電力系統穩態分析ppt課件

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,電力系統穩態分析,主講 馬士英,電力系統穩態分析,1,電力系統穩態分析,第一講 電力系統基本概念,（電力系統、電能生產的特點與要求、聯合電力系統）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第一講 電力系統基本概念,2,一、電力系統、電力網及動力系統的概念,1、電力系統,由發電機、變壓器、線路、用電設備以及其測量、保護、,控制裝置等按一定規律聯系在一起組成的用于電能生產、輸送、,分配和消費的系統稱為電力系統。,2、電力網,電網是由變壓器和各種電壓等級輸電線路組成的，用于電能,輸送和分配的網路。其中電壓等級在110kV及

2、以上的電力網主要,用于電能的遠距離輸送，稱為輸電網；35kV及以下的電力網主,要用于向用戶配送電能，稱為配電網（有時110kV電壓也用于配,電網）。,一、電力系統、電力網及動力系統的概念,3,3、動力系統,電力系統及其動力部分的總體稱為動力系統。動力部分包,括火力發電廠的鍋爐、汽輪發電機；水電廠的水庫、水輪機,；原子能電廠的反應堆、汽輪機等。,下圖為電力系統、電力網和動力系統的示意圖。,3、動力系統,4,電力系統示意圖,電力系統穩態分析ppt課件,5,二、電力系統發展簡史,1、電力系統形式發展過程,直流單相交流三相交流交直流并存。,（1）最初的直流電力系統,1982年法國建立了世界上第一個電力

3、系統，電壓為直流15002000V，輸電距離57km，輸電功率約2KW。,由于直流電壓不能象交流電哪樣通過變壓器升高和降低電壓，無法滿足大容量遠距離輸電對高電壓和用電對低電壓的要求。,二、電力系統發展簡史,6,（2）單相交流輸電,1985年在制成單相變壓器的基礎上實現了交流輸電，解決了遠距離大容量輸電與低壓用電之間的矛盾。,單相交流輸電的主要缺陷是經濟性差；單相用電設備的瞬時功率是周期性變化的，所以無論是單相發電機和單相電動機運行時振動都比較大。,（3）三相交流輸電,1891年在制成三相變壓器的基礎上，德國建立第一個三相交流輸電系統。發電機電壓95V、輸電線路電壓25000V、輸電距離178K

4、m、用電電壓112V。,（2）單相交流輸電,7,三相交流輸電與單相交流輸電相比較主要優點是經濟性好，節省輸電線路導線；三相發電機和三相電動機的瞬時功率為常數，有效地減小了發電機、電動機運行中的振動問題。,三相交流輸電存在的主要問題是同步發電機并列運行的穩定性問題和不同頻率系統之間的聯網問題。隨著電力系統輸電距離的增大，制約輸電容量的是不再是導體的發熱問題和輸電效率問題，而是并列運行的穩定性問題；此外不同頻率之間的電力系統不能聯網，限制了優越性更高的聯合電力系統的發展，譬如跨國電力系統的發展。,三相交流輸電與單相交流輸電相比較主要優點是,8,（4）交直流并存的現代電力系統,直流輸電不存在穩定性問

5、題，電力電子技術的發展為重新采用直流輸電創造了條件。,現代電力系統中發電和用電仍然采用三相交流，輸電則采用三相交流和直流并用的方式。,直流輸電不僅解決了三相交流輸電的并列運行穩定性問題，也解決了不同頻率系統之間的并網運行問題。,現代電力系統示意圖如下圖所示。,（4）交直流并存的現代電力系統,9,電力系統穩態分析ppt課件,10,2、我國電力系統現狀,（1）電網建設,目前我國已建成東北、華北、華中、華東、南方、西,南、和西北七個區域電網。（如圖所示）并在華中、南方、,西南、華東電網之間進行了聯網。進一步的發展是建立全國,統一電網。,（2）電壓等級,除西北電網外，目前采用的電壓等級有：,交流：10

6、00KV（特高壓）、500KV（超高壓）、220KV、110KV、35KV、10KV。,直流：800KV（特高壓）、 500KV,2、我國電力系統現狀,11,電力系統穩態分析ppt課件,12,電力系統穩態分析ppt課件,13,電力系統穩態分析ppt課件,14,電力系統穩態分析ppt課件,15,電力系統穩態分析ppt課件,16,電力系統穩態分析ppt課件,17,三、電能生產的特點,1.連續性,電能不能大量儲存，電能的生產、輸送和消費同時完,成，任何一個環節出現問題都會影響到其他環節。,2. 瞬時性,電能是以接近光速的速度傳輸的，其過渡過程很短，所,以電力系統任何一點的故障將瞬間波及到整個電力系統

7、。,3.重要性,電能是國民經濟各部門的主要能源，由于電能生產的連,續性和瞬時性，電能供應的中斷和減少將對國名經濟各部門,產生重要影響。,三、電能生產的特點,18,四、對電能生產的基本要求,1、保證供電可靠性,即滿足負荷對電能供應的要求。不同類型的負荷對供電,可靠性的要求不同。,（1）分類原則,按照供電中斷或減少所造成的危害大小進行劃分。,（2）負荷分類,一類負荷（重要負荷）：,指電能供應的中斷或減少將造,成設備損壞、人員傷亡、生產秩序混亂，人民生活在較長時,間內得不到恢復的用戶的用電設備。,四、對電能生產的基本要求,19,二類負荷（較重要負荷）：,指供電中斷或減少將造成產,品產量和質量下降，人

8、民生活正常秩序受到影響的用戶的用,電設備。,三類負荷（一般負荷）：,除一類負荷和二類負荷之外的,用戶的用電設備。,（3）各類負荷對供電可靠性要求,一類負荷（重要負荷）：,任何情況下不允許停電；,二類負荷（較重要負荷）：,盡可能不停電；,三類負荷（一般負荷）：,允許停電；,二類負荷（較重要負荷）：指供電中斷或減少將造成產,20,2、良好的電能質量,電能質量用電壓偏移、頻率偏移和電壓波形來衡量。,（1）電壓偏移,電氣設備的實際電壓偏離額定電壓的程度，百分值表,示。,（2）頻率偏移,電力系統的實際運行頻率與額定頻率的差值。,我國對電力系統頻率偏移的基本要求是,2、良好的電能質量,21,3、電力系統運

