电力系统分析小结.ppt

电力系统分析,机械出版社 朱一纶主编,题型,1.填空（20分） 2.选择（20分） 3.简答（30分） 画出稳态分析的等值电路并求相应参数 求出所给电路的导纳矩阵 画零序等值电路图 4.分析计算（30分） 1.求电压降落和功率损耗（第3章） 2.三相短路求解（第6章） 3.不对称短路求解(第8章),第1章 电力系统概述,电力系统： 由生产、输送、分配、使用电能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。 本书重点讨论电力系统运行状况及其分析计算的基本原理和方法。,图1-1 电力系统和电力网示意图,第1章 电力系统概述,1.1.1电力系统的组成 电力系统（Power system）主要由发电机（电源）、负荷（用电设备）和电力网（连接发电机和负荷的设备）三部分组成； 电力系统主要为（交流）三相对称系统； 一般情况下一组（三相）电力线可以用单线图表示； 线电压、线电流、三相复功率为其主要参数。,第1章 电力系统概述,1.1.2电力系统的运行特点 ： 1、电能与国民经济各部门以及人民的生活关系密切。 2、电能不能大量贮存。 3、电力系统中的暂态过程十分迅速 。,第1章 电力系统概述,1.1.3 电力系统设计的基本要求 1、提高电力系统供电的安全可靠性 足够的备用容量 合理的电网结构 加强对电力系统运行的监控,第1章 电力系统概述,1.1.3 电力系统设计的基本要求 2、保证电能质量 电力系统中描述电能质量最基本的指标是频率和电压。 我国规定电力系统的额定频率为50Hz0.2Hz。 我国一般规定各点的电压允许变化范围为该点额定电压的5% 。,第1章 电力系统概述,1.1.3 电力系统设计的基本要求 3、提高电力系统运行的经济性 在电能生产过程中要尽量降低能耗 。 降低电力网在电能传输过程中的损耗 。 通过自动化控制使电力系统运行在最经济的状态。,第1章 电力系统概述,1.1.4 本课程学习内容简介 本课程介绍电力系统的基本概念和常用的分析方法。 电力系统分析通常又可以分为稳态分析、暂态分析和稳定性分析三部分。,1.3.1 额定电压与额定频率,电力网的主要用途是传输电能，每个电网都有规定的电压等级标准，称为额定电压（rated voltage）。 电力设备也有其相应的额定电压，选用时要注意。 我国国家标准GB156-2003规定的额定电压（线电压）如表1-2所示,1.3.1 额定电压与额定频率,电力系统的额定频率为50Hz，用fN表示。 通常用电设备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。,额定功率,发电机、变压器和负荷还有一个重要的指标是额定容量（或称额定功率）SN，对三相（对称）设备有:,(MVA),其中: IN为额定（线）电流， UN为额定（线）电压。,额定电压的确定,例1-1.电力系统的部分接线如图1-9所示，各电压级的额定电压及功率输送方向在图中已标明，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。,抽头时,35kV及以下的、输电距离几十km以内称为地区电力网，又称配电网，其主要任务是向终端用户配送满足质量要求的电能。 电压为110220kV，多给区域性变电所负荷供电的，称为区域电力网，330kV其以上的远距离输电线路组成的电力网称为高压输电网。 区域电力网和高压输电网统称为输电网。它的主要任务是将大量的电能从发电厂远距离传输到负荷中心。,1.3.3 电力系统中性点接地方式,1、中性点直接接地或经小阻抗接地，称为有效接地系统或大接地电流系统。 在110kV以上的高压电力系统中，均采用中性点直接接地。现代有些大城市的110kV的配电系统改用中性点经低值电阻（R10）或中值电阻（R=11100）电阻接地。