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电力系统分析课件课程简介与目标课程简介课程目标本课程系统介绍电力系统的基本理论、分析方法和工程实践内容涵盖电力网络模型、潮流计算、短路故障分析、稳定性分析、控制与保护等方面通过理论学习与案例分析相结合的方式,培养学生分析和解决实际电力系统问题的能力电力系统的基本概念电力系统的定义电力系统的主要功能12电力系统是由发电、输电、变电力系统的主要功能包括电能的电、配电和用电等环节组成的整生产、传输、分配和使用发电体,旨在将电能从发电厂输送到环节负责将各种能源转化为电用户,满足社会生产和生活用电能,输电环节负责将电能从发电的需求电力系统是一个复杂的厂输送到负荷中心,配电环节负动态系统,需要进行精确的分析责将电能分配到用户,用电环节和控制负责将电能转化为各种形式的能量电力系统的特点电力系统的组成发电厂发电厂是电力系统的电源,负责将各种能源(如煤炭、天然气、水能、核能等)转化为电能不同类型的发电厂具有不同的特点和适用范围例如,火电厂运行成本较高,但可靠性较好;水电厂运行成本较低,但受水资源限制输电线路输电线路是电力系统的骨干,负责将电能从发电厂输送到负荷中心输电线路通常采用高压输电,以减少线路损耗输电线路的设计和运行需要考虑多种因素,如线路绝缘、导线截面、线路路径等变电站变电站是电力系统的枢纽,负责将电能的电压进行升降,以适应不同电压等级的输电线路和配电线路变电站还具有分配电能、进行电力系统保护和控制等功能变电站的类型包括升压变电站、降压变电站和开关站等配电线路配电线路是电力系统的末端,负责将电能分配到用户配电线路通常采用低压配电,以保证用户的用电安全配电线路的设计和运行需要考虑多种因素,如负荷密度、电压降落、线路损耗等电力系统的运行方式正常运行方式事故运行方式检修运行方式在正常运行方式下,在事故运行方式下,在检修运行方式下,电力系统能够满足用电力系统发生设备故电力系统对部分设备户的用电需求,并且障或运行异常,导致进行检修维护,以提电压、频率等参数在部分用户停电或电高设备的可靠性和使允许范围内电力系压、频率等参数超出用寿命电力系统运统运行人员需要密切允许范围电力系统行人员需要合理安排监测系统的运行状运行人员需要迅速采检修计划,保证检修态,及时调整运行方取措施,隔离故障设期间用户的用电需求式,以保证系统的安备,恢复系统正常运不受影响全稳定运行行电力系统的分析方法潮流计算1潮流计算是电力系统分析的基础,用于计算电力系统中各节点的电压、电流和功率分布潮流计算可以为电力系统规划、运行和控制短路故障分析提供重要依据常用的潮流计算方法包括牛顿拉夫逊法、高斯赛--2德尔法等短路故障分析用于计算电力系统中发生短路故障时的电流分布短路故障分析可以为电力系统保护的整定提供重要依据常用的短路故障分析方法包括对称分量法、序网络法等稳定性分析3稳定性分析用于评估电力系统在受到扰动后能否恢复到稳定运行状态稳定性分析可以为电力系统安全稳定运行提供重要保障稳定性分析包括静态稳定分析和暂态稳定分析等电力网络图及参数电力网络图电力网络图是描述电力系统拓扑结构的图形化表示电力网络图包括节点、支路和变压器等元件节点表示电力系统中的母线或连接点,支路表示电力系统中的输电线路或电缆,变压器表示电力系统中的变压器设备电力系统参数电力系统参数是描述电力系统元件电气特性的数值电力系统参数包括线路阻抗、变压器变比、发电机参数等线路阻抗包括电阻和电抗,变压器变比表示变压器原边和副边的电压比,发电机参数包括额定容量、额定电压等参数的重要性电力系统参数是进行电力系统分析的基础准确的电力系统参数可以保证潮流计算、短路故障分析和稳定性分析的精度电力系统参数的获取可以通过实测或估算等方法节点导纳矩阵的建立建立方法节点导纳矩阵的建立可以采用直接法或间接法直接法是根据电力网络图2直接写出节点导纳矩阵的元素值间节点导纳矩阵接法是通过建立支路导纳矩阵,然后节点导纳矩阵是描述电力系统节点进行矩阵变换得到节点导纳矩阵1之间相互关系的矩阵节点导纳矩阵的元素表示节点之间的导纳值应用节点导纳矩阵是进行潮流计算的重节点导纳矩阵在潮流计算中具有重要要工具应用通过节点导纳矩阵,可以建立3潮流计算的方程组,然后采用迭代法求解方程组,得到电力系统中各节点的电压和功率分布阻抗矩阵的建立简化计算1简化故障分析计算矩阵求逆2导纳矩阵求逆获得描述网络3描述节点间阻抗关系潮流计算的基本原理功率平衡1节点注入功率等于流出功率方程建立2基于节点电压和网络参数迭代求解3获得电压、电流分布牛顿拉夫逊法潮流计算-牛顿拉夫逊法是一种常用的潮流计算方法,具有收敛速度快、精度高等优点该方法通过迭代求解非线性方程组,得到电力系统中各节点的电压和功率分布雅可比矩阵-的形成和修正方程的求解是该方法的主要计算步骤高斯赛德尔法潮流计算-迭代计算收敛判断简单易懂逐个节点迭代更新电压电压变化小于设定值适用于小型电力系统直流潮