9、行的經濟性好,電力系統運行的經濟性用燃料消耗率、廠用電率和網損,率衡量。,（1）燃料消耗率,指發電廠每發單位電能（1KWh)所消耗標準煤（g）的多少。,2005年統計數據：,平均煤耗：380g/KWh,超臨界機組平均煤耗：298g/KWh,最低煤耗：281g/KWh,效益分析：1000MW電廠，煤耗降低1g,年節約1000萬元.,3、電力系統運行的經濟性好,22,（2）廠用電率,為保證發電廠主要設備運行所需的用電設備的用電稱,為廠用電。,廠用電率為廠用電量與同期發電廠發電量的比值的百,分值。,凝汽式火力發電廠的廠用電率在（68）%。,（3）網損率,指一定時間內，電網在傳輸電能過程中所損耗的電能

10、,和發電廠送入電網的電能的比值的百分數。,（2）廠用電率,23,六、聯合電力系統,滿足電力系統基本要求的措施很多，但根本的措施是,采用聯合電力系統。,1、聯合電力系統,將幾個區域電力系統通過聯絡線路聯系在一起所形成的,統一電力系統稱為聯合電力系統。,2、聯合電力系統的優越性,3、聯合電力系統發展現狀及趨勢,國外：跨國電力系統；,國內：全國聯網,六、聯合電力系統,24,電力系統穩態分析,第二講 電力系統基本概念,（電力系統的電壓等級、接線方式、中性點運行方式）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第二講 電力系統基本概念,25,一、電力系統的接線方式,1、電力系統接線圖,（1）電氣接線圖,表示電力系統

11、各元件之間電氣聯系的電路圖，一般以,單線圖表示。（如第一講的電力系統接線示意圖）,（2）地理接線圖,按比例表示電力系統中各發電廠和變電所的相對地理位置接線圖。（如第一講的各區域電力系統接線示意圖）,一、電力系統的接線方式,26,2、電力系統的接線方式,（1）接線方式分類 無備用接線方式用戶只能從一個方向獲得電能的接線,方式，包括單回路放射式、單回路干線式、單回路鏈式接線；,無備用接線方式,（a）單回路放射式 （b）單回路干線式 （c） 單回路鏈式,2、電力系統的接線方式 （1）接線方式分類 無備用接,27,（2）有備用接線方式,用戶可以從兩個或兩個以上方向獲得電能的接線方式。,包括雙回路放射式

12、、干線式、鏈式接線；環式接線和兩端供,電方式。,有備用接線方式,（a） 雙回路放射式 （b） 雙回路干線式 （c）雙回路鏈式,（d） 環式 （e） 兩端供電網絡,（2）有備用接線方式,28,3、各種接線方式的特點,（1）無備用接線方式 優點：接線簡單、投資少、運行維護方便 缺點：供電可靠性差,（2）有備用接線方式,雙回路放射式,優點：供電可靠性高、電壓質量好 缺點：投資大、經濟性差,環形接線,優點：供電可靠性較高、較為經濟 缺點：運行調度復雜、故障或檢修切除一側線路時，電壓質量差，供電可靠性下降。,3、各種接線方式的特點 （1）無備用接線方式 優,29,兩端供電式,優點：供電可靠性高、經濟性好

13、、故障或檢修時電壓質,量較好； 缺點：受電源分布限制、運行復雜,4、各種接線方式的適用場所,無備用接線方式通常用于對供電可靠性要求不高的三類,負荷的供電，在采取一定的提高供電可靠性的措施后（例如,采用組合開關電氣、線路裝設重合閘裝置等）也可用于對二,類負荷的供電。,有備用接線方式通常用于對供電可靠性較高的一類負荷,和二類負荷的供電。對于一類負荷供電時應有兩個以上相互,獨立的電源。,兩端供電式,30,二、電力系統的額定電壓,1、輸電線路的理想電壓,對應一定的輸電距離和輸送容量，輸電電壓等級越高，電力網的電能損耗越小，電能損耗耗費越少；但隨著電壓的升高，線路的投資費用越高。如下圖所示，圖中C1為年

14、電能損耗費（萬元/年），C2為歸算到運行年的年投資費用（萬元/年），C為輸電線路的年費用。,顯然對應于一定的輸送,距離和輸送容量存在一個,電壓，在該電壓下運行，輸,電線路的經濟性最好，此電,壓就是其理想電壓。,二、電力系統的額定電壓,31,2、電力系統額定電壓規定原則,電壓等級越多，越有利于輸電線路選擇接近理想電壓的,額定電壓；但額定電壓等級越多，越不利于電氣設備的規模,化生產。,電力系統額定電壓就是綜合使用和制造兩方面的要求，,經經濟技術比較確定，并由國家頒布實行的。,3、電力系統額定電壓,國家規定的電力系統的額定電壓如下表所示。,2、電力系統額定電壓規定原則,32,電力系統穩態分析ppt課

15、件,33,4、電力網中的電壓分布與線路、發電機、變壓器的額定電壓,（1）電力網的電壓分布,4、電力網中的電壓分布與線路、發電機、變壓器的額定電壓,34,（2）輸電線路允許的電壓損耗,用電設備允許的電壓偏移為 ，所以線路允許的電壓,損耗為10%。,（3）輸電線路的額定電壓,輸電線路的額定電壓取線路各點電壓的平均值，即用電,設備的額定電壓。,（4）發電機的額定電壓,在有直配線的情況下，發電機接于線路首端，運行時電,壓比用電設備的額定電壓高5%，為使發電機在額定電壓下,運行，所以發電機額定電壓就取線路首端的電壓，即用電設,備額定電壓的1.05倍。,在沒有直配線的情況下，發電機的額定電壓根據發電機,運

