《电力系统概论》学习指导

《电力系统概论》课程学习指导资料

本课程学习指导资料根据教学大纲的要求，参照现行采用教材《电力系统概论》（杨淑英

编，中国电力出版社，2007年）以及课程学习光盘，并结合远程网络教育的教学特点和教学

规律编写，适用于电力系统及其自动化、电力电子等专业学生。

第一部分课程学习目的及总体要求

一、课程的学习目的

电力系统概论课程是电气工程、电力系统及其自动化、电力电子等专业必修的一门专业

技术基础课，有较强的理论性、工程性和实践性。本课程的任务是介绍电力系统的基本概念,

系统各元件的参数及等值网络、潮流计算、系统运行状况的优化和调整、故障分析和短路电

流计算、继电保护、系统运行的稳定性分析。使学生通过本课程的学习能够掌握其理论基础,

而且有一定的分析和解决目力系统问题的能力。初步建立电力系统整体的概念。了解电力系

统的基本依据范围和总体结构。为后续专业课的学习打好基础。

二、课程的总体要求

电力系统概论是电力系统及其自动化专业的一门重要技术基础课程，是一门工程性和实

践性都很强的课程，电力系统的特点：概念多、电路多、计算公式多、计算复杂度高、涉及

面广，与实际联系紧密，也较为复杂。通过学习和一定数量的习题练习，掌握记恩概念，熟

悉计算的具体步骤，加深对各种计算方法的理解和掌握。

第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析

第1章绪论

一、本章学习要求

了解电力系统的基本概念，重点掌握电力系统的运行特点和基本要求，掌握对电力系统

各个元件额定电压的确定原则。

二、本章重点、难点分析

本章重点是电力系统的基本概念，电力系统各节点额定电压的确定是考核重点。

三、占课程考核的权重

主要考核对负荷曲线的概念以及额定电压的确定。

四、重要内容

I.电力系统及其组成

•电力系统：由产力电能,输送和分配电能、使用电能所连接起来的能机整体。

组成：

（I）按照元件（设备）划分一一发电机、变压器、输电线、用电设备

（2）按照功能划分一一电源（电厂）、传输及分配、用户

（3）按照规模划分（对于电力网络）一一局域网（地方网、省网）、区域网（华中、华南、

西南...）、国网

•电力网（电网）：由电力线路和变压器组成的,承担着电能输送和分配任务的网络。

2.电力系统运行的特点：

（1）电能不能大量储存，要求甩能的生产、输送、分配和使用几乎是在同一瞬间内完成。

（2）电能和社会的生产、人民的生活、国家的国民经济紧密相关。

（3）电力系统的暂态过程短促，因此电力系统的安全监测与控制非常困难

3.电力系统运行的基本要求

（1）供电安全可靠性

根据可靠性要求不同，分为I、II、III负荷。

（2）电能的优质性

由于干扰影响，对频率、电压、波形等电能质量指标的监测

（3）运行的经济性

尽量减少一次能源的消耗、网损和线损

4.电力系统负荷

（1）负荷曲线：把有功及无功负荷随时间变化的情况用图形来表示就称为负荷曲线。

•负荷曲线的作用：

□负荷曲线对电力系统的运行十分有用，电力系统的计划生产主要是建立在预测的负荷

曲线的基础之上的，

□通常为了事先安排电力系统中各个电厂的生产（即要求各个电厂在某个时刻应开几台

机组，发多少电等），必须事前由电力系统调度中心（指挥和协调电力系统中各个发电

厂生产的一个部门）制定出电力系统每天的预测负荷曲线。

□为了向各发电厂分配发电任务，应该在预测的负荷曲线上再加上电力系统在各个时刻

自身的耗电量（如线路损耗、电厂和变电所的自用电等）即可得出总的发电负荷曲线。

□有了这个总的负荷曲线，调度所就可以根据各个发电厂的运行特点来具体分配一昼夜

的发电任务。

□对于热效率高的火力发电厂、核电厂总是希望由他担任基本负荷，因为这类发电厂担

任较大的变动负荷时，热效率将大为降低。

•年最大负荷曲线反应了从年初到年终的整个一年内的逐月（或逐日）综合最大负荷的变化规

律。

•年负荷持续曲线是按照全年的负荷变化，根据各个不同大小的负荷值在一年中的累计持续时

间而排列组成的。

•年最大负荷利用小时数：

□Tmax的物理意义：若用户始终保持最大负荷Pmax运行，在经过Tmax小时后所消耗

的电能恰好等于其全年实际消耗的总电能。

