电力系统分析

陈丽丹

目录

  • 1 电力系统的基本概念
    • 1.1 电力系统的组成
    • 1.2 电力系统的额定电压和频率
    • 1.3 对电力系统运行的基本要求
    • 1.4 电力系统的接线方式
    • 1.5 本课程的主要内容
  • 2 电力网各元件的等值电路和参数计算
    • 2.1 架空输电线路的参数
      • 2.1.1 电力线路的结构
      • 2.1.2 架空输电线路的参数-阻抗
      • 2.1.3 架空输电线路的参数-导纳
      • 2.1.4 架空输电线路的参数-分裂导线
    • 2.2 架空输电线路的等值电路
    • 2.3 变压器的一相等值电路和参数
      • 2.3.1 变压器的结构及其短路和开路试验
      • 2.3.2 变压器的等值电路和参数计算
      • 2.3.3 三绕组变压器的参数计算
      • 2.3.4 变压器的π型等值电路
    • 2.4 标幺制
      • 2.4.1 标幺制的概念和基准值的选择
      • 2.4.2 不同基准下标幺值间的换算
      • 2.4.3 多级电压网络各元件参数标幺值的计算
  • 3 电力网络的数学模型-节点导纳矩阵
    • 3.1 节点方程及节点导纳矩阵元素的物理意义
    • 3.2 节点导纳矩阵的修改
    • 3.3 节点导纳矩阵的Matlab实现
    • 3.4 第三单元作业习题讲解
  • 4 电力系统的负荷
    • 4.1 负荷的组成及负荷曲线
    • 4.2 负荷特性与负荷模型
    • 4.3 火神山、雷神山供电系统及思考
    • 4.4 负荷分级及供电要求
  • 5 电力传输的基本概念
    • 5.1 网络元件的电压降落
    • 5.2 网络元件的功率损耗
  • 6 电力系统的潮流计算
    • 6.1 开式网络的电压和功率分布计算
      • 6.1.1 已知末端电压和负荷节点功率时的计算方法
      • 6.1.2 已知首端电压和负荷节点功率时的计算方法
      • 6.1.3 并联支路的处理
      • 6.1.4 两级电压的开式电力网计算
      • 6.1.5 复杂开式网络的潮流计算
    • 6.2 简单闭式网络的功率分布计算
    • 6.3 复杂电力系统潮流计算数学模型
    • 6.4 电力系统潮流计算内容复习
  • 7 电力系统的无功功率平衡和电压调整
    • 7.1 电力系统的无功功率平衡
    • 7.2 电压调整的基本概念
    • 7.3 电压调整的措施
    • 7.4 调压措施的应用
  • 8 电力系统的有功功率平衡和频率调整
    • 8.1 频率调整的必要性
    • 8.2 电力系统的频率特性
      • 8.2.1 系统负荷的有功功率-频率静态特性
      • 8.2.2 发电机组的有功功率-频率静态特性
      • 8.2.3 电力系统的有功功率-频率静态特性
    • 8.3 电力系统的频率调整
      • 8.3.1 一次调频
      • 8.3.2 二次调频
      • 8.3.3 互联系统的频率调整
      • 8.3.4 主调频厂的选择
      • 8.3.5 频率调整和电压调整的关系
    • 8.4 有功平衡和系统负荷在各类电厂间的合理分配
  • 9 电力系统的经济运行
    • 9.1 电力网中的能量损耗
    • 9.2 火电厂间有功功率负荷的经济分配
  • 10 期末复习课
    • 10.1 思考题
    • 10.2 计算题
  • 11 潮流计算Matlab/Python程序设计
    • 11.1 前推回代法计算过程介绍
    • 11.2 程序设计任务
    • 11.3 基于牛拉法的潮流计算程序设计
    • 11.4 基于PQ分解的潮流程序设计
    • 11.5 11.4课程上机报告
  • 12 实际电力系统视频集
    • 12.1 百年电力系列
    • 12.2 电力生产系列
    • 12.3 电力传输系列
    • 12.4 电力就业系列
负荷的组成及负荷曲线

本章电子教材:

本节任务:

(1)掌握电力负荷的概念。

(2)了解电力负荷的组成。

(3)掌握最大负荷、最小负荷、平均负荷、负荷率、负荷系数、最大负荷利用小时数的概念和计算式。

本节讲解视频:

本节作业:

电力负荷

电力负荷,又称“用电负荷”。电能用户的用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和,称为用电负荷。 根据电力用户的不同负荷特征,电力负荷可区分为各种工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电负荷等。