16、行的經濟性確定。,（2）輸電線路允許的電壓損耗,35,（5）變壓器的額定電壓,原邊繞組：,對于降壓型變壓器，其原邊繞組既可能接于線路首端，也,可能接于線路末端，為保證不管哪種情況下，其實際電壓都在,允許的范圍內，所以其額定電壓取用電設備的額定電壓。,對于發電廠的升壓變壓器，由于其與發電機直接連接，所,以取發電機的額定電壓。,副邊繞組：,副邊繞組接于線路首端，運行時其電壓比用電設備的額定,電壓高5%，但變壓器副邊繞組的額定電壓是指原邊繞組加額定,電壓，副邊繞組開路時的端電壓，注意到變壓器正常運行時變,壓器的內部電壓損耗約為5%，所以變壓器副邊繞組的額定電壓,應取用電設備額定電壓的1.1倍。,（5

17、）變壓器的額定電壓,36,只有當與變壓器副邊繞組相連接的線路路很短（或直接,與用電設備相連接），線路壓降很小時；或變壓器本身的短,路電壓較?。ㄐ∮?.5%）時，允許變壓器副邊額定電壓取,用電設備額定電壓的1.05倍。,用線電壓表示的抽頭額定電壓,220kV,升壓變壓器,降壓變壓器,只有當與變壓器副邊繞組相連接的線路路很短（或直接2,37,5、不同電壓等級的適用范圍,3KV：工企業內部使用（如3KV電動機）；,1000、500、330、220kV：用于大電力系統的主干線；,110KV：小電力系統的主干線、大電力系統的二次網絡；,35KV：大城市或大工業企業內部配電網絡；農村電力網絡；,10kV：

18、配電網絡。,各級電壓架空線路的輸送能力,5、不同電壓等級的適用范圍,38,三、電力系統中性點運行方式,1、電力系統中性點,電力系統中星形接線的發電機或變壓器的中性點稱為電,力系統的中性點。,2、電力系統中性點的運行方式,三、電力系統中性點運行方式,39,3、各種中性點運行方式的特點,（1）直接接地運行方式,優點:,正?；騿蜗嘟拥厍闆r下非故障線路對地電壓為相,電壓；,缺點:,單相短路電流大，需要切除故障線路.,3、各種中性點運行方式的特點,40,（2）不接地運行方式,（2）不接地運行方式,41,優點:,正?；騿蜗嘟拥厍闆r下三個線電壓保持對稱，單,相接地情況下接地點流過很小的電流 ，,只要該電流小

19、于規定的數值，接地點不會出現電弧，所以不,影響用電設備的正常運行。,缺點:,中性點電壓升高為相電壓，非故障相電壓升高為,線電壓，對電氣設備的對地絕緣要求較高，增大電氣設備造,價。,優點:正?；騿蜗嘟拥厍闆r下三個線電壓保持對稱，,42,（3）經消弧線圈接地運行方式, 經消弧線圈接地運行方式的目的,在中性點不接地系統中，當線路較長，線路對地電容較,大，或電源電壓較高時，單相接地時流過接地點的電流可能,較大，當電流超過規定值時,（一般認為3560KV超過10A；,10KV超過20A；36KV超過30A），,就會在接地點產生電,弧，從而引起弧光過電壓。采用經消弧線圈接地的目的就是,在發生單相接地時，用

20、電感電流補償電容電流，使接地點電,流小于規定值，避免電弧產生。, 工作原理：,由圖可以看到，單相接地時，由于中性點電感電流與接,地電容電流相位相反，流過接地點的總電流為二者數值之差，,適當選擇電感值就可以使流過接地點的電流小于規定值，,（3）經消弧線圈接地運行方式,43,從而使故障處不會出現電弧，避免了電弧引起的弧光過,電壓對電氣設備和線路絕緣的威脅，所以該電感稱為消弧線,圈。,44, 補償方式,欠補償：,接地點電流為容性；,過補償：,接地點電流為感性；,全補償：,接地點電流為零。, 補償方式,45, 補償方式選擇,全補償諧振情況分析,由于全補償時 ，即 ；當電力系統,在正常運行情況下出現零序

21、電壓時，就會發生串聯諧振，引起諧振過電,壓。,所以電力系統經消弧線圈接地時，不應采用全補償方式；而欠補償方,式在系統運行方式變化時，可能轉變為全補償，所以通常采用的補償方式,應為過補償。, 補償方式選擇,46,無自然中性點的三相系統中性點的獲取方法,對于10KV電力系統變壓器繞組通常采用三角形接線，,系統無自然中性點，為獲取中性點可以在母線上裝設接地變,壓器。接地變壓器繞組采用“Z”形接線，目的是獲得大的正序,和負序電抗，很小的零序電抗。,無自然中性點的三相系統中性點的獲取方法,47,正序電流流過時：,零序電流流過時：,正序電流流過時：,48,中性點不接地 中性點直接接地,電流,中性點電壓,非

22、故障相,點,電壓,線電壓,經消弧線圈接地:,適當選擇線圈感抗,接地點電流可減小到很,小,熄滅接地電流產生的電弧。其他特點與不接地系統基本相,同。,接地點的電容電流是正常運行時一相對地電容電流的3倍,故障相電流和流入故障點的電流很大,中性點電壓升高為相電壓,故障相和中性點電壓為零,非故障相對地電壓升高為線電壓,非故障相對地電壓仍為相電壓,三相之間的線電壓保持與正常時相同,與故障相相關的線電壓降低為相電壓,中,49,4、各種中性點運行方式的應用,110kV及以上電力系統采用中性點直接接地運行方式，以,減低輸電線路和電氣設備的對地絕緣要求，降低造價。,但110kV及以上輸電線路傳輸功率大，單相接地短

23、路時跳,閘，將造成大面積停電，所以必須采取其他措施提高供電可,靠性，常用的措施有線路裝設重合閘，沿線路全線假設避雷,線等。,35kV及以下電力系統，在單相接地電容電流未超過規定,值時，采用中性點不接地運行方式；超過規定值時，采用經,消弧線圈接地的運行方式。這是因為電壓等級較低，即使按,承受線電壓設計輸電線路和電氣設備的絕緣也不會過多增加,造價，但卻可提高供電可靠性。,4、各種中性點運行方式的應用,50,電力系統穩態分析,第三講 電力系統元件的數學模型,（輸電線路的參數計算）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第三講 電力系統元件的數學模型,51,一、 系統等值模型的基本概念,1、,電力系統分析和計