□年最大负荷利用小时数的大小在一定程度上反应了实际负荷在一年内的变化程度，反

应用户的用电特点，

□如果负荷曲线较为平坦，则Tmax值较大；反之，则Tmax值较小。

□在知道了Tmax值后，可大致估算出用户全年的耗电量。这种方法在电网规划时是常

用的。

5.电力系统接线方式

反映电力系统元件/设备/站点的连接情况。

电气接线:设备之间的电气连接关系；

地理接线:强调电厂、变电站（所）、输电线、用户之间的地理位置关系以及距离。

基本要求:

供电可靠;

灵活适应各种可能的运行方式;

节约设备和材料;

人员的安全操作

网络接线方式：

（1）无备用网络接线

□用户只能从一个方向取得电源的接线方式，也称为开式电力网。

□优点：简单、经济、运行方便

□缺点：可靠性差，不能用于对重要用户供电

（2）有备用网络接线

□用户可以从两个或两个以上方向取得电源的接线方式。

□优点：供电可靠。

□缺点：是运行操作和继电保护复杂、经济性也较差。

6.电力系统额定电压

（1）定义：电气设备的额定电压，是其正常工作且能获得最佳经济效果的电压

（2）额定电压的确定：

。用电设备的额定电压：

。电力线路的额定电压：

线路首端电压比用电设备的额定电压高5%；

线路末端电压比用电设备的额定电压低5%：——线路的额定电压为首端和末端的平

均电压一一用电设备的额定电压和电网的额定电压一致

。发电机的额定电压比同级电网额定电压高5%

。变压器的额定电压：

a、直接接于发电机出线端，则其额定电压应与

■一次绕组发电机额定电压相同。

b、当接于电网时，则等于电网额定电压。

a、当二次侧线路较短时，比电网额定电压高5%。

■二次绕组

b、当二次侧输电线路较长时，考虑线路电压损

额定电压：

失，则应比电网额定电压高10%。

（空载电压）

7.中性点及其接地的概念

中性点接地方式——指变压器或发电机的三相绕组星形连接时其中性点与大地的连接方

式。

电力系统的中性点接地方式是一个综合的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、

设备安全、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等问题有密切的关系。

△电力系统的中性点运行方式

□UOkV及以上系统

采用中性点直接接地运行，降低设备绝缘要求

□3〜66kV系统（特别是3〜10kV）

采用中性点不接地运行方式，提高用电可靠性

□3〜66kV系统，单相接地电流大于一定数值时

采用中性点经消弧线圈接地

□低于IkV的低压配电系统

通常均为中性点直接接地，保障单相负荷的使用

★中性点运行方式及其特性分析

电力系统电源中性点的不同运行方式，对系统运行，痔别是发生单相接地故障时有明显的

影响，并影响系统二次侧继电保护及监测仪表的选择和运行。

五.典型例题

1.已知线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压值。

3WL

10kV

发电机额定电压：^NG=1.05Xt/Yini=1.05X6=6.3kV

变压器1额定电压：qV”=Uxc=6.3kV

U2Mir=L1KU.V2Hz=l-lxllO=121A：r

变压器2额定电压：Ug】=%2和=WQkV

U2N2：=1.05xUy3Hz=1.05x10=10.5W

2：

电力系统的部分接爱如题图所示，各电压级的额定电压及功率输送

方向已标明在图中。试求：

(1)发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压;

(2)各变压器的额定变比；

解(D发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压。

发电机:VGN=10.5kV,比同电压级网络的额定电压高5%。

对于变压器的各蒯绕组•将依其电压级别从高到低斌以标号1、2和3。

变压器T-1为升压变压器：V憾=10.5kV,等于发电机额定电压；/]=242

kV,比同电压级网络的额定电压高10%。

变压器T-2为降压变压器：匕«=220kV.等于同电压级网络的额定电压;Vg

=121kV和匕《=38.5kV,分别比同电压级网络的额定电压高10%.

