国网考试复习笔记-稳态

1、电力系统稳态分析第一章 电力系统的基本概念1.1 基本概念1.2 电力系统运行应满足的基本要求一、电能生产、输送、消费的特点1. 电能与国民经济各个部门之间的关系密切2. 电能一般不能大量储存3. 生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割4. 生产、输送、消费工况的改变十分迅速5. 对电能质量的要求严格总结：关系密切、不能大量储存、整体不可分割、改变十分迅速、质量要求严格二、对电力系统运行的基本要求1. 保证可靠地持续供电2. 保证良好的电能质量3. 保证系统运行的经济性4. 保证对环境的友好总结：可靠、优质、经济、环保三级负荷一级负荷：对一级负荷停电将造成人身事故，设备损坏，使生产

2、秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等；需要保证不间断供电，应配置独立的双电源。二级负荷: 对二级负荷停电将造成大量减产、使人民生活受到影响;需要具体论证是否配置独立的双电源.三级负荷：一、二级负荷之外的负荷，停电损失更小的负荷，如小城镇等；不增加设备的前提下尽量保证供电可靠性。电能质量：电压偏移=(U-UN)/UN，通常以百分数表示（）频率偏移= ffN （）正弦波形畸变率：各次谐波有效值平方和的方根值与基波有效值的百分比联合电力系统：提高供电可靠性、减少为防止设备事故引起供电中断而设置的备用容量、合理配置用电、降低联合系统的最大负荷、提高发电设备的利用率、减少联合系统中发电设备的总容量、提高

3、运行的经济性、个别负荷波动对系统电能质量的影响小、可采用大容量高效率机组。1.3电力系统的结线方式和电压等级一、接线方式（结线方式的选择：技术经济分析）无备用结线 每一负荷都只能沿唯一路径获取电能 结线简洁、投资少、运行调度简单 供电可靠性差单回路放射式单回路干线式开式网络单回路链式有备用结线 供电可靠性高、电压质量好 投资大，环网运行调度复杂双回路放射式双回路干线式闭式网络双回路路链式环形结线两端供电结线二、电压等级（额定电压的选择取决于输送功率和输电距离）项目额定电压用电设备UN电力线路（电网）UN发电机1.05UN变压器一次侧UN或1.05UN二次侧1.1UN或1.05UN为什么要规定额

4、定电压：对应一定的输送功率和输电距离，有一最合理的输电电压。根据生产系列化和标准化的要求，不能任意确定输电电压，额定电压等级也不宜过多。一次绕组：输入功率一侧的绕组（受电端，相当于用电设备 ）二次绕组：输出功率一侧的绕组（送电端，相当于发电机 ）额定电压的选择取决于输送功率和输电距离10.5kV/121kV10.5kV110kV/11kV变压器变比（待补充）三、中性点接地电力系统的中性点: 星形联结变压器或发电机的中性点。消弧线圈（电抗线圈）：作用：向接地点提供感性电流，抵消接地点的容性电流，从而减小接地点电流常用过补偿方式第二章 电力系统各元件的特性和数学模型功率因数角=u-i2.1 发电机

5、组的运行特性和数学模型一、隐极机的功角特性有功功率依靠两点电压之间的相角差传输；无功功率的传输则主要依靠压差实现。定子绕组温升约束：取决于定子绕组电流（发电机视在功率）励磁绕组温升约束：取决于励磁绕组电流（发电机的空载电势）原动机功率约束2.2变压器的参数和数学模型双绕组 为短路损耗；为短路电压百分比；为空载损耗；空载电流百分比三绕组T型模型、电机模型、更精确YT型模型、电力模型、计算方便 自耦变压器Pk(1-3)4P'k(1-3) Pk(2-3)4P'k(2-3)Uk(1-3)%2U'k(1-3)% Uk(2-3)%2U'k(2-3)%普通三绕组变压器只进行功

6、率归算，自耦变压器变压器要进行功率和电压归算额定电压(kV)绝缘子片数353605110722013500252.3电力线路的参数和数学模型架空线的构成：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具电缆线路的构成：导线、绝缘层、包护层一、 架空线1. 导线:主要由铝（L）、钢(G)、铜(T)、铝合金(HL)制成的多股绞线(J)。普通钢芯铝线（LGJ）；加强型钢芯铝线（LGJJ）；轻型钢芯铝线（LGJQ）；LGJ-400/50钢芯铝绞线，铝线部分额定截面积400mm2，钢线部分额定截面积50mm2。220kV及其以上电网中，为了减小电晕损耗和线路电抗，常采用扩径导线和分裂导线。扩径导线：增加导线直径，但不增

