第3讲－电力变压器和负荷模型

第二章电力系统稳态模型

PowerSystemSteadyStateModels第二讲电力变压器和负荷模型、电力系统等值电路教学要求在稳态分析中，变压器如何建模？变压器等值参数如何求取？如何将变压器磁联系消去，变成纯电路？在稳态分析中，负荷如何建模？从元件到系统：电力系统的等值电路？2.3变压器的基本知识变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组单相变压器+–+–变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心由高导磁硅钢片叠成厚0.3mm或0.35mm铁心变压器符号三相变压器铁心结构升压变压器降压变压器线圈一般采用圆柱形的同心式结构。三绕组变压器线圈绕组形式变压器的型号SJL1000/10

变压器额定容量(KVA)

铝线圈

冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相

高压绕组的额定电压(KV)

额定值额定电压

变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。（有效值）单相：U1N，原边电压

U2N，副边电压三相：U1N、U2N，原、副边的线电压额定电流

变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。单相：原、副边绕组允许的电流值三相：原、副边绕组线电流原边输入功率P1

副边输出功率P2额定值

额定容量传送功率的最大能力。单相：三相：容量SN

输出功率P2

注意：变压器几个功率的关系（单相）效率容量：原边输入功率：输出功率：变压器运行时的功率取决于负载的性质额定值频率fN

在设计变压器时,是根据给定的电源电压等级及频率来确定匝数及磁通最大值的.如果乱用频率,就有可能把变压器损坏。在降频使用时,电源电压必须与频率成正比地下降。在升频使用时,电源电压不能与频率成正比的增加,而只能适当地增加。三相变压器的绕组可以接成星形（Y）或三角形（△）。在电力系统稳态分析中，无论绕组的实际连接方式，都一概等值成Y/Y接法，并用一相等值电路来反映三相的运行情况。2.4双绕组变压器的等值电路和参数由《电机学》可知，双绕组变压器的T型等值电路如左下图所示。励磁阻抗比漏阻抗大得多。在电力系统计算中，为了计算方便，常把励磁支路移到变压器的电源端，形成Γ型等值电路，并采用导纳参数。2.4双绕组变压器的等值电路和参数（a）（b）（c）2.4双绕组变压器的等值参数短路实验(额定电流下):空载实验(额定电压下):电阻RT

电抗XT电导GT

电纳BTINUsUNI0（1）短路实验求串联电阻欧短路损耗IN（2）短路实验求串联电抗短路电压百分数US%：欧INUs空载损耗：（3）空载实验求励磁电导西门UNI0（4）空载实验求励磁电纳空载电流百分数：西门UNI0计算时别忘了重要参数：变比kT两侧绕组空载线电压比值：kT=UN1:UN2；在实际工程计算中，在求得2’电量后，2侧电量需要再进行折合计算，得到实际电压等级下的电量值。2kT:1公式注意点各量单位：与UN为1侧的；如果要将所有参数折算到2侧，则UN应取2侧的。即UN为哪一侧，参数、等值电路即为折合到哪一侧的。线电压！三相变压器不论其接法如何，求出的参数都是等值成Y/Y接法中的单相参数。若变压器是其它接法，如Y/△，那么还需要进一步换算，如：课本P.51有误。计算注意点

线路的等值电路中为正(容性)变压器等值电路中虚部为负（感性）。因为：线路中的容纳是由电容引起的；变压器等值电路中的容纳是由电感引起。在潮流分布计算中，可用三相励磁功率代表励磁支路：其中(kW),空载损耗，有时铭牌上会有。（kVAR）。且，励磁支路放在功率输入侧（电源侧、一次侧）。例题一台SFL-20000/110型的向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的试验数据为：试计算归算到高压侧的变压器参数。三绕组变压器的等值电路和参数经折合、归算后的三绕组变压器的等值电路：所有参数通过短路试验和空载试验求得。如何做开路和短路实验？做几个实验？如何求参数？等值电路和两类试验开路试验

GT、BT

：

1侧加UN，2、3侧开路，得：

GT、BT的求法与双绕组相同。UN电导GT、电纳BT的计算IN等值电路和两类试验短路试验Rn,Xn,n=1,2,3

一侧加可调电压，使电流达到额定值IN，另两侧中，一侧短路、一侧开路，得：两绕组变压器求电抗X1、X2、X3前提条件：三绕组容量相等。此时变压器容量就等于绕组容量。变压器容量SN与绕组容量(SN1/SN2/SN3)不一定相等！（会有什么问题？）若变压器容量为100（％），按国家标准，1、2、3三个绕组容量比有三种：

100/100/100%;

100/100/50%;100/50/100%50%的绕组的导线截面和额定电流都减小一半。式中△PS1、△PS2、△PS3是指绕组流过与变压器额定容量SN对应的额定电流IN时所产生的有功损耗。小容量绕组额定电流受限，有什么问题？求电阻R1、R2、R3

