【电力系统分析复习笔记】电力系统的基本概念

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

1 电力系统的概念和组成

电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统。包括：发电机、电力网和用电设备

现代电力系统是由电力系统主体、信息通信系统和电网监测、控制系统组成的统一整体，是一个巨大而又复杂的系统

电力网：电力系统中输送与分配电能的部分
动力系统：动力部分与电力系统组成的整体

2 对电力系统运行的基本要求

2.1 电能的特点

电能不能大量储存——目前通过储能改善
暂态过程非常短促
与国民经济及日常生活关系密切

2.2 电力系统运行的基本要求

八字方针：安全、优质、经济、环保
1、安全：保证可靠的供电

2、优质：保证电能质量合格
衡量电能质量的基本指标 ：电压、频率、波形

3、经济：要有足够的经济性
考核电力系统运行经济性的指标：煤耗率和网损率
煤耗率（水耗率）：生产一度电消耗的标准煤重
网损率：电网中损耗电能与供应电能的百分比

4、环保：坚持可持续发展和环境保护
发电过程中的固体、气体废料；核电的放射问题；输变电设备的电磁干扰问题。噪声问题等等

智能电网中：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动

3 电力系统的接线方式和电压等级

3.1 电力系统的接线方式

分为有备用和无备用接线
1、无备用接线：负荷从一个方向取得电源
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

（a）放射式 （b）干线式样 （c） 链式

2、有备用接线

3.2 电力系统的电压等级

为什么电力系统规定如此多的电压等级？

根据$S=UI$输送一定功率时

所以，输送一定的功率有一个合适的电压。

但是一个系统中，电压等级也不能过多，应综合考虑

电气设备的额定电压(发电机,变压器,线路，用电设备)：
额定电压：电气设备在此电压下长期工作，效率和寿命最好
最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值

上表中用电设备、发电机、变压器额定电压不一致，原因：

1.负荷节点电压偏移要求±5%;
2.输电线路和变压器都有电压降

各设备额定电压选取规定如下：

用电设备：等于系统的额定电压
线路：等于系统的额定电压
发电机（电源）：规定比系统的额定电压高5%
变压器：

一次侧：相当于用电设备（等于系统的额定电压）；
与发电机直接相连时，则与发电机相同（比系统的额定电压高5%）

二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%；
一般情况下，考虑变压器内部的电压损耗（5%），实际应定为比线路高10％;
只有当漏抗很小、与电动机直接相连时或电压特别高时，才考虑比线路高5％。

4 电力系统的接线方式和中性点接地

4.1 中性点直接接地系统

直接接地系统供电可靠性低

可靠性差原因：
中性点接地系统当发生单相接地时，故障相由接地点通过大地形成单相的短路回路。单相短路回路电流值很大，可使继电保护装置动作，断路器断开，将故障部分切除，故供电可靠性差

4.2 中性点不接地系统

中性点不接地系统又分为中性点不接地和中性点经消弧线圈接地

不接地系统供电可靠性高，但对绝缘水平的要求也高
正常运行时：

单相接地故障时：

不构成短路回路，接地电流不大，三相间线电压仍对称，不必切除接地相；
非故障相对地电压（相电压）升高为线电压（$\sqrt{3}$倍相电压），对绝缘要求高；

中性点不接地系统，相对地的绝缘水平应根据线电压来设计

因此，在我国：
110kV及以上系统的中性点直接接地；60kV及以下的系统中性点不接地

中性点经消弧线圈接地
为什么要经过消弧线圈？

接地点通过的电流为容性电流，其大小为原来相对地电容电流的3倍。这种电容电流不易熄灭，可能在接地点引起“弧光接地”，周期性的熄灭和重新发生电弧。“弧光接地”的持续间歇电弧很危险，可能引起线路的谐振现象而产生过电压，损坏电气设备或发展成为相间短路

其实就是在中线上串联电抗器补偿电容电流，使得接地点电弧更容易自行熄灭，提高了供电可靠性
装设原则：

3-6kV 电力网 (接地电流 >30A)
10kV 电力网 (接地电流 > 20A)
35-60kV 电力网 (接地电流 > 10A)

补偿方式：

欠补（$I_L<I_C$）
过补（$I_L>I_C$），一般采用这种方式
全补（$I_L=I_C$），不允许，容易谐振

三种接地方式比较：

5 电力系统的负荷

5.1 电力系统负荷的概念

负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加
电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗
电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率

负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等

5.2 负荷曲线

用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律

曲线分类：
按负荷种类分为有功功率和无功功率曲线；
按时间分为日负荷曲线和年负荷曲线

1、 日负荷曲线：制定发电计划的依据
一天的总耗电量为（单位：h）：
$$A_d={\int }_0^{24}Pdt$$
日平均负荷为：
$$P_{dav}=\frac{A_d}{24}=\frac{1}{24}{\int }_0^{24}Pdt$$

定义：
负荷率：
$$k_m=\frac{P_{av}}{P_{\max }}$$
最小负荷系数：
$$\alpha =\frac{P_{\min }}{P_{\max }}$$
2、年最大负荷曲线：为安装新机组、安排检修计 划提供依据
描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况

3、年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成

全年耗电量：
$$A={\int }_0^{8760}Pdt$$
最大负荷利用小时数：
$$T_{\max }=\frac{A}{P_{\max }}=\frac{1}{P_{\max }}{\int }_0^{8760}Pdt$$
$T_{\max }$的含义是什么:

当用户始终保持最大负荷$P_{\max }$运行时，经过$T_{\max }$小时后所消耗的电能恰好等于其全年的实际总耗电量，最大负荷利用小时数，较大时对电网有利。