电力系统分析小结—08电气.ppt

1、电力系统分析小结,朱一纶,第一章.电力系统概述和基本概念,电力系统及其基本元件 电力系统由发电机，电力网和负荷组成。 电力网由各种电压等级的输配电线路及升降压变压器组成。 电力系统运行的基本要求 电能生产的基本特点,电压等级和额定电压,额定电压（rated voltage） 电气设备、线路都是按照指定的电压和频率来进行设计制造的，这个指定的电压和频率，称为电气设备的额定电压和额定频率。当电气设备在此电压和频率下运行时，将具有最好的技术性能和经济效果。 电压等级及额定电压,电力系统各元件额定电压的确定,我国国家标准GB156-1980规定的额定电压（线电压）,额定电压（Rated Voltage

2、）,电力线路的额定电压和系统的额定电压相等，有时把它们称为网络的额定电压。 发电机的额定电压与系统的额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比系统的额定电压高5%。,额定电压（Rated Voltage）,变压器接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧为二次绕组。一次绕组的作用相当于受力设备，其额定电压与系统的额定电压相等，但直接与发电机联接时，其额定电压则与发电机的额定电压相等。二次绕组的作用相当于供电设备，额定电压规定比系统的额定电压高10%。如果变压器的短路电压小于7%或直接（包括通过短距离线路）与用户联接时，则规定比系统的额定电压高5%。,年持续负荷曲线,最大负荷利用小时数Tmax

3、 复习题 1-1，1-3，1-4，1-7,第二章电力系统元件数学模型,电力线路的模型及参数计算方法 变压器等值电路参数的计算方法。 发电机等值电路参数的计算方法。 多电压级网络参数和变量的归算方法 标么值的定义和计算方法,电力线路的等值电路及其计算,1,型电路,（2-61）,（2-62）,特性阻抗 传播系数 如果设线路上没有有功功率损耗（即设r1=0,g1=0)。对于这种“无损耗”线路，特性阻抗为实数，称波阻抗，传播系数为虚数，称相位系数。 自然功率也称波阻抗负荷。是指负荷阻抗为波阻抗时，该负荷消耗的功率。 输送功率大于自然功率时，线路末端电压将低于始端；反之，输送功率小于自然功率时，线路末端

4、电压将高于始端。,双绕组变压器的等值电路,等效电路参数的求法:,变压器的前四个参数可以从出厂铭牌上的代表电气特性的四个数据经计算得到。 这四个数据是：短路损耗，短路电压，空载损耗和空载电流。,三绕组变压器的参数计算,三绕组变压器的参数计算,通过上式求出各绕组的短路损耗后，就可以求出与双绕组变压器相同形式的表达式：,上述计算式适用于三个绕组的额定容量都相等的情况。,对II类和III类变压器,以II类为例，设3绕组的额定的容量只有50%SN，只在做1-3、2-3侧短路试验时，由于受到3侧额定电流的限制，1、2侧额定电流只能调到其额定值的50%，测出的PS13和PS23和短路电压和US23，归算到额

5、定条件下的值为：,PS13=4PS13 PS23=4PS23 US13=2 US13 US23=2 US23 然后按上式求三绕组变压器的电阻和电抗参数。,同步发电机,同步发电机的电路模型如图。,制造厂一般给出以发电机额定容量为基准的电抗百分值，其 定义为,从而可得发电机一相电抗值（）为,（2-58）,式中，UN为发电机的额定电压（kV）；SN为发电机的额定 视在功率（MVA）；PN为发电机的额定有功功率（MW）； 为发电机的额定功率因数。,2. 发电机的电动势和等值电路,（2-59）,式中， 为发电机的相电动势（kV）， 为发电机的相电 压（kV）， 发电机定子的相电流（kA）。,由式（2-5

6、9）可以作出以电压源表示的等值电路，如图2-15 （a）所示。,图2-15 发电机的等值电路 （a）以电压源表示； （b）以电流源表示,将式（2-59）两边除以jXG后可得,（2-60）,由此可作出以电流源表示的等值电路如图2-15（b），其中 为电流源， 为发电机端相电压。,1. 负荷的功率,感性负荷的单相复数功率为,（2-61）,式中，SL为单相负荷的视在功率（MVA）； 为负荷相电压相量 （kV）； 为负荷相电流的共轭值（kA）；u 、i为负荷相电 压相电流的相位角（o）; PL 、QL为单相负荷的有功功率（MW）、无功功 率（Mvar）。,容性负荷的单相复数功率为,（2-62）,由于为

