电力系统计算机辅助分析0绪论

电力系统计算机辅助分析绪论计算机辅助电力系统分析的基本内容电力系统基本知识元件模型电力系统基本计算潮流计算故障计算稳定计算电力系统应用分析(一般在电力系统规划中涉及)可靠性分析安全分析质量分析经济运行分析电力系统基本知识电力系统的特点电能与国民经济各部门、国防和日常生活之间的关系都很密切对电能质量的要求比较严格电能不能大量储存电力系统中的暂态过程十分迅速运行的基本要求可靠性可以满足用户的用电需求：不断电，频率、电压、波形 质量符合要求负荷按供电可靠性要求分为三类安全性保证系统本身设备的安全。要求电源容量充足，电网结构合理经济性减小对环境的不利影响电压等级（KV）发电机3.15,

6.3,

10.5,

15.75,

23.0用电设备3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再发展）3

企业内部；

6、10配电电压（6用于高压电机负荷）110、220:高压；110：区域网，中小电力系统主干线；220：大电力系统主干线330、500、750:超高压

>750:特高压 提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路电抗，利于提高线路功率极限和稳定性，增加绝缘成本我国的电力系统额定电压等级额定电压：发电机、变压器、用电设备等正常运行时最经济的电压在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电机、变压器、电力线路、用 电设备）的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定 的。用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。 用电设备端压允许在额定电压UN的5%内波动输电线路的额定电压为线路的平均电压[UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN发电机的额定电压UN(1+5%)变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压，以变比表示为k=

U1N

/U2N一次侧直接与发电机相连：U1N

=UN(1+5%)<35kv联络（相当于用电设备）：U1N

=UN二次侧相当于发电机空载U2N

=UN(1+5%)带负载U2N

=UN(1+10%)（内部压降约5%）Us%<7.5或直接连负载时U2N

=UN(1+5%)额定电压指主接头的空载电压我国的电力系统额定电压等级中等长度线路（

110~330kv,100~300km架空线路、<100km电缆线路）线路等值模型短线路（<35kv,<100km的架空z

线路、短电缆线路）U1•U2•U1•U2•Y2

2Yz长线路（>330kv,

>300km架空线路、>100km电缆线路）分布式参数模型三相变压器等值电路参数归算到变压器的一侧，用哪一侧的额定电压，结果就归算到哪一侧22222NNTTNNPUU

%

URTXT1000S100

SP0B1000U100

U=

k

N

=

k

·

N

G

==

I0

%

·

SN变压器等值模型G双绕组变压器 形等值电路三绕组变压器等值电路2k1U%

=

Uk12

%

+

Uk

31

%

-Uk

23

%2k

2U%

=

Uk12

%

+Uk

23

%

-Uk

31

%2k

3Uk

23

%

+

Uk

31

%

-Uk12

%U

%

=2k1=

DPk12

+

DPk

31

-

DPk

23DP2k

2=

DPk12

+

DPk

23

-

DPk

31DP2k

3=

DPk

23

+

DPk

31

-

DPk12DP电力系统基本计算潮流计算电压（包括幅值和相角）和功率（包括有功功率和无功功率）是表征电力系统稳态运行的主要物理量。这就需要采用一定的方法确定系统中各处的电压和功率分布（实为功率流，俗称潮流）潮流（power

flow）：支路上功率的分布。电力系统潮流计算的目的在于：确定电力系统的运行方式；检查系统中的各元件是否过压或过载；为继电保护的整定提供依据；为稳定计算提供初值；为系统规划和经济运行提供分析基础。1、电力线路上的功率损耗2、电压降落:线路始末两端电压的相量差U

1

-U

2或dU

.电力线路上电能损耗电压降落RU

2P2

+

Q2DP

=XU

2P2

+

Q2DQ

=22UUP2R

+Q2

XP2

X-Q2RdU2

=+

j=

DU

+

jdU

DUdU闭环形网络可分为:两端供电网和简单环式网络闭式网络的电压降落和功率损耗设全网为额定电压,不考虑功率损耗,求网络的基本功率分布依基本功率分布,将闭式网在电网的电压最低点分解成两个开式网,分别按开式网计算。功率分点：网络电压最低点当有功、无功功率分点不一致时，一般取无功功率分点，这是因为高压电网中的电压损耗主要受无功功率影响。在求得环形网络中功率分布后，还必须计算网络中各线段的电压降落和功率损耗，方能获得潮流分布计算的最终结果。故障计算电力系统基本计算

