电力系统基础

1、电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念一、电力系统组成一、电力系统组成v电力系统：电力系统：生产、输送、分配和消费电能的各种电气生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体设备连接在一起而组成的整体。u发电机、变压器、输配电、用电设备发电机、变压器、输配电、用电设备v动力系统：动力系统：电力系统和发电厂电力系统和发电厂动力部分动力部分的总和的总和。u汽轮机、锅炉、水轮机、大坝汽轮机、锅炉、水轮机、大坝v电力网：电力网：输送和分配电能，包括变压器和各种电压等输送和分配电能，包括变压器和各种

2、电压等级的输电线路。级的输电线路。电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念2二、电力系统运行的基本要求二、电力系统运行的基本要求v电力系统运行的特点：电力系统运行的特点： 电能不能大量存储。电能不能大量存储。 与国民经济各部门紧密相关。与国民经济各部门紧密相关。 暂态过程非常短暂。暂态过程非常短暂。v电力系统运行的基本要求：电力系统运行的基本要求： （1 1）保证安全可靠供电；）保证安全可靠供电； （2 2）要有合乎要求的电能质量；）要有合乎要求的电能质量； （3 3）要有良好的经济性；）要有良好的经济性； （4 4）保护生态环境。）保护生态环境。电力系统分

3、析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念3三、电力系统额定电压和额定频率三、电力系统额定电压和额定频率v 电力线路电力线路 V VN N（线电压）（线电压） 输电线路的首端和末端均可接用电设备输电线路的首端和末端均可接用电设备v 用电设备用电设备的额定电压的额定电压 V VN N v为其他元件的参考电压为其他元件的参考电压3.3. 发电机发电机 1.05 V1.05 VN N 比网络的额定电压高比网络的额定电压高5% V5% VGNGNV VN N（1 15 5）电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念4v 变压器：变压器：u一次绕

4、组：一次绕组：nV V1N1NV VN Nn与发电机直接相连与发电机直接相连 V V1N1NV VN N(1+5%)=1.05V(1+5%)=1.05VN Nu二次绕组：二次绕组：nV V2N2NV VN N(1+10%)=1.1V(1+10%)=1.1VN N （见下页）（见下页）n短路电压较小或直接与用户相连短路电压较小或直接与用户相连 1.05V1.05VN Nu变压器的高压绕组分接头变压器的高压绕组分接头n抽头变比：抽头变比：5 5、2.5%2.5%、2.52.5、5%5%（相对于（相对于该侧绕组额定电压该侧绕组额定电压U UN N的偏移百分数）的偏移百分数）电力系统分析电力系统分析

5、第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念5v例题例题电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念6第二章第二章 电力网各元件的等值电路和参数计算电力网各元件的等值电路和参数计算v分裂导线分裂导线v电力系统中，电力系统中，220KV以上的输电线长采取分裂导以上的输电线长采取分裂导线线220KV线路不分或双分，线路不分或双分，330KV线路双分线路双分裂，裂，500KV线路三分裂或四分裂线路三分裂或四分裂电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念7标幺制标幺制精确计算方法精确计算方法(1)(1)基准变比法基准变比法(2)(

6、2)基本级法基本级法近似计算方法近似计算方法电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念8n平均额定电压作为基准电压，然后在各个电压级平均额定电压作为基准电压，然后在各个电压级换算成标幺值。换算成标幺值。nV VB B1.05V1.05VN N n3.153.15，6.36.3，10.510.5，15.7515.75，3737， 115115，230230，345345，525 525 （KVKV）2*2*)(3100%L100%100%avBNNRRavBLNBSTNBGNGVSIVvXVSxXSSvXSSxX2*2*22*22)(3100%100%100%B

7、BNNRRBBLBBNNSTBBNNGNGVSIVvXVSxLXVSSVvXVSSVxX电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念9第第3章章 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程理想同步电机的假设理想同步电机的假设假定正向的选取假定正向的选取QDfcbaQQQDQfQaQbQaDQDDDfDcDbDafQfDfffcfbfacQcDcfcccbcabQbDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL电感系数电感系数电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的