同理，变压器T-3：V\】=35kV和匕„=11kV0

变压器T-4：V%=220kV和VNI=121kV0

(2)各变压器的额定变比.

以较高的电压级作为分子。

T-1,^TIN=242/10.5=23.048

.T-2：=220/121=1.818

^T2N(i-s)=220/38.5=5.714

^TIN<?.3)=121/38.5=3.143

T-3：八=35/11=3.182

T-4：狂仆=220/121=1.818

35k5V

?

(1)变压器的额定电压

变压器Tl：⑵/38.5/13.8kV;

变压器T2：35/1IkV;

变压器T3：10/0.4kV

(2)各变压器的实际变比为

TT：^TKI-2)=(1+0.025)X121/[(14-0.05)X38.5]=3.068

—025)X121/13.8=8.987

W»=(l+0.05)X38.5/13.8=2.929

T-2：兄=35/11=3.182

T-3：M=(l-0.025)X10/0.4=24.375

第2章电力系统的元件参数及等值电路

一、本章学习要求

掌握主要电力设备（元件）一一线路、变压器的参数及其等值电路的确定，用标么值方

法进行简单的电力系统等值电路计算和网络化简是考核重点

二、本章重点难点分析

I.重点

电力系统线路、变压器的等值参数计算和等值电路形式。

2.难点

简单电力系统的等值网络及其化简

三、占课程考核的权重

本章内容是本课程的基础内容，在后续课程中都有所涉及。

四、重要内容

（一）元件参数

电力线路

概述

1.电力线路种类

（1）架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子、换位

（2）电缆

2.电力线路的参数

电阻、电抗、电导、电纳一一r（欧/公里）、x（欧/公里）、g（西门子/公里）、b（西门子/

公里）表示。

3.各个参数的意义

（1）电阻r：反映线路的热效应（有功的损耗）

（2）电抗x：反映线路的磁场效应

（3）电纳b：反映线路的电场效应

（4）电导g：反映电晕损耗和泄露电流

4.等值电路

5.参数计算

（1）电阻

r=P/s（欧姆/公里）

其中P：计算用电阻率，欢*亳米2/公里。例如：铜18.8,铝31.5（20℃）

S：导线的额定截面积，亳米2

另外在实际应用中，I•随温度的变化而变化，可以用公式进行修正

rt=r20fl+a(t-20)l

rt、r20：t℃、20C时的电阻(欧姆/公里)

a：电阻的温度系数。例如，铝0.0036,铜0.00382

(2)电抗

交流输电线为单根导线的电感：

x=0.1445lg—+0.0157Q//n

Dm：互几何间距；r：导线半径。Dn=^DahDlycDac；

(3)电纳

交流输电线为单根导线的电纳

7

b=—力—x10ss/km

1g—

交流输电线为分裂导线的电纳

b='彳km

%

Dm和req的意义和计算电抗值相同。

(4)电导

在实际中由于泄露损耗很小而且在设计线路时也已检验了能否满足晴朗天气不发生电晕

的要求，一般情况下都可以设g=0。

变压器

外观：

柜体——PPT图

绕组——PPT图

双绕组变压器

△等值电路

T型

一型

、'「"型等值电路

RTjXT

NV\^ZZ}—

△变压器参数的获取

1.短路实验--[短路损物入

短路电压（百分值）U5%

2.空载试验（开路实验）一一[空载损耗

空载电流（百分值M。％

△变压器参数计算

I.求Rt

R,由△气.决定,=△E“十△年，△七=0；△&=34RT=

\P/.kW

△PsU;

Rr=注意单位：，SN：MVA

1000S;

