正常運行狀況的分析和計算電力系統正常運行狀況的分析和計算電力系統有功功率電力系統有功功率頻率、無功

2、功率頻率、無功功率電壓的控制與調整電壓的控制與調整 課程介紹電電力力系系統統暫暫態態分分析析波過程波過程操作或雷擊產生的過電壓操作或雷擊產生的過電壓(過程最短過程最短) ) 高壓課程高壓課程 主講主講電磁暫態過程電磁暫態過程與短路及勵磁有關與短路及勵磁有關(過程較長過程較長) )機電暫態過程機電暫態過程與動力系統有關與動力系統有關(過程最長過程最長) )涉及電壓、電流涉及電壓、電流電力系統故障分析電力系統故障分析 主講主講涉及功率、功角涉及功率、功角導致系統振蕩、穩定性破壞、異步運行導致系統振蕩、穩定性破壞、異步運行短路計算短路計算對稱分量法及序網概念對稱分量法及序網概念不對稱故障的分析與計算

3、不對稱故障的分析與計算靜穩靜穩暫穩暫穩 課程介紹發發電電廠廠電電氣氣部部分分電氣主接線電氣主接線賣電的網絡賣電的網絡電器的原理與選擇電器的原理與選擇賣電的工具賣電的工具控制與信號控制與信號二次系統二次系統配電裝置配電裝置電器的組合及布置電器的組合及布置高壓斷路器運行高壓斷路器運行同步發電機的運行同步發電機的運行變壓器的運行變壓器的運行 課程介紹電電力力系系統統繼繼電電保保護護原原理理電流保護電流保護距離保護距離保護高頻保護高頻保護自動重合閘自動重合閘變壓器保護變壓器保護發電機保護發電機保護母線保護母線保護 課程介紹 2.電力工程 非電力類專業選修課程，了解電力系統的入門非電力類專業選修課程，了

4、解電力系統的入門課程，深度不夠、面面俱到課程，深度不夠、面面俱到穩態分析穩態分析故障計算故障計算一、二次系統一、二次系統穩定性穩定性防雷防雷綜合性綜合性基礎性基礎性50學時學時五門電專業課程五門電專業課程三掌握三掌握基本知識基本知識基本計算基本計算基本原理基本原理二目的二目的一般性認識一般性認識業務技術管理業務技術管理 課程介紹主要學習電力系統的基本知識，分七章介紹主要學習電力系統的基本知識，分七章介紹電力系統的組成電力系統的組成發、輸、變、配發、輸、變、配短路電流分析與計算短路電流分析與計算故障分析，三相短路概念故障分析，三相短路概念電氣參數及等值電路電氣參數及等值電路物理元件的數學模型物理

5、元件的數學模型穩態分析與計算穩態分析與計算功率流動、功率流動、潮流計算、有功潮流計算、有功調整、無功調整調整、無功調整發電廠和變電所一次系統發電廠和變電所一次系統接線方式，電氣設備接線方式，電氣設備發電廠和變電所二次系統發電廠和變電所二次系統繼電保護，電網監護繼電保護，電網監護電力系統運行穩定性電力系統運行穩定性靜穩、暫態穩定靜穩、暫態穩定 課程介紹3.電力系統分析基礎 -今年改革后的電力系的平臺課程主要學習電力系統穩態和短路分析知識主要學習電力系統穩態和短路分析知識電力系統的基本概念電力系統的基本概念發、輸、變、配。發、輸、變、配。 8學時學時電力網元件參數及等值電路電力網元件參數及等值電路

6、物理元件的物理元件的 數學模型數學模型 8學時學時簡單電力網穩態分析與計算簡單電力網穩態分析與計算功率流動、功率流動、手工手工潮流計算潮流計算 8學時學時 課程介紹電力系統潮流的計算機算法電力系統潮流的計算機算法 潮流計算的潮流計算的基本原理、數學模型、求解方法和計算程基本原理、數學模型、求解方法和計算程序框圖序框圖 。 8學時學時有功最優分配及頻率控制有功最優分配及頻率控制如何保證低損如何保證低損耗、耗、 高回收高回收 6學時學時無功功率及電壓調整無功功率及電壓調整如何使無功合理分布如何使無功合理分布使電壓損耗最小使電壓損耗最小 6學時學時短路電流分析與計算短路電流分析與計算三相短路及不對稱