7、容性负荷，则 ，其中 ，也就是电压 滞后电流相位角 。其他符号的意义同于式（2-61）。,负荷的功率、阻抗和导纳,2. 负荷的阻抗和导纳,由单相负荷复数功率的表达式 ，则有 ；又 由欧姆定律有 ，所以有 ，于是可得感性负荷的阻 抗表达式为,（2-63）,可见,（2-64）,又由于 ，于是可得感性负荷的导纳表示式为,作出以阻抗表示的感性负荷的等值电路，如图2-16（a）所示。,多级电压电力网的等值电路,多级电力网的参数计算 1、画出等值电路 2、折算到基本级。,三相系统的标幺制及其计算,在电路计算中，有两种：有名制和标幺制。 有名制即物理量均有单位。 标幺制：标幺值=有名值/基准值（Base）

8、有名制中有五个基准量：功率，电压，电流，阻抗，导纳，它们互相之间有关系，所以只能选定任意两个取其值为基准值。,复习题,2-4，2-5，2-7，2-10 2-13，2-15，2-16,2-17,2-19,第三章 简单潮流计算,电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整、电力网的电能损耗等概念 简单电力线路和变压器中电压降落和功率损耗的计算,潮流分析与计算分析并计算电力网络中各元件的功率损耗和电压降落,求得线路两端电压后，就可以计算某些表示电压质量的指标,（1）电压降落： ，始末两端电压的向量差， 仍为相量。其中 和 分别为电压降落的纵分量和横分量。,（2）电压损耗： ，始末两端电压的数值差。近似认

9、为 ，电压损耗常以百分数表示，即,（3-15）,线路额定 电压,（3）电压偏移： ，始端电 压或末端电压与线路额定电压的比值。电压偏移也常用百分数 表示，即,（3-16）,（3-17）,（4）电压调整： ，线路末端空载与负载时电压的 数值差。不计线路对地导纳时， ，则此时电压调整就 等于电压损耗，即 。其百分数为,线路末端 空载电压,（3-18）,（5）输电效率： ，线路末端输出的有功功率P2与始 端输出有功功率P1之比，其百分数为,（3-19）,简单开式网的潮流计算,由电力线路和变压器组成。 从后向前逐级计算 从前向后逐级计算,1. 电力线路的功率损耗,图3-1为电力线路的型等值电路，其中Z

10、=R+jX，Y=G+jB 为电力线路每相阻抗和导纳， 为相电压， 为单相功率。,图3-1 电力线路的型等值电路,电力线路的功率损耗,通过电路元件所产生的功率损耗为 在外加电压作用下，线路电容将产生无功功率,b,电力线路的电压降落 如图3-1，设末端相电压为 ，则线路首端相 电压为,（3-6）,横分量,纵分量,电压降落,变压器中的功率损耗,变压器绕组的电阻和电抗的功率损耗也可写成：,，,变压器中的功率损耗,变压器在额定状态时（P50例3-1），,有时可以按上式近似计算变压器的功率损耗,简单环形网的计算概念,有功功率分点- 无功功率分点- 若有功功率分点与无功功率分点为同一节点时，该节点为网络电压

11、最低点。 在功率分点解开环形网，成为两个开式网络。,复习题,3-3，3-4，3-6 3-8，3-9，3-10，3-11,第四章电力系统潮流的计算机算法,电力网络的数学模型节点电位法 导纳矩阵的形成及修改 PQ节点，PV节点和平衡节点的概念 牛顿-拉夫逊法是运用迭代方法求解电力系统的非线性的功率方程组。 雅可比矩阵的形成 P-Q分解法是牛顿-拉夫逊法的简化（考虑电力系统的特点后）,复杂电力系统潮流分析_节点导纳矩阵,一、节点方程 如图所示的简单电力 系统 略去变压器的励磁功 率和线路电容，负荷用阻 抗便可得到一个有5个节点 和7条支路等值网络；,节点分类,PQ节点节点的注入功率P、Q均给定，通常