UN:kV

2.求Xt

XT由短路试验得到的Us%决定。

0%。包述LxlOO%=1^1x100%Us%1

X-r=

100S.V

[S:MVA

注意单位！一一“s

[UN：kV

3.求Gt

Gr由开路试验的△P0决定。

\p

«O,A^=；G,二请Xi。-；注意单位：，

\P(}=\Pcu+^PFe.\PcuU1GT

U'：kV

4.求Bl

BT由开路试验的Io%决定。

母凶00%,斗鲁注意单位:二丁

最注意点：

1.各量单位:△4（ZW）、、

UN（kV）SN（MVA）.\Ps（kW）

2.UN为哪侧的，则算出的参数、等值电路为折合到该侧的。

3.三相变压器的原副边电压比不一定等于匝数比。

4.三相变压器不论其接法如何，求出的参数都是等值成Y/Y接法中的一相参数。

5.励磁支路放在功率输入他（电源侧、一次侧）。

三绕组变压器

内容略讲，基本和双绕组变压器一致。

（二）等值网络

■问题的提出

多电压等级下，各个参数有名值如何折算？

在电力系统中标么值是怎样定义的？

在多电压等级的情况下，标么值如何计算？

■多电压等级下有名值参数的计算

1.选取基本级（一般取最高点压等级）

2.将所有参数归算于基本级

U归算二U待归算（K1K2…KN）

I归算:1待归算/（KH2…KN）

Z归算=Z待归算（K1K2…秋尸

。靠近基本级一侧的电压

靠近待归算侧的电区

■基准值的选取

基准值的选取遵循以下原则：

1.单位和有名值相同

2.五个物理量（电阻ZB、导纳YB、电压UB、电流IB、功率SB）满足电路的基本关系，取

其中两个，一般取UB、SB

ZB、YB：每相阻抗、导纳的基准值;

UB、IB：线电压、线电流的基准值

SB：三相功率的基准值

■标么制及其应用

在电力系统的计算时可以采用有单位的阻抗、电压、电流、功率等进行计算，也可以采用

没有单位的各个参数的相对值进行计算。前者称有名制，后者称标么制。标么制计算结果清

晰便于迅速判断计算结果的准确性可大量简化计算等优点，故在很多范围内取代有名制。

■不同基准值标么值的折算

1.准确计算法

方法一：(1)选取基本级，将所有参数归算到该基本级下(Z、Y、U、I、S)

(2)在该基本级下，取统一的基准值UB、SB，算出ZB、YB、IB。

(3)在基本级下计算出标么值

方法二：(1)选取基本级，在基本级下取基本值比、SB，

(2)将基本级下的基准值归算到其他各电压等级

(3)在各个电压等级下计算标么值

2.元件的标么电抗：

发电机：XJ=^；SR

2

100UoSz

变压ss：丫，=与竺纥_3_

100"2SN

电抗器：X：=A-

1007利

■标么制的优缺点

■优点：

1.便于比较、分析元件特性与参数；

2.各级电压标么值都接近于1；

3.对称三相电路的计算与单相计算一致；

4.多电压级网络，基准电压选择恰当可消除变压器。

选取了短路段平均电压为基准电压后,元件电抗标幺值就只与元件历在度的平均电压有关

■缺点：

无量纲、物理概念不如有名值清楚。

五.典型例题

1：

发电机G：SN=30MV・A,VN==10.5kV,HG%=27

变压器T・1：SN=3L5MV-A/T=10.5/121,Vs%=10.5

变压器T-2、T3SN=15MV-A,­=U0/6.6,匕％=10.5

线路L；2=100km,i=0.4。/km

电抗器R：%=6kV.ZN=l.5kA,xR%=6

三做不含碳耦合关系的等值电路并计算其标幺值参数。

10kVT-l110kVL

(SHW-

解选SB=100MV-AA^n-lOkV,则

17]

VB(2)=VB(D/ATI=10X[八「kV=115.238kV

VBO)=VB(2)/^T2=H5.238X器kV=6.914kV

RG%SBVSI2710010.52^

XG=100X30X~2.°・9923

2

Y_Vsn%乂SBn_10.5100IC.5_

X11-^^XS^XV^iN~100Xrr5X102一。一跖

Xi=xXlX^--=0.4X100X.,=0.3012

VR(2)1ZoOoqq2

鼻,=0.1506

Jsn%小SB、/N」0.510CIIO?