24、算的一般過程,首先,將待求物理系統進行分析簡化，抽象出等效電路,(物理模型)；,然后,確定其數學模型，也就是說把待求物理問題變成數,學問題；,最后,用各種數學方法進行求解，并對結果進行分析。,不同情況下，同一元件的數學模型不同。,一、 系統等值模型的基本概念,52,2、例：輸電線路模型,直流穩態,交流穩態,暫態,輸電線路等值電路 數學模型,2、例：輸電線路模型,53,二、輸電線路的結構,1、架空輸電線路,導線,避雷線,桿塔,絕緣子,金具,二、輸電線路的結構,54,（1）導線和避雷線,電性能，機械強度，抗腐蝕能力；,主要材料：鋁，銅，鋼；例：LJ TJ LGJ,（1）導線和避雷線,55,（2）

25、桿塔,木塔：較少采用,鐵塔：主要用于220kV及以上系統,鋼筋混凝土桿：應用廣泛,（3） 絕緣子,針式：,10kV及以下線路,（2） 桿塔,56,電力系統穩態分析ppt課件,57,懸式絕緣子,主要用于35kV及以上系統，根據電壓等級的高低組成數目,不同的絕緣子鏈。,懸式絕緣子,58,電力系統穩態分析ppt課件,59,棒式絕緣子,起到絕緣和橫擔的作用，應用于1035kV農網。,棒式絕緣子,60,電力系統穩態分析ppt課件,61,2.電纜線路,導體,絕緣層,保護層,2.電纜線路,62,三、架空輸電線路的參數,1、參數類型,（1）電阻r,0,：,反映線路通過電流時產生的有功功率損耗效應，,實際上就是

26、導體對電流的阻礙作用。,（2）電感L,0,：,反映載流導體的磁場效應，實際上就是電流磁場,在導線中所產生的感應電動式對電流的阻礙作用。,（3）電導g0 ：,線路帶電時絕緣介質中產生的泄漏電流及導體,附近空氣游離而產生有功功率損耗。,（4）電容C0 ：,帶電導體周圍的電場效應，實際上就是導線與大地,和導線之間的電容。,輸電線路的以上四個參數沿線路均勻分布,。,三、架空輸電線路的參數,63,2、架空輸電線路的參數確定,（1）電阻,計算法,式中：,計算時，所采用的導線的電阻率，它比導體材料的直流電阻率要大，原因如下：,交流集膚效應和鄰近效應。,絞線的實際長度比導線長度長23 。,絞線的影響，導線的實

27、際截面比標稱截面略小。,銅：,鋁：,導線的標稱截面，即導線導電部分的截面積，單位,2、架空輸電線路的參數確定,64, 查表法,國內生產的各種型號導線單位長度的電阻，已經列表，,應用時，只要根據導線型號查表即可。, 精確計算時的修正,導線的電阻與溫度有關，表中所給出的數值和計算所得數,值都是導體溫度為 時的數值，精確計算時需進行修正，修,正公式,式中 溫度修正系數。 銅：,鋁：, 查表法,65,（1）電抗, 電抗的物理本質,電抗實際上是線路中電流所產生的與線路交鏈的磁通,（包括本相線路的自感磁通和其他兩相電流在本相中所產生,的互感磁通）在線路中所產生的感應電動勢對電流的阻礙作,用。, 導線的全換

28、位,如果三相導線之間的距離不同，則互感磁通大小不一,樣，三相線路的電抗不同，這是所不希望的。保證三相線路,電抗相同的措施有：, 三相導線對稱布置（等邊三角形布置）, 三相線路全換位,（1）電抗,66,電力系統穩態分析ppt課件,67, 計算法,單導線每相單位長度電感和電抗：,式中： 為三相導線間的互幾何均距，,為導線的計算半徑；,為導線材料的相對磁導率；,等效半徑；,非鐵磁材料的單股線：,非鐵磁材料的多股線：,鋼芯鋁線：, 計算法,68,對于銅（鋁）絞線,同桿雙回路架空線路的電感與電抗,近似計算時，由于一,回路的三相電流在另一回,路中的任何一相導線中產,生的互感磁通可忽略不計，,所以其電抗的計

29、算同單回,路一樣。,對于銅（鋁）絞線,69,分裂導線架空線路的電感與電抗,在遠距離輸電線路中，限制輸送容量主要是線路的電抗，,為減小電抗可以通過增加導線截面和縮小導線之間的距離來實,現，后者受絕緣限制不能,減小，前者將增加有色金,屬耗量，且效果也不明顯。,通常采用的方式是利用分,裂導線，其原理是在 不增,加導線實際有色金屬耗量,的基礎上，增加導線的計,算半徑 。,分裂導線架空線路的電感與電抗,70,四分裂導線,四分裂導線,71,電力系統穩態分析ppt課件,72,分裂導線的電抗,式中,為分裂導線的等值半徑，其值按下式確定。,為分裂導線的分裂根數；,為每根子導線的計算半徑；,為某根子導線到其余子導

30、線之間的中心距。,輸電線路電抗的查表確定,實際工作中，可以根據導線型號和幾何平均距離查表得到。,分裂導線的電抗,73,（3）電納 電納的物理本質 電納反應了線路對地分布電容和導線之間電容的作用，它,取決于導線周圍的電場分布，與導線是否導磁無關，因此各類,導線線路的計算方法都相同。,電納計算,經全換位的單回輸電線路的電容與電納計算,經全換位的雙回輸電線路的電容與電納計算,一般不考慮雙回輸電線路之間的相互影響，即各條線路仍,按單回路計算。,（3）電納 電納的物理本質 電納反,74,分裂導線線路的電容與電納計算,查表法,實際工作中，可以根據導線型號和幾何平均距離通過查,表確定。,分裂導線線路的電容與

31、電納計算,75,（4）電導, 電導的物理實質 電導反應沿絕緣子的泄露損耗和電暈損耗，通常泄露損耗很小,可以忽略，而電暈損耗只有在線路發生電暈時才會存在。, 電導計算,先確定線路是否發生電暈現象，如線路不發生電暈，則電導為,零；如有電暈發生，則先計算電暈損耗，再由電暈損耗計算線路的,電導。,電暈發生條件：,線路的實際電壓大于電暈臨界電壓。,電暈臨界電壓：,（普通線路）,（分裂導線線路）,（4）電導,76,電暈損耗計算：,電導計算：,電力系統輸電線路設計以晴干天氣情況下線路不發生電,暈為原則，所以輸電線路一般情況下不計電導的影響。,電暈損耗計算：,77,四、電纜線路的參數,1、電纜線路的參數,電阻

