电力系统分析 课件（下）.ppt

1、电力系统分析（下）,第四章 电力系统运行方式的调整和控制,问题 电力系统中各台发电机发出的有功功率怎么确定出来? 确定变压器变比的依据是什么?,第四章 电力系统运行方式的调整和控制,4.1电力系统有功功率和频率调整 4.2电力系统无功功率和电压调整 小结,4.1电力系统有功功率和频率调整,有功功率和频率调整的基本概念 电力系统的频率特性 电力系统的频率调整 各类发电厂的合理组合 电力系统有功功率的经济分配,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,频率变化对电力系统的影响 用户侧 异步电动机的空载转速 恒转矩负荷的电动机功率 电子设备的计时 供电侧 电厂锅炉与水泵、风机 汽轮机的额定转速与共振

2、变压器的励磁电流增加,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,频率与有功功率平衡 MT角速度：原动机的机械功率 ME 角速度：发电机的电磁功率,MT,ME,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,允许的频率偏差范围 |f|0.5Hz 有功功率平衡,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,有功负荷的变化及其调整 第一种负荷变化由调速器调整：频率的一次调整 第二种负荷变化由调频器调整：频率的二次调整 第三种负荷变化电力系统的经济运行调整,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,有功负荷的变化及其调整,第一种负荷曲线,第二种负荷曲线,第三种负荷曲线,实际负荷曲线,4.1.1有功功率和频率调整的基本概

3、念,备用容量：电源容量大于发电负荷的部分最大负荷PM备用： 负荷备用：25% 事故备用：510% 检修备用：45% 国民经济备用：35%总备用：1520% PM,热备用,冷备用,4.1.2电力系统的频率特性,负荷的P-f静态特性f=fN时，系统总有功负荷PDN频率为f时： 稳态时，称为负荷的静态频率特性,4.1.2电力系统的频率特性,负荷静态频率特性的线性表示|负荷的频率调节效应系数,PDN,fN,4.1.2电力系统的频率特性,负荷的P-f静态特性标幺值形式 一般为13,4.1.2电力系统的频率特性,负荷的P-f静态特性例：系统负荷中30%与频率无关， 40%与频率一次方成正比， 10%与频率

4、二次方成正比， 20%与频率三次方成正比。求系统频率从额定频率50Hz降到48Hz时，负荷功率变化的百分值，以及负荷的频率调节效应系数。,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性调速器,蒸汽,A,O,B,D,E,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性,蒸汽,A,O,B,D,E,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性,蒸汽,A,O,B,D,E,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性,f,PG,fN,f0,PGN,1,2,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性静态调差系数（调差率） 物理意义：机组负荷改变时，频率的偏移,

5、4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性机组的单位调节功率（发电机组的功频静特性系数） 物理意义：频率发生单位变化时，机组输出功率的变化量，,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性调频器,蒸汽,A,O,B,D,E,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的P-f静态特性,f,PG,fN,f0,PGN,1,2,4.1.2电力系统的频率特性,电力系统的P-f静态特性,f,PG,f1,f2,P1,1,2,P2,PD,PD,4.1.2电力系统的频率特性,电力系统的P-f静态特性 系统的功频静特性系数(单位调节功率) 备用系数,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组满载时的P

6、-f静态特性：KG=0,f,PG,f1,f2,PGmax,1,2,4.1.3电力系统的频率调整,频率的一次调整: n台发电机 例 系统一半机组已满载.火电机组占总容量的1/4,有10%的备用容量,单位调节功率为16.6;水电机组占总容量的1/4,有20%的备用容量,单位调节功率为25;负荷的频率调节效应系数为1.5.求(1)系统的单位调节功率(2)负荷功率增加5%时的稳态频率(3)如果频率允许降低0.2Hz,系统能增加多少负荷功率,4.1.3电力系统的频率调整,频率的二次调整 主调频厂的选择 频率的二次调节过程,4.1.2电力系统的频率特性,频率的二次调节过程,f,PG,f1,f0,PG1,1

