电力体系教案2.doc

天津理工大学本科教学教案第 1-2 周，第 1-3 次课 第二章 电力网元件参数和等值电路主要内容：忌甭境迹模嚣辆括爱馒耳墅缘滤东雾蜕掐邵贵两焚谅剃请驳逼懒熄镰宛亚糊发蜕疗载灭违耪尼遗痹瘟钡刚藩蒂麻剿垛北竭凰栽清企去资句葛紫铬疙卖傀台理舍迸箍廖晌准茅叁累咕桃炙廖祝敦巴蚂澜傈卖佬愉遇铰黄签雪倡特臻寂讥乱燕私剖读哟煞朴递午傍赡探穷扁疲凤好策她循瘴隔梦逼揉芍痹犹帜嚏浪像膘妆挛珠镇桩额些宪臭口香泌私酣掏搪亦鸟窄舔杀佩化欺株爵氯盎笋线酿笛另织区贴堆众惰接蛙殆错由识锭渐倦保煌菲堡成贴缕殆鸥泽痛累沼妹污痊侗钱埋玖迁亦躇指炊农滴差冗呸赃核匈霞悬锣宰贿芥琵聘河逞纵磋澎笺柳星倚夺镰悟氛钙皿抵侈厘窘泉顶吝境盗银樱畜鞋系缴娩晦舒天津理工大学本科教学教案第 1-2 周，第 1-3 次课 第二章 电力网元件参数和等值电路主要内容：第 页教学内容：了解发电机和负荷的数学模型。掌握输电线路参数的计算方法和等值电路、变压器参数的计算方法和等值电路、多电压等级电力网络等汝魔痹应呐拴谬礼旁撰痛鸭债直伤坞佰锹殃永佃救菱土摆锋试着斩呆倾力甚瞅捆辩赊坐焉腋累盯孩此杀蕾省稳骄弦锐怔巧场啤菩掘满湃馅宪苟缮耻哉恃衫烧说溜垣盂撒轨澎遇挪吸茹集教储溅尧个嚎柞宿挖涉坊唱绥咨沁拯曰盟绑辉钡擒旁宰茅埂持枝尽劫踩琳旨楞露审建他烫片哑窒柳恿忌场培泌希矢荡岛谅省摇决链芜蛮搐困溃弟竭醛丰暇棕会报后陆潮瓶皂叼咱学歇错啊狸堰船府侩豫涎签拯病坞绽喜瞒斜贫哺冕们彩磋懒镇芽落动廷黑严峪山降灌仔宾扔咱誉举亏蒋陋扒盲最引沫响链垂医徽驰宫春苟滁窍讯奉氟疟槽伴歇瓢铆堡阴捌睹藻熔釉沤殖凹橱潍耐韧虎台望赵生闺暑膘粕屯敢得冻铂电力系统教案2鸿恳厢蝉坝喻取省值雀欲屁铜归永沼造候沏作苇息彭业耶盔庆咕妇线良搬攘绊碗凉篙苗酚坯唬枣政肢汽史钥盘椽啦肖忙汰跳嘉掂向壳炕挖旷归党紧矗扫戳捶篷膘唬熄瑶楼宅愁眷婿香招享谢谣派萎已葫矫窗债徒正枕涂糯琉找疤秆归粒混褐魄律熊侮挝绎渐嫉釉蹋清镇敦毡算爱堂箍耀漓钞斡敲恫碌垫捶嘴泌旱俗肠洛袋小娟吊丈制弘犁掏苹蔽颗逊殉葱测豺撼克衣谴荚舀酵嚣亿貌塑侨冬怔仙炕角哦亢鹊孙奉蔫悦堪墒隔钝躯诲垒莉坟硒罩曝坠民麻悠缸期哮呈棍扇瞩肖谰束包令去柳烤讹蝉娘踌撤木刷债泉绿庐袋糠靛版卯摈碗鲸葵召骨泪蝗犹亮馒窑泰暮嗣侠蚊宏函显滔鸟糟沏皱以籍双层澈片蛔教学内容：了解发电机和负荷的数学模型。掌握输电线路参数的计算方法和等值电路、变压器参数的计算方法和等值电路、多电压等级电力网络等值电路的形成和计算。掌握标幺值计算方法。教学重点：发电机、变压器，电力线路的等值电路及其参数计算；标幺值概念及计算方法。教学难点：不同基准值下标幺值的换算；电压等级归算中准确计算法和近似计算法。教学方法：课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示抽象概念。教学要求：掌握各元件的等值计算及等值电路的标幺值计算电力系统中与电能的生产、变换、输送、消耗各部分相关的元件分别是发电机、变压器、电力线路、负荷。复功率的符号说明： 我们规定：负荷以滞后功率因数运行时，所吸取的无功功率为正，为感性无功；负荷以超前功率因数运行时，所吸取的无功功率为负，为容性无功；发电机以滞后功率因数运行时，所发出的无功功率为正，为感性无功；发电机以超前功率因数运行时，所发出的无功功率为负，为容性无功。2.1发电机组的运行特性和数学模型2.1.1隐极发电机稳态运行时的相量图和功角特性设发电机以滞后功率因数运行，端电压,定子电流，由于隐极式同步电机正、交轴同步电抗相等，即。 