32、 、電抗 、電納 、電導 。,2、電纜線路參數的特點,（1）電纜線路參數的計算遠比架空線路復雜，電纜都是,規范化生產的，常用的型號只有有限幾種，所以實際工作中,都是將各種電纜線路的參數測出列成表格，使用時只要查表,即可 ；,（2）電纜線路各相導體之間的距離很近，同架空線路比,較其電抗要小的多，而電納卻大的多。,四、電纜線路的參數,78,電力系統穩態分析,第四講 電力系統元件的數學模型,（輸電線路的數學模型）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第四講 電力系統元件的數學模型,79,一、長線路的分布參數等值電路,1、分布參數等值電路,微元段等值電路,一、長線路的分布參數等值電路,80,在,dx微段阻抗

33、,中的電壓降為：,流入,dx微段并聯導納,中的電流為：,略去二階微小量,對x求導,代入,在dx微段阻抗中的電壓降為：略去二階微小量對x求導代入,81,上式中，A,1,和A,2,為積分常數，由邊界條件確定；,為線路,的傳播常數；Z,c,為線路的波阻抗。,和Z,c,都是只與線路參數和,頻率有關的物理量。,通解,微分,代入,通解微分代入,82,關于傳播系數和波阻抗,傳播系數：,波阻抗：,對于高壓線路g,1,=0,：,關于傳播系數和波阻抗,83,忽略電阻r,1,和電導g,1,時：,忽略電阻r1和電導g1時：,84,積分常數的確定,邊界條件：當x=0時， 。,代入,代入,積分常數的確定代入代入,85,令

34、 ，則可得首末端電壓、電流之間的關系為：,電力系統穩態分析ppt課件,86,用,形等值電路表示,可得：,對比,用形等值電路表示對比,87,用T形等值電路表示：,可得,電力系統分析計算通常采用節點電壓法，為減少節點數，,輸電線路的的等值電路采用,形等值電路。,對比,用T形等值電路表示：對比,88,精確計算式,分布參數修正系數,代入,與 的關系,精確計算式分布參數修正系數代入 與,89,按泰勒級數展開,取前兩項,忽略g,1,并將實部與虛部分開,其中,近似計算式,按泰勒級數展開取前兩項忽略g1,并將實部與虛部分開其中近似計,90,計算表明對于線路長度在300km到1000km之間的線路，,利用近似分

35、布參數所得結果與精確計算的誤差很小，完全可,以滿足要求,。,對于1000km以上的輸電線路，應采用精確的分布參數等,值電路。,91,二、中等長度線路等值電路和數學模型,中等長度線路指線路長度在300km300km的架空輸電線路,和線路長度不超過100km的電纜線路。,計算表明對于中等長度線路，其修正系數：,其等值電路如圖所示，即不必考慮分布參數的影響，而采,用集中參數等值電路。,二、中等長度線路等值電路和數學模型,92,中等長度線路的數學模型,電力系統穩態分析ppt課件,93,三、短線路的等值電路和數學模型,短線路指電壓等級在60kV以下，長度小于100km以內的架,空線路和比較短的電纜線路。

36、,采用集中參數等值電路、忽略對地導納支路的影響。,短線路的等值電路如下圖所示。,三、短線路的等值電路和數學模型,94,例題一,例題二,例題一,95,電力系統穩態分析,第五講 電力系統元件的數學模型,（變壓器參數與數學模型）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第五講 電力系統元件的數學模,96,一、變壓器的類型,雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器（三繞組）,二、雙繞組變壓器的等值電路及參數計算,1、等值電路,一、變壓器的類型 雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓,97,2、參數計算,計算依據：短路試驗數據（ ）,空載試驗數據（ ）,短路試驗：,將變壓器一側三相繞組短接，,在另一側繞組施加三相對稱

37、電壓，,調整所施加的電壓的大小，變壓,器繞組電流也隨之改變，當變壓,器繞組電流等于額定值時，此時,所施加的電壓稱為短路電壓，變,壓器的三相總有功損耗稱為短路,損耗，短路電壓通常用百分值表,示，即 。,2、參數計算,98,空載試驗：,變壓器一側繞組開路，另一側施加三相對稱額定電壓，,此時測得的變壓器輸入線電流稱為空載電流；變壓器的三相,總損耗稱為空載損耗，空載電流通常用百分值表示，即,空載試驗：,99,參數計算,電阻R,T,計算,短路損耗 ，即繞組電阻上的損耗。,后一式中：,三相短路總損耗（KW）,變壓器額定容量（MVA）,變壓器額定線電壓（KV）,變壓器每相電阻（,）,參數計算,100,電抗X

38、,T,計算,后一式中：,短路電壓百分值,變壓器額定容量（MVA）,變壓器額定線電壓（KV）,變壓器每相電抗（,）,電抗XT計算,101,電納B,T,計算,后一式中：,短路電流百分值,變壓器額定容量（MVA）,變壓器額定線電壓（KV）,變壓器每相電納（,S,）,電納BT計算,102,電導G,T,計算,式中：,三相空載損耗（KW),變壓器額定線電壓（KV）,變壓器每相電抗（,S,）,電導GT計算,103,三、三繞組變壓器的等值電路及參數計算,1、三繞組變壓器的結構和容量比,1）結構：,普通三繞組變：,高壓繞組、中壓繞組和低壓繞組,低壓分裂繞組變壓器：,高壓繞組、兩個電壓相同的低壓繞組,低壓分裂繞組