(绕组容量100/50/100％)按小容量绕组的额定电流做短路试验，然后根据损耗与电流的平方成正比，进行归算，归算到对应于变压器额定容量对应的电流下的损耗。归算同理可求绕组容量为100/100/50％时的情况。求电阻R1、R2、R3

(绕组容量100/50/100％)求电抗X1、X2、X3当绕组容量与变压器容量不等时，则短路电压百分值需要归算。如何归算？实测值放大系数一般手册和制造厂所提供的短路电压，大多数都已经折算到各个绕组中通过对应于变压器额定容量的电流时的数值。这时，短路电压不再需要归算。当明确没有归算时，需按上述公式进行归算。——一般会明确标出是否已归算。公式注意点R1、R2、R3是折合后的各绕组的等值电阻。X1、X2、X3是折合后的各绕组的等值电抗，不是漏抗，是自感、互感作用的等值。其值<0并不代表绕组电抗为容性。SN是变压器容量，不是绕组容量。UN为同一个，是哪侧，则表示参数归算到那一侧的。等值电路及参数计算原理和普通变压器相同。通常，三绕组自耦变压器的自耦部分一般接成Y型，中性点直接接地；第三绕组（低压绕组）总是接成△，以消除三次谐波。第三绕组的容量小于变压器的额定容量，有时短路电压和短路损耗未经归算，则需要归算，归算方法同普通三绕组变压器。自耦变压器SN3是第三绕组容量2.5变压器的π型等值电路（1）双绕组变压器Γ型等值电路的特点运用了折合的概念。若参数是折合到1侧，求2侧实际电量时，应按变比K=U1/U2折算回去（理想变压器）一、双绕组变压器当原副边有相位移时，则变比为复数。在稳态分析中，只考虑实数变比（数量关系），全等值为Y/Y-0接法。缺点：存在磁耦合！如何去掉磁耦合，变成纯电路？双绕组变压器的π型等值电路先不考虑励磁支路，得到π型等值电路后再将其连接到相应的端点；用ZT表示漏阻抗。建立二端口网络方程：双绕组变压器的π型等值电路当令：U1I1U2I2与Γ型电路等值双绕组变压器的π型等值电路U1I1U2I2式(2-76)参数归算到2侧的情况双绕组变压器的

π型等值电路的特点去掉了磁耦合，适合计算机计算：由此求出2侧的电量，即是2侧电压等级下的数值（最终结果），无须再折算。三组抗（导纳）是数学上的等值，无物理含义；三阻抗（导纳）均与变比K有关；两并联支路阻抗的符号总是相反，负号出现在电压等级高的一侧；三支路阻抗和恒等0，即构成了谐振环路。（如何理解？）若为复数变比，二端口网络方程仍适用，但无法转化为π型等值电路，无法反映相位的关系。三绕组变压器的π型等值电路采用2组双绕组变的π型等值电路来表示例题如图所示。略去变压器励磁支路、变压器和线路电阻，试求变压器的π型等值电路，并画出整个系统的一相等值电路。计算变压器电抗（归算至低压侧）：单线图如：2.6负荷模型在电力系统分析这门课中，电力系统负荷指系统中母线上所有负荷之和，是综合性负荷，包括各种各样的用电设备。各个母线上的负荷组成不同。因此要精确描述某个母线上的负荷特性，比较困难。实用中，通常采用实测值来近似。一、负荷静态（稳态）特性负荷有功无功电压频率动态静态有功电压静态特性无功频率静态特性各母线上用电设备组成不同而变，一般通过实测。有功负荷电压调节效应系数KPV=dP/dU无功负荷电压调节效应系数KQV=dQ/dU有功负荷频率调节效应系数KPf=dP/df电压静态特性频率静态特性实测经验估算二、常用的负荷模型恒定功率模型（额定电压下的负荷值）恒定阻抗模型RDjXDGDjBD函数关系近似表示负荷模型线形表示二次多项式表示在正常运行的电力系统中，对频率的控制很严格，可近似认为频率固定不变。此两种表示方法都忽略了频率变化的影响。小结电力系统的稳态模型输电线路的稳态数学模型等值电路参数相总串联阻抗相总并联导纳L：线路长度双绕组变压器的π型等值电路U1I1U2I22kT:1计算机计算手工计算2.6电力系统等值电路（稳态）元件模型（等值Y接，单相等值）发电机：恒定（交流）电源线路、变压器：π型等值电路负荷：恒功率、恒电流、恒阻抗或者三者组合系统模型：根据单线图，连接元件等值电路，得电力系统等值电路。实例：简单电力系统等值电路升压变T1输电线L1降压变T2配电线L2降压变T3负荷D作业1某三相三绕组自耦变压器，容量为80MVA，变比为220/121/11kV，容量比为100/100/50