电力系统教学课件 2 电力系统元件参数和等值电路

1、第第2章章 电力系统元件参数和等值电路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状态 电力系统运行参量电力系统运行参量表征电力系统运行状态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 电力系统运行状态电力系统运行状态 稳态稳态：所有运行参量在某一平均值附近很小变：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。化，接近常量，此时，称系统处于稳态。 暂态暂态：部分或全部运行参量发生较大变化，则：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。称此时系统处于暂态。电力系统分析的内容电力系统分析的内容 内容：内容

2、：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：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：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：本章内容：分析稳态时系统元件的数学分析稳态时系统元件的数学 模型模型本章内容本章内容 电力线路的参数和等值电路；电力线路的参数和等值电路； 变压器的参数和等值电路；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；发电机和负荷的参数及等值电路； 电力网络的等值电路。电力网络的等值电路。1 电力线路参数和等值电路电力线路参数和等值电路1.1 1.1 电力线路结构电力线路结构

3、简述简述（1 1）分类）分类 架空线路架空线路 电缆线路电缆线路（2 2）架空线路）架空线路 i.i.结构结构 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. ii. 架空线路导线类型与标识架空线路导线类型与标识iii iii 架空线路导线结构架空线路导线结构铝线铝线钢芯钢芯扩大导扩大导线截面线截面积积钢芯铝绞线钢芯铝绞线扩径钢芯铝绞线扩径钢芯铝绞线单位长度架空线路参数单位长度架空线路参数 电阻： r1=/s (/km) :导线材料

4、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 iv 架空线路导线参数架空线路导线参数分裂导线分裂导线 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 v 架空线路的换位架空线路的换位 为

5、减少三相参数的不平衡，长线路应该进行换位。为减少三相参数的不平衡，长线路应该进行换位。vi vi 架空线路的等值电路架空线路的等值电路 分布参数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）集中参数等值电路（因分布式等值电路难于计算） a）短线路（）短线路（l100km,忽略电导、电纳忽略电导、电纳）因线路三相参数完全相因线路三相参数完全相同，三相电压、电流有同，三相电压、电流有效值相同，故可用单相效值相同，故可用单相等值电路代表三相等值电路代表三相1u2uz1u2u1i2iz=(r1+jx1)l注意，导纳注意，导纳两边各一半两边各一半b）中等长度线路（）中等长度线路（

6、100kml300km）z=(kr r1+j kx x1)ly=j kb b1l用用形等值电路表示形等值电路表示用用t形等值电路表示形等值电路表示必须必须考虑参考虑参数分布效应，数分布效应，进行系数修进行系数修正正（3 3）电缆线路）电缆线路i.i.结构结构导线导线绝缘绝缘层层钢铠钢铠包护包护层层ii.ii.等值电路等值电路a）短线路）短线路b) 中等长度线路中等长度线路 （l100km）等值电路形式与架空线路相同等值电路形式与架空线路相同！2 变压器参数和等值电路变压器参数和等值电路（1 1）双绕组变压器的等值电路）双绕组变压器的等值电路( (电机学电机学) )rmjxmr1jx1r2jx2

7、励磁励磁支路支路一次绕组一次绕组漏抗漏抗归算到一次侧的二归算到一次侧的二次绕组漏抗次绕组漏抗gtrtjxt-jbt（2 2）等值电路）等值电路的参数计算的参数计算i.i.短路试验短路试验短路损耗：短路损耗：pk短路电压百分比：短路电压百分比：uk(%) 因因：pk pr，而三相电阻中的有功损耗，而三相电阻中的有功损耗pr为：为：tnntnntnrrusrusrip2222)3(33可得：可得：knntpsur22单位为：单位为：un（v），），sn（va），）， pk（w）线电压线电压但，由于工程上，单位通常为：但，由于工程上，单位通常为：un（kv），），sn（mva） pk（kw）故上式故

8、上式可改写为可改写为：nnnktsuspr21000/ 因因，变压器中，变压器中， xtrt ,故|xt|zt|，可认为短路电，可认为短路电 压压uk主要降落在电抗主要降落在电抗xt上，故：上，故：10031003100(%)ntnntnnkkuxiuziuuu可得：可得：nnknnktsuuiuux2100(%)3100(%)ii.ii.空载试验空载试验空载损耗：空载损耗：p0空载电流百分比：空载电流百分比：i0(%) 因因：电导：电导g对应的变压器的铁损对应的变压器的铁损pfe p0，因此：，因此：tntngugup220)3( 3可得：可得：20ntupg 单位为：单位为：un（v），）

