电力系统教学课件2电力系统元件参数和等值电路

第2章电力系统元件参数和等值电路,电力系统运行状态,电力系统运行参量表征电力系统运行状态电磁参量：功率、电流、电压机械参量：频率、发电机组转子相对角位移电力系统运行状态稳态：所有运行参量在某一平均值附近很小变化，接近常量，此时，称系统处于稳态。暂态：部分或全部运行参量发生较大变化，则称此时系统处于暂态。,电力系统分析的内容,内容：采用数学方式模拟计算电力系统稳态运行和暂态运行过程中的各种电磁参量和机械参量。目的：提前对电力系统未来可能出现的状态进行掌握和控制。前提：先明确系统及其元件在稳态和暂态过程的数学表示方式。本章内容：分析稳态时系统元件的数学模型,本章内容,电力线路的参数和等值电路；变压器的参数和等值电路；发电机和负荷的参数及等值电路；电力网络的等值电路。,1电力线路参数和等值电路,1.1电力线路结构简述（1）分类架空线路电缆线路（2）架空线路I.结构,具有良好的电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：LJ（铝绞线）TJ（铜绞线）LGJ（钢芯铝绞线）标号：LGJ-400/50，400表示铝线额定面积（mm2），50表示钢芯额定面积,II.架空线路导线类型与标识,III架空线路导线结构,铝线,钢芯,扩大导线截面积,钢芯铝绞线,扩径钢芯铝绞线,单位长度架空线路参数电阻：r1=/S(/km):导线材料的电阻率，S导线标称截面积。电抗：由于导线存在自感和导线之间存在互感导线存在电抗x1(/km)，高空架空电力线路可近似取0.4/km。x1与导线的半径呈反比，因此分裂导线（等值增大半径），可降低电抗。,IV架空线路导线参数,分裂导线,电导：由于导线与地或与其他导线之间存在电场，当电压超过临界电压就会产生电晕放电，造成有功功率的损耗，因此，存在电导g1（S/km）。线路设计时，晴天不允许导线发生电晕，因此一般g1=0。电纳：由于导线与地或与其他导线之间存在电场，会形成电容效应，因此存在电纳b1。,V架空线路的换位,为减少三相参数的不平衡，长线路应该进行换位。,VI架空线路的等值电路,分布参数等值电路,集中参数等值电路（因分布式等值电路难于计算）a）短线路（l100km,忽略电导、电纳）,因线路三相参数完全相同，三相电压、电流有效值相同，故可用单相等值电路代表三相,Z=(r1+jx1)l,注意，导纳两边各一半,b）中等长度线路（100kmRT,故|XT|ZT|，可认为短路电压Uk主要降落在电抗XT上，故：,可得：,II.空载试验,空载损耗：P0空载电流百分比：I0(%),因：电导G对应的变压器的铁损PFEP0，因此：,可得：,单位为：UN（V），SN（VA），Pk（W）,但，由于工程上，单位通常为：UN（kV），SN（MVA）P0（kW）故上式可改写为：,因，变压器中，GTBT,故可认为空载电流I0主要通过电纳支路，故：,可得：,综上，可得变压器等值电路及参数计算,可得：,单位：UN（kV）SN（MVA）Pk（kW）P0（kW）,变压器有两个额定电压，因此参数可归算为任一侧！,（3）三绕组变压器的等值电路及参数计算,GT,RT1,jXT1,-jBT,RT2,jXT2,RT3,jXT3,励磁支路参数计算与双绕组变压器相同，空载试验阻抗支路参数计算稍有区别，短路损耗、短路电压的计算,电阻按各对绕组间的短路损耗计算三个绕组的容量比为100/100/100%时,然后可套用双绕组变压器求电阻的公式三个绕组的容量比不等时，如100/50/100%，须归算至变压器额定容量或额定电流时的值,电抗各对绕组间的短路电压百分数计算制造厂给出的短路电压百分数已归算至变压器的额定容量，因此不需再归算,然后可套用双绕组变压器求电抗的公式,3发电机和负荷的参数及等值电路,3.1复功率的概念及计算公式,复功率,视在功率,有功功率,无功功率,电压向量,电流向量,注意：在上述表示方式下，负荷以滞后功率因数运行时，所吸取的无功功率为正；以超前功率因数运行时，所吸收的无功功率为负；发电机则正好相反。