电力系统分析总复习

1234567891011121314第一章电力系统的基本概念电力系统的根本任务：向用户提供充足、可靠、优质、价格合理的电能电力系统的组成：广义上是指由若干发电厂、变电所、负荷中心，通过电力线路连接在一起的统一整体，用以完成电能的生产、输送、分配和使用；狭义上是指由发电机、变压器、线路及用电设备等电气设备连接起来构成的整体电力网：在电力系统中，实现输送、分配电能的部分，由发电厂和变电所中的变压器、电力线路连接起来构成的整体电力线路：是传输电能的电气设备——从功能上分为输电线路（是指发电厂向负荷中心输送大量电力的主要干线，以及不同地区电网间互送电力的高压联络线路）、配电线路（是指变电所与电力终端用户间的较低电压等级的联络线路）；从结构上分为架空线路（由导线、避雷线、绝缘子、金具、杆塔、基础接地装置等组成）、电缆线路（由导线、绝缘层、保护层组成）负荷=电力系统中所有的用电设备所消耗的功率总和；供电负荷=负荷+电力网功率损耗；发电负荷=供电负荷+发电厂厂用电负荷分类：按负荷对供电可靠性要求分：一类负荷（是指中断供电将造成人身伤亡或将在政治上、经济上造成重大损失的负荷）、二类负荷（是指中断供电将在政治上、经济上造成重大损失的负荷）、三类负荷负荷曲线：用来描述负荷随时间变化的规律，常采用折线法、阶梯法绘制负荷曲线分类：A．按负荷种类分类：有功功率负荷曲线、无功功率负荷曲线B•按负荷对象分类：用电设备、车间、企事业单位、行业、县网、区域网、地区网、省网负荷曲线andsoonC.按时间分类：日、周、月、季、年负荷曲线 andsoon电力系统运行的特点： a.电能不能大量储存；b•过渡过程非常短暂；c•影响因素众多；d.电能与国民经济各部门及人民生活关系密切电力系统运行的要求： a.保证供电的可靠性；b.保证良好的电能质量（频率一一50Hz、电压一一电压偏差，电压波动，电压闪变，三相电平衡、波形一一正弦波） ；c.提高电力系统运行的经济性电力系统的电气接线方式：无备用接线方式（有单回路放射式、干线式、链式网络，常适用于三类负荷）、有备用接线方式（有双回路放射式、干线式、链式、环式、两端供电网络，常适用于一类和二类负荷）电力系统分类：按职能分为输电系统（其任务是将区域性发电厂的电能，通过电力系统中高压等级最高的一级或两级电力线路和枢纽变电所，可靠而经济地输送到负荷集中地区）、配电系统（其任务是将输电系统输入的电能分配给终端用户）国标电压等级分3类：a.第一类为100V以下；b.第二类为500V以下；c.第三类为1000V以上★电力线路、发电机、变压器的额定电压等级的确定：A•电力线路——他的额定电压=用电设备的额定电压=对应电力系统电压等级B.发电机一一他的额定电压=线路额定电压*105%C•变压器：—次测直接与发电机相连的变压器，一次侧额定电压 =发电机额定电压=线路额定电压*105%，二次侧额定电压=线路额定电压*105%二次侧在带负荷运行时，一次侧额定电压 =线路额定电压，二次侧额定电压=线路额

定电压*110%（如果变压器内阻抗较小，或二次侧直接与用电设备相连，则二次侧额定电压=线路额定电压*105%）15电力系统中性点运行方式分类：有效接地系统（大电流接地系统）——中性点直接接地、中性点经小阻抗接地；非有效接地系统（小电流接地系统）——中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻抗接地16中性点直接接地方式的特点：a.短路回路中的短路电流很大；b.中性点电位保持不变，仍为地电位；c.