39、變壓器，除能完成電壓變換外，還可以限制,短路時的短路電流，具體應用情況在發電廠主系統課程中介紹，,其等值電路和參數計算方法與三繞組變壓器完全相同，以下不再,單獨討論,三、三繞組變壓器的等值電路及參數計算,104,2）容量比,三繞組變壓器根據使用場所各級電壓負荷的不同，三個,繞組的額定容量可能相同，也可以做成不相同。我國三繞組,變壓器按容量比分為三種類型：1：1：1；1：1：0.5；和,1：0.5：1。,在變壓器三個繞組額定容量不相同的情況下，變壓器的,額定容量指最大一個繞組的額定容量。,2）容量比,105,2、三繞組變壓器的等值電路,2、三繞組變壓器的等值電路,106,2、三繞組變壓器參數計算

40、,計算依據,短路實驗數據；開路實驗數據。,短路試驗：,每兩個繞組進行短路試驗.,試驗時各繞組的電流不得超過其額定電流，以,免損壞變壓器。因此對于不同額定容量的兩個繞組做短路試驗時，試驗電,流為容量小的繞組的額定電流，所得短路損耗也是該額定電流下的數值，,應用時需要歸算到變壓器額定容量（電流）之下。例如對于容量比為1：1：,0.5的變壓器，高壓和電壓繞組；中壓和低壓繞組做短路試驗就是在S,N3,下進,行的，將試驗測得的短路損耗歸算到變壓器額定容量之下的公式為：,2、三繞組變壓器參數計算,107,短路損耗最大的兩個繞組做短路試驗。,兩個100%的繞組,做短路試驗時的損耗最大，此損耗稱為最大短路損耗

41、P,max,.,變壓器銘牌所給出的短路電壓為每兩個繞組做短路試驗時,的短路電壓，并且都已經歸算到變壓器額定容量之下，使用,中無需再進行歸算。,開路試驗：,與雙繞組變壓器相同。,短路損耗最大的兩個繞組做短路試驗。兩個100%的,108,參數計算,電阻計算：,已知每兩個繞組做短路試驗的短路損耗時。,已知最大短路損耗時。,參數計算,109,電抗計算：,電抗計算：,110,升壓型與降壓型三繞組變壓器：,目的：,減小主要功率流通方向,的總電抗，從而減小變,壓器的電壓損耗，提高,電壓質量。,升壓型 降壓型,中間繞組的漏磁分布與電抗：,中間繞組的電抗可能為,負值，但其值很小，一,般取為零。,升壓型與降壓型三

42、繞組變壓器：,111,電導和電納計算：,電導和電納通過空載試驗數據計算，由于三繞組變壓器,與雙繞組變壓器的空載試驗方法相同，所以其電導和電納的,計算方法也相同。,電導和電納計算：,112,四、自耦變壓器的等值電路及參數計算,1、自耦變壓器的結構與特點, 變壓器原副邊之間具有電的直接聯系，運行中中性點,直接接地,四、自耦變壓器的等值電路及參數計算,113,自耦變壓器通常做成三繞組形式，第三繞組（低壓繞,組）與自耦繞組之間僅有磁的聯系，且采用三角形接線，以,改善電壓波形。,概括起來，自耦變壓器的結構特點為：通常做成三繞組,形式，其中高壓繞組和中壓繞組采用自耦連接，中性點接,地；低壓繞組和高壓、中壓

43、繞組之間采用磁連接，接成三角,形。,自耦變壓器通常做成三繞組形式，第三繞組（低壓繞,114,2、三繞組自耦變壓器的等值電路,與三繞組變壓器相同,3、三繞組自耦變壓器的參數計算,電阻、電納、電導計算,三繞組自耦變壓器參數的計算依據與三繞組變壓器相,同，電阻、電納、電導的計算方法也相同。,另外，與三繞組變壓器各繞組的電阻不同，自耦變壓器,各繞組的電阻不是各繞組的實際電阻（或實際電阻按變比歸,算后的數值），而是等效電阻，并且可能出現負值的情況，,這是自耦變壓器高壓繞組和中壓繞組之間存在電的直接聯系,的原因。,2、三繞組自耦變壓器的等值電路,115,電抗計算,一般情況下，三繞組自耦變壓器銘牌提供的短路

44、電壓未,歸算到變壓器的額定容量之下；并且低壓繞組的額定容量也,不一定為變壓器額定容量的50%。所以計算三繞組自耦變壓,器各繞組的等效電抗時，必須將銘牌提供的短路電壓先歸算,到變壓器的額定容量之下，然后再按三繞組變壓器電抗的計,算方法進行計算。,短路電壓歸算公式：,電抗計算,116,電力系統穩態分析,第六講 電力系統元件的數學模型,（同步發電機與負荷的數學模型）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第六講 電力系統元件的數學模型,117,一、同步發電機的數學模型,1、同步發電機的等值電路與相量圖,一、同步發電機的數學模型,118,隱極機（汽輪發電機）,隱極機（汽輪發電機）,119,凸極機（水輪發電機）

45、,凸極機（水輪發電機）,120,電力系統穩態分析ppt課件,121,2、發電機運行限制, 限制條件,定子繞組電流不得超過額定值；,轉子勵磁繞組電流不得超過額定值；,發電機有功出力不超過原動機最大輸出功率；,發電機定子端部發熱不超過允許值，并保證并列運行的,穩定性。, 運行限制圖（隱極機）,2、發電機運行限制,122,電力系統穩態分析ppt課件,123,3、穩態分析時同步發電機的數學模型, 機端電壓保持不變，并作為電力系統電壓相位參考,節點（平衡節點）,3、穩態分析時同步發電機的數學模型,124, 發電機有功功率和機端電壓保持不變，無功功率根據系統需要進行調整（PV節點）, 發電機有功功率和機端

46、電壓保持不變，無功功率根據系統需要進,125, 發電機定出力運行有功功率和無功功率保持不變（PQ節點）, 發電機定出力運行有功功率和無功功率保持不變（PQ節點）,126,二、電力系統負荷及數學模型,1、電力系統的負荷及其類型, 電力系統的負荷,電力系統中用電設備所消耗的功率。, 負荷分類,綜合負荷,同一時間內電力系統中所有用戶所消耗的功,率的綜合。,供電負荷,電力系統綜合負荷電力網的功率損耗。,發電負荷,電力系統供電負荷發電廠廠用電功率。,二、電力系統負荷及數學模型,127, 負荷曲線及其分類,負荷曲線,電力系統的負荷是隨時間變化的，表示負荷,隨時間變化的曲線稱為負荷曲線,按統計時間分：,日負