短路:指一切不正常的相与相或相与地之间（对于中性点接地的系统）在电气上被短接。各种短路的示意图和代表符号短路种类示意图代表符号三

相

短

路f(3)两相短路接地f(1,1)两

相

短

路f(2)单

相

短

路f(1)短路的主要原因①绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。②恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。短路的危害电流剧增：热效应;电动力效应电压大幅度下降，对用户影响很大。当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同 步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应出电动势,影响通讯.计算短路电流的目的短路电流计算结果是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。对称短路电流的近似计算(1)选定基准功率SB和基准电压

VB

=

Vav

，作出系统的标幺值等值电路，其中电源电势E

=1

，不计负荷。

(2)网络化简求出电源对短路点的组合电抗X

fS*(3)求短路电流周期分量的标幺值P*I

=X1fS*基本思想假定电源为恒定电势源，周期分量的幅值不随时间而变化。应用计算曲线法计算对称短路电流绘制等值网络；求转移电抗：Xif(i=1,2,…,g)、Xsf；求计算电抗；BifjsiSS

NiX

=

X查表：Ipt1*，Ipt2*，…，Ipt·g*

。无限大功率电源供给的短路周期电流SfX1I

=pS*I

P*

=

f

(

X

js

,

t)求解不对称故障的对称分量法对称分量法即将一组不对称三相系统分解为正序、负序、零序三相对称的三相系统正序分量零序分量负序分量合成

c

a

F

a

Fb

1

F

1

1

13

1

a

1

F

=2a

2

F

a

a0

a

2

F

a1

对于三相对称的元件,各序分量是独立的,即正序电压只与正序电流有关,负序零序也是如此.D1

Sf

(

1

)Z

+

X=U

f(

0

)正序等I

效定则简单不对称故障，短路点电流的正序分量与在短路点接入附加阻抗后的三相短路电流相等电力系统基本计算稳定计算电力系统稳定性通常被定义为在正常运行状态下,系统保持稳定运行的可能性以及在受到扰动后,系统重新恢复到稳态运行的能力.静态稳定性:电力系统在运行中受到微小扰动后独立地恢复到它原来的运 行状态的能力.小扰动：正常的负荷波动、系统操作、少量负荷的投切和 系统接线的切换等。同步发电机的转子运动方程dW

d2qJa

=

J

=

J

=

DMdt

dt2以机械量表示的转子运动方程eTDM

=

M

-

MdtW

=

d

qq

=

wtd

=

wt

-w

N

td

2q

dw

dt

2

=

dtdt

2

=

dtd

2d

dw22dt

dtd

2q

d

2d=0JTET

d

2dw

dt

2=

P

-

PdtdWa

=NJ

dd=

w

-

w

dt

N

dw

w=

(P

*

-

P

*)T

e

dt

TI

I

djdqI

V

qV

jX

dS

I

jqE

隐极式发电机的功率特性qqdSdSsinj

=

E

cosd

-VIX

cosj

=

E

sindIX

dSqdSXXE

cosd

-V

I

sin

j

=E

sin

dI

cosj

=

qdSXEqVP

=

sin

dEq功率极限:功率曲线上的最大值EqV

EqVEqVPEqmdS

dSd

S=

sin

dE

=

sin

90

=X

qm

X

X

凸极式发电机的功率特性

dS

q

dqSXI

=XI

qE

-V

cosd

=

V

sin

d

V

cosdI

X

=

E

-

I

X

=V

sindqd

dSq

qSsin

2ddS

qSdSsin

d

+

·2

X

XX

dS

-

X

qSV

2=XEqVPEq静态稳定判据：>

0dP

ed

d静态稳定极限点：dPe=

0dd以有功功率表示的静态稳定储备系数PKG0P·100%

>

15%=

Pm

-

PG0暂态稳定性问题:电力系统在正常运行时受到一个大的扰动,能否从原来的运行状态不失去同步的过渡到新的运行状态,并在新的状态下稳定运行.大扰动：短路故障、切除输电线路或发电机组或切除大容量负荷。电力系统机电暂态过程特点发电机电磁功率急剧变化大扰动转子上出现不

发电机转平衡转矩

速变化功角变化等面积定则：功角达到δmax时，加速过程中转子动能的增量在减速过程中全部耗尽，转速恢复到同步转速，即加速面积等于减速面积，系统能够稳定。

=dmaxdd0

cdc(P

-

P

)dd

+(PT

-

PIII

)dd

=

0T

IIWa

+Wb｜面积abcea｜=｜面积edfge｜大扰动后转子的相对运动稳定情况不稳定情况极限切除角：加速面积等于最大可能的减速面积时的切除角。计算机辅助电力系统分析的基本思想数学模型元件的数学模型＋网络的数学模型＝系统方程同一元件，根据分析目的的不同有完全不同的模型计算方法对算法的要求：可靠、快速、占内存