非故障相对地电压仍为相电压中性点运行方式的优缺点比较：供电可靠性——中性点不接地、中性点经消弧线圈接地系统的供电可靠性要大很多；对绝缘要求——中性点直接接地系统对绝缘水平要求较低；中性点经消弧线圈接地系统能够解决间歇性电弧对系统产生的过电压现象第二章电力系统元件参数和等效电路四大参数的物理意义：电阻——反映线路通过电流时产生的有功功率损耗的效应；电抗——反映载流导线周围产生的磁场效应；电导——反映带电导线绝缘介质泄漏损耗和导线周围电晕损耗的效应；电纳——反映带点导线周围的电场效应电力线路参数及等效电路：★一般线路：Z=R+jXY=G+jB短线路（长度不超过100Km的架空线路）：R=ril;X=xil;G=0;B=0，采用一字型等效★★★中等长度线路（长度在i00Km~300Km之间的架空线路和i00Km以下的电缆线路）：R=ri|；X=xil;G=gil=O;B=bil，采用n型等效或T型等效长线路（长度超过300Km的架空线路和超过iOOKm以上的电缆线路）：采用n型等效变压器参数及等效电路： ZT=RT+jXT YT=GT-jBT我国国标双绕组只有五种： Yyni2、Ydii、YNdii、YNyi2、Yyi2（绕组的连接方式只有星形Y、三角形△两种）变压器分类：按绕组结构分——普通变压器（双绕组和三绕组）、自偶变压器;按绕组分布分——升压变压器、降压变压器;按变压器的调压方式分——普通分接头变压器、有载调压变压器A.★★★双绕组变压器参数及等效电路：通常采用r型等效的理由：额定电流时，一次侧绕组的压降只有 2.5%~5%U,且励磁电流小于一次侧3%In,所以直接把励磁支路直接移至电源端具体参数：22RT=PsUN2/(i000SN2)2XT=Us%UN2/(i00SN)2GT=P0/(i000UN2)2BT=I0%SN/(i00UN2)其中Un为额定线电压（Un的选择与Rt有关）,Ps为短路损耗其中Us%为短路电压百分值其中P0是空载损耗其中10%是空载电流百分值B•★三绕组变压器参数及等效电路：磁通：主磁通（链过三个绕组的磁通）、漏磁通（自漏磁、互漏磁）三绕组变压器分类：按川型100/50/1003个绕组容量比分——I型100/100/100、n型100/100/50、^^★【型变压器参数：Ps1=(Ps1-2+Ps3-1-Ps2-3)/2Ps2=(Ps1-2+Ps2-3-Ps3-1)/2Ps3=(Ps2-3+Ps3-1-Ps1-2)/2222222RT1=Ps1UN2/(1000SN2) RT2=Ps2UN2/(1000SN2) RT3=Ps3UN2/(1000SN2)Us1%=(Us1-2%+Us3-1%-Us2-3%)/2Us2%=(Us1-2%+Us2-3%-Us3-1%)/2Us3%=(Us2-3%+Us3-1%-Us1-2%)/2222XT1=Us1%UN2/(100SN) XT2=Us2%UN2/(100SN) XT3=Us3%UN2/(100SN)2GT=P0/(1000UN2)2BT=I0%SN/(100UN) 此处变压器的电纳为负n型、川型变压器参数：由于容量为100的高、中绕组电流只为他们额定电流的一半，所以对其需要归算：Ps2-3=4Ps2-3 Ps3-1=4Ps3-1 其余的计算和I型一样按最大短路损耗计算：22RT(100)=PsmaxUN2/(2000SN2) RT(50)=2RT(100)C.变压器n型等效参数：2y12=1/(kZT) y10=(k-1)/(kZT) y20=(1-k)/(k2ZT)★★★电力系统的等效电路：A.★有名制等效电路：a•确定基本电压等级(稳态时，取最高电压等级；短路时，取短路处电压等级)b•计算实际参数变比k计算k=基本级侧Uni:待归侧Un2d.