47、荷曲線,表示一天當中負荷隨時間變化的曲線；,周負荷曲線,表示一周當中負荷隨時間變化的曲線；,年負荷曲線,表示一年當中負荷隨時間變化的曲線；,按負荷性質分：,有功負荷曲線,表示電力系統有功負荷隨時間變化的曲,線；,無功負荷曲線,表示電力系統無功負荷隨時間變化的曲,線；, 負荷曲線及其分類,128,按統計地點分：,用戶負荷曲線,表示電力用戶的負荷隨時間變化的曲,線；,線路負荷曲線,表示接于同一條線路的所有用戶的綜合,負荷隨時間變化的曲線；,變電站（發電廠）的負荷曲線,表示變電站（發電廠）,負荷隨時間變化的曲線。,按統計地點分：,129, 常用負荷曲線,用戶日有功負,荷曲線,反映一天,當中有功負荷隨

48、時,間變化的曲線。,不同用戶日有功,負荷曲線的差異很,大。, 常用負荷曲線,130,系統日有功負荷曲線,反映一天內電力系統有功綜合負,荷隨時間變化的情況。,特點：,1）曲線比較平坦；,2）最大負荷小于系,統各用戶最大負荷之和；,最小負荷大于系統各用戶,最小負荷之和。,系統日有功負荷曲線反映一天內電力系統有功綜合負,131,同時系數,=系統有功綜合負荷峰值/系統中所有用戶的有,功負荷峰值之和。,實際工作中往往根據以往運行經驗確定同時系數，然后,利用各用戶的峰值負荷和系統同時系數確定電力系統有功綜,合負荷的峰值。,同時系數=系統有功綜合負荷峰值/系統中所有用戶的,132,系統日無功負荷曲線,反映一

49、天當中系統綜合無功負荷,隨時間變化的曲線,特點：,1）較有功負荷曲線平坦；,2）與有功負荷曲線類似，但不完全相同，特別是最,大無功負荷與最大有功夫和出現時間不同。,系統日無功負荷曲線反映一天當中系統綜合無功負荷,133,系統年持續有功負荷曲線,將一年中的負荷按從大到小,的順序重新排列所得到的負荷曲線。,用途：,用來計算一年中的電能和電能損耗。,系統年持續有功負荷曲線將一年中的負荷按從大到小,134,年最大有功負荷曲線,反映系統一年內每月最大有功負,荷變化情況的負荷曲線,用途：,用來安排檢修計劃和裝機計劃。,年最大有功負荷曲線反映系統一年內每月最大有功負,135,2、綜合負荷的,動態,模型,考慮

50、電壓和頻率隨時間變化時的負荷模型。,3、綜合負荷的,靜態,模型,認為電壓和頻率保持不變時的負荷模型,2、綜合負荷的動態模型,136,4、實用綜合負荷靜態模型, 用靜態電壓特性表示的綜合負荷靜態模型,4、實用綜合負荷靜態模型,137, 用電壓及頻率靜態特性表示的綜合負荷模型,直線逼近, 用電壓及頻率靜態特性表示的綜合負荷模型,138, 簡化綜合負荷靜態模型,注意到系統運行時，頻率非常接近額定頻率，各點電壓,非常接近額定電壓，所以電力系統穩態分析（潮流計算）,時，就認為系統頻率和各用電設備電壓為額定值。此時綜,合負荷靜態模型為：, 簡化綜合負荷靜態模型,139,電力系統穩態分析,第七講 電力系統的

51、穩態等值電路,主講 馬士英,電力系統穩態分析第七講 電力系統的穩態等值電路,140,一、電力系統等值電路的繪制,根據電力系統的接線將各元件的等值電路連接起來，即,得電力系統的等值電路。,一、電力系統等值電路的繪制,141,二、電力系統有名值等值電路,1、特點,所有電氣量和元件參數都是歸算到同一電壓等級,（基本,級）,的有名值。,2、基本級的選擇, 根據分析計算的方便性選擇；, 選擇電力系統的最高電壓等級。,3、變壓器變比的確定,二、電力系統有名值等值電路,142, 精確計算時，各繞組額定電壓取實際額定電壓；, 近似計算時，各繞組額定電壓取平均額定電壓；,平均額定電壓：,同一電壓等級電網中，各元

52、件的額定電,壓并不相等，最高者為電網額定電壓的1.1倍；最低者為電,網的額定電壓，為簡化計算，可認為同一電壓等級電網中所,有元件的額定電壓相等，由于該額定電壓約為電網中各元件,額定電壓的平均值，所以稱為平均額定電壓。,電網額定電壓（kV）：3 6 10 35 110 220 500,平均額定電壓（kV）：3.15 6.3 10.5 37 115 230 525,4、歸算公式, 精確計算時，各繞組額定電壓取實際額定電壓；,143,三、電力系統標幺值等值電路,1、基準值選擇,1）選擇原則, 各電氣量的基準值之間應遵守電路的基本規律；, 基準值與有名值單位相同。,2）基準值選擇,電路基本關系 電氣量

53、基準值之間的關系,三、電力系統標幺值等值電路,144,五個電氣量 中只要任意給定兩個，,其他三個可以通過基本關系導出。,通常給定 ，則,通常取發電廠（變電站）額定容量或某一整數；,通常取基本級額定電壓（精確計算）或平均額定電壓,（近似計算）。,五個電氣量,145,2、多電壓等級標幺值等值電路中參數及電氣量標幺,值計算,1）,“先歸算、然后取標幺值”,先利用變壓器變比將所有元件參數和電氣量歸算到基本,級；然后利用基本級的基準值計算各元件及電氣量的標幺值。,2）,“就地取標幺值”,利用變壓器的變比和基本級的基準值（功率基準值、電壓,基準值）求其他電壓等級的基準值（功率基準值、電壓基準,值）,兩種方