,1.3.3 电力系统中性点接地方式,2、中性点不接地或经消弧线圈接地或经高阻抗接地，采用这种中性点接地方式的电力系统被称为非有效接地系统。 在110kV以下的中、低压电力系统中，出于可靠性等方面考虑，采用不接地或中性点经消弧线圈接地。,综合用电负荷加电力网的功率损耗为电力系统的供电负荷。供电负荷加发电厂的厂用电消耗的功率就是各发电厂应该发出的功率称为电力系统的发电负荷。它们之间的关系如图1-10所示。,3.负荷按可靠性分类,一级负荷:是指对这类负荷停电会给国民经济带来重大损失或造成人身事故，所以一级负荷绝不允许停电，必须由两个或两个以上的独立电源供电。 二级负荷：是指对这类负荷停电会给国民经济带来一定的损失，影响人民生活水平。所以二级负荷尽可能不停电，可以用两个独立电源供电或一条专用线路供电。 三级负荷：是指对这类负荷停电不会产生重大影响，一般采用一条线路供电即可。,最大负荷利用小时数Tmax,假设电力系统中的负荷始终等于最大值Pmax，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称Tmax为最大负荷利用小时数。,第2章,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,2.1.3电力线路的等效电路,经推导（推导略）可以得到等效电路的参数：,其中 称为线路的传播常数， 称为线路的特性阻抗。,无损耗线路与自然功率,讨论： 1、通常把 g1=0,r1=0的（理想）线路称为无损耗线路，无损耗线路的Z为纯电阻（虚部为0）。 2、若无损耗线路末端所接负载ZL=ZC，输出功率为：,PC称为自然功率,3、无损耗线路末端接有纯有功功率负荷，且输出为自然功率时，全线电压、电流有效值均相等，且同一点的电压与电流是同相位的。,2.1.3电力线路的等效电路,当线路长度为100300km时，近似可以有（中等线路模型）： Z=z1l =(r1+jx1) l Y=y1l=(g1+jb1)l,低压（110kV以下）配电网中的短电力线路还可以作进一步的近似（短线路模型）， 线路长度小于100km，一般可以忽略电导和电纳 。,2.2.1双绕组变压器等值电路和参数,三相变压器的绕组可以接成星形(Y)或三角形(D)。 在电力系统稳态分析中，无论绕组的实际连接方式如何，都一概化成等值的Y，y(即Y/Y)接线方式来进行分析，并且用一相等值电路来反映三相的运行情况。,例2-5,一台SFL20000/110型降压变压器向10kV网络供电，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。,归算？,2.2.2三绕组变压器等值电路和参数,三绕组变压器的等效导纳和变比的计算与双绕组变压器相同。,2.3 同步发电机等效电路及参数,两种发电机的模型形式相同。,。,2.4电力系统负荷模型,电力系统中有大量感性负荷，定义感性负荷吸收（消耗）无功功率。,注意：容性负荷发出无功功率,例2-7,变压器T1：,归算到220kV级,变压器T3：,归算,2.5.2 标么制,在电力系统分析中，还经常采用一种相对单位制称为标幺制。在标幺制中，各不同单位的物理量都要指定一个基准值，这个基准值用下标B表示。,2.5.2 标么制,电力系统共有五个参数，通常电力系统中选取基准功率SB和基准电压UB 后，另三个基准量由下式确定：,常取： SB=100MVA UB=UN（基本级）,2.5.3标么制表示的等效电路,1.求出各元件的参数值并按变压器的实际变比归算到基本级。 2.选取三相功率的基准值SB和令UB=UN（基本级的额定电压） 3.将归算到基本级的各元件参数的有名值除以相应的基准值。,第3章 简单电力系统潮流分析,潮流分析计算是对给定运行条件的电力系统进行分析，确定系统的运行状态，即求出各母线的电压、网络中的功率分布及功率损耗。,和 分别称为电压降落的纵分量和横分量。,电力线路的电压降落,1、 为流过复阻抗的电流，以相量 为参考轴，如果 和 已知，可作出相量图如图3-2（a）所示。