★归标'2R=R(kik2……也)X=X'(kik2……心)2'2G=G/(kik2……kn)'2B=B/(kik2……kn)U=u'(kik2……kn)1=1/(kik2……kn)e.作等效电路图注意：归算前后功率不变；各级电压、电流都是归算至基本级量；变比 k=基本级侧Uni:待归侧Un2；一定要跨过，不跨不计入B.标幺制等效电路：标幺值=有名值：基准值基准值的俩限制条件：一是基准值的单位应与有名值相同；二是 Z、Y、U、I、S的基准值之间要符合对应的电路关系★一般取Sb=100的倍数MVA Ub=基本电压等级，由此推出：22Zb=Ub/Sb Yb=Sb/Ub Ib=Sb/(V3Ub)其次是R*=R/ZBX*=X/ZBG*=G/YBB*=B/YB★不同基准值标幺值的换算：第一步：额定标幺值还原为有名值—— X=X(N)*UN2/SN第二步：选定基准值换算——X(B)*=X/ZB=XSB/UB2总结：X(B)*=X(N)*UN2SB/(SNUB2)

第三章简单电力系统的潮流计算22电力系统运行要求：1电源发电量=负荷需求+损耗；2节点电压保持在额定值左右； 3发电机运行在额定有功功率和无功功率上下限内； 4输电线路和变压器不过负荷23潮流计算的任务：根据给定运行条件及系统接线方式来确定电力系统稳态运行状态；潮流计算的结果：评价系统运行方式和系统规划设计方案的合理性、安全可靠性、经济性的依据，是电力系统故障分析及计算的重要部分24电力网的功率损耗和电压降落A.电力线路的功率损耗和电压降落a.电力线路的功率损耗：串联阻抗的功率损耗 +并联导纳的功率损耗串联阻抗的功率损耗：'2'2'22'2'22ASz=(S2/U2)Z=(P2+Q2)R/U2+j(P2+Q2)X/U2' 2 '2 '2 2 '2 '2 2ASz=(S1/U1)Z=(P1+Q1)R/Ui+j(P1+Q1)X/U1并联导纳的功率损耗：*22ASyi=Ui(YUi/2)=(G-jB)Ui2/2~-jBUi2/22 2ASy2=U2(YU2/2)=(G-jB)U2/2〜-jBU2/2b•电力线路的电压降落：是指线路始末两端的向量差 dU=Ui-U2,实际上是线路阻抗中的电压降落(高压电网中，线路的无功功率主要影响线路的电压损耗，有功功率主dU=(S‘2/U2)*Z=(P2R+Q‘2X)/U2+j(P2X-Q2R)/U2=△U+jSUdU=(S'i/Ui)*Z=(P'iR+Q‘iX)/Ui+j(P'1X-Q'iR)/U1=△U+jSU'Ui=U2+dU=(U2+AU)+jSU U2=Ui-dU=(Ui-AU)-jSUS=arctan(SU/(U2+AU)) S=arctan(-SU/(U2-AU'))电压质量指标与输电效率：电压损耗：是指始末两端电压有效值之差 AU%=100%(Ui-U2)/Un电压偏差：是指始端或末端与线路额定电压的数值差 AUiN%=100%(Ui-Un)/Un电压调整：是指线路末端空载与负载时电压的数值差 AUo%=1OO%(U20-U2)/U20输电效率：是指线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值n%=100%P2/PiB.