7、故三相短路及不對稱故障計算障計算 20學時學時 講課方式1、側重基礎、側重基礎2、物理概念與數學模型相結合、物理概念與數學模型相結合3、補充新概念及專業領域研究成果和方向、補充新概念及專業領域研究成果和方向4、輔助教學手段，錄像、模型、圖片、輔助教學手段，錄像、模型、圖片5、以講為主，自學為輔、以講為主，自學為輔6、聽課自由，前提是有自學能力、聽課自由，前提是有自學能力7、歡迎討論、提意見、歡迎討論、提意見8、板書亂、發音不準希望諒解、板書亂、發音不準希望諒解9、考試不會難為同學們，不要求死記硬背、考試不會難為同學們，不要求死記硬背 參考資料1、電力系統分析基礎電力系統分析基礎 李庚銀、栗然、

8、楊淑英，機械工業出版李庚銀、栗然、楊淑英，機械工業出版2、電力系統分析復習指導與習題精解、電力系統分析復習指導與習題精解 楊淑英楊淑英 中國電力出版社中國電力出版社5、電力系統自動化、電網技術等雜志、電力系統自動化、電網技術等雜志3、電力系統穩態分析電力系統穩態分析 （第二版）（第二版） 東南大學，陳珩，水利電力出版社東南大學，陳珩，水利電力出版社 4、電力系統暫態分析電力系統暫態分析 （第二版）（第二版） 西安交通大學，李光琦，水利電力出版社西安交通大學，李光琦，水利電力出版社第一章 電力系統的基本概念 1.電力系統的概念和組成 2.電能變換和電源構成 3.電力系統的負荷 4.電力系統運行的

9、特點及要求 5.電力系統的電壓等級 6.電力系統的接線及中性點接地第一節第一節 電力系統的概念和組成電力系統由發、輸、變、配組成電力系統由發、輸、變、配組成（生產、輸送、分配、消費（生產、輸送、分配、消費）第一節第一節 電力系統的概念和組成從調度、管理、控制的角度看從調度、管理、控制的角度看第一節第一節 電力系統的概念和組成第一節第一節 電力系統的概念和組成第一節第一節 電力系統的概念和組成從發電到用戶的供電過程第一節第一節 電力系統的概念和組成第一節第一節 電力系統的概念和組成第一節第一節 電力系統的概念和組成我國電網介紹第一節第一節 電力系統的概念和組成我國電網介紹第一節第一節 電力系統的

10、概念和組成 目前我國基本上進入大電網、大電廠、大機組、高電壓輸電、高度自動控制的新時代 。截止2004年底裝機總容量達4.00億千瓦。 我國現有發電裝機容量在20000MW以上的電力系統11個，其中東北、華北、華東、華中電網裝機容量均超30000MW，華東、華中電網甚至超過40000MW，西北電網的裝機容量也達到20000MW。南方電力聯營系統連結廣東、廣西、貴州、云南四省電網，實現了西電東送。其它幾個獨立省網，如四川、山東、福建等電網和裝機容量也超過或接近10000MW。 各電網中500KV（包括330KV）主網架逐步形成和壯大。220KV電網不斷完善和擴充。 從1988年起連續每年新增投產

11、大中型發電機組超過10000MW。 1990年我國第一條從葛洲壩水電站至上海南橋換流站的500KV直流輸電線路實現雙極運行，使華中和華東兩大區電網實現非同期聯網。 第一節第一節 電力系統的概念和組成兩家電網公司是國家電網公司、中國南方電網有限兩家電網公司是國家電網公司、中國南方電網有限責任公司；責任公司；家發電集團公司是中國華能集團公司、中國大唐家發電集團公司是中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司和中國集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司和中國電力投資集團公司；電力投資集團公司；家輔業集團公司是中國電力工程顧問集團公司、家輔業集團公司是中國電力工程顧問