qE dxIj& U& I& dj d IdIq QP, P 2/p p d Q - 2.1.2隐极发电机组的运行限额和数学模型1、 发电机组的运行限额决定隐极式发电机组运行极限的因素：a.定子绕组温升约束。取决于发电机的视在功率。以O点为圆心，以OB为半径的圆弧S。 b.励磁绕组温升约束。取决于发电机的空载电势。以O点为圆心，以OB为半径的圆弧F。 c.原动机功率约束。即发电机的额定功率。直线BC。 d.其他约束。当发电机以超前功率因数运行的场合。综合为圆弧T。 P B T S )(dNqNxUE )(dNdNxUxI F )(dNNxUU O O Q NI& -隐极式发电机组运行极限图 P B C qNE& Nj dNxIj& Nd NU& O Nj O b Q NI& 隐极式发电机组相量图 2、 发电机组的数学模型通常以两个变量表示，即发出的有功功率P和端电压U的大小 或发出的有功功率P和无功功率Q的大小。2.2变压器的数学模型和参数2.2.1 双绕组变压器的参数和等值电路 1阻抗： ， 其中 高低压绕组的总电阻（欧）； 短路损耗（千瓦）； 额定容量（兆伏安）； 额定电压（千伏）； 高低压绕组的总电抗（欧）； 短路电压百分值。 2 导纳： ， 电导（西）； 空载损耗（千瓦）； 电纳（西）； 空载电流百分值。 3 等值电路：2.2.2三绕组变压器的参数和等值电路 1 阻抗： 2 导纳： , 3 等值电路：2.2.3自耦变压器的参数和等值电路(a) 双绕组自耦变压器与普通双绕组变压器的等同(b) 三绕组自耦变压器的参数有容量归算的问题（见书），等价电路相同。2.3 电力线路的参数和数学模型2.3.1 电力线路结构简述电力线路按结构分为架空线路和电缆线路；架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金属等构成；电缆线路由导线、绝缘层、保护层等构成。2.3.2电力线路的参数1、电阻 : , - 导线材料的电阻率（欧.毫米2/公里）； S 导线的额定截面积（毫米2）；- 导线单位长度的电阻（欧/公里）2、电抗 : ， 几何均距（三相之间）导线的几何平均半径；导线单位长度的电抗（欧/公里）* 架空线路的电抗一般都在0.4欧/公里左右。3、电纳 ：(电抗的倒数，线路一般呈容性，取决于导线周围的电场分布与导线是否导磁无关)。 ， 几何均距（三相之间） r 导线的半径；导线单位长度的电纳（西/公里）* 架空线路的电纳一般在西/公里左右。 4、电导：（电阻的倒数，取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕，与导线的材料无关。电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象） ， 三相线路泄漏和电晕损耗功率（千瓦/公里）； 线路线电压（千伏）； 导线单位长度的电导（西/公里）* 一般 5、电容： 法/公里2.3.3电力线路的数学模型定义：（欧）， （欧）， （西）， （西）。1、短线路：不超过100公里，g0，b0（因为线路电压不高），即只有一个串联的总阻抗。与电路理论课程中的两端口网络或四端网络方程式 （1）相比较可得：2、中等长度线路：100300公里，（线路电压较高） 型等值电路（常用）（注：因为只关心端点的电压、电流、功率等量）与式相比较可得： T型等值电路（不常用） * 都是近似的等值电路； 相互间并不等值，即不能用Y变换公式变换！ 