,电压降落,电力线路的电压降落,电力系统某点传输的复功率定义为该点的电压相量与流过该点的电流相量复共轭的乘积。,用功率代替电流，有：,S“=P”+jQ”,3.1.2电力线路的功率损耗,电流在线路的等值电路R+jX上产生的功率损耗：,或,电压损耗_始末两端电压的数值差 电压偏移_始端电压或末端电压与线路额定电压的差值。 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,3.2.2 运算功率和运算负荷,运算功率定义为发电厂升压变电所的高压母线端向系统输入的功率。,3.2.2 运算功率和运算负荷,运算负荷定义为变电所的高压母线端所接收到的系统输出的功率。,简单环形网,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，该节点为网络电压最低点。 在功率分点解开环形网，成为两个开式网络。,4.1.1.节点电压方程的建立,Yii称为节点i的自导纳，其值等于节点所连接的所有支路中导纳之和。 例如Y11=y10+y12。,Y22=？,4.1.1.节点电压方程的建立,系数Yij（ ）称为节点i、j之间的互导纳，其值等于连接这两个节点的支路导纳的负值。,Y34=？ Y35=？,例如Y12= Y21= -y12， 若两节点之间不存在 直接连接的支路，则 有Yij=0，例如 Y13=Y31=0。,4.1.2.节点导纳矩阵及其修正,求下图的导纳矩阵： 1、Y是几阶对称方阵？ 2、Y44=？,4.1.3变压器变比改变时导纳矩阵的修正,如果某个变压器的分接头有切换时，相当于在原来的阻抗（或导纳）的基础上增加一个理想的变压器，只要修改与这个变压器相关的两个节点的自导纳和互导纳：,低压端的自导纳不变。,高压端的自导纳要作修正,互导纳都要修正,4.2.2 节点分类,电力系统中的节点通常分成三类： PQ节点这类节点的有功功率P和无功功率Q是给定的 PV节点这类节点的有功功率P和电压的大小U是给定的。 平衡节点电力系统中必须有一个（只能是一个）平衡节点 ，这个节点的电压的大小和相位角是给定的。,讨论：各类节点的待求量是什么？,5.2.2.有功功率电源的备用,系统的备用容量一般可分为 负荷备用， 事故备用， 检修备用， 国民经济备用。,5.3 电力系统的有功功率平衡,1. 负荷有功功率-频率静态特性,实验测得当电力系统频率略有下降时，同一负荷实际吸收的有功功率下降 ：,KL-负荷的单位调节功率,5.3 电力系统的有功功率平衡,2. 发电机的有功功率-频率静态特性,发电机组有功功率-频率静态特性曲线,斜率KG称为发电机组的单位调节功率，又称发电机组的有功功率-频率静态系数，,5.3.2 电力系统的频率调整,1.电力系统频率的一次调整 前面讨论的由发电机组调速系统随电力系统频率变化而自动控制发电机进行输出有功功率的调整，通常称为电力系统频率的一次调整。 对多发电机组和多负荷组成的电力系统， KS=KL+KG1+ KG2+KG3+,2.电力系统频率的二次调整,二次调频是人为设定，根据电网频率高低来调整机组负荷，是指当电力系统负荷或发电出力发生较大变化时，一次调频不能使频率恢复到规定范围时采用的调频方式。 二次调频由发电机组的调频控制器（同步器）来实现，,5.4.2 无功功率电源,与有功功率只能由发电机供给不同，产生无功功率的电源却有多种，除了发电机，还有同期调相机、电容器、静止补偿器等多种无功补偿装置。,5.5 电力系统的电压控制,5.5.1中枢点的电压管理 选择一些具有代表性的节点对电力系统的电压加以监控，这些节点被称为电压监控中枢点，简称电压中枢点。 电压中枢点一般选择： 区域性发电厂的高压母线， 有大量地方性负荷的发电厂母线， 枢纽变电所的二次母线 城市直降变电所的二次母线。,5.5.1中枢点的电压管理,中枢点的调压方式 1）逆调压方式 在负荷高峰时升高中枢点电压，负荷低谷时降低中枢点电压的调压方式称为逆调压。 