8、基本概念电力系统的基本概念10n从物理意义上理解，它将观察者的角度从静止的定子绕从物理意义上理解，它将观察者的角度从静止的定子绕组转移到随转子一同旋转的转子上组转移到随转子一同旋转的转子上定子绕组自、互感，定子绕组自、互感，定、转子绕组间互感变成常数，简化同步电机的原始方程。定、转子绕组间互感变成常数，简化同步电机的原始方程。派克变换派克变换 PARKPARK同步电机的对称稳态运行同步电机的对称稳态运行同步电机稳态运行的电势方程、相量图及等值电路同步电机稳态运行的电势方程、相量图及等值电路电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念11第第5 5章章 电力系统三

9、相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程短路短路一切不正常的相与相之间或相与地一切不正常的相与相之间或相与地( (对于对于中性点接地的系统中性点接地的系统) )发生通路的情况。发生通路的情况。)1 , 1(f)3(f)2(f)1(f电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念12恒定电势源电路的三相短路恒定电势源电路的三相短路电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念13短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流，以短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流，以i iimim表示。表示。短短路冲击电流出现的条件：路冲击电流出现的条

10、件：n短路回路为纯电感电路短路回路为纯电感电路 9090n电压的初相角过零值电压的初相角过零值 =0=0n电路原来处于空载电路原来处于空载 I Im m=0=0短路电流的最大瞬时短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半值在短路发生后约半个周期出现个周期出现 t0.01s电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念14短路电流的有效值短路电流的有效值在短路过程中，任一时刻在短路过程中，任一时刻t t的短路电流有效值的短路电流有效值I It t，是指以，是指以时刻时刻t t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。dtiiTdtiTIa

11、ptTtTtptTtTtt22/2/2/2/2)(11短路功率短路功率n短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积。均额定电压）的乘积。3tav tSV I电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念15同步电机突然三相短路的物理分析同步电机突然三相短路的物理分析apiwi2faifwiiiii0 fi电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念16网络变换和化简几种方法网络变换和化简几种方法n网络的等值变换网络的等值变换u有阻抗支路串联、并联有阻抗支路串联、并联

12、u无源网络的星网变换无源网络的星网变换u有源支路的并联有源支路的并联n分裂电势源和分裂短路点分裂电势源和分裂短路点n利用网络结构对称性利用网络结构对称性n电流分布系数法电流分布系数法第六章第六章 电力系统三相短路电流的实用计算电力系统三相短路电流的实用计算电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念17电流分布系数法计算转移阻抗电流分布系数法计算转移阻抗1 1）定义：取网络中各发电机电势为零，并仅在网络中某一）定义：取网络中各发电机电势为零，并仅在网络中某一支路施加电势支路施加电势E E，在这种情况下，各支路电流与电势所在，在这种情况下，各支路电流与电势所在支路

13、电流的比值，称为各支路电流的分布系数，用支路电流的比值，称为各支路电流的分布系数，用c c表示。表示。fffZEI/fiiIIc/单位电流法单位电流法电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念18起始次暂态电流和冲击电流的实用计算起始次暂态电流和冲击电流的实用计算冲击电流实用计算步骤冲击电流实用计算步骤n选取选取S SB B、V VB B；u选定发电机选定发电机E E =1.08 or 1=1.08 or 1；负荷的次暂态电势；负荷的次暂态电势E E =0.8=0.8；u确定额定标幺电抗确定额定标幺电抗u计算各元件次暂态参数在新基值下的标幺值计算各元件次暂态参