概况

电力系统的总负荷就是系统中所有用电设备消耗总功率的总和;将工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率相加,就得电力系统的综合用电负荷;综合用电负荷加网络损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功率,称为电力系统的供电负荷(供电量);供电负荷再加各发电厂本身消耗的功率(即厂用电),就是系统中各发电机应发的功率,称为系统的发电负荷(发电量)。

负荷分类

电力负荷

电力负荷(electricload)使用电能的用电设备消耗的电功率。电力负荷包括异步电动机、同步电动机、各类电弧炉、整流装置、电解装置、制冷制热设备、电子仪器和照明设施等。它们分属于工农业、企业、交通运输、科学研究机构、文化娱乐和人民生活等方面的各种电力用户。

电热负荷

将电能转换成热能的负荷。由于电加热能得到2000℃以上的高温,能进行彻体加热,加热温度易于控制,清洁而无废气及残余物,因而广泛用于冶炼、熔化、热处理、食品加工、纤维制品及油漆干燥等工业领域,也广泛用于民用炊事、取暖、空调等方面。电加热方式主要有电阻加热、电弧加热、感应加热、介质加热、红外线加热及其他特殊加热方法。

电解负荷

用电解化学反应方法进行工业生产所需的负荷。电解水能得到纯氧及氢,氢的最大用途是作为合成氨的原料;电解食盐水是制造氯、氢及碱的重要方法;干式冶炼所得的粗金属纯度较差,经电解后可得到高纯度的金属与贵金属;铝、镁、钠等金属的生产也主要靠电解。所以电解是工业生产的一个不可缺少的方面。 电解工业是耗电量极大的工业。电能消耗的费用占产品成本的很大比重。电解槽本身的能量转换效率较低,往往只有25~50%。因此使用廉价的电能是发展电解工业的关键问题。世界各国的电解工业平均有50%以上是依靠廉价的水力资源发出的电能。因此电解工业的布局也应尽量靠近水力资源,以避免大容量长距离输电,减少输电线路投资。还要尽量利用水力资源的季节性电能,在丰水期多生产,在枯水期少生产甚至停产。

整流负荷

主要指经可控整流器(包括汞弧整流器、大功率晶闸管等)整流以供电力传动等方面应用的大功率负荷。用于直流调压和直流电机传动的斩波控制,交流调压调功,异步电动机定子电压控制,可逆运转切换控制,无换向器电动机及稳压稳频装置等。

分级

可靠性分类

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级,并应符合下列规定:

一、符合下列情况之一时,应为一级负荷:

1.中断供电将造成人身伤亡时。

2.中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如:重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

3.中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如:重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中,当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷,应视为特别重要的负荷。

二、符合下列情况之一时,应为二级负荷:

1.中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如:主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

2.中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如:交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷,以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。

三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

对一级负荷一律应由两个独立电源供电。

二级负荷较重要的电力负荷对该类负荷供电的中断,将造成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。

三级负荷不属于上述一、二级的其他电力负荷,如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。

工作制分类

电力负荷按其工作制可分为三类。

1.连续工作制负荷

连续工作制负荷是指长时间连续工作的用电设备,其特点是负荷比较稳定,连续工作发热使其达到热平衡状态,其温度达到稳定温度,用电设备大都属于这类设备。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。

2.短时工作制负荷

短时工作制负荷是指工作时间短、停歇时间长的用电设备。其运行特点为工作时其温度达不到稳定温度,停歇时其温度降到环境温度,此负荷在用电设备中所占比例很小。如机床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等。

3.反复短时工作制负荷

反复短时工作制负荷是指时而工作、时而停歇、反复运行的设备,其运行特点为工作时温度达不到稳定温度,停歇时也达不到环境温度。如起重机、电梯、电焊机等。

反复短时工作制负荷可用负荷持续率(或暂载率)ε来表示。

负荷曲线

按种类分为有功和无功负荷曲线,按时间长短分为日负荷曲线和年负荷曲线,按描述负荷范围分为用户的、地区的和电力系统的负荷曲线。有功日负荷曲线,表明电力负荷在24小时内随时间的变化的情况,用来确定各发电厂任务以及确定系统运行方式等的重要数据;有功最大负荷曲线是把一年内每月(或每日)的最大负荷抽取出来按年绘成曲线,用来安排发照发电设备的检修计划,为制定发电机组或发电厂的扩建计划提供依据;年持续负荷曲线是按一年中系统负荷的数字大小及其持续小时数而绘制的。

相关慕课学习资源

1.学堂在线-三峡大学《电力系统分析》 ;

2.学银在线-华南理工大学电力学院-武志刚老师《电力系统分析》

3.中国大学MOOC-南京工程学院《电力系统分析》

4.爱课程iCourse-清华大学《电力系统分析》