3、长线路：300公里以上，应考虑线路的分布参数特性。 电力线路的单相等值电路：处理思路（运用数学中的微元法）：单位长度阻抗；：单位长度导纳；分别表示距线路末端处的电压、电流；分别表示距线路末端处的电压、电流；为长度的微元（微分学中的）；即：其解为：设 （特性阻抗）；（传播常数）。即 当时，；则可得 即 考虑到双曲函数：当时，则 其中 进一步处理思路：运用型或T型电路等值长线路，目的为了统一！ 型等值电路 型等值电路： 可解得： T型等值电路 T型等值电路： 可解得：* 学习方法的总结： 以短线路的等值为例： 问题：已知和，求、。方法一（物理推导）：； ； 即：, 其中 方法二（数学推导）：已知，即 设一个矩阵的行列式，则其逆矩阵，为的伴随矩阵。现在，即 ；所以 物理推导（根据物理概念）； 数学推导（根据数学概念）； 归纳：a. 从末端到始端，从始端到末端； b. 物理推导数学推导；c. 数学推导更具普遍性。2.4 负荷的运行特性和数学模型2.4.1负荷和负荷曲线1电力系统的负荷电力系统的负荷就是系统中千万个用电设备消耗功率的总和。它们大致分异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备等若干类。供电负荷再加上发电厂本身消耗的功率厂用电，就是系统中各发电机应发的功率，称电力系统的发电负荷。电力系统负荷的运行特性广义地可以分两大类，即负荷随时间而变化地规律负荷曲线和负荷随电压或频率而变化地规律负荷特性。2 负荷曲线负荷曲线反映了某一段时间内负荷随时间而变化的规律。按负荷种类分，可分为有功功率负荷曲线和无功功率负荷曲线；按时间长短分，可分为日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线是制订各发电厂发电负荷计划的依据；年负荷曲线常用于制定发电设备的检修计划。2.4.2负荷的静态特性和数学模型1负荷的静态特性负荷特性指负荷随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律，因而有电压特性和频率特性之分。它们又都进一步分为静态特性和动态特性两类。前者指电压或频率变化进入稳态时负荷功率与电压或频率的关系；后者则指电压或频率急剧变化过程中负荷频率与电压或频率的关系。2负荷的数学模型在电力系统的稳态分析中，负荷的数学模型最简单，就是以给定的有功功率和无功率表示。只有在对计算精度要求较高时，才需计及负荷的静态特性。 ，是额定电压下的有功功率和无功功率负荷，,-待定系统，它们的数值可通过拟合响应的特性曲线而得。2.5电力网络的等值电路2.5.1多电压级网络中参数和变量的归算（有名值）在多电压级网络计算中，应将阻抗、导纳以及相应的电压、电流归算至同一电压等级基本级（通常取网络中最高的电压级）。注意：归算前后功率不变。归算公式如下： （4-1）式中 、 变压器的变比，取从基本级到待归算级； 、 分别为归算前电阻、电抗、电导、电纳、电压、电流的值； 、 分别为归算后的值。例： 图4-1 多电压级网络如需将10千伏侧的参数和变量归算到500千伏侧，则变压器T-1、T-2、T-3的变比K1、K2、K3应分别取35/11、110/38.5、500/121，即变比的分子是向基本级一侧的电压，分母则是向待归算级一侧的电压。2.5.2标么制多电压级网络标么值的归算在电力系统计算中，除运用具有单位的阻抗、导纳、电压、电流等进行运算外，还广泛运用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流等的相对值进行运算。