电力系统分析第一章

电力系统分析主讲:何莉萍1参考书：

1、何仰赞等.电力系统分析（上/下），华中科技大学出版社

2、夏道止.电力系统分析，中国电力出版社

3、韩祯祥主编.电力系统分析，浙江大学出版社

4、陈珩.电力系统稳态分析，水利电力出版社

5、李光琦.电力系统暂态分析，水利电力出版

6、单渊达主编.电能系统基础，机械工业出版社目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法。本课程涉及的主要学科知识：高等数学、电路理论，电机学理论，基础物理，控制理论等。

电力系统分析2026/8/252电力系统分析第一章电力系统的基本概念3第一章电力系统的基本概念1.5电力系统元件的参数和等值电路1.6标幺值1.3电力系统的接线和额定电压等级1.2电力系统的负荷和负荷曲线1.1电力系统概述1.4电力线路的结构2026/8/2541.1电力系统概述一、电力工业概述1、电力工业的重要性

首先，电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点；其次，电力是一种安全、卫生和可持续的能源，电力工业能够为社会经济的发展提供持久和卫生的动力和能量。2、电力工业的发展：目前，我国电力工业格局主要包括两大电网和五大发电集团，全国总发电装机容量已突破9亿千瓦；2020年末，预计达到16亿千瓦。2026/8/255山东河北

安徽浙江上海江苏黑龙江广东湖北陕西福建广西江西河南湖南四川内蒙古海南西藏宁夏甘肃青海新疆天津吉林辽宁贵州北京云南重庆山西南方电网公司国家电网公司1.1电力系统概述2026/8/256山东河北

安徽浙江上海江苏黑龙江广东湖北陕西福建广西江西河南湖南四川内蒙古海南西藏宁夏甘肃青海新疆天津吉林辽宁贵州北京云南重庆山西南方电网公司国家电网公司东北电网华北电网华东电网华中电网西北电网国家电网公司代管华能集团公司大唐集团公司华电集团公司国电集团公司电力投资集团公司1.1电力系统概述2026/8/2571.1电力系统概述自1996年起，我国发电装机容量一直位居世界第二位。美国能源部信息管理局发布的《国际能源展望2006》预测，到2020年中国发电总装机容量将超越美国跃居世界第一。我国2010年底发电总装机容量(包括火电、核电、水电、风电)已达9.62亿千瓦，到2012年10月，装机总量将突破10亿千瓦。

10亿千瓦的发电装机总容量是日本全国发电装机总容量的3.3倍，是欧盟所有国家发电装机总容量的1.25倍，与美国基本持平略微超出，这当然是个了不起的成就，从1995年的2.18亿千瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。2026/8/258沂蒙站临沂站十里泉电厂郯城站苍山站云蒙站沂水站九莲站沈泉站临沂电厂费县电厂梅埠站相公站阳都站500kV枣庄站500kV日照站日照莒州站日照电厂钟罗站柳青站温水站临沂电网地理接线图江泉热电宝泉站常林站1.1电力系统概述2026/8/2591.1电力系统概述二、电力系统概述2026/8/25101.1电力系统概述2026/8/2511动力系统（广义电力系统）：动力部分与电力系统组成的整体。1、电力系统的组成：1.1电力系统概述电力网：电力系统中输送与分配电能的部分，主要由输电网和配电网组成。

电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统。包括：发电机、电力网（变压器、电力线路）和用电设备组成。2026/8/25121.1电力系统概述2、电力系统的运行特点与基本要求：电能不能大量的存贮电力系统的暂态过程非常短促与各行业和人民生活密切相关电力系统的运行特点

提供充足的电能保证安全可靠的供电保证良好的电能质量良好的经济性环保问题系统运行基本要求2026/8/25133、本课程主要学习内容：稳态分析电力系统元件模型及参数计算电力网的电压和功率分布电力系统的电压和频率调整故障分析电力系统的三相短路故障电力系统的不对称故障稳定性分析电力系统的机电特性电力系统的暂态稳定、静态稳定1.1电力系统概述2026/8/25141.2电力系统的负荷和负荷曲线一、电力系统的负荷：

负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷，是所有用户的负荷总加。负荷分类：按负荷性质分类：工业、农业、交通运输业、商业、生活等；按供电可靠性分类：一级负荷、二级负荷和三级负荷。

电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。2026/8/25151.2电力系统的负荷和负荷曲线定义：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律。分类：日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。二、负荷曲线：☆日负荷曲线：描述负荷一天24小时内所需功率的变化情况；

是供调度部门制定各个发电厂发电计划的依据。

日平均负荷：一天的总耗电量：2026/8/2516(a）钢铁工业负荷；(b)食品工业负荷；(c)农村加工负荷；(d)市政生活负荷。日负荷曲线举例：1.2电力系统的负荷和负荷曲线2026/8/25171.2电力系统的负荷和负荷曲线☆年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况；可供调度、计划部门有计划安排全年机组检修、扩建或新建发电厂。机组维修新建或扩建机组的容量2026/8/25181.2电力系统的负荷和负荷曲线☆年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成；可供编制电力系统发电计划和进行可靠性计算用。t1PPmaxP1P2P3tt3t28760全年耗电量：最大负荷利用小时数：最大负荷利用小时数Tmax

：即用最大负荷消耗一年的电能所需的时间。2026/8/25191.2电力系统的负荷和负荷曲线最大负荷利用小时数

Tmax

可用于估算常用电力用户的全年用电量。表1-1各类用户的年最大负荷利用小时数负荷类型Tmax/h户内照明及生活用电2000~3000一班制企业用电1500~2200二班制企业用电3000~4500三班制企业用电6000~7000农灌用电1000~1500三、负荷特性负荷功率随电压或频率变化的特性。2026/8/25201.3电力系统的接线和额定电压等级一、电力系统的接线1、电力系统接线图：电气接线图和地理接线图