T3

—100ASTZNVI⑵—100-15115.2382

%%xV”RN*SB_66X品=0.2898

100V3/R/V^3)10073X1.5

2.某用户35/10kV总降压变电所装有一台S9-3150/35/13.5k¥变压器，6k%=7o采用一条5km

长的35kV架空线路供电，M）=0.4Q/km。从总降压变电所出一路10kV电缆线路（乂）二。08。

/km）向1km远处的S9T0Q0/10/0.4kV车间变压器，4%=5）供电。已知地区变电所出口处短

路容量为400MVA,试计算供电系统中各主要元件的电抗标幺值。

k-1

一,S9-3150

架呈线5kmS9-1000

G>电缆线1km

8电源

35kVlOkV0.38kV

解：（1）计算供电系统中各主要元件的电抗标幺值;

*=100MVA,U”=10.5kV,Uc2=0.4kV

Sd100MVA

=5.50kA/p=-L22MY^_=144.34kA

111

-V3(/c)-V3xl().5kVV3xO.4kV

1）电力系统的电抗标幺值

他*0.25

400MVA

2）35kV电力线路的电抗标幺值

v，,Sd八/小八、°IOOMVA八

X、=x,L—v=0.4(。/km)x5kmx-----------=0.146

。U：(37kV)2

3)35kV电力变压器的电抗标幺值

.q%Sd7xlOOxl()3kVA…

入3——-----------------------------2.22

100SNT100x3I50kVA

4)10kV电力线路的电抗标幺值

1(X)MVA

X：真=0.08(Q/km)x1kmx；=0.073

4°U：(10.5kV)2

5)10kV电力变压器的电抗标幺值

3

X=Uk%^5xlOOxlOkVA5

5

100SNTlOOxlOOOkVA

*

Xi-2

第三章电力系统的潮流分布

一、本章学习要求

了解主要电力设备（元件）一一线路和变压器运行状况，主要掌握功率损耗和电压降落

的基本原理。掌握简单的辐射型和闭环电力网络的潮流分布计算方法。

二、本章重点难点分析

I.重点

简单网络的潮流计算是重点。

2.难点

网络潮流分析。

三、占课程考核的权重

本章内容占课程考核的30〜40%。

四、重要内容

I.电力线路运行状况的分析和计算

（1）电力线路的功率损耗计算

图37电力线路的电压和功率

末端导纳支路的功率：八'。jBU；

阻抗支路末端的功率：S：=52+ASv2=/<+,/e；

阻抗支路中损耗的功率:

战二为Z二号茨R+j可X*+3Q

阻抗支路中始端的功率：$'=S；+△母=£'+〃?；

〜1,1,

始端导纳支路的功率：AS、」=-GU：一一jBU；=APvI-j\Qx.

22

始端功率：S[=S；+/SSyl=Pl+jQl

（2）电压降落

ux

7r

u28U

图3—2电力线路的电压相量图

（＜，丫

由心=，+空•Z得

-1^2J

小a+^M（R+w=（a+P//x及二浴

1u2i4a

令即心…P；2网

u2u2

则伍=（a+AU）+j6U,

（3）衡量电压质品的指标

电压降落：U「l）2=&U+网——矢量问题；

电压损耗：U\—UHJ1——数值问题；

电压偏差："「"xlO。0；心—"x]00%——相对问题；

UN6

电压调整：Ui、；（其中U20为线路末端空载时的电压数值）

（4）线路电能损耗

由最大负荷利用小时数与最大负荷时的功率损耗求得，即

WL=—axX小

其中，可以根据最大负荷利用小时数，小，直接查取最大负荷损耗时间.ax

最大负荷损耗时间%®与最大负荷利用小时数

cos。的关系

0.800.850.900.951.00

2000150012001000800700

25001700150012501100950

300020001800160014001250

35UU235U21502UUU1«UU1600

400027502600240022002000

450031503000290027002500

500036003500340032003000

550041004000395037503600

600046504600450043504200

650052505200510050004850

700059505900580057005600

有表可见，了ma）不仅与Oax有关，还与线路传输功率的功

率因数有关.