7、大载流部分的截面积。分裂导线：又称复导线。将每相导线分成若干根，相互间保持一定距离。2. 避雷线：多股钢绞线(GJ)3. 绝缘子：按结构形式主要分针式绝缘子（35kV以下）和悬式绝缘子（35kV以上）。4. 架空线路换位：减小三相参数的不平衡。滚式换位和换位杆塔换位。二、电力线路的参数1.参数含义电阻：表征线路通过电流时产生的有功功率损耗,主要是载流导体的发热效应；电抗：表征载流导体的磁场效应；电导：表征线路的电晕损耗和绝缘子泄露电流产生的有功损耗，与导线材料无关，通常取：g10；电纳：表征载流导体周围的电场效应。2.电力线路的阻抗 r1：导线单位长度的电阻（/km）：导线材料的电阻率（ &#

8、183; mm2 /km ） S导线的额定截面积（mm2）电力系统计算中选用的电阻率略大于相应的直流电阻率（集肤效应）：铝 31.5 · mm2 /km，铜 18.8 · mm2 /kmf：交流电频率 ：几何距离 ：导线半径 ：相对导磁系数外电抗：描述导线外部磁通产生的磁场效应，取决于导线的布置方式和截面积。（：几何距离 ：导线半径）内电抗：描述导线内部磁通产生的磁场效应，由导线的导磁特性决定。（：相对导磁系数）常用：取f=50Hz，对铜、铝等，取ur=1时分裂导线：等值半径 n：每相的分裂导线数注：相间距离(Dm) 、导线截面积(r/req) 、分裂间距(d)等与线路结构

9、有关的参数对线路电抗都有影响，但电抗与这些参数为对数关系，因此，架空线路的电抗数值变化并不大。钢导线的集肤效应及导线内部的导磁率随电流大小变化2.参数计算短线模型：Y=0； 中长线模型： 长线模型：线路特性阻抗： ；线路传播系数： 3. 波阻抗和自然功率无损导线：超高压线路电阻远远小于电抗，当取r1=0，g1=0时，线路上没有有功损耗。波阻抗：（纯电阻）相位系数： （仅有虚部）自然功率：又称波阻抗负荷。当线路末端负荷阻抗波阻抗时，负荷消耗的功率。 无损导线传输自然功率时的传输特点：Ø 全线任意两点电压（电流）的大小相等 Ø 全线任意一点的电压和电流同相，即功率因数1 

10、16; 线路上各点电压相位不同，任意两点电压之间的相差正比于两点之间的距离。用无损导线的特性估计超高压线路运行特性：Ø 当传输功率=自然功率时，首、末端电压接近相等Ø 当传输功率>自然功率时，末端电压<首端电压 Ø 当传输功率<自然功率时，末端电压>首端电压2.4负荷的运行特性和数学模型电力系统的综合用电负荷：同一时刻，各行各业各种用电设备所消耗的功率之和。电力系统的供电负荷：系统中各发电厂应供应的功率，即综合用电负荷与同一时刻网络中损耗的功率之和。电力系统的发电负荷：系统中各发电机应发出的功率，即供电负荷与同一时刻各发电厂本身消耗的功率（

11、厂用电）之和。一、 有功负荷曲线1.日负荷曲线：制定发电计划的依据。 日最大负荷Pmax(峰荷)：有功日负荷曲线的最大值（峰值） 日最小负荷Pmin (谷荷) ：有功日负荷曲线的最小值（谷值） 峰谷差： 日平均负荷： 日负荷率：2.年（最大）负荷曲线：安排发电设备检修负荷全年所消耗的电能： 最大负荷利用小时数： 二、负荷特性：负荷功率随负荷端电压或系统频率变化的规律动态特性：描述电压和频率急剧变化时，负荷有功和无功随时间变化的规律。静态特性：描述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。负荷曲线取决于各行业的生产制度，负荷特性取决于各行业负荷中各类用电设备比重。2.5电力网络的数学

12、模型一、标么制1.基准值取线电压基准值UB，一般取为电网额定电压。取三相功率基准值SB，一般取100MVA，1000MVA等。 二、多电压等级电力网络的等值电路归算公式： ； （加 为归算前的值）环网中变比不匹配：采用平均额定电压（比线路额定电压高5%的电压系列：230、115、37、10.5、6.3kV）kB实际变比归算变比理想变k* =k=变压器模型型模型：适合手算，需要进行电压等级归算型模型：适合机算，不用进行电压等级归算变压器不仅可以改变电压大小，也具有移相功能变压器参数一般应归算到低压侧第三章 简单电力网络的计算和分析电力系统中，功率的流动称为潮流，电压和功率的分布（各节点电压、各支

