雷赛衡电力系统分析总结.doc

电力系统分析课程小结及复习题雷赛衡第一章：电力系统的基本概念第二章：电力系统各元件的等值电路和参数第三章：电力系统的潮流计算第四章：电力系统的短路计算第五章：电力系统的经济运行和调节第六章： 电力系统的安全稳定性（未讲，不考）第一章：电力系统的基本概念1.1 电力系统的组成（1）电力系统的功能电力系统是生产、变换、输送、分配和消费电能的设备组成的一个整体，具备发、变、输、配、用五大功能。（2）电力系统的组成电力系统由发电机、变压器、输电线路、负荷等组成，直流电网也是电力系统中的一部分。电力系统的运行离不开电力系统的控制和保护系统。（3）电网、电力系统、动力系统如图1所示。电网是指.电力系统是.指动力系统是指.1.2电力系统的电路图（1）电力系统的三相电路图、单相电路图和单线图图2所示为某电力系统的三相电路图，由于正常运行时电力系统三相对称，因此可以用单相等值电路表示三相电路图。三相电路在发电机首端或负荷末端以三角形接线或星形接线方式闭合构成回路。三相电路在某处闭合，则在单相电路图中可以看做该处接地，这样形成的单相电路图如图3所示。通常在电力系统电路图中，用箭头代表负荷，并且可不绘制接地点，这样的图叫单线图，如图4所示。尽管图4绘制的不是闭合电路，但它表达的是和图2等值的闭合的三相电路图。（2）三相短路的表示电力系统若在k处发生三相短路，如图2中虚线部分所示。则在图3的单相电路图中，该处为接地。在图4的单线图中用一根折线加箭头表示三相短路。（3）电力系统的中性点电力系统的中性点是指星形连接的发电机或变压器的中性点。电力系统的中性点有多重接地方式，比如图2中T1的二次侧是中性点直接接地，T2的二次侧是中性点不接地，发电机G是中性点经电阻接地，此外还有中性点经电抗接地。 电力系统正常运行时，中性点对地电位为0，所以中性点是否接地对电力系统的运行没有影响，在绘制单线图的时候也不区分中性点是如何连接的；但是在电力系统发生不对称故障的时候，中性点对地电位不为0，此时中性点是否接地，对短路电流有很大的影响，这时，就有必要在电路中标识出中性点接地方式，标识方法如图4所示。1.3电力系统的电压等级（1）电力系统额定电压电力系统中，电源的接线可能是三角形接线，也可能是星形接线，在分析电路时，可以先把电源化为星形接线，此时线与地之间的电压叫相电压，用U表示；线与线之间的电压叫线电压，用UL表示； 电力系统的额定电压就是指系统的线电压，用UN表示；在电力系统中线电压等于相电压的倍，即 （1-1） 由于变压器的变压功能，使得传输相同功率时，高电压对应较小的电流，而低电压对应较大的电流，故提高输电电压能减小电流在输电网络上造成的损耗，但电压提高也会导致绝缘成本增大，总体来说，电压低的线路传输能量少，电压高的线路传输能量多，因此要根据网络传输能量的大小来选择适当的传输电压。在我国，交流系统的额定电压主要有380V，3 kV，6 kV，10kV，35 kV，110 kV，220 kV，330 kV，500 kV，750 kV， 1000 kV等电压等级，在局部地区或部分厂矿企业，还有1000V，20kV，66 kV等电压等级；我国的直流电力系统的额定电压目前主要有500 kV，800 kV两种。（2）用电设备的额定电压用电设备的额定电压和电力系统的额定电压相同，比如用在6 kV系统中的电动机的额定电压也是6 kV，家用灯泡额定电压为220V（即380V系统的相电压）。一般用电设备能承受5%的电压波动。（3）输电线路的额定电压输电线路的额定电压就是系统的额定电压。由于输电线路上有电压降落，考虑到用电设备能承受5%的电压波动，一般让线路首端电压比额定电压高5%，让线路末端电压比额定电压低5%，这样，输电线路能输送更远的距离。（4）发电机的额定电压有的发电机发出的电既可以经变压器升压后送入电网也可以不升压就直接给电网供电，这样的发电机的额定电压就是线路首端的电压，即比系统额定电压高5%，比如接在3 kV系统的发电机的额定电压为3.15 kV，接在10 kV系统的发电机的额定电压为10.5 kV；还有很多发电机不直接给电网供电，而是经变压器升压后再接入到电网的，这类发电机的额定电压主要有13.8 kV 、15.75 kV 、18 kV 、20 kV等。