流计算简介基本假设计算简化应用场景忽略线路电阻,电压幅值近似为线性方程组,计算速度快电力市场分析,静态安全评估1短路故障分析概述故障类型分析目的12三相短路、单相接地、两相计算短路电流,校验保护设短路、两相接地备重要性3保障电力系统安全稳定运行对称故障分析对称故障计算简化应用广泛三相短路,系统仍对称单相等值电路分析校验断路器开断能力三相短路电流的计算标幺值计算等值阻抗公式计算简化计算过程,统一计算短路点等值阻抗短路电流电压=/基准阻抗非对称故障分析非对称故障1单相接地、两相短路、两相接地序分量法2正序、负序、零序网络网络连接3根据故障类型连接序网络单相接地短路分析接地故障一相接地,零序电流大序网络连接正序、负序、零序网络串联保护配置零序电流保护,灵敏可靠两相短路分析序网络连接2正序、负序网络串联短路类型1两相直接短路,无接地电流计算计算各序电流和相电流3两相接地短路分析复杂故障1两相短路且接地网络连接2序网络并联后串联保护挑战3保护配置需综合考虑序分量法的应用简化计算1解耦不对称系统故障分析2计算各种故障电流保护整定3继电保护灵敏可靠电力系统稳定性分析概述静态稳定暂态稳定电压稳定电力系统稳定性是指电力系统在受到扰动后,能够恢复到稳定运行状态的能力电力系统稳定性分析是电力系统安全稳定运行的重要保障稳定性分析包括静态稳定分析、暂态稳定分析和电压稳定分析等静态稳定分析小扰动稳定功率极限提高稳定系统受到微小扰动后的稳定性确定系统安全运行的功率极限加强励磁、调整网络结构暂态稳定分析大扰动稳定时域仿真控制策略系统受到较大扰动后的稳定性采用时域仿真方法进行分析快速切除故障、发电机甩负荷电力系统控制概述频率控制电压控制12维持系统频率稳定维持系统电压在合理范围无功功率控制3平衡系统无功功率频率控制一次调频二次调频发电机自动调节出力控制中心调节,恢复频率三次调频经济调度,优化运行电压控制变压器调压电容器投切发电机励磁调节变压器分接头补偿无功功率调节发电机励磁电压无功功率控制无功平衡1维持系统电压稳定减少损耗2降低线路损耗提高效率3提高系统运行效率电力系统保护概述保护原则选择性、速动性、灵敏性、可靠性保护类型过电流保护、距离保护、差动保护保护作用快速切除故障,保障安全过电流保护整定容易2易于实现原理简单1基于电流大小动作应用广泛线路、变压器保护3距离保护测量阻抗1反应距离2分段保护3差动保护快速动作1灵敏可靠2区内故障3电力系统继电保护整定电力系统继电保护整定是继电保护装置投入运行前的重要环节合理的继电保护整定能够保证继电保护装置在发生故障时快速、准确地动作,切除故障,保护电力系统设备和人身安全继电保护整定需要考虑多种因素,如电力系统运行方式、故障类型、保护范围等电力系统可靠性分析保证供电降低风险经济运行可靠性指标SAIFI SAIDIASAI系统平均停电频率系统平均停电时间平均供电可用率可靠性计算方法状态枚举法蒙特卡洛模拟12解析法3电力市场简介市场主体交易模式发电企业、售电企业、用户集中竞价、双边协商市场机制价格发现、资源优化配置电力市场交易日前市场实时市场中长期合同电力市场运行市场调度1结算2监管3智能电网概述概念特点优势智能电网技术通信21先进传感控制3智能电网应用需求响应1智能用电2分布式发电3电力系统规划负荷预测1电源规划2电网规划3电力负荷预测电力负荷预测是电力系统规划的基础准确的电力负荷预测可以为电力系统电源规划和电网规划提供重要依据电力负荷预测需要考虑多种因素,如经济发展水平、人口数量、气象条件等电源规划类型选择容量确定位置选择电网规划网络结构电压等级设备选择分布式发电定义类型优势123微电网定义控制保护新能源接入风电接入光伏接入储能接入电能质量分析电压波动1谐波2频率偏差3谐波治理谐波源治理方法治理效果电力系统自动化监控21数据采集控制3系统SCADA数据采集1远程控制2实时监控3系统EMS优化调度1安全分析2经济运行3电力系统仿真软件介绍MATLAB PSASPPSS/E电力系统仿真软件是进行电力系统分析的重要工具常用的电力系统仿真软件包括电力系统工具箱、和等这些软件具有强大的计算和仿真功能,MATLAB PSASPPSS/E可以用于进行潮流计算、短路故障分析、稳定性分析和电力系统控制等方面的研究电力系统工具箱MATLAB功能强大易于使用模型丰富介绍PSASP中国电科院功能全面广泛应用课程总结与展望课程总结未来展望研究方向123习题与案例分析潮流计算短路故障分析稳定性分析参考文献以下是一些电力系统分析相关的参考文献,供您深入学习和研究•《电力系统分析》(第版),著5Paul M.Anderson•《电力系统稳定与控制》,著P.Kundur•《现代电力系统分析》,和著I.J.Nagrath D.P.Kothari•《电力系统继电保护原理与应用》,著J.Lewis Blackburn。
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