线损率=9%X100%△忆

xlOO%

W.M+△忆

式中W2为线路末端输出的电能。

2.变压器运行状况的分析和计算

4

口

图3—2变压器的电压和功率

（1）变压器功率损耗计算

心=^^R+j^^X=APz+jA@

阻抗支路末端的功率:

始端导纳支路的功率：S；=S'+AS:=P：+jQ；

阻抗支路中始端的功率：ASvI=GU；-jBU；=APyl-;A2vI

始端功率：E=S；+ASyl=6+阉

*注意，变压器励磁支路的无功功率与线路支路的无功功率符号相反。

（2）变压器阻抗支路电压降落

U?U2

变压器始端的电压为：UIIQ+AU）、⑻）2

＞讨论：

1.由电压损耗纵分量可知降低电压损耗的方法有：提高电压等级；增大导线截面积；减小线

路中流过的无功功率。

2,由电压损耗的纵分量、横分量AU/JR+Q；XM=gR_Q；X,对于高压输电网

u?u?

二堂，加整,

(R«X),则△U

u2u2

——线路（变压器）两端电压幅值差,主要取决于输送的无功功率；线路（变压器）两端电压相知

差，主要取决于输送的有功功率.

3.电力网络潮流分布

（1）简单辐射形网络的潮流计算

电力系统网络化简：

简单辐射形网络接线图

HjBL/2HjB/2编

辐射形网络电压、功率的关系：YBUB=SB/UB

*对于一个确定的网络，运行参数（潮流）节点电压方程可以用于求解线性方程，但实际系

统网络已知的是节点的功率,因此只能用上式非线性方程求解,•般不能直接用解析法，需

要用迭代法求解。

J已知同一点的电压、功率：递推计算

J已知一端电压与另一端功率

两步计算：

a.设全网为额定电压，计算功率损耗（不计电压损耗），推算全网功率分布、始端功率；

b,由始端电压、功率向末端推算电压损耗（不再另算功率损耗），计算各母线电压

若木-Ujwq结束,否则将uj乍为继续回代，称该方法为一一前推回代法

*运算负荷与运算功率

a.变电所的运算负荷

।L

等值电路为

变电所等值负荷：S,=S2+AST

D

变电所运算负荷：S;=S,4-ASP2；其中A&2=U；(—j+)

等值负荷+一次母线所连线路充电功率的1/2

b.发电厂的运算功率

©口f

SD

等值电路为

发电厂等值功率：S;=S,-SD-AST

发电厂运算功率：S；=S；-ASP1；式中=

等值功率一升压母线所连的线路充电功率的l/2o

(2)闭环形网络中的潮流分布

闭环形网络可分为:两端供电网和简单环式网络

基本解题思路一两步计算

(1)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；

(2)依基本功率分布，在功率分点将闭式网打开，分别按开式网计算。

❸两端供电网的基本功率分布

等值网络:

则:u1~u4=du=iazi24-(-/un)z23+(ia-iW2-^u)3)^34:

j=(Z23+Z/u”+Z34/")3+d"

Z124-Z234-ZM

假设：ui=u2=u3=u4=uN,

=>2&+e)"

则有sa=

Z12+Z23+Z31

〜*.〜*

自然功率；SMZ/Zp+2Z34

Z12+Z23+Z31

♦

强制功率：

Zl2+Z2j+Z3I

推广到n个负荷节点：

n.*

S，nZm

A,S.UN(UA.-UA2)

Sa-"""：+：

77

<n***。此式为潮流计算的负荷矩公式。

A_£S'NUN(T-％)

Sb-=+*

zsZz

❸环网的基本潮流分布

环网初功率分布:

设1,2,3节点电压相等，u}=u2=u3=uN,Ma=u：ia=z-1+.2%产4)

Zl2+Z23+Z31

同理,由负荷矩公式可得：

c_^I.D2Z\2+^IJ)3(Z23+Z\2)

%―Z•―

Z12+Z23+Z31

忽略网络中的功率损耗，5*23=Sa—Sl/)2»531=523—SIJ)3o

打开网络成辐射网:

找功率分点一环路上电压最低点

设节点2为功率分点，则在2点将环网打开:

图中:S'un~SQ、Sg=S32。

★说明：

功率的自然分布——各段线路负荷的分布取决于阻抗。

循环功率——取决于电压差d。的取向。

闭式网的基本功率分布：两端电源电压相等时的自然功率分布+与负荷无关的循环功率

♦dlJ的产生：两端供电：

环路中变压器变比不匹配，

如：K1HK,贝I］：UA1=UAIC仃4=5电

选择正方向如图，贝I】：在=dO=L（K「KD

4.电力系统潮流分布的计算机算法简介

•计算机潮流计算概述

3）.电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算.确定整个电力系统各部

分的运行状态：

各母线的电压，各元件中流过的功率，系统的功率殒耗等等。

（2）.电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式求解问题。这个（些）方程

即为潮流计算的数学模型。

（3）.目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应用软件之一。

现有很多潮流计算方法。

（4）.对潮流计算方法有五方面的要求：a计算速度快;b内存需要少;c计算结果有良好的可靠

性和可信性:d适应性好，亦即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序配

合的能力强;e简单。

・潮流计算数学模型

状态参数与网络参数的去叁一方程

节点电压方程、回路电流方程等等

1）节点电压方程

反应一个节点上，节点注入电流、节点电压和节点导纳的关系。对于电力网络则为多个

节点——矩阵形式

节点导纳矩阵一

自导纳：单个节点施加单位电压，其他节点接地时，经此节点注入网络的电流值；

互导纳：单个节点施加单位电压，其他节点接地时，经另一节点注入网络的电流值。

2）潮流计算的基本方程

节点电压方程：YBUB=IB

问题：节点电压方程在实际系统中，已知量是什么？

节点导纳已知。节点电流？节点电压？

节点注入功率（有功和无功）

潮流计算基本方程为——

Y0=4；

“JU

•潮流计算的实质一一根据功率求电压。

•迭代方法求解节点电压方程（非线性方程）

经典迭代方法：牛顿•拉夫逊法（非线性方程线性化求解）略

改进：高斯-塞德尔法。略

五.典型例题

1.教材P68,例3—1

略

2.

某HOkV输电线路，长100km,r=0.2in/km,x=0.409H/km,b=

2.74X10-6S/km,线路末端功率10MW,cos忏=0.95滞后，已知末端电压为NOkV,试计

算始端电压大小和相角，始端功率，并作相量图.

解首先作输电线的等值电路如图所示。

R=0.21X100=21((1)

X=0.409X100=40.9(0)

B=2.74XIO-6X100=2.74X10-4(S)

^2=arccosO.95=18.195°

P2=10(MW)

Q£=10tan：8.195°=3.289(Mvar)

图输电线等值电路图及其功率分布S2=10+j3.287(MVA)

S；=S2+AS必=10+j3.287-jyX2.74XIO-4X1132=10+jl.629(MVA)

电压降落的纵分量、横分量分别为

P】R+Q[X_10X21+1.629X40.9

△U2=2.515(kV)

U2no

=P?X—QfR_10x40.9—1.629X21

23.407(kV)

5no

始端电技

5=，(5+白5)2+(、2)2=/(110+2.515)2+3.407,

=112.57(kV)

始端电压角度6=arctan厅•喂万=arctan急当—=匕734°(滞后)

11V-i4・D1O

始端功率Si=SZ+4Sz+AS必

=10+jl.629+102：#292(21+j40.9)-j-j-X2.74X10-4X112.572

=10.18+jO.24MVA

3.

10kV线路的等值电路如图所示，已知末端电压为10.2kV。试求始端

电压并作出电压相量图。

【解】设始端电压01，末端电压。九并以S为参考相量。

电压降落纵分量

2；产匚=2x%3j=-0.39(kV)

U2IV•/

电压降落横分量

4X4+3Xj.16(kV)

故得

Ox=U?+4U1+jdU2=10.2-0.39+J2.16=10.05/12.42,(kV)

最后可作出相量图如图

Z)1

10.2kV

4-；3MVA

4.