13、路功率）称为潮流分布。3.1电力线路和变压器运行状况计算一、电力线路运行状况计算U1：首端电压U2：末端电压UN：额定电压U20：空载电压功率计算：电压计算：自末端算起：取末端电压为参考相量，即：电压降落纵分量：；横分量：自始端算起：取末端电压为参考相量，即：纵分量：；横分量：电压降落纵、横分量表达式中的电压和功率是同一点的参数。 电压降落纵、横分量表达式中的功率应视为带符号数，当功率的实际方向与参考方向不同时，相应的功率项应反号。例如：线路空载运行。超高压线路空载（或轻载）运行时，末端电压高于首端电压。 不计线路电导 输电效率： P1为始端功率，P2为末端功率线损率（网损率）：二、 电力线路

14、运行状况分析空载：末端电压可能高于始端，即产生电压过高现象。其中电缆尤为突出。有载：与发电机极限图相类似。（如负载为纯无功负荷） 可变损耗、铜耗三、 变压器运行状况计算功率计算：固定损耗、铁耗电压计算：电能损耗：铜耗+铁耗3.2辐射形和环形网络中的潮流分布一、辐射形网络：开式网路、树状网络（放射式、干线式、链式）二、环形网络：环网、两端供电网络环网（解开后的两端电压相等）：两端供电网络（两端电压不相等）：循环功率：与由电压高的方向流向电压低的方向。3.4 电力网络潮流的调整控制有功功率损耗最小时的功率分布应按线段电阻分布而不是阻抗分布。按阻抗分布功率，叫功率自然分布，这种分布是不加控制的。为了

15、保证供电的安全、优质、经济的要求，因此需调整控制潮流。调整控制潮流的手段主要有：串联电容：抵偿线路的感抗，将其串联在环网中阻抗相对过大的线路上，可起转移其他重载线路上流通功率的作用。（将功率转移到自己身上）高压输电系统中提高稳定；中压配电系统中改善电压质量。串联电抗：限流，将其串联在重载线路上可避免该线路过载。但其上的电压损耗增大，影响电压质量，并对系统运行的稳定性有影响，一般不用。（将自己的功率转给别人）附加串联加压器：产生一环流或强制循环功率，使强制循环功率与自然分布功率的叠加可达到理想值。第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法4.1 电力网络方程电力网络方程包括：节点电压方程、回路电流方程

16、、割集电压方程等。4.2 功率方程及其迭代解法节点电压方程：第五章 电力系统的有功功率和频率调整衡量运行经济性的主要指标时比耗量和线损率。比耗量是指为生产单位电能所需消耗的一次能源。5.1 电力系统有功功率的平衡一、三种负荷：第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性，主要由中小型用电设备的投切引起。（一次调频，发电机的调速器）第二种：变动幅度较大，周期较长，主要由冲击性负荷（如电炉、压延机械、电气机车等）引起。（二次调频，调频器，可由AGC操作。承担二次调频任务的发电厂称为调频厂，其母线通常可设为潮流计算中的平衡节点。）第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、气象等变化引起的负荷变

17、动，基本可预测，可编制为负荷曲线。（三次调频，按经济调度的原则分配第三种有规律变化的负荷，责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。这类发电厂称为负荷监视厂。）电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期就愈长。负荷控制(负荷侧管理)：三种调整之外的新手段。个别负荷大量或长时间超计划用电以致影响系统运行质量时，由系统运行管理部门在远方将其部分或全部切除的控制方式。二、编制有功日负荷曲线的传统方法编制预计负荷曲线时，网络损耗和厂用电是两个重要指标。（“网损率”和“厂用电率”都是电量考核指标）网络损耗：一般占系统总负荷的6-10%不变损耗：与负荷大小无关（变压器空载损耗）可变损耗：与负荷的平方成正比（变压器

18、和线路电阻中的损耗）各类发电厂的厂用电占电厂最大负荷的比例：水电厂0.1%1%；火电厂5%8%；核电厂4%5%三、电力系统的有功功率电源电力系统有功电源：（主要是）各类发电厂的发电机。电力系统可供调度的电源容量：各发电厂可投入发电设备的可发功率之和。可供调度的电源容量<总装机容量。有功功率备用容量：（可供调度的）系统电源容量大于发电负荷的部分。（作用：保证供电可靠性和良好的电能质量。）热备用：又称旋转备用。运转中的发电设备最大可发功率与系统发电负荷之差冷备用：未运转、但能随时启用的发电设备最大可发功率（检修中的发电设备不属于冷备用）负荷备用：调整短期负荷波动并承担（日）计划外的负荷增加而