54、法的計算結果是一樣的，通常采用后者。,2、多電壓等級標幺值等值電路中參數及電氣量標幺,146,四、等值變壓器模型,1、變壓器采用 形等值電路存在的問題, 有名值計算時，除基本級外，所求得的電氣量都是歸,算到基本級的數值，而非實際值；, 多電壓等級環網中，精確計算時存在沿不通方向進行,參數歸算結果不一致的問題；,四、等值變壓器模型,147, 運行中變壓器變壓器變比改變后系統參數的修改問題。,2、等值變壓器模型, 運行中變壓器變壓器變比改變后系統參數的修改問題。,148,根據網絡等效原理，只要兩個二端網絡具有相同的端電,壓和端電流，則兩個網絡等效。,對于圖C有：,對于圖d有：,二者等效條件為：,根

55、據網絡等效原理，只要兩個二端網絡具有相同的端電,149,電力系統穩態分析,第八講 簡單電力網絡的分析計算,（潮流計算基本知識與輻射形網絡的潮流計算）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第八講 簡單電力網絡的分析計算,150,一、電力系統潮流分布的概念,1、潮流分布,正常運行情況下，電力系統的電壓和功率分布稱為電力,系統的潮流分布；,2、潮流計算,正常運行情況下，電力系統電壓和功率分布的計算稱為,潮流計算；,3、潮流計算的目的,為電網規劃設計、電力系統的安全經濟運行、繼電保護,裝置的整定計算等提供依據。,一、電力系統潮流分布的概念,151,二、電力網等值電路的結構,電力系統的等值電路由阻抗支路和對地

56、導納支路組成,二、電力網等值電路的結構,152,三、阻抗支路的計算,1、功率計算, 功率損耗計算,已知首端電壓和首端功率時：,三、阻抗支路的計算,153,已知末端電壓和末端功率時：,功率平衡關系,已知末端電壓和末端功率時：,154,2、電壓計算, 電壓降落計算,（取 ）,已知首端電壓和首端功率時：,2、電壓計算,155,已知末端電壓和末端功率時：, 電壓平衡方程與電壓相量圖,已知末端電壓和末端功率時：,已知首端電壓和首端功率時：,已知末端電壓和末端功率時：,156, 電壓損耗及相角計算,電壓降落：,首末端電壓之間的相量差；,電壓損耗：,首末端電壓之間的大小之差；,相角：,首末端電壓之間的相位差

57、。,已知首端電壓和首端功率時,：,已知末端電壓和末端功率時：, 電壓損耗及相角計算,157,四、阻抗支路的功率損耗計算,四、阻抗支路的功率損耗計算,158,五、輻射形網絡的潮流計算,1、輻射性網絡,用戶只能從一個方向獲得電能的電力網。,五、輻射形網絡的潮流計算,159,2、輻射形網絡的潮流計算, 已知末端電壓和末端功率時。, 已知首端電壓和首端功率時。, 已知首端電壓和末端功率時,（實際情況）,。,迭代法：,近似計算法：, 已知末端功率而對各母線電壓無明確要求時。,3、輸電線路的分析計算, 輸電線路的潮流計算,輸電線路是一個最簡單的輻射形電力網絡，可以根據,輻射形網絡的潮流計算方法進行計算。,

58、2、輻射形網絡的潮流計算,160, 輸電線路電能損耗計算,精確計算法,積分計算法,較精確計算法,分段計算法, 輸電線路電能損耗計算,161,實用計算法,最大負荷損耗時間法,年最大負荷利用小時：,年最大負荷損耗時間：,實用計算法最大負荷損耗時間法,162,年電能損耗：,與負荷功率因數和負荷最大年利用小時數有關，其關,系見表31，實用中根據負荷的功率因數和年利用小時數查,出，最大負荷損耗時間，即可計算一年中線路的電能損耗。,實用計算法,年負荷損耗率法（略）,年電能損耗：,163, 表示輸電線路運行狀況的技術指標,電壓降落,線路兩端的電壓相量之差 ；,電壓損耗電壓損耗（）,；,電壓偏移,實際運行電壓

59、與線路額定電壓的差值，常,用百分數表示，即 ；,電壓調整(%),；,輸電效率（）,；,線損率（）,。, 表示輸電線路運行狀況的技術指標,164, 輸電線路首、末端電壓之間的關系,線路空載情況下 ，即線路空載,（或輕載情況下）情況下，線路末端電壓高于首端電壓，這,一點,在超高壓輸電線路上應予以特別注意，解決的方法是在,線路兩端裝設補償電抗器。, 輸電線路首、末端電壓之間的關系,165, 雙側電源高壓輸電線路功率傳輸功率,假定功率參考正方向為從線路1端向線路2端傳輸，高壓,輸電線路的電抗X遠遠大于電阻R。,即無功功率總是從電壓高的點流向電壓低的點。,即有功功率總是從電壓相位超前的點流向電壓相位滯后

60、的點。, 雙側電源高壓輸電線路功率傳輸功率,166,電力系統穩態分析,第九講 簡單電力網絡的分析計算,（變壓器運行分析、兩端供電網絡的潮流計算）,主講 馬士英,電力系統穩態分析第九講 簡單電力網絡的分析計算,167,一、變壓器運行情況分析,1、變壓器潮流計算,變壓器也是一個最簡單的輻射形網,絡，其潮流計算按輻射形網絡進行。,2、變壓器的電能損耗計算,變壓器阻抗支路的電能損耗,計算與輸電線路電能損耗的計,算方法相同，即：,變壓器導納支路的電能損耗,按下式計算。,變壓器總電能損耗,一、變壓器運行情況分析,168,二、電力系統等值電路的簡化,1、降壓變電所, 降壓變電所的等值負荷,等值負荷=低壓側負荷+變壓器阻抗支路功率損耗+變,壓器導納支路功率損耗。,降壓變電所的運算負荷,運算負荷=等值負荷+相鄰線路電容功率的一半。,二、電力系統等值電路的簡化,169,電力系統穩態分析ppt課件,170,電力系統穩態分析ppt課件,171,2、定出力發電廠,等值電源功率,=發電機出力-廠用電功率-升壓變壓器功率損耗,運算電源功率,=等值電源功率-相鄰線路電容功率的一半,2、定出力發電廠,172,電力系統穩態分析ppt課件,173,3、簡化后的電力網等值電路,3、簡化后的電力網等值電路,174,三、兩端供電網（環網）潮流計算,1、