有一台SFL1-20000/110型降压变压器向

10kV网络供电。铭牌上给出的试验数据为：△Pk=135kW,

心％=10.5,AP0=22kW,/0%=0.8,K=110/11,试求

归算到高压侧的变压器参数，并作等值电路。

解归算到高压侧的变压器等值电路如图1-10所示。

参数为

R_APk•J=135XI吗_包08(。)

—1000・S&1000X202

取%•豚_2

10.5X110=63.52(。)

X-r100•SN-100X20

GT="J=——22=1.82X1QT(S)

“：00•喋100X1102

BT='%•.=°。8义.=13.2XIES)

ioo・51IOOXIIO-

5.

嫄所示的简单电力系统，元件参教在图帏也试作：①用有名值表示的电力系统等值电路

②用标幺值表示犍力系统等值电跖

0^—^*i・

系,5<63M0kVA

n<l32Q/km220.n0.5kV

X[M0.432Q/km

APk=404kW

机9.837阿gm“o-93kW-O.85-jO.385(fl)

■=14.45

/0%-2.4)

Zn1Z|2卜

i-Oy;(b)

)1!

2X

电力系统殿及等值蜗

(a)系魁线曲(b)等值螭

解作电力系统等值电路如图所示.参数计算如下:

(1)选择220kV电压等级为基本电压级。

线路A

Zn=2iX(r1+j⑥)=26.4+j86.4(0)

Hi=2】Xj优=200X100^X0.837XlQ-7100=j5.26X106(S)

变压器T

_u_APkX吸|；一％•氏_404X220214.45X22()2=

7=RiY

ZT心於looo.sg+j.IIOOOX632J100X63-4.93+J1H(。)

△Po.Io%>SN

匕=G—jBr=j

1000・ui100•lA

932.41X63

=(1.92-j31.4)X10-6(S)

1000X22021OOX22O2

线路

Zj2=lzX(r2+jx2)X(号f=373.l+jl6.9(Q)

⑵参数用标幺值表示,

选取220kV电压级的基准值为：Sn=100MVA,Un=220kV,则根据（1）的计算结

果，各元件的标幺值参数为

Zn・=ZnXA=(26.4+j86.4)X黑=0.0544-jO.178

Ug)々U

y,H=Yux赞=(j5.26X10-s)X需=jo.255

Zr・=ZTX£=(4.93+jlll)X黑=0.01+j0.229

214

YT.=yT.X^=(1.92-j31.4)X10-*X=(48.9-j799.4)XKT

Zh=ZEXR=(373.1+jl69)X黑=0.771+j0.349

l>n(创4纣

若没有(D的计算结果，直接计算标幺值参数，可以先确定各电压等级的基准电压为

U：m))=220(kV)

UaG0)=220X^=10.5(kV)

乙乙u

柄雉参教计算为

z-MX幅=0.054+j0.178

hi，沏•号二j0.255

“=(需+j错卜之=。,叶。0

3(-3疑卜缨="&9巾4k

ZB.=A•(r2+jj2)x/-=0.771+j0.349

UnGQ)

6.

开式网络的接线如图，电源电压为U6kV,双回线供电，线路长100km,r=0.21Q/km,

x=0.409Q/km,b=2.74X10-fis/km,变电站a装有两台同型号双绕组变压器，

容量31500kVA,Pk=190kW,P0=31kW,uk%=10.5,J°%=2.8,变电站低

乐侧负荷50MW,cos6=0.9,试求变电所高压侧母线电压。

解线路参数

R+jX=J(0.21+j0.409)X100

-10.54-j20.45(0)

B=2X2.74X10-4X100=5.48XlO^CS)

等值电路见图

<w_

/7V\50MW

\\jy~83尸o.9

t/A-ll»lcV

开式网络接线图陆化的等值电路

变压器低压侧负荷

Pb=50MW1—arccosO.9=25.842,

Qb-SOtanA=50tan25.8420=24.216(Mvar)

Sb=50+j24.216(MVA)

设电压为额定电压，求变电站a的运算负荷

S,=Sb++ASTO+ASI%

=50+j24.216+2(0.19+j盖X31.5)(写埸等