12、集團公司、中國水電工程顧問集團公司、中國水利水電建設集團公司中國水電工程顧問集團公司、中國水利水電建設集團公司和中國葛洲壩集團公司。和中國葛洲壩集團公司。 電力體制改革方案：電力體制改革方案： 1(電監會電監會)+2(電網公司電網公司)+5(發電集團發電集團)+4(輔業集團輔業集團)第一節第一節 電力系統的概念和組成電電 網網 圖圖第一節第一節 電力系統的概念和組成電力系統為什么要互聯并網運行呢？電力系統為什么要互聯并網運行呢？ 1.采用高效率大容量機組減少備用容量 2.合理利用動力資源水、火電互補 3.提高供電可靠性系統越大，抗干擾能力越強 4.提高運行的經濟性裝高效率大容量機組、 合理利用

13、動力資源、合理分配負荷、削峰填谷。第一節第一節 電力系統的概念和組成全國聯網勢在必行全國聯網勢在必行現在現在： 7個跨省電網，個跨省電網，5個獨立省網個獨立省網2015年全國聯網：年全國聯網：以三峽電站為中心，東西南北四方向聯網以三峽電站為中心，東西南北四方向聯網東西以送電和聯網效益并重東西以送電和聯網效益并重南北以獲得聯網效益為主，兼顧送電南北以獲得聯網效益為主，兼顧送電聯網方案：聯網方案：首先建成三峽電網（華東、華中、四川、重慶）首先建成三峽電網（華東、華中、四川、重慶）中部電網：以三峽電站為中心沿長江展開中部電網：以三峽電站為中心沿長江展開北部電網：以華北為中心，與東北、山東聯網，開發北

14、部電網：以華北為中心，與東北、山東聯網，開發 黃河上游拉西瓦等水電站，實現與西北聯網黃河上游拉西瓦等水電站，實現與西北聯網南部電網：紅水河、瀾滄江、烏江流域、貴州煤炭基地南部電網：紅水河、瀾滄江、烏江流域、貴州煤炭基地第一節第一節 電力系統的概念和組成全國聯網勢在必行全國聯網勢在必行北部和中部三縱：北部和中部三縱：西線：西北與川渝以直流方式相聯西線：西北與川渝以直流方式相聯中線：華北與華中以直流背靠背相聯中線：華北與華中以直流背靠背相聯東線：山東與華東以直流背靠背相聯東線：山東與華東以直流背靠背相聯南部和中部：南部和中部：提高水電利用容量，減少棄水提高水電利用容量，減少棄水湖南衡陽到廣東韶關湖

15、南衡陽到廣東韶關500KV交直流輸電交直流輸電三峽到廣東的遠距離直流輸電三峽到廣東的遠距離直流輸電第一節第一節 電力系統的概念和組成近年來停電事故頻發近年來停電事故頻發8.14美加大停電美加大停電8.28倫敦大停電倫敦大停電9.1悉尼和馬來西亞大停電悉尼和馬來西亞大停電9.28意大利大停電意大利大停電近年來面臨嚴重缺電近年來面臨嚴重缺電去年缺電去年缺電3500萬萬KW，今年缺電，今年缺電2500萬萬KW。電力建設滯后。電力建設滯后于電力需求增長，電力供應總量不足，是造成電力供應逐于電力需求增長，電力供應總量不足，是造成電力供應逐步緊張的根本原因。步緊張的根本原因。頻率的抖動會造成次品堆積如山，

16、大停電造成的災難不頻率的抖動會造成次品堆積如山，大停電造成的災難不壓于一次強烈的地震壓于一次強烈的地震事故鏈接事故鏈接缺電原因缺電原因第二節第二節 電能變換和電源構成一、電能變換一、電能變換第二節第二節 電能變換和電源構成二、電源構成及展望二、電源構成及展望 火電火電70%、水電、水電20%、核電、核電10% 燃料電池、太陽光、太陽能（分散型）燃料電池、太陽光、太陽能（分散型）21世紀新能源世紀新能源 熱核反應熱核反應不使用放射性材料的核能，不使用放射性材料的核能，2030年后實用化年后實用化 2050年時，電力供應是現在的年時，電力供應是現在的23倍（倍（15000億億KW.h) 核能約占核