7、,2,PG2,PG3,PD,PD,3,4.1.2电力系统的频率特性,频率的二次调节过程,f,PG,f1,f0,PG1,1,2,PG2,PG3,PD,PD,3,4.1.3电力系统的频率调整,互联系统的频率调整,A,B,KA,KB,4.1.3电力系统的频率调整,互联系统的频率调整 A系统的单位调节功率 B系统的单位调节功率 A系统的负荷增量 B系统的负荷增量 A系统发电机的二次 B系统发电机的二次 调整增量 调整增量 AB系统联络线上的交换功率,KA,KB,4.1.3电力系统的频率调整,互联系统的频率调整,4.1.3电力系统的频率调整,互联系统的频率调整: 例,A,B,KGA*=25,KGB*=2

8、0,KDA*=1.5,KDB*=1.3,1500MW,1000MW,4.1.4各类发电厂的合理组合,各类发电厂的特点 火电厂 水电厂 核电厂 各类发电厂在日负荷曲线上的负荷分配,4.1.5电力系统有功功率的经济分配,发电机组的耗量特性,F,P,比耗量 发电厂的效率 耗量微增率,4.1.5电力系统有功功率的经济分配,经济分配的目标函数和约束条件 目标:能耗F最小 约束条件:有功功率平衡 考虑网损 忽略网损,4.1.5电力系统有功功率的经济分配,经济分配的目标函数和约束条件 约束条件:机组的最大和最小功率,4.1.5电力系统有功功率的经济分配,多个发电厂间的负荷经济分配 忽略网损时的有功负荷经济分

9、配等微增量准则,4.1.5电力系统有功功率的经济分配,多个发电厂间的负荷经济分配 考虑时的有功负荷经济分配经过网损修正后的等微增量准则:(负荷经济分配的协调方程式),4.1.5电力系统有功功率的经济分配,例 某电厂有三台发电机组并联运行。已知各机组的耗量特性和功率约束。不计网损。计算总负荷为600MW、400MW、700MW时的有功功率经济分配。,4.1.5电力系统有功功率的经济分配,解,4.1.5电力系统有功功率的经济分配,问题 电力系统中各台发电机发出的有功功率怎么确定出来?实现系统有功功率平衡,使系统频率维持在允许范围之内,并且满足一定的经济性 确定变压器变比的依据是什么?,4.2电力系

10、统无功功率和电压调整,电压调整的必要性 电力系统的无功功率平衡 电力系统的电压管理与调整 电力系统综合调压 电力系统无功功率的最优分配,4.2.1电压调整的必要性,额定电压,4.2.2电力系统的无功功率平衡,电压水平取决于无功功率的平衡 无功功率负荷和无功功率损耗 无功功率电源 无功功率平衡 无功平衡与电压水平,4.2.3电力系统的电压管理与调整,电力系统允许的电压偏移 中枢点的电压管理电压中枢点的概念 电力系统的电压调整三种方式：顺调压 逆调压 常调压,4.2.3电力系统的电压调整,改变发电机端电压调压 变压器调压 固定变比变压器 双绕组变压器的分接头选择（1）降压变压器 例（2）升压变压器

11、 例 三绕组变压器的分接头选择 例,4.2.4电力系统综合调压,例: 降压变压器分接头的选择、 一个变电所由35KV线路供电。线路送电点电压恒为36KV.变压器10KV母线上的最大负荷为8+j5MVA，最小负荷为4+j3MVA。要使10KV母线电压在最大、最小负荷时的偏差不超过5%，试选择变压器的分接头。,4.2.4电力系统综合调压,例: 升压变压器分接头的选择。 系统结构如图所示.最大负荷时母线2电压为120KV,最小负荷时母线2电压为114KV,发电机电压调节范围为66.6KV.试选择变压器分接头.,4.2.5电力系统无功功率的最优分配,例: 三绕组变压器分接头的选择 图中所示为三绕组变压

12、器的最大负荷功率。最小负荷功率为最大功率的一半。高压母线在最大负荷时的电压为112KV，最小负荷时的电压为115 KV。中、低压母线在最大、最小负荷时的允许电压偏移分别为0与+7.5%。试选择高、中压绕组的分接头。,4.2.3电力系统的电压调整,有载调压变压器 加压调压变压器,4.2.3电力系统的电压调整,无功功率补偿调压 并联补偿 串联补偿,4.2.3电力系统的电压调整,无功功率的经济分配等网损微增率准则例,4.2.3电力系统的电压调整,例 两发电厂联合向负载供电。有功功率由两个发电厂平均分担。试确定无功功率的最优分配。,第四章小结,频率特性 电压中枢点 功率的经济分配,第五章电力系统故障分