（5）变压器的额定电压变压器的一次侧是指能量流入变压器的这一侧，变压器的二次侧是指能量流出变压器的这一侧。对电力系统来说，变压器的一次侧相当于用电设备，所以一次侧的额定电压为系统的额定电压，不过当变压器与发电机直接相连的时候，其一次侧的额定电压应当等于发电机的额定电压。对电力系统来说，变压器的二次侧相当于电源，它要让线路首端电压比系统额定电压高5%，另外考虑到变压器内部有大约5%的压降，故实际变压器二次侧的额定电压应当比系统额定电压高10%。不过当变压器后没有长的供电线路，而是直接给负荷供电的时候可以不要考虑线路上的压降，此时只要考虑变压器内部5%的压降，即变压器二次侧电压比系统额定电压高5%即可。实际电力变压器都会在高压绕组上设置一些分接头用来调节电压。比如一台连接10kV系统和220kV系统的升压变压器，其额定电压为，表示该变压器高压侧主接头额定电压为220110%=242kV，高压侧四个分接头的额定电压是以主接头的电压242kV为基准升高5%、升高2.5%、降低2.5%、降低5%，其大小分别为分别为254 kV、248 kV、236 kV、230 kV。而一台连接10kV系统和220kV系统的降压变压器，其额定电压为，则变压器高压侧主接头额定电压为220kV，高压侧四个分接头的额定电压是以主接头的电压220kV为基准升高5%、升高2.5%、降低2.5%、降低5%，其大小分别为分别为231kV、225.5 kV、214.5 kV、209 kV。1.4电力系统的接线方式实际电网的接线很复杂，有放射式、干线式、树状网络、环形等多种网络形状。掌握有备用接线与无备用接线的概念掌握开式网络和闭式网络的概念1.5电力系统的特点和运行基本要求（1）电力工业的三个特点第一：电能不能大量储存，发变输配用五个环节同时进行，能量要平衡。第二：很重要，与国民经济密切相关。第三：暂态过程很短。（2）运行基本要求第一：安全可靠第二：优质第三：经济第四：环保第二章：电力系统各元件的等值电路和参数2.1 变压器1 双绕组变压器 2 三绕组变压器 （1）容量折算当变压器容量比为100/100/50或100/50/100时，若在一个额定容量为100和一个额定容量为50的绕组绕组之间做短路试验，当小容量绕组电流达到其额定电流值时，大容量绕组只达到其额定电流的一半，因此试验测得的短路损耗值是大容量绕组流过额定电流时对应的损耗的1/4，测得的短路电压百分比也是流过额定电流时对应值的一半。因此要将损耗的试验数据乘以4倍作为折算后的损耗值，将短路电压的试验数据乘以2倍作为折算后的短路电压百分比。不过两个容量为100的绕组之间的短路数据不用折算。 一般普通变压器铭牌上标志的短路电压百分比都是折算后的数据，不必再折算。但自耦变压器的短路电压要折算。（2）归到各绕组（3）按公式计算：3 变压器的型等值电路 2.2电力线路 1单位长度线路的等值模型和参数此部分假设三相线路上流过三相对称电流，2实际输电线路的等值模型（1） 长线（300km以上架空线或100km以上电缆 ）（2） 中等长度线路（3）短线2.3发电机发电机等值电路的分析基本思路是先分析发电机的结构和工作原理，依据最基本的电路和电磁原理写出发电机的原始方程，然后通过数学变换（派克变换）得到发电机的基本方程，再代入稳态、暂态、次暂态三种状态下的工作条件，分别对基本方程进行化简，得到三种状态下同步电机的等值方程，最后根据方程画出等值电路和相量图。