变压器的功率损耗和电压降落: ► > ►YtZtTV0C变压器的功率损耗：阻抗功率损耗 +导纳功率损耗(变压器的阻抗支路功率损耗与负荷功率或传输功率有关，励磁导纳支路功率损耗取决于电压大小 )阻抗功率损耗： △Szt=(S2/U2)Zt=(P2+Q2)RT/U2+j(P2+Q2)Xt/U2'2'2'22'2'22△Szt=(S1/U1)Zt=(P1+Q1)Rt/Ui+j(P1+Q1)Xt/Ui导纳功率损耗：△Syt=U1(YtU1)*=GtU12+jBtU12变压器的电压降落： dU=(S2/U2)*Zt=(P2Rt+Q2XT)/U2+j(P‘2XT-Q‘2RT)/U2=△U+jSUdU=(S‘1/U1)*Zt=(P‘1Rt+Q‘1Xt)/U1+j(P‘1XT-Q‘1Rt)/Uf△U+jSU‘近似计算功率损耗：(S1~S1 U1^U2~Un S2~S2)2 2 2 2SzT=PsSi/(1000SN)+jUs%SNSi/(100SN)SYT=Po/1OOO+jl0%Sn/100C.负荷和电源的功率：负荷功率S4：变电所负荷侧功率等效负荷功率S3：从网络输入到变电所的功率运算负荷S3':为等效负荷功率+进线末端导纳功率电源功率S1：发电厂电源侧的功率等效电源功率S2：为发电机高压母线向系统送出的功率运算功率S2':为等效电源功率-出线始端导纳功率25★简单开式网络的潮流计算：简单潮流计算的三种情况计算步骤：★★★已知同端负荷功率和同端电压（已知S1和U1、S4和U4）：求各元器件参数做等效电路图由给定条件求各功率分点分布和功率损耗、节点电压已知末端负荷功率和始端电压（已知 S4和U1）：a.假定全网电压为额定电压 Un，则U4=Unb•由S4、U4推出Si(推算功率分布，不计电压降落)c•由Si、U1推出U4(推算电压分布，计入电压降落)26闭式网络的潮流计算：A•环式网络潮流计算步骤： (忽略电压降一一Un为全网电压)TOC\o"1-5"\h\zZi2 Z23 Z31作等效电路：Ui=Ui=Un求基本功率：* * * * * *Sa=((Z23+Z31)S2+Z31S3)/(Z12+Z23+Z31)* * * * * *Sb=((Z23+Z12)S3+Z12S2)/(Z12+Z23+Z31)校验：Sa+Sb=S2+S3?确定功率分点(两边流入)：S3=S23+Sb计算实际功率分布：打开功率分点，其余同开式网计算法B•两端供电网络潮流计算步骤：做等值电路：各元件参数求基本功率：Sa=((Z23+Z34 )S2+Z34 S3)/(Z12 +Z23 +Z34 )+(UNdU)/(Z12+Z23+Z34)Sb=((Z23+Z12 )S3+Z12 S2)/(Z12 +Z23 +Z34 )-(UNdU)/(Z12+Z23+Z34)Sc=(UNdU*)/(Z12*+Z23*+Z34*)C.校验：Sa+Sb=S2+S3?确定功率分点：功率由两侧流入的节点计算实际功率分布：打开功率分点，其余同开式网计算法第四章复杂电力系统的潮流计算27节点导纳矩阵的特点：它是一个方阵( n个节点就是n阶矩阵，不含参考节点)；对称矩阵；稀疏矩阵对角线为自导纳；非对角线为互导纳(通常取地为参考点，编号 0,节点电压都是各节点对地电压)28自导纳：节点导纳矩阵的对角元素 Yii，他等于在节点i加上单位电压，其他节点都接地时，经节点i向网络注入的电流；也等于在节点 i加电压，其他节点都接地时，从节点i注入网络的电流同施加于节点 i的电压之比；Yii=Xyj (自导纳是节点i以外的所有节点都接地时，节点i对地的总导纳，即等于与节点i相接的各支路导纳之和 )29互导纳：节点导纳矩阵非对角元素 Yji,他等于在节点i加单位电压，其他节点都接地时，经节点j注入网络的电流；也等于在节点i加电压，其他节点都接地时， 从节点j注入网络的电流同施加于节点i的电压之比；Yj=Yji=-yji=-yj(节点j的电流实际上是自网络流出并注入大地中的，所以互导纳等于节点 i与j之间的支路导纳的负值节点导纳矩阵的形成：A．