9、，sn（va），）， pk（w）但，由于工程上，单位通常为：但，由于工程上，单位通常为：un（kv），），sn（mva） p0（kw）故上式故上式可改写为可改写为：201000/nnntusspg 因因，变压器中，变压器中， gtbt ,故可认为空载电流可认为空载电流i0主要通主要通 过电纳支路，故：过电纳支路，故：100100331003100(%)200tnnnntnntnnbsuusbuibuiii可得：可得：20100(%)nntusib综上，可得变压器等值电路及参数计算综上，可得变压器等值电路及参数计算nnnktsuspr21000/nnktsuux2100(%)201000/nnn

10、tusspggtrtjxt-jbt20100(%)nntusibnnknktsuujspz2)100(%)1000/(200)100(%)1000/(nnntusijspy可得：可得：单位：单位：un（kv）sn（mva） pk（kw） p0（kw）变压器有两个额定变压器有两个额定电压，因此参数电压，因此参数可归算为任一侧！可归算为任一侧！（3 3）三绕组变压器的等值电路及参数计算）三绕组变压器的等值电路及参数计算gtrt1jxt1-jbtrt2jxt2rt3jxt3励磁支路参数计算与双绕组变压器相同，空载试验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

11、电压的计算阻抗支路参数计算稍有区别，短路损耗、短路电压的计算 电阻电阻 按各对绕组间的短路损耗计算按各对绕组间的短路损耗计算 三个绕组的容量比为三个绕组的容量比为100/100/100%时时1(1 2)(1 3)(2 3)1p()2kkkkppp2(1 2)(2 3)(1 3)1p()2kkkkppp3(1 3)(2 3)(1 2)1p()2kkkkppp(2 3)(2 3)4kkpp(1 2)(1 2)4kkpp 然后可套用双绕组变压器求电阻的公式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，如三个绕组的容量比不等时，如100/50/100%，须归算，须归算至变压器额定容量或额

12、定电流时的值至变压器额定容量或额定电流时的值 电抗电抗 各对绕组间的短路电压百分数计算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，因此不需再归算容量，因此不需再归算1(1 2)(1 3)(2 3)1(%)(%)(%)(%)2kkkkuuuu2(1 2)(2 3)(1 3)1(%)(%)(%)(%)2kkkkuuuu3(1 3)(2 3)(1 2)1(%)(%)(%)(%)2kkkkuuuu 然后可套用双绕组变压器求电抗的公式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发电机和负荷的参数

13、及等值电路3.1 3.1 复复功率的概念及计算公式功率的概念及计算公式*( )()(cossin )uis u iuiuisjp jq 复功率复功率视在功率视在功率有功功率有功功率无功功率无功功率电压向量电压向量电流向量电流向量注意：注意：在上述表示方式下，负荷以滞后功率因数运行在上述表示方式下，负荷以滞后功率因数运行 时，时， 所吸取的无功功率为正；以超前功率因数运行时，所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。吸收的无功功率为负；发电机则正好相反。3.2 3.2 发电机的发电机的参数及等值电路参数及等值电路特征：i）电力系统中发电机均指三相交流

14、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 1）特征分析）特征分析 电压源模型电压源模型（2 2）单相等值电路（电源模型）单相等值电路（电源模型）电流源模型电流源模型其中：其中：:kvge发电机的相电动势（）:gu发电机的端口相电压(kv)数学描述：数学描述：ggggeujx i:agi发电机定子相电流(k )x :g发电机的单相电抗( )已知量：已知量：制造厂一般给出以发电机额定容量为基准制造厂一般给出以发电机额定容量为基准 的电抗百分比。而因的电抗百分比。而因电阻较小，忽略不计电阻较小，忽略不计。（3 3）发

15、电机单相参数的计算）发电机单相参数的计算3(%)100nggni xxu故：故：发电机单相电抗的有名值为：发电机单相电抗的有名值为：2(%)(%)1001003gngngnnxuxuxsi3.3 3.3 负荷的负荷的参数及等值电路参数及等值电路（1 1）特征分析）特征分析 在电力系统中，负荷通常用其从电网中取用的有在电力系统中，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。功功率和无功功率来表示。（2 2）负荷描述）负荷描述pl+jql注意注意：如负荷为感性，则：如负荷为感性，则ql00； 如负荷为容性，则如负荷为容性，则ql0.8mva8mva，有，有5 5个抽头，个抽头，2.5%2