14、数在新基值下的标幺值n绘制标幺值等值电路绘制标幺值等值电路n简化网络，放射性星形网络简化网络，放射性星形网络n计算计算I I 、i iimimifiijXEIifiijXEII电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念19短路电流周期分量的近似计算短路电流周期分量的近似计算v 根据断路器的断流容量根据断路器的断流容量GNBKBSBsSSSSSx*GNBKSSSSfBNBKBSBsxSSSSSx*fBGxSS电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念20第七章第七章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路电力系统各元件的序阻抗和等值电

15、路 对称分量法在不对称短路计算中的应用对称分量法在不对称短路计算中的应用电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念21各序等值网络特点各序等值网络特点n 正序：正序：包含发电机电势包含发电机电势（有源网络）；（有源网络）；故障点正序电势故障点正序电势不为零不为零；在正序电势作用下，三相正序网流过正序电流；在正序电势作用下，三相正序网流过正序电流；对应发电机、线路元件的电抗为对应发电机、线路元件的电抗为正序电抗正序电抗。n 负序：不包含发电机电势（无源网络）；负序：不包含发电机电势（无源网络）；故障点负序电故障点负序电势不为零势不为零；在负序电势作用下，三相负序

16、网流过负序电；在负序电势作用下，三相负序网流过负序电流；对应发电机、线路元件的电抗为流；对应发电机、线路元件的电抗为负序电抗负序电抗。n 零序：不包含发电机电势（无源网络）；零序：不包含发电机电势（无源网络）；故障点零序电故障点零序电势不为零势不为零；在零序电势作用下，三相零序网流过零序电；在零序电势作用下，三相零序网流过零序电流；对应发电机、线路元件的电抗为流；对应发电机、线路元件的电抗为零序电抗零序电抗；电流经电流经过三倍接地阻抗过三倍接地阻抗。电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念22变压器的零序等值电路及其参数变压器的零序等值电路及其参数变压器的零

17、序等值电路与外电路的连接变压器的零序等值电路与外电路的连接电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念23电力系统各序网络的制定电力系统各序网络的制定电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念240faV0fbI0fcIn用对称分量表示为用对称分量表示为:0)0()2()1(fafafaVVV0)0()2()1(2fafafaIIaIa0)0()2(2)1(fafafaIIaIa第八章第八章 电力系统不对称故障的分析和计算电力系统不对称故障的分析和计算电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念2

18、50)0()2() 1 (fafafaVVV)0()2() 1 (fafafaIII)()0()2()1()0()1(ffffffffaXXXjVI电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念26所有短路类型短路电流的正序分量可以统一写成所有短路类型短路电流的正序分量可以统一写成)()()1()0()()1(nfffnfaXXjVI)(nX表示附加电抗，上角标（表示附加电抗，上角标（n）代表短路类型。）代表短路类型。)()1()()(nfannfImI短路电流的绝对值与正序分量的绝对值成正比，即短路电流的绝对值与正序分量的绝对值成正比，即式中式中)(nm为比例系

19、数，其值视短路类型而定。为比例系数，其值视短路类型而定。 正序等效定则正序等效定则电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念27正序等效定则的物理意义正序等效定则的物理意义v 把不对称短路可以转化为对称短路把不对称短路可以转化为对称短路v 通过添加附加电抗通过添加附加电抗电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念28Uf1=Uf2Uf1=0Uf1=Uf2=Uf0Uf1=Uf2+Uf0f(1)f(1,1)f(2)f(3)U1U2U0U1U2U0U1U2U0不对称短路时不对称短路时网络中电压的网络中电压的分布分布电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念29电压和电流对称分量经变压器后的相位变换电压和电流对称分量经变压器后的相位变换)1(aV)1(BV)1(CV)1(AV)1(bV)1(cV)2(AV)2(aV)2(CV)2(BV)2(bV)2(cV电力系统分析电力系统分析 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念30nYY：正序分量逆时针移：正序分量逆时针移3030；负序分量顺时针移；负序分量顺时针移3030；侧无零序。侧无零序。nYY：正序分量顺时针移：正序分量顺