12、负荷节点均为PQ节点，待求电压大小及相位 PV节点节点的注入有功功率P是给定的，且节点电压大小给定，通常有无功储备的发电厂可选作PV节点，侍求Q和相位 平衡节点节点电压的大小及相位均给定。潮流分析时有且只有一个。待求P、Q,习题,求导纳矩阵.（注意题目给出是阻抗还是导纳）,复习题,4-2 4-4，4-10（1），4-12,第五章电力系统有功功率平衡与频率调整,电力系统的基本任务: 将电能在电压、频率合格的前提下安全、可靠、经济地分配给各用电设备。 有功功率平衡。 有功功率不足时，会引起系统频率下降，反之则造成系统频率过高。,电力系统的频率调整,电力系统频率的一次调整是发电机由原动机的调速系统自

13、动调整原动机的出力从而调整频率。 电力系统频率的二次调整是指发电机组的调频器动作，使发电机组的P-f静特性平行移动从而调整频率。 三次调整是指电力系统按最优化原则在各发电厂之间进行调度。,5-2，5-6，5-8,无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起系统电压的升高或下降,无功功率的平衡应本着分层、分区、就地平衡的原则,无功电源的无功输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求,第六章 无功功率与电压的关系,无功电源主要有,同步发电机 同期调相机 并联电容器 并联静止补偿器,电力系统的几种主要调压措施,R+jX,P+jQ,1:K1,Vb,1:K2,VG,Vb=(VGk1V)/k2(V

14、Gk1 )/ k2 式中k1和k2分别为升压和降压变压器的变比，R和X分别为变压器和线路的总电阻和总电抗,复习题,6-1，6-3，6-4，6-5，6-7,电力系统故障分析,分析电力系统发生故障或在受到其他类型扰动的暂态过程.,第七章序参数和等值电路,不对称故障分析：对称分量法 各元件的正序，负序，零序等值电路 画出电力系统故障运行的各序等值电路 给出等值电路化简,对称分量法及其应用,任意不对称的三相相量可以分解为三组相序不同的对称分量:,正序分量,负序分量,零序分量,式（7-1）可写成矩阵的形式 （7-3） 其中： 1） 为对称分量变换阵；,解式（7-1）可得,（7-2）,对式（7-3）左乘,

15、（7-6）,对T求逆,（7-5）,2） ；,3） 。,（7-4）,对电压进行 相同的变换：,各元件的正序，负序，零序等值电路,发电机电压源，电抗，电抗 异步电动机电压源，电抗，断开 变压器 线路零序电抗为3X1 负荷电阻+电抗，或断开,复习题,三相短路的等值电路 各元件的正序、负序和零序电路。 7-24，7-25，7-26，7-27,第八章 电力系统故障的分析与实用计算,故障分类，无限大容量电源 三相短路，求短路电流与冲击电流 电路化简 不对称电路分析,第一节 由无限大容量电源供电的三相短路 的分析与计算,一、无限大容量电源,电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源送出功率的变化 远小

16、于电源的容量 ，这时可设 ，则该电源为无限大容量电源。,电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中保持不变,概念,重要特性,（8-5）,式中 为短路电流周期分量的幅值。,短路瞬间的电流为,短路冲击电流发生在短路后半个周期时，其值为：,（8-8）,（8-9）,概念：短路电流的可能最大瞬时值,此时的 相全电流的表达式为：,作用：检验电气设备和载流导体的动稳定度,冲击系数，一般取1.81.9,三、短路的冲击电流、短路电流的最大有效值和短 路功率,1.短路的冲击电流,假设：短路前为空载,当 时， ；当 时， 。,2.短路电流的最大有效值 最大有效值电流也发生在短路后半个周期时，其值为：,（8-10）,3.短路功率（短路容量）,表达式：,用标幺值表示为：,在有名值计算中：,（8-11）,（8-12）,（8-13）,作用：用来校验断路器的切断能力。,2.起始次暂态电流 的近似计算 （1）系统元件参数计算（标幺值）。 （2）对电动势、电压、负荷进行简化。 （3）化简网络。 （4）短路点k起始次暂态电流