,3.2发电机的参数及等值电路,特征：I）电力系统中发电机均指三相交流发电机：II)发电机参数三相完全相同；III）运行时，发电机电压和电流参量完全对称。,因此：可用单相等值电路表示三相,（1）特征分析,电压源模型,（2）单相等值电路（电源模型）,电流源模型,其中：,数学描述：,已知量：制造厂一般给出以发电机额定容量为基准的电抗百分比。而因电阻较小，忽略不计。,（3）发电机单相参数的计算,故：发电机单相电抗的有名值为：,3.3负荷的参数及等值电路,（1）特征分析在电力系统中，负荷通常用其从电网中取用的有功功率和无功功率来表示。,（2）负荷描述,PL+jQL,注意：如负荷为感性，则QL0；如负荷为容性，则QL8MVA，有5个抽头，2.5%；6.3MVA，有3个抽头，5%,升压变压器,降压变压器,低压绕组没有抽头,低压侧绕组,高压侧绕组,高压侧绕组,低压侧绕组,变压器的抽头,缺点：b.环形网络参数无法精确计算,有名制：无法确定归算参数,表幺制：无法确定归算基准电压,（2）解决方式，采用形等值电路,1,2,1,2,电压和电流变化主要发生在阻抗支路,导纳支路电流、电压已知,？如何消去变压器？,一般化阻抗支路形式,依据：,如果采用某种二端口模型，使得模型两端的电流电压关系始终满足变压器变压后的电气关系，则可用该二端口模型替代该部分电路，而其他电路部分无需归算。,二端口网络的电压电流关系：,（4-10）,整理得：,（4-14）,二端口网络模型：,根据：,（4-14）,可得，导纳表示的等值模型：,进一步，阻抗表示的等值模型,称之为变压器的形等值电路,1,2,1,2,1,2,完整的变压器等值电路：,完整的变压器等值电路：,计算注意事项：阻抗在变压器1这一侧。最后勿忽略励磁支路。,教材有误,1,2,形等值电路的特征：,阻抗支路的形等值电路：,结果对参数精度非常敏感（小数点后很多位），通常用于计算机计算。首末端点电压、电流变化很大。（理解变压原理）,3.一侧接地，从看一侧看的输入阻抗与原阻抗支路相同（计算导纳矩阵时使用）。（该原则有助于我们记住公式）,1,2,形等值电路的特征：,阻抗支路的形等值电路：,4.同时适用于有名制标幺制等值电路。5.可解耦等值电路中，元件参数与变压器变比之间的耦合关系，使得我们可以提前算好系统中各元件参数。个别元件参数变化时，只需更改该元件参数即可。对其他元件参数不影响。,（3）形等值电路在有名制等值电路中的应用,1,2,3,4,方法：用形等值电路直接替换变压器阻抗支路即可,特点：替换后，各线路参数无需归算，均为实际运行时所处电压等级的参数优点：使得参数与变压器变比无关（线路参数无需归算）。,（4）形等值电路在表幺制等值电路中的应用,步骤：1.基准电压选取时，各电压等级线路通常选择线路额定电压为基准值。2.变压器用带理想变压器的等值模型表示。3.采用形等值电路表示变压器阻抗支路,优点：等值电路不存在变压器，且各电压等级基准值的选择相互独立，与变压器变比不再相关）,例如：前例,1,2,3,4,A）取：基准容量SB=100MVA10kV电压等级线路基准电压UB,10=10kV110kV电压等级线路基准电压UB,110=110kV220kV电压等级线路基准电压UB,220=220kV,基准值的选取不相关：,1,2,3,4,E）标幺值等值电路,存在理想变压器,非标准变比,（1：1.1）,（10.5：1.1）,F）把变压器阻抗支路用形等值电路表示。形成没有理想变压器的等值电路,优点：等值电路不存在变压器，且各电压等级基准值的选择相互独立，与