17、能約占54%，燃料電池等分散型電源和電力儲存系，燃料電池等分散型電源和電力儲存系 統約占統約占15%20%第二節第二節 電能變換和電源構成我國的能源結構極不合理我國的能源結構極不合理目前電源配置情況目前電源配置情況20202020年電源配置情況年電源配置情況第二節第二節 電能變換和電源構成二、電源構成及展望二、電源構成及展望第二節第二節 電能變換和電源構成三、火力發電三、火力發電 火電發電火電發電 燃料燃燒燃料燃燒 水水 蒸汽蒸汽 機械能機械能 發電發電 火 電 廠凝汽式效率低（3740%）、容量大，坑口電廠熱電廠效率高（6770%）、容量小，城市區第二節第二節 電能變換和電源構成三、火力發電

18、三、火力發電第二節第二節 電能變換和電源構成三、火力發電三、火力發電第二節第二節 電能變換和電源構成三、火力發電三、火力發電第二節第二節 電能變換和電源構成三、火力發電三、火力發電第二節第二節 電能變換和電源構成四、水力發電四、水力發電水水 沖擊水輪機旋轉沖擊水輪機旋轉 帶動發電機發電帶動發電機發電 水 電 廠堤壩式引水式：河床坡度較大時壩后式：單獨筑壩，廠房在壩后（三門峽）河床式：廠房與壩一起（葛州壩）混合式：兼有堤壩式與引水式抽水蓄能水電廠第二節第二節 電能變換和電源構成四、水力發電四、水力發電第二節第二節 電能變換和電源構成四、水力發電四、水力發電第二節第二節 電能變換和電源構成四、水力

19、發電四、水力發電水 資 源蘊藏量： 6.8億KW可利用量：3.78億KW20世紀末，裝機3.0億KW，水電0.9億KW三 峽水位： 200m流量： 14300m3/s可裝機： 2500萬kw計劃裝機：70*26=1820萬kw，已投980第二節第二節 電能變換和電源構成三 峽 電 站第二節第二節 電能變換和電源構成三 峽 電 站第二節第二節 電能變換和電源構成三 峽 電 站第二節第二節 電能變換和電源構成總投資總投資603.3603.3億元、總工期億元、總工期1212年兩個月、裝機容量年兩個月、裝機容量12601260萬千瓦的萬千瓦的中國第二大水站中國第二大水站溪洛渡水電站，溪洛渡水電站，已于

20、今春正式開工已于今春正式開工 長江上再建兩個三峽工程的計劃已經啟動。將在長江上游長江上再建兩個三峽工程的計劃已經啟動。將在長江上游金沙江河段興建溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘金沙江河段興建溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘4座梯級電座梯級電站。這站。這4座電站的總裝機容量達座電站的總裝機容量達3850萬千瓦，總裝機容量和總萬千瓦，總裝機容量和總發電量都超過兩個三峽工程。發電量都超過兩個三峽工程。已探明的最大水電站在雅魯藏布的墨脫，可裝機已探明的最大水電站在雅魯藏布的墨脫，可裝機4380萬萬KW第二節第二節 電能變換和電源構成五、核電廠五、核電廠核 能用核蒸汽發生系統代替火電廠鍋爐生產蒸汽系統用核蒸

21、汽發生系統代替火電廠鍋爐生產蒸汽系統裂變能裂變能：一定能量的中子撞擊重金屬元素的核（鈾、钚）一定能量的中子撞擊重金屬元素的核（鈾、钚）聚變能聚變能：不同輕元素的原子核進行聚合（氘、氚）不同輕元素的原子核進行聚合（氘、氚）反應堆熱中子反應堆熱中子反應堆：鈾鈾235為燃料，低中子撞擊，目前采用為燃料，低中子撞擊，目前采用快中子反應堆快中子反應堆：鈾鈾238、钚、钚239為燃料，高速、高能中子為燃料，高速、高能中子 撞擊，效率高撞擊，效率高100倍，個別國家使用倍，個別國家使用1kg鈾235相當于2700t煤第二節第二節 電能變換和電源構成按減速劑分輕水堆（輕水堆（86%）壓力堆（壓力堆（PWR）：