13、析,故障类型：简单故障/复合故障 短路故障/断路故障 5.1电力系统短路的基本知识 5.2电力系统对称故障分析 5.3电力系统不对称故障分析 小结,第五章电力系统故障分析,5.1电力系统短路的基本知识,5.1.1短路 短路的类型 短路的主要原因 短路的危害 5.1.2计算短路电流的目的 选择电器设备 继电保护的设计和整定 比较和选择系统主接线图 确定限制短路电流的措施,5.2电力系统对称故障分析,5.2.1同步电机的等值电路 同步电机的基本方程 同步发电机模型 电势方程和磁链方程:派克方程 无阻尼绕阻同步电机的等值电路 暂态电抗和暂态电势 有阻尼绕阻同步电机的等值电路 次暂态电抗和次暂态电势,

14、5.2电力系统对称故障分析,同步发电机,a,x,b,y,c,z,.,d,q,a,b,c,D,f,Q,六个绕组,5.2电力系统对称故障分析,电路,ia,ib,ic,va,va,vc,R,R,R,Laa,Lcc,Lbb,Lff,LDD,LQQ,vf,+,_,5.2电力系统对称故障分析,电路方程,5.2电力系统对称故障分析,电压方程,5.2电力系统对称故障分析,磁链方程,5.2电力系统对称故障分析,磁链方程由转子绕组磁链方程推导出Park变换,5.2电力系统对称故障分析,Park变换,5.2电力系统对称故障分析,Park变换,5.2电力系统对称故障分析,Park方程：磁链方程,5.2电力系统对称故障

15、分析,Park方程：磁链方程,5.2电力系统对称故障分析,Park方程：磁链方程,5.2电力系统对称故障分析,Park方程：电压方程,5.2电力系统对称故障分析,Park方程：电压方程,5.2电力系统对称故障分析,Park方程：电压方程,5.2电力系统对称故障分析,Park方程：电压方程,5.2电力系统对称故障分析,Park变换的物理意义,d,q,a,b,c,5.2电力系统对称故障分析,Park变换的物理意义,5.2电力系统对称故障分析,Park变换的物理意义a,b,c三相定子绕组等效成两个绕组，相对于转子静止不动，也就是说与转子一起旋转。由于定转子绕组都是静止的，所有的磁路都固定不变，所以所

16、有的电感系数都是常数。,5.2电力系统对称故障分析,Park变换的物理意义,id,iq,ud,if,uf,iQ,iD,绕组dd,绕组qq,5.2电力系统对称故障分析,Park变换的物理意义i0: 不对称系统 不平衡系统,5.2电力系统对称故障分析,Park变换的物理意义 与转子角度 有关。 是一种线性变换。 把静止的三个定子绕组用两个与转子同步旋转的等效绕组代替。,5.2电力系统对称故障分析,Park方程的标幺值,5.2电力系统对称故障分析,Park方程（选择适当的基准值使系数矩阵对称，参见夏道止著电力系统分析，第168页）,5.2电力系统对称故障分析,同步发电机的稳态电势方程 假定（1）转速

17、为额定转速，电感与电 抗标幺值相等 （2） 并记,5.2电力系统对称故障分析,同步发电机方程可写为,5.2电力系统对称故障分析,同步发电机的稳态电势方程 稳态时：定子等效绕组与转子绕组相对静止，变压器电势为零。阻尼绕组电流为零。 定子电势方程为 略去定子绕组电阻,5.2电力系统对称故障分析,同步发电机的稳态电势方程,（等值隐极机法）,等值电路,5.2电力系统对称故障分析,同步发电机的稳态电势方程相量图,d,Eq,EQ,I,V,jXqI,jXqId,jXdId,jXqIq,0,5.2电力系统对称故障分析,同步发电机的稳态电势方程例 凸极机处于稳态，已知计算空载电势和计算电势,d,Eq,EQ,I,