1发电机的结构和工作原理2发电机的原始方程3派克变换及发电机基本方程4发电机在稳态、暂态、次暂态条件下的方程、等值电路及相量图1派克变换： 派克反变换2发电机稳态运行等值电路及方程（四）综合负荷稳态计算中：负荷可取固定值，也可取以下模型或其他模型；短路计算中：负荷正序参数1.2，负序参数0.35，零序不计：第三章：电力系统的潮流计算3.1简单网络的潮流计算方法（开式、闭式） 电压降落电压损耗变压器功率损耗功率自然分布：3.2复杂网络的潮流计算方法1直角坐标下的牛顿拉夫逊法潮流计算修正方程： 2 PQ分解法第五章：电力系统的短路计算一、无限大电源三相对称短路 1无限大电源三相对称短路可能出现最大短路电流的条件：短路前空载，在电压过零时刻短路。最大冲击电流出现在短路后半周期。最大短路冲击电流不超过2倍稳态短路电流。2冲击电流3短路全电流的最大有效值：4短路容量：二、无阻尼绕组发电机三相短路物理过程三、计算空载电势、暂态电势、次暂态电势、的公式四、同步电机等值电路图 五、三相短路实用计算1利用阻抗矩阵列元素计算2：利用转移阻抗计算：3：计算曲线查表法：（1）、网络化简（归算到统一的基准值下再化简）：忽略电阻、线路电容和变压器励磁支路，化简成完全网形电路，略去电源点之间的支路 。 （2）、电源合并（合并之后的等值电源容量为各支路容量之和，等值计算电抗为各支路计算电抗的并联值（要再归算在等值容量下）（3）、查表计算 （4）、处理无限大电源（5）、将各短路电流有名值相加。 五、不对称故障计算1对称分量法：2元件的序阻抗发电机正负零序阻抗各不相同，输电线路：正序同负序，零序大于正序。有避雷线会降低零序电抗。变压器：正序同负序。零序有区别有：普通变压器正负零序漏抗相同，自耦变压器零序漏抗与正序参数不同，要修正；对于励磁支路三相三柱式变压器零序励磁电抗为0.31.0，其余变压器励磁电抗均视为无穷大（同正序）。负荷：正序1.2，负序0.35 ，零序不计3及变压器零序回路与外电路的连接变压器 绕组接法 开关位置 绕组端点与外电路的联接 Y 1 与外电路断开 YN 2 与外电路接通 d 3 与外电路断开， 但与励磁支路并联 4复合序网（1）单相（a）接地 （2）两相（bc）短路 （3）两相（bc）短路接地（4）单相（a）断线 （5）两相（bc）断线5正序等效定则：6变压器的移相 ：YN,yn0 接线方式：不移相 Y,d11 接线方式： 正序分量：三角形侧比星形侧超前30度 负序分量：三角形侧比星形侧滞后30度 第五章：电力系统的经济运行和调节（一）频率及有功调节1、一次及二次调频：2、等微增率准则：3、互联系统调频：（二）电压及无功调节1无功负荷，无功损耗，无功电源2改变变压器分接头调压计算（把变压器参数归算在高压侧，即1侧）：（1）降压变压器最大负荷时 最小负荷时 取平均值 校验（1）升压变压器（把变压器参数归算在高压侧，即1侧）最大负荷时 最小负荷时取平均值校验第六章： 电力系统的安全稳定性（未讲，不考）附：部分名词及其含义1必须掌握的：动力系统 ，电力系统，电力网 ，煤耗率，水耗率 ，网损率，厂用电率，额定电压 ，额定频率，波形畸变，第一级负荷，第二级负荷，第三级负荷 ，变压器的额定电压，变压器分接头 ，综合用电负荷 ，供电负荷，发电负荷 ，负荷的电压静态特性 ，负荷的频率静态特性 ，复功率 电压降落、 电压损耗、 电压偏移 电压调整 功率损耗 电压降落的纵分量 电压降落的横分量 输电效率，年负荷率，年负荷损耗率，最大负荷利用小时数运算负荷，运算功率有功功率分点，无功功率分点，供载功率，循环功率，功率的自然分布，功率的经济分布，均一电网，互几何均距，自几何均距，无功负荷，无功损耗，无功电源，逆调压，顺调压，常调压电能质量的三个主要指标电力系统各级的平均电压 ：3.15 ，6.3，10.5，15.75，37，115，230，345，525（kV）电力网络的简化方法：等值电源法，负荷移置法，星网变换节点导纳矩阵，节点阻抗矩阵，节点电压方程，PQ节点，PV 节点，平衡节点潮流计算的修正方程，P-Q分解法第一种负荷分量，第二种负荷分量，第三种负荷分量一次调频 ，二次调频 ，经济调度（三次调频），等微增率准则，正序等效定则发电机的单位调节功率 ，负荷的调节效应系数，发电机组的调差系数，系统的单位调节功率发电机组的功频静特性，有功负荷的频率静态特 常用的四种调压措施冲击电流，冲击系