16、.5%； 6.3mva6.3mva，有，有3 3 个抽头，个抽头，5%5%升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器低压绕组没有抽头低压绕组没有抽头低压低压侧绕组侧绕组高压高压侧绕组侧绕组高压高压侧绕组侧绕组低压低压侧绕组侧绕组变压器的抽头变压器的抽头缺点缺点：b. 环形网络参数无法精确计算环形网络参数无法精确计算有名制：无法确定归算参数有名制：无法确定归算参数表幺制：无法确定归算基准电压表幺制：无法确定归算基准电压（2 2）解决方式，采用）解决方式，采用形等值电路形等值电路1212电压和电流变化主要发电压和电流变化主要发生在阻抗支路生在阻抗支路导纳支路电流、导纳支路电流、电压已知电压已知？如何

17、消去变压器？如何消去变压器？一般化一般化阻抗支路阻抗支路形式形式依据：依据：1i2i1u2u如果采用某种如果采用某种二端口模型二端口模型，使得模，使得模型两端的电流电压关系型两端的电流电压关系始终始终满足变满足变压器变压后的电气关系，则可用该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，而二端口模型替代该部分电路，而其其他电路部分无需归算他电路部分无需归算。二端口网络的电压电流关系：二端口网络的电压电流关系：1i2i1u2ukiikuziut21211/（4-104-10）)()1 ()() 1(122222111uukyukykiuukyukykitttt整理得：整理得：（4-14

18、4-14）二端口网络模型：二端口网络模型：1i2i1u2u根据：根据： （4-144-14）可得，导纳表示的等值模型：可得，导纳表示的等值模型：进一步，阻抗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称之为变压器的形等值电路形等值电路121212完整的变压器等值电路：完整的变压器等值电路：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：计算注意事项：1.1.阻抗在变压器阻抗在变压器1 1这一侧。这一侧。2.2.最后勿忽略励磁支路。最后勿忽略励磁支路。教材有误教材有误12形等值电路的特征：形等值电路的特征：阻抗支路的阻抗支路的形等值电路：形等值电路：1.1. 结果对参数精度非

19、常敏结果对参数精度非常敏感（小数点后很多位），感（小数点后很多位），通常用于计算机计算通常用于计算机计算。2.2. 首末端点电压、电流变首末端点电压、电流变化很大。（理解变压原化很大。（理解变压原理）理）3. 3. 一侧接地，从看一侧看的输入阻抗与原一侧接地，从看一侧看的输入阻抗与原阻抗阻抗支路相同支路相同（计算导纳矩阵时使用）。（该原则有助于我们记住（计算导纳矩阵时使用）。（该原则有助于我们记住公式）公式）12形等值电路的特征：形等值电路的特征：阻抗支路的阻抗支路的形等值电路：形等值电路：4. 4. 同时适用于有名制标幺同时适用于有名制标幺制等值电路。制等值电路。5. 5. 可可解耦解耦等值

20、电路中，元等值电路中，元件参数与变压器变比之件参数与变压器变比之间的耦合关系，间的耦合关系，使得我使得我们可以提前算好系统中们可以提前算好系统中各元件参数。个别元件各元件参数。个别元件参数变化时，只需更改参数变化时，只需更改该元件参数即可。该元件参数即可。对其对其他元件参数不影响。他元件参数不影响。（3 3）形等值电路在有名制等值电路中的应用形等值电路在有名制等值电路中的应用1234方法：用方法：用形等值电路形等值电路直接替换直接替换变压器阻抗支路即可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时所处电压等级

21、的参数优点：优点：使得参数与变压器变比无关（线路参数无需归使得参数与变压器变比无关（线路参数无需归算）算）。（4 4）形等值电路在表幺制等值电路中的应用形等值电路在表幺制等值电路中的应用步骤：步骤：1. 1. 基准电压选取时，各电压等级线路通常选择线路额基准电压选取时，各电压等级线路通常选择线路额定电压为基准值。定电压为基准值。2. 2. 变压器用带理想变压器的等值模型表示。变压器用带理想变压器的等值模型表示。3. 3. 采用采用形等值电路表示变压器阻抗支路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）择相互独