18、V,jXqI,jXqId,jXdId,jXqIq,0,Eq,EQ,5.2电力系统对称故障分析,三相短路分析应当使用什么样的同步发电机等值电路？ 短路前后，电势与电抗应当保持不变 暂态过程：假定转速不变,定子电流,转子电流,正常状态,短路状态,改变,5.2电力系统对称故障分析,短路前后，电势与电抗应当保持不变,忽略变压器电势,5.2电力系统对称故障分析,短路前后，电势与电抗应当保持不变,忽略定子绕组电阻,没有阻尼绕组D、Q,5.2电力系统对称故障分析,没有阻尼绕组D、Q,消去I f,5.2电力系统对称故障分析,短路前后，电势与电抗应当保持不变,5.2电力系统对称故障分析,没有阻尼绕组D、Q时的相

19、量图,d,Eq,EQ,I,V,jXqI,jXqId,jXdId,jXqIq,0,jXdI,jXdId,5.2电力系统对称故障分析,例,d,Eq,EQ,I,V,jXqI,jXqId,jXdId,jXqIq,0,jXdI,jXdId,5.2电力系统对称故障分析,有阻尼绕组D、Q,次暂态电势与次暂态电抗,5.2电力系统对称故障分析,相量图,d,Eq,EQ,I,V,jXqI,jXqId,jXdId,jXqIq,0,jXdI,jXdId,E,E,Eq,5.2电力系统对称故障分析,例,5.2电力系统对称故障分析,5.2.2恒定电势源电路的三相短路 暂态过程 三相短路时，只有周期分量是对称的，各项短路电流的

20、非周期分量不等。非周期分量为最大值或零值的情况只可能在一相出现。非周期电流越大，短路电流最大瞬时值越大。 非周期电流有最大初值的条件：Im-Ipm在t=0时与t轴平行，且有最大可能值。,5.2电力系统对称故障分析,5.2.2恒定电势源电路的三相短路,ea,ec,eb,ea,ec,eb,e,5.2电力系统对称故障分析,5.2.2恒定电势源电路的三相短路 短路时刻，电源电压的相位： 电流的大小：,e,5.2电力系统对称故障分析,5.2.2恒定电势源电路的三相短路 短路电流：,5.2电力系统对称故障分析,5.2.2恒定电势源电路的三相短路 暂态过程 三相短路时，只有周期分量是对称的，各项短路电流的非

21、周期分量不等。非周期分量为最大值或零值的情况只可能在一相出现。非周期电流越大，短路电流最大瞬时值越大。 非周期电流有最大初值的条件：Im-Ipm在t=0时与t轴平行，且有最大可能值。,5.2电力系统对称故障分析,短路冲击电流 ：短路电流的最大可能瞬时值，用于检验电器设备的电动力稳定度。 短路后回路阻抗角一般约90度，因此非周期电流有最大初值的条件为：空载，合闸角为0。概念：冲击系数 短路电流有效值 和最大有效值用于检验电气设备的断流能力和耐力强度 短路容量 ：用于检验开关的切断能力。常只用电流的周期分量来计算，是一个求解稳态正弦交流电路的问题。,5.2电力系统对称故障分析,5.2.3三相短路的

22、实用计算 基本假设 短路前后系统都是三相对称的 短路是金属性的 电源电压同相位 起始次暂态电流和冲击电流的计算 静止元件的次暂态参数与稳态相同 旋转元件的次暂态参数与稳态不同,5.2电力系统对称故障分析,5.2.3三相短路的实用计算 起始次暂态电流和冲击电流的计算 例：G-1:100MW,E1=1.08,xd=0.183,cos =0.85 G-2:50MW,E2=1.08,xd=0.141,cos =0.8 T-1:120MVA,us%=14.2 T-2:63MVA,us%=14.5 L-1:170KM, 0.427/Km L-2:120Km,0.432/Km L-3:100KM,0.432