22、）：3/4沸水堆（沸水堆（BWR）重水堆重水堆氣體冷卻堆氣體冷卻堆1951年第一座100KW核電站在美國現在全世界有441座，總裝機3.5億kw我國秦山（30+2*60+2*70），大亞灣（2*90萬KW）第二節第二節 電能變換和電源構成2004年7月前701萬kw（9座），即將在浙江三門、廣東陽江，江蘇田灣各建200萬kw，投資500億人民幣2020年我國裝機達88.5億kw,其中核電4000萬kw未來15年計劃修建40座100萬kw核電站核電投資大：1.11.65萬元/kw；火電：4000元/kw建設周期：核電70個月；火電：30個月核電比火電壽命長30年第二節第二節 電能變換和電源構成五

23、、核電廠五、核電廠第二節第二節 電能變換和電源構成五、核電廠五、核電廠第二節第二節 電能變換和電源構成五、核電廠五、核電廠第二節第二節 電能變換和電源構成六、新能源發電和電力儲存六、新能源發電和電力儲存第三節第三節 電力系統的負荷一、負荷類型一、負荷類型負荷負荷用電設備在某時刻從系統中取用的功率用電設備在某時刻從系統中取用的功率負負 荷荷 類類 型型異步電動機異步電動機同步電動機同步電動機各類電爐各類電爐整流設備整流設備電子儀器電子儀器電燈電燈負荷變化是隨機的負荷變化是隨機的規律性用負荷曲線表示規律性用負荷曲線表示第三節第三節 電力系統的負荷二、負荷曲線二、負荷曲線負荷曲線及表示法負荷曲線及表

24、示法日負荷曲線日負荷曲線安排電能生產計劃的基礎安排電能生產計劃的基礎年負荷曲線年負荷曲線安排檢修計劃、裝機計劃的依據安排檢修計劃、裝機計劃的依據第三節第三節 電力系統的負荷1 1、日負荷曲線、日負荷曲線日用電量：日用電量：240PdtW 日平均負荷：日平均負荷：24/24/240PdtWPav負荷率：負荷率： kp=pav/pmax第三節 電力系統的負荷2 2、年負荷曲線、年負荷曲線年用電量：年用電量：iniitPW 1Tmax=W/Pmax第四節 電力系統運行的特點及要求一、運行特點一、運行特點v 電能不能大量儲存電能不能大量儲存v 過渡過程非常迅速（過渡過程非常迅速（30萬萬KM/S）v

25、電力和國民經濟各部門關系密切電力和國民經濟各部門關系密切第四節 電力系統運行的特點及要求二、運行要求二、運行要求最大限度地滿足用戶的用電要求最大限度地滿足用戶的用電要求保證供電的可靠性（保證供電的可靠性（3040倍，分類負荷）倍，分類負荷）保證電能質量（電壓、頻率、波形）保證電能質量（電壓、頻率、波形）提高電力系統的經濟性提高電力系統的經濟性第五節 電力系統的電壓等級一、電力系統標稱電壓和最高電壓一、電力系統標稱電壓和最高電壓標稱電壓標稱電壓經濟電壓：經濟電壓： cosUI3P電壓高，損耗小電壓高，損耗小絕緣水平高，投資大絕緣水平高，投資大制定標準電壓，以便實現互聯制定標準電壓，以便實現互聯最