19、设置的备用（一般为最大负荷的2%-5%）事故备用：为保证用户在某些发电设备发生偶然性事故时不受严重影响而设置的备用。（一般为最大负荷的5%-10%，同时不得小于系统中最大机组的容量。）检修备用：为保证发电设备定期检修时不影响供电而设置的备用。检修备用容量的大小与负荷关系不密切，只有在负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大、小修时才需要设置检修备用。国民经济备用：为负荷的超计划增长而设置的备用。5.2 电力系统有功功率的最优分配一、有功电源的最优组合：机组的合理开停（机组的最优启停调度问题）：顺序、数量和开停机时间实质：冷备用容量的合理分布常用方法：最优组合顺序法、动态规划法二、有功负荷

20、的最优分配：一定量的负荷在运行中的发电机或发电厂中的合理分配（负荷的经济调度或最优潮流问题）实质：热备用容量的合理分布常用方法：等耗量微增律准则枯水期丰水期根据各类发电厂运行特点的组合原则：火电厂以承担基本不变的负荷为宜。高温高压电厂优先投入，中温中压电厂其次。核电厂原则上应承担额定负荷。无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率应首先投入。有调节水库水电厂的可调功率：丰水期优先投入，枯水期后投入。抽水蓄能电厂承担高峰负荷。三、发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量输入和输出关系的曲线。比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比效率：比耗量倒数耗量微增

21、率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。在耗量特性曲线具有凸性的情况下，两条曲线的切线平行时，燃料消耗量最少。曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。5.3电力系统的频率调整调频的必要性：互联交流电力系统在稳态运行时具有同一频率。当系统中出现有功功率不平衡时，如有功电源不足或负荷增长时，将会引起系统频率下降，反之，将造成频率升高。频率变动对用电设备、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响。由于电力负荷的不确定性和多变性，为了保证频率质量（限制频率偏移在

22、允许的范围之内），必须不断调节有功功率电源的输出功率。这就是频率调整的内容 。保证频率质量的首要条件：系统有充足的有功备用容量。一、 自动调速系统及其调节特性（不懂）发电机组的有功频率静态特性：调频原理：频率变化：负荷增大，转速下降，A下降、B不变，C下降，F下降，D不变，E下降。一次调频：4上升，进汽（水），B上升，C回位，A上升，F回位，E回位，D不变。此时，进汽（水）量比原来多（B比原来高），机组转速较原来略慢（A比原来低）。 二次调频：5动作，D上升，E下降。：4上升，进汽（水），B上升，A、C、E、F上升。E回位，A可能回到原来的位置。自动调速系统退出时的频率特性（机械功率与频率的关

23、系）：未调频： 一次调频：二次调频：（使一次调整的静态频率特性平行移动）有差调节和无差调节有差调节：负荷变动时，（调节结束后）原动机的转速或频率将有所变动（随负荷增大而降低）。无差调节：负荷变动时，（调节结束后）原动机的转速或频率保持不变一次调频总是有差调节，而二次调频可实现无差调节。发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特性的斜率。（物理意义：表征随系统频率的升降机组发出功率减少或增加的多寡。）发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。负荷的有功频率静态特性：负荷的单位调节功率（物理意义：反映随系统频率的升降负荷吸收功率增加或减少的多寡，表征了负荷对频率的自然调节作用。）：KL*由综合负

24、荷的性质决定，不可整定，典型值为1.5。二、频率的一次调整一次调频的含义：负荷的额定功率变化时，由当前状态负荷的单位调节功率和发电机组的单位调节功率共同决定的频率的自动调整。（由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。）Ks为系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。系统的单位调节功率取决于两个方面，及发电机和负荷的单位功率。由于负荷的单位功率不可调，要控制调节系统的单位功率只能从控制和调节发电机的单位调节功率

25、或者调速器的调差系统入手。三、频率的二次调整二次调频的含义：在一次调整的基础上，利用调频器使发电机组的频率特性上下平移而产生的调节作用。如果 ，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则 ，即所谓的无差调节。四、 互联系统的频率调整五、 调频电厂的选择调频厂应满足的基本要求：调整容量大；调整速度快；调整范围内的经济性能好；调整时不至于引起系统内部或系统间联络线工作困难。调频厂选取原则：一般选择水电厂作为调频厂；当没有水电厂或丰水期水电厂不宜承担调频任务时，选择中温中压火电厂为调频厂。第六章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统中电压和无功功率的关系：节点电压的大小对无功功率分布起决定性作用；无