2）顺调压方式 在负荷高峰时允许中枢点电压低一些，在负荷低谷时允许中枢点电压高一些。 3）常调压（恒调压）方式 无论是负荷高峰或负荷低谷，中枢点电压基本保持不变,5.5.2 电压调整的基本原理,若要调整用户端的电压Ub可以采取以下措施： 1）调节励磁电流以改变发电机端电压UG； 2）适当选择变压器的变比（k1和k2）； 3）改变线路的参数X； 4）改变无功功率Q的分布,6.1.1 电力系统故障原因及分类,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 远小于电源的容量 ，这时可设 ，称该电源为无限大容量电源。,6.2.1 无限大容量电源的概念,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,6.2无限大容量电源供电的 电力系统三相短路,理想概念，表示为：,6.2.3 短路冲击电流,短路电流可能出现的最大瞬时值称为冲击电流，用 表示。 电路原来处于空载，即 则 ，并假设短路后回路的感抗远大于电阻，则有阻抗角 ，且短路时合闸角,短路电流在电气设备中产生的最大机械应力与这个短路电流的最大瞬时值的平方成正比。,6.2.3 短路冲击电流,冲击系数 1Kimp2 一般取1.8,6.2.4短路电流的最大有效值和短路功率,1.最大有效值的估算 在检验电气设备的断流能力和耐力强度时，还要计算短路电流的最大有效值。,短路电流可能出现的最大有效值出现在以冲击电流为中心（即t=0.01秒的瞬时值为中心）的一个周期内，取Kimp=1.8 时有,2.短路功率的估算,三相短路功率主要是用来校验断路器的切断能力，要求短路时，断路器一方面能切断这么大的短路电流，另一方面断路器断开时其触头还要能经受工作电压的作用。,表达式：,用标幺值表示为：,在有名值计算中：,近似估算时,例6-3,6.3.3.非无限大电源供电的电力系统 三相短路时的冲击电流,短路冲击电流,短路电流的最大有效值,短路容量,7.1 对称分量法及其应用,7.1.1 对称分量法 任何一组不对称的三个相量（电压或电流）总可以分解成为正序、负序和零序三组（每组三个）相量。,7.1.1 对称分量法,任选一相（这里选a相）电流作为基准相量，,对称分量变换矩阵，用T表示,=,+,+,讨论： 1、分别用下标1、2、0表示各序参数。 2、各序电路特点。,7.3.2 变压器等效电路与外电路的连接,设变压器的至少有一个中性点直接接地，则变压器零序等效电路与外电路的连接 ：,例7-2,正序,Xm设为无穷大 XT2=XT2I+XT2II,例7-2,负序,例7-2,零序,书上下标有错,8.1 简单不对称短路的分析与计算,已知电力系统及其不对称故障点的位置后，就可以画出电力系统的各序等效电路图，并进行化简，最后可以得到正序、负序和零序的等效电路 。,(a)正序等效电路 (b)负序等效电路 (c)零序等效电路,复合序电路,根据边界条件求得各序分量之间的关系后，按这种关系，把图8-1所示的各序等效电路组合起来，就构成一个称之为复合序网络或复合序电路。,8.1.1 单相接地短路,代入（8-1）得：,求出各序电压电流后，通过T变换就可以求出短路点各相电压和电流。,8.1.2 两相短路,1.两相通过电阻短接,边界方程或边界条件：,复合序电路,根据边界条件求得各序分量之间的关系后，按这种关系，把图8-1所示的各序等效电路组合起来，就构成复合序电路。,8.1.3 两相接地短路,1.两相通过电阻接地短路,边界方程或边界条件：,根据接线图列出边界条件,复合序电路,根据边界条件求得各序分量之间的关系后构成复合序电路。,8.1.4 正序等效定则,短路点基准相的正序电流表达式可以写成一个通用表达式：,在简单不对称短路故障的情况中，短路点基准相的电流的正序分量，与在短路点的每一相中加入附加阻抗ZA而发生三相短路时的电流相等。正序等效定则。,8.2.1 计算序电压和序电流的分布