26、高電壓：最高電壓：正常運行時，系統中出現的電壓最高值正常運行時，系統中出現的電壓最高值二、電氣設備的額定電壓和最高電壓二、電氣設備的額定電壓和最高電壓最高電壓：考慮設備的絕緣性能確定的最高運行電壓值最高電壓：考慮設備的絕緣性能確定的最高運行電壓值額定電壓：電氣設備在此電壓下長期工作，效率和壽命最好額定電壓：電氣設備在此電壓下長期工作，效率和壽命最好第五節 電力系統的電壓等級三、如何確定電氣設備的額定電壓三、如何確定電氣設備的額定電壓= =電網額定電壓電網額定電壓升壓變：升壓變：= =發電機額定電壓發電機額定電壓同一標稱電壓下，不同電氣的額定電壓是不同的同一標稱電壓下，不同電氣的額定電壓是不同的

27、1 1、用電設備允許偏差、用電設備允許偏差%5 2 2、線路首末端允許偏差、線路首末端允許偏差%101.05UN0.95UNU2U1UN3 3、發電機在首端：額定電壓高出接入電網電壓、發電機在首端：額定電壓高出接入電網電壓 5%5%4 4、變壓器、變壓器一次側：用電設備一次側：用電設備降壓變：降壓變：= =電網額定電壓電網額定電壓UN二次側：發電設備二次側：發電設備額定電壓為空載電壓額定電壓為空載電壓內部損耗約內部損耗約5%5%二次電壓高出二次電壓高出10%10%第五節 電力系統的電壓等級三、如何確定電氣設備的額定電壓三、如何確定電氣設備的額定電壓第五節 電力系統的電壓等級四、不同標稱電壓下傳

28、輸距離和傳輸功率范圍四、不同標稱電壓下傳輸距離和傳輸功率范圍第六節 電力系統的接線及中性點接地接線圖（電氣元件連接圖）接線圖（電氣元件連接圖）地理接線圖地理接線圖電氣接線圖電氣接線圖1、地理接線圖（元件的相、地理接線圖（元件的相對地理位置及輸電線路距離）對地理位置及輸電線路距離）一、電力系統接線圖及接線方式一、電力系統接線圖及接線方式第六節電力系統的接線及中性點接地2、電氣接線圖、電氣接線圖無備用：結構簡單、投資少、可靠性差無備用：結構簡單、投資少、可靠性差有備用：每個用戶由兩個或以上電源供電有備用：每個用戶由兩個或以上電源供電第六節電力系統的接線及中性點接地二、電力系統中性點接地方式二、電力

29、系統中性點接地方式中中性性點點接接地地的的影影響響交流輸電用三相，經發電機、變壓器時，用星形聯接交流輸電用三相，經發電機、變壓器時，用星形聯接形成中性點形成中性點短路電流大小短路電流大小絕緣水平絕緣水平供電可靠性供電可靠性接地保護方式接地保護方式對通信的干擾對通信的干擾系統接地方式系統接地方式中中性性點點接接地地方方式式直接接地直接接地大電流系統大電流系統 110kv及以上及以上不直接接地不直接接地小電流系統小電流系統 110kv以下以下小電流系統小電流系統不接地不接地經消弧線圈接地經消弧線圈接地經電阻接地經電阻接地第六節電力系統的接線及中性點接地1 1、中性點直接接地系統一相接地的特點、中性

30、點直接接地系統一相接地的特點故障相電流大故障相電流大故障相及中性點故障相及中性點 對地電壓為零對地電壓為零非故障相對地電非故障相對地電 壓仍為相電壓壓仍為相電壓與故障相相關的與故障相相關的線電壓降為相電壓線電壓降為相電壓第六節電力系統的接線及中性點接地2 2、中性點不接地系統一相接地的特點、中性點不接地系統一相接地的特點故障電流小故障電流小中性點對地電壓中性點對地電壓 升高為相電壓升高為相電壓非故障相對地電非故障相對地電 壓升為線電壓壓升為線電壓三相線電壓仍對稱三相線電壓仍對稱第六節電力系統的接線及中性點接地3 3、中性點經消弧線圈接地系統一相接地的特點、中性點經消弧線圈接地系統一相接地的特點裝設的目的：熄滅接地電流產生的電弧裝設的目的：熄滅接地電流產生的電弧裝設原則裝設原則補償方式補償方式36kv電網：電網：30A10kv電網：電網：20A3566kv電網：電網：10A過補（過補（IpIc），一般采用這種方式），一般采用