26、功功率对电压水平有决定性的影响；电压调整和频率调整的区别：全系统的频率相同，而系统中各节点电压不同；频率与有功功率分布关系密切，电压与无功功率的分布关系密切；保证频率质量的首要条件是有充足的有功备用，保证电压质量的首要条件是有充足的无功备用；有功电源单一、无功电源多种多样；无功电源不消耗一次能源，而影响有功损耗；有功电源则需要消耗一次能源；电网中无功损耗远大于有功损耗（X>>R）；调频手段单一，集中进行；调压手段多种多样，分散进行。无功电压调整的基本原则：分层分区调整、无功功率就地平衡6.1电力系统无功功率的平衡一、无功功率负荷和无功功率损耗变压器：包括励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗

27、励磁支路损耗（感性）：正比于空载电流百分值绕组漏抗损耗（感性）：正比于短路电压百分值多级电网中，变压器的无功损耗相当可观。线路：包括并联电纳和串联抗。并联电纳损耗（充电功率，容性）：与线路电压的平方成正比串联电抗损耗（感性）：与负荷电流的平方成正比二、无功功率电源同步发电机：最主要的有功电源，最基本的无功电源；通过调节励磁，可以双向、连续调节无功出力，无功出力范围受运行极限约束。（不懂）当发电机低于额定功率因数运行时，能增加输出的无功功率，但发电机的视在功率因数取决于励磁电流不超过额定值的条件，将低于其额定值。当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条

28、件。同步调相机： 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50% 65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。电压调节性能好。并联电容器：感性无功功率与其端电压的平方成正比静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。静止补偿器（SVC）：TSR大部分类似于电容器的特性。三

29、、无功功率平衡电源供应无功包括：发电机和补偿设备（调相机、电容器、静止补偿器）供应的无功无功损耗包括：变压器、线路电抗和电纳无功损耗无功不足的常用措施：电力系统的无功功率平衡应分别按正常运行时的最大和最小负荷进行计算。 经过无功功率平衡计算发现无功功率不足时，可以采取的措施有：(1)要求各类用户将负荷的自然功率因数提高到现行规程规定的数值。(2)挖掘系统的无功潜力。例如将系统中暂时闲置的发电机改作调相机运行；动员用户的同步电动机过励磁运行等。(3)根据无功平衡的需要，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置在

30、系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。无功功率平衡计算的前提是系统电压水平正常；有功功率平衡的前提是系统频率正常。6.2电力系统无功功率的最优分配提高自然功率因数的目的：降低负荷对无功功率的需求提高自然功率因数的措施：尽量使电动机的容量与其机械负载匹配；限制电动机的空载运行；以同步电动机代替异步电动机；绕线式异步电动机同步化。l 有功功率电压的最优分布：等耗量微增律准则l 无功功率电压的最优分布：等网损微增律准则无功经济分布的目标：在有功负荷分布已确定的前提下，调整无功电源之间的负荷分布，使有功网损达到最小。6.3电力系统的电压调整一、电压调整的必要性（1）效率下降，经济性变差。

31、（2）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。（3）电压过低，电机发热。（发电机的定子电流将因其攻角的增大而增大，异步电动机的转差率增大，电动机绕组中的电流将增大）（4）系统电压崩溃。造成电压偏移的原因：（1）设备及线路压降（2）负荷波动（3）运行方式改变（4）无功不足或过剩我国规定的允许电压偏移：35kV及以上电压供电负荷: ±5%10kV及以下电压供电负荷: ±7%低压照明负荷: +5%-10%农村电网: +7.5%-10%二、电压波动和电压管理电压调整中将有功、无功负荷变动及引起的电压偏移分成两类：第三种负荷：周期长、波及面大的电压变动，主要由生产、生活、气象变化引起。

32、（电压管理）第二种负荷：冲击性或间歇性负荷引起的电压波动。这类负荷主要有往复式泵/压缩机、电弧炉/电焊机、卷扬机/起重机、通风设备。（电压波动管理）限制电压波动的措施：由大容量变电所对波动负荷单独供电；设置串联电容器；设置调相机和电抗器；设置静补。电压管理：调整对象（主要针对以下原因引起的电压变动）：生产、生活、气象变化引起的负荷变动；因结线改变、设备退出而造成网络阻抗和潮流分布的变化。实施方式：监视和调整电压中枢点的电压（指那些能够反映和控制整个系统电压水平的节点。电压中枢点的选择：大型发电厂的高压母线；枢纽变电所的二次母线；有大量地方性负荷的发电厂母线。）中枢点电压曲线的编制要同时满足多个负荷的电压需求，中枢点电压的允许变动范围可能很小若各支路电压损耗变化大或变化规律相差很大，仅控制中枢点电压可能不能