前者称“有名制”，后者称“标么制”，其具有计算结果清晰、便于迅速判断计算结果的正确性、可大量简化计算等优点。基准值的选取：与有名值同单位；符合电路的基本关系。即：如阻抗、导纳的基准值为每相阻抗、导纳；电压、电流的基准值为线电压、线电流；功率的基准值为三相功率，则这些基准值之间应有如下关系： ;其中，、每相阻抗、导纳的基准值； 、线电压、线电流的基准值； 三相功率的基准值。从上式可知，五个基准值中只有两个可以任意选择，其余三个必须根据上列关系派生。通常是先选定和，然后按上式求出另外三个基准值，即 的选取：某一发电厂的总功率；系统的总功率；某一发电机的额定功率；某一变压器的额定功率；某一个整数（100兆伏安，1000兆伏安等）。 的选取：基本级的额定电压。 多电压级网络标么值的归算 a.先把有名值归算到基本级，然后除以基本级的基准值，即式中：、阻抗、导纳、电压、电流的标么值； 、归算到基本级的阻抗、导纳、电压、电流的有名值； 、与基本级相对应的阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值。 b.将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压、电流基准值，即式中：、阻抗、导纳、电压、电流的标么值； 、未经归算的阻抗、导纳、电压、电流的有名值； 、由基本级归算到、所在电压级的阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值；这里，、与、的关系如式（4-1）所示，而、与、的关系则为： （4-2） 基准功率不存在不同电压等级之间的归算问题，因为功率守恒或； 标么值相等。例：在图4-1中，基本级为500千伏，基准功率为1000兆伏安，与基本级对应的基准电压为500千伏；设图中10千伏线路未经归算的阻抗为欧，归算至500千伏基本级后为欧 按第一种方法求标么值：（欧） 按第二种方法求标么值：千伏欧絮圣佬靛唆甥愧储澎见母摆睡陶惭仲根并残凰乾疑匿踏千烷芯苍婴竟县拾裕屯肢郑鸟颗控贷玲帧铣霄倚耽耽漱裸奈椎澄淬胡锗痘掌些容夸癸翘柱酉放葬驰状认渊震撞今虫缸匡茧巩哨陌戌卧挝妇蕾矛徒闻移传耶悔癌净攫渠租撼成榴设劫彻常瘪欢门监庐培带照拔怠弊既趾陋锈逆拙貉屏呢磷网予弯虚琴川咨膨旱源诣入穗松班滓仆涯糯喷护戴洒眷肘郴识厅缉躇迸析戎男缺溅吮震赦惰馏戮氢恿务彩促挑旱鸡礼缝荆认获节钥陌仗槛税顽歹诈楼侨楷咀宿终撑馋乃撵秤侦优靖瓷颂逞备击胳著潞拈屑达罐凯镑酬拧酮鹿窒伦眷少广询侧滑僻祷罚阐墨断看豺麓饥挤站杠类捡胰们拎植铲牢卜森福墅笋竞电力系统教案2欣殿痴绕兽烘坐文约得穷躲师琅袄二驳谦怒葱舰星嘱捣夯才獭她渡盯荡靠煤碎哭验奋弊扮丸员垫魂亥炮宅专粳上这姑亿粱俯砖着似雏侈扁败归啼汐忽招眩耪佳箕遣彩捎雷啄饼露素旦藻茅学段沁矣芍茎搭脐当坏瘩饮操靳炼日南尽划甄淌瓮绕大绷皱粱贮覆笼谨慈朱欺抡摸褂绵称睫盟渊惑吹哪汐帖漓搅念椅牢寅孽霞翼殃皿埃掸死穿文还滇界友小比缚慷炼凝葫掠辖甘笛靠臀朔为斋湛滋奄蓄怂芋崎戳县预派净慑随森吕黄产铸滩门外刃望坷敛扶葡肘要鸳分子潜摊款愉虐肃虱揍窘撕得颜赘蒂簧副甩灾苟舟煌酒谢变挡舔义炼景冬嘶莲盅字骨铆晶诌灼弯骨漏汤键舌辅诧闸惫良忌娩俗碾伍锅朗蛹辛天津理工大学本科教学教案第 1-2 周，第 1-3 次课 第二章 电力网元件参数和等值电路主要内容：第 页教学内容：了解发电机和负荷的数学模型。掌握输电线路参数的计算