矩阵阶数=节点数B．非对角元素中非零元素的个数=对应节点所连的不接地支路数C．对角元素就是各节点的自导纳=相应节点所连支路的导纳之和D．非对角元素=i节点与j节点之间支路导纳的负值E．矩阵是一个对称的，只要求下三角或上三角部分F•对于变压器支路，利用n型等效或归算法做都能求出（等效或归算后，按以上规则求）P-Q分解法的迭代次数一般多于牛顿-拉夫逊法，但每次迭代所需的时间比牛顿 -拉夫逊法少得多，所以其计算时间小很多第五章电力系统正常运行方式的调整与控制有功功率负荷的变动及调整：电力系统的总负荷（据变化规律）分三类：第一类是变化幅度很小，变化周期很短的负荷；第二类是变化幅度较大、变化周期较长的负荷；第三类是变化幅度很大、变化周期很长的负荷频率的调整分三种：频率一次调整——由于第一类负荷变化引起的频率偏移将由发电机组调速系统的调速器进行调整；频率二次调整——由于第二类负荷变化引起的频率偏移将由发电机组调速系统的调频器进行调整；频率三次调整——由于第三类负荷变化引起的频率偏移将在有功功率平衡的基础上，责成各发电设备按经济最优分配原则进行有功功率分配电力系统的功—频静特性：负荷的功—频静特性、发电机组的功—频静特性A.负荷的有功功率一频率静态特性： KlD=△Pld/△f KlD=KLDfN/PLDN其中Kld是负荷的频率调节效应系数（表征负荷的频率调节特性） fN=50HzPld是频率等于f时系统的有功功率 Pldn是频率等于工频50Hz时系统的有功功率注意：Kld负荷的频率调节效应系数不能整定， 其Kld*大小取决于全系统各类负荷所占比重（1~3）；他是调度部门确定按频率减负荷方案以及低频事故切负荷来恢复频率的计算依据B.发电机组的功一频静态特性： Kg=-△Pg/△f KG*=KGfN/PGN其中Kg是发电机组的单位调节功率（表征电源的频率调节特性） fN=50HzS*静态调差系数：表征系统电源频率调节特性的参数之一， S*=（f0-fN）/fN则有Kg=Pgn/（S*fN） Kg*=1/S*注意：Kg是可以整定的，在整定范围内， Kg越大，S*就越小，调整结果频率偏移越小；当发电机组满载以后，受调速机构的限制，发电机组不再具有调频能力，此时KG为0，S*为无穷大34频率的一次调整：负荷增量 △Pldo是由调速器作用使得发电机组有功出力增加和负荷功率随频率的下降而自动减少两方面共同调节来平衡的Kg刀=EKg： △Pldo=-（Kg刀+Kld）△f=-K△f注意：式中n台发电机组均未满载一旦满载，则某台发电机的单位调节功率 Kg=O,参加并联的未满载机组越多，系统单位调节功率K越大，频率变化△f越小，系统频率就越稳定各机组间的负荷分配：（按单位调节功率或调差系数自然分配）各机组承担的功率增量△PGi=-KGi△f=-PGN△f/（SfN）调节负荷节点a处的电压可以采取以下措施：A.调节发电机励磁电流以改变发电机端电压 UgB.适当选择变压器变比C•改变线路的电抗参数D.改变无功功率分布第六章电力系统的经济运行★电力系统的经济运行的两大指标：煤耗率（g/kWh）——是指每生产1kWh电能所消耗的标准煤重（29.31MJ/kg）；网损率——是指电力网中损耗的电能与向电力网供应的电能的百分比电力网中的电能损耗：变压器绕组和输电线路导线电阻的电能损耗；变压器铁芯、电容器和电缆的绝缘介质以及电晕等的损耗★输电线路电能损耗计算：＜最大负荷损耗时间法＞、＜等值功率法＞最大负荷损耗时间tmax：若线路中传送的功率一直保持最大负荷功率 Smax在tmax时间内电能损耗恰好等于该线路全年的实际电能损耗 （tmax可由Tmax和cos$查表得出）△A=E△Pmaxrmax降低网损的技术措施：1，提高用户的功率因数，减少电网输送的无功功率； 2，改善闭式网络的功率分布；3，合理确定电力网的运行电压水平；4，合理组织变压器的经济运行；5对原有电网进行技术改造有功功率的经济分配：等耗量微增率准则——在满足一定的约束条件下，各发电厂之间合理分配系统的有功功率负荷，使整个系统燃料耗量最小刀PGi-刀PLDi=0第七章同步发电机的基本方程派克变换：它是一种线性变换，是将静止的a、b、c三相坐标系统（abc坐标系统）表示的电磁量变换为在空间随转子一起旋转的两相直角坐标 d、q系统和静止的0轴系统（dq0坐标系统）41派克矩阵：idq0=Piabc[cos0cos( 0-120。) cos(0+120。)]P=2/3[-sin0-sin( 0-120。) -sin(0+120。)][1/21/21/2][cos0-sin01]P-1= [cos(0-120。)-sin(0-120。) 1][cos(0+120。)-sin(0+120。) 1]第八章电力系统三相短路的分析与运算短路：电力系统中的一种故障形态，是处于运行中的线路和电气设备相与相之间或相与地之间发生的直接或经过外部阻抗的非正常接通短路原因：电气设备载流部分的绝缘破坏、气象条件恶化、运行人员的误操作、鸟兽类动物跨接裸导体部分等短路的基本类型：三相短路（对称短路）、两相短路、单相接地短路、两相短路接地无限大功率电源：容量为无限大，内阻抗为零的电源（实际是供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%的电源）44短路电流ia=强制分量（特解、周期分量） +直流分量（通解、自由分量、非周期分量）ia=Ipnsin(31+a-©)+Ce45短路冲击电流im：短路电流最大可能的瞬时值，用于校验电气设备和载流导体的电动力稳定度直流分量电流最大初值的条件：向量差最大，即短路前为空载状态；向量差在 t=0时刻与时间轴平行，即合闸角a满足|a-©|=90°iM=(1+e-0.01/Ta)lpm=KMpmKm为冲击系数46短路电流的最大有效值Im：出现在短路后的第一个周期t=0.01s时刻，用于校验电气设备的断流能力或耐力强度2lM=IpV(1+2(Km-1))47短路容量S:等于短路电流有效值同短路处的正常电压 (平均额定电压)的乘积，用于校验开关的切断能力，短路容量越大，节点与电源联系越紧密，节点承受扰动越强St=V3Uavlt St=lt48短路电流周期分量有效值lp:lp=ULv/(V3Ze)lp*=1/x乞*起始次暂态电流：就是短路周期分量的初值(幅值或有效值)计算条件分类：静止元件一一线路、变压器……；旋转元件一一发电机……发电机的次暂态参数：xd''=xq''E0''=1静止元件的次暂态参数：等于其稳态参数三相短路的短路电流计算方法：直接计算法(短路点输入阻抗=各电源到短路点的转移阻抗的并联值)和叠加计算法(短路点正常电流为0)直接计算法步骤：求次暂态参数；求等效电路；求次暂态电动势与电流；还原计算叠加计算法步骤：计算正常分量；计算故障分量；计算短路电流、短路电压；利用叠加原理计算有名值第九章电力系统简单不对称故障的分析计算对称分量法：将一组不平衡的三相参数向量各自分解为三组分别对称的分量，即正序、负序、零序分量，再利用叠加原理，对三组对称分量分别按对称三相电路进行求解，将结果进行叠加正序：Fa(1)、Fb(1)、Fc(1)大小相等，相位互差120度，相位与正常运行时相同负序：Fa(2)、Fb(2)、Fc(2)大小相等，相位互差120度，相位与正常运