导图社区 电力系统的基本概念
北京交通大学慕课郝亮亮老师的上课笔记,北交考研复试,电力系统分析学习。电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能,再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能,电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统,对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度,以保证用户获得安全、优质的电能。
编辑于2021-04-03 16:09:07北交电气复试、北京交通大学电力系统分析慕课笔记。本课程是电气工程及其自动化专业专业本科必修课程,专业主干课程。本课程的目标是要求学生掌握电力系统稳态分析、电磁暂态分析及稳定性分析的基本概念、基本模型和基本计算方法,为后续的电力系统系列课程的学习和今后从事电力系统的相关工作打下坚实的基础。本课程通过课堂讲授、课外自学、作业及专题研究等各个环节,旨在激发学生学习电力系统的兴趣,培养学生提出问题、分析问题、解决问题、归纳总结和论文发表等多种能力。
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北交电气复试、北京交通大学电力系统分析慕课笔记。本课程是电气工程及其自动化专业专业本科必修课程,专业主干课程。本课程的目标是要求学生掌握电力系统稳态分析、电磁暂态分析及稳定性分析的基本概念、基本模型和基本计算方法,为后续的电力系统系列课程的学习和今后从事电力系统的相关工作打下坚实的基础。本课程通过课堂讲授、课外自学、作业及专题研究等各个环节,旨在激发学生学习电力系统的兴趣,培养学生提出问题、分析问题、解决问题、归纳总结和论文发表等多种能力。
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绪论

问题
什么是电力系统?
电力系统的组成、特点及基本要求是什么?
电力系统的额定参数有哪些?如何确定?
电力系统的接线有哪些方式?如何表示?
电力系统分析都讲什么内容?如何考核?
能源的形式有很多种为什么电能得到偏爱?
洁净
方便:形式转化容易
基础:电气化是实现机械化、自动化的基础
节能:能耗小,转化效率高
为什么远距离大容量输电要采用高压?
S=UI,容量一定,电压越大,电流越小,损耗与电流的平方成反比,故电压越大,损耗越小;其次,电压损耗与电压成反比,电压等级越大,电影损耗越小。
不同电压等级与输送容量和输送距离是存在一定关系的:电压等级越大,输送容量也越大,可供输送的距离也越远。

电力系统的基本概念
电力系统的组成
组成图

子主题
直流输电系统
图

为什么需要直流输电系统?
直流输电具备点对点、超远距离、大容量送电的能力
直流输电损耗小能够节约输电走廊、实现快速控制
电力系统的定义
系统
由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的,具有特定功能的有机整体,而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。
电力系统
发电机、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成的电气上相互连接的整体,称为电力系统。它包括了生产、输送、分配和消费的全过程。
电力系统为一次系统
需要二次系统对其检测控制和保护以保证其安全可靠经济运行
电力系统的运行特点及基本要求
特点
电力不能大量存储,发、输、配、用同时完成
暂态过程短促,电能传输以光速进行
与生活相关
要求
保证供电可靠:负荷要分级
保证电能质量良好
电压
35KV±5% 10KV±7%
频率
±0.2HZ~±0.5HZ,容量越大要求频率偏差越小
波形
三相电压不平衡度、谐波含量、波动和闪变
经济性
节能环保
为什么电力系统要互联?
减小系统总的装机容量
减小备用容量,设备同时故障概率小,可合理安排检修
提升供电可靠性和电能质量,实现互联互济
充分发挥各大区域资源特性,丰水期可停火电机组
可以安装大机组,提升效率
电力调度
调度方法:日前调度,逐级调度
传统的电力系统:一组可控变量控制一组随机变量
发电测输出功率稳定且可控,用电测负荷随机性大
未来电力系统:两组随机变量的平衡问题
高渗透的可再生能源发电随机、不可控、难预测
电力系统的额定参数
额定电压
为什么需要确定额定电压?
标准化:避免电压等级数量无限制扩大,导致互联困难
最佳的技术性能和经济性能
交流电力系统的电压等级
1KV以下:220V、380V
1KV以上:3KV、6KV、10KV、35KV、66KV(东北电网)、110KV、220KV、350KV、750KV(西北电网)、1000KV
需要确定哪些设备的额定电压?
线路
发电机
变压器
确定额定电压的原则
受电设备允许电压偏移±5%
线路允许电压降落10%
如何确定设备的额定电压
图

G:发电机 T1、2:升降压变压器 L:架空输电线 UN:各部分电压等级
T1一次侧为受电设备,电压允许偏移±5%,故发电机G的额定电压为1.05Un1
T1一次侧为受电侧,相当于用电设备,额定电压与其连接的设备的额定电压相同,故T1一次侧额定电压也为1.05Un1
T1的二次侧相当于电源,二次侧的额定电压为空载时的额定电压,故只考虑L的线路允许降落10%,故二次侧的额定电压为1.1Un2
T2的一次侧为受电侧,相当于用电设备,额定电压与其连接的设备的额定电压相同,故T2一次侧额定电压为Un2
T2的二次侧相当于电源,二次侧的额定电压为空载时的额定电压,故只考虑线路允许降落10%,故二次侧的额定电压为1.1Un3
变压器分接头

为了适应电力系统运行调节的需要
额定变比:当变压器运行于主抽头时,高压侧额定电压与低压侧额定电压之比
为什么双绕组变压器抽头一般都在高压侧?
高压侧绕组匝数多,调压范围广,精度准
高压侧电流小
额定电流
一定周围介质计算温度下,电气设备所允许长期通过的最大电流值
额定电流下绝缘部分和载流部分的最大发热温度不应超过长期工作允许发热温度
额定容量
一定周围介质计算温度下,电气设备所允许长期工作的最大功率
对于发电机、变压器等额定功率是指所能带负载的能力,对于电动机是指消耗的电功率
为什么发电机和电动机用KW,而变压器用KVA?
因为发电机和电动机的无功功率很小,主要是指有功功率KW;而变压器要考虑无功功率,故其单位用的是实在功率KVA
额定频率
电气设备长期工作的频率
不同频率的交流系统之间能通过交流线路直接互联吗?那该如何互联?
频率不同不能直接互联,可以通过交直交变换的方法进行互联
电力系统的接线
电气接线图

接线形式
无备用接线
图

接线明晰、经济、运行简单,但可靠性差
有备用界限
图

供电可靠、但接线复杂,经济性差
功率
电力系统为何用功率作为变量?
实际系统种的电源、负荷都是以功率的形式给出的,电力市场也是以Kwh算钱的
有功和无功各自可以分别相加,其比值反应了功率因素
电力系统是个能量的系统
单相瞬时功率是恒值吗?
不是恒值,是二倍频变化的

有功功率

瞬时有功功率的均值
无源网络消耗功率的均值
无源网络中等效电阻的耗能速度
无功功率

瞬时无功功率的峰值
无源网络与外界交换功率能力的大小,均值为零,实际并未消耗,对应与电感电容的充放电
等效电抗对外的换能速度
如何理解无功功率?无功功率是否等于无用功?
无论是电动机还是变压器,它们都需要无功功率来建立交变磁场和感应磁通,从而进行能量的转换和传递。有功和无功只是分工的不同,二者缺一不可。之所以称之为“无功”,是因为在整个能量转换过程中该能量未被消耗和转换成其他形式的能量。
无功功率未被消耗,还有无功负荷和无功电源的区分吗?
一般认为感性网络(Q>0)是吸收无功功率的,是无功负荷;而容性网络(Q<0)是发出无功功率的,是无功电源。
无功功率是遵守能量守恒的,负荷需要的感性无功px,需要容性的无功电源提供pc来实时平衡。