23、/Km LD:160MVA,xd=0.35,ED=0.8 Kim=1.8，KimLD=1,5.2电力系统对称故障分析,5.2.3三相短路的实用计算 短路电流的近似计算（周期分量） 缺乏整个系统的详细数据时，短路电流的计算 （1）取UB=Uav，E*=1;计算电源对短路点的电抗xf*；短路电流周期分量的标幺值为1/xf*；短路功率的标幺值也等于1/xf*。 （2）节点的短路功率可以用来计算电源对短路点的电抗xf*。,5.2电力系统对称故障分析,5.2.3三相短路的实用计算 短路电流的近似计算（周期分量） 例:L:40KM,0.4/KM;T:30MVA,us%=10.5 （1）a处电压恒定，计算短

24、路电流周期分量 （2）a处短路功率=1000MVA ，计算短路电流周期分量,a,115KV,6.3KV,L,T,5.2电力系统对称故障分析,5.2.3三相短路的实用计算 短路电流的近似计算（周期分量） 例:G1:60MVA,xd=0.3; G2:480MVA,xd=0.4; L-1:10KM,0.4/KM L-2:6KM,0.4/KM L-3:3*24KM,0.4/KM 母线C连往电力系统的电抗未知。断路器容量为2500MVA。 求f点三相短路时的起始次暂态电流和冲击电流,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.1对称分量法 正序分量、负序分量、零序分量,5.3电力系统简单不对称故障分析,5

25、.3.1对称分量法 正序分量、负序分量、零序分量,5.3电力系统简单不对称故障分析,序阻抗 三相参数对称时，各序对称分量具有独立性 元件的序阻抗，指元件的三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值。 三相参数不对称时，序阻抗矩阵不是对角矩阵：正序电流产生的电压降中，不是只含正序分量，还可能含负序和零序分量。 对称分量法将故障点的不对称表示为电压/电流的不对称。,5.3电力系统简单不对称故障分析,例：单相短路（空载）,5.3电力系统简单不对称故障分析,例：单相短路,5.3电力系统简单不对称故障分析,例：单相短路,5.3电力系统简单不对称故障分析,例： 单相短路,5.3电力

26、系统简单不对称故障分析,例： 单相短路(正序网络),5.3电力系统简单不对称故障分析,例： 单相短路(负序网络),5.3电力系统简单不对称故障分析,例： 单相短路(零序网络),5.3电力系统简单不对称故障分析,例：单相短路,序网络方程,边界条件,5.3电力系统简单不对称故障分析,边界条件 3个,序网络方程,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.2电力系统的序网络 同步发电机的负序和零序电抗 对称运行时,只有正序电势和正序电流,电机参数 都是正序参数。 不对称短路时的负序和零序电抗 一般用三角形接法把零序电流隔开 异步电动机和综合负荷的序阻抗 一般用三角形接法把零序电流隔开 架空线路的零序阻

27、抗和等值电路,5.3电力系统简单不对称故障分析,变压器的零序阻抗和等值电路 （1）若存在三角形接法的绕组，Xm0 （2）三角形接法的绕组X0与Xm0并联 （3）Y接法：无零序电流 （4）Y0接法：有零序电流，Xn乘以3,5.3电力系统简单不对称故障分析,序网络的制定 正、负序网络：不含中性点接地阻抗 空载线路和空载变压器 零序网络：不含发电机、负荷 Y形接法的变压器 例,5.3电力系统简单不对称故障分析,例,T1,T2,T3,T4,L1,L2,L3,L4,Xn2,Xn1,G1,G2,空载,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.3简单不对称短路的分析计算 单相接地短路按边界条件将三个序网连接

28、起来，得到复合序网,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.3简单不对称短路的分析计算 单相接地短路复合序网,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.3简单不对称短路的分析计算 两相短路复合序网,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.3简单不对称短路的分析计算 两相短路复合序网,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.3简单不对称短路的分析计算 两相短路接地复合序网,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.3简单不对称短路的分析计算 两相短路复合序网,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.3简单不对称短路的分析计算 正序等效定则 5.3.4不对称短路时网络中电压、电流的计算 5.3.4非全相断线的计算 单相、两相断线,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.4非全相断线的计算 单相、两相断线,f,f,f,f,a,b,c,a,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.4非全相断线的计算 单相、两相断线,f,f,f,f,f,f,a,b,c,5.3电力系统简单不对称故障分析,5.3.4非全相断线的计算 单相、两相断线,f1,f1,f2,f2,f0,f0,5.3电力