电气接线图――反映系统主要元件之间的电气连接关系。2026/8/25211.3电力系统的接线和额定电压等级

地理接线图――反映发电厂、变电所的相对地理位置和电力线路路径。

2026/8/25221.3电力系统的接线和额定电压等级2、电力系统接线方式及其特点：

无备用接线方式：单回路放射式、干式、链式网络

放射式干线式链式优点：简单、经济、运行方便；缺点：供电可靠性差。2026/8/25231.3电力系统的接线和额定电压等级

有备用接线方式：双回路放射式、干式、链式网络；环式和两端供电网。

放射式干线式链式环式两端供电网络优点：供电可靠性高、电压质量高；缺点：不经济、运行调度复杂。适用范围：电压等级较高或重要的负荷。☆接线方式选择依据：运行的可靠性、经济性、灵活性和操作的安全性。2026/8/25241.3电力系统的接线和额定电压等级1、电力系统电压等级：二、电力系统的电压等级★目前，我国电力系统（电网）额定电压等级主要有：3kV，

6kV，10kV，35kV，110kV，220kV，500kV，750kV。☆说明：①在一个电力系统内，电压等级差一般为2～3倍；②在一个国家内，宜选用一种电压系列。③在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压各不相同。额定电压：用来代表电力网或电气设备运行电压特性的数值。2026/8/25251.3电力系统的接线和额定电压等级2026/8/25261.3电力系统的接线和额定电压等级2、电力元件额定电压等级选择原则：

某一级的额定电压是以系统的额定电压（用电设备额定电压）为中心而定的。线路：等于系统的额定电压（用电设备额定电压）。

发电机：规定比系统的额定电压高5%。变压器：一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发电机直接相连时，则与发电机相同。

二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%，考虑变压器内部的电压损耗（5%），实际应定为比线路高10%。★注意：二次侧直接与用电设备相连时，即线路不长，则其二次侧额定电压比系统高5%。2026/8/25271.3电力系统的接线和额定电压等级典型例题：确定各设备额定电压作业1：确定各设备的额定电压10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV2026/8/25281.3电力系统的接线和额定电压等级三、电力系统中性点接地方式：1、中性点直接接地方式：特点：供电可靠性差，但较经济。适用范围：110kV以上系统。发生接地故障时：非故障相对地电压不变，接地相短路电流很大。2026/8/25291.3电力系统的接线和额定电压等级2、中性点不接地方式：发生接地故障时：不必切除故障相，非故障相电压变为倍相电压。特点：供电可靠性高，但绝缘费用高。适用范围：60kV以下系统。2026/8/25301.3电力系统的接线和额定电压等级总结：系统中一相接地的特点比较中性点直接接地方式：

电流：故障相电流和流入故障点的电流很大中性点电压：故障相和中性点电压为零非故障相电压：对地电压仍为相电压线电压：与故障相相关的线电压降低为相电压中性点不接地方式：

电流：接地点的电容电流是正常运行时一相对地电容电流的3倍中性点电压：中性点电压升高为相电压非故障相电压：对地电压升高为线电压线电压：三相之间的线电压保持与正常时相同2026/8/25311.3电力系统的接线和额定电压等级3、中性点经消弧线圈接地：

特点：接地消弧线圈可以形成一个与容性接地电流大小相近的感性电流，减少接地点电流，提高供电可靠性。适用范围：3～6kV电力网（接地电流>30A）；10kV电力网（接地电流>20A）；35～60kV电力网（接地电流>10A）。

2026/8/25321.4电力线路的结构电力线路按结构分为架空线路和电缆线路。1、架空线路组成包括五部分：导线避雷线杆塔绝缘子金具2026/8/25331.4电力线路的结构针式绝缘子：10kV及以下线路

绝缘子：针式、悬式、棒式2026/8/25341.4电力线路的结构悬式绝缘子：主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。2026/8/25351.4电力线路的结构棒式绝缘子：起到绝缘和横担的作用，应用于10～35kV农网。2026/8/25361.4电力线路的结构

杆塔－按材料分为：木杆、钢筋混凝土杆、铁塔

2026/8/25371.4电力线路的结构2、电缆线路包括三部分：导体绝缘层保护层2026/8/25381.5电力系统元件的参数和等值电路☆说明：①各元件参数是电力系统稳态分析所用参数（正序参数）；②三相系统是对称的，其等值电路一般采用单相等值电路。一、电力系统元件的参数和等值电路电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导

四个参数表示的等值电路，常用的是π型等效电路。1、电力线路的参数（集中分布参数）和等值电路：单位长度的各参数计算：

a.单位长度的电阻：精确计算时进行温度修正:

2026/8/25391.5电力系统元件的参数和等值电路b.单位长度的电抗：

三相导线排列对称(正三角形)或三相导线排列不对称，进行整体循环换位后三相电抗相等。

分裂导线输电线路等值电抗：

其中：2026/8/2540

分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。1.5电力系统元件的参数和等值电路2026/8/25411.5电力系统元件的参数和等值电路c.单位长度的电纳：d.单位长度的电导：

电晕临界电压：

★总结：

1）电阻和电抗是串联参数，电导和电纳是并联参数；

2）实际上，在设计线路时，已检验了所选导线的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的要求，一般情况下认为；电抗、电纳参数一般变化不大，近似计算时取：，。g=02026/8/25421.5电力系统元件的参数和等值电路线路的电抗：解：线路的电阻：例题1-1：某380kv输电线线路，导线水平排列并经整循换位，相间距离为8m，求单位长度的电阻、电抗和电纳：（1）导线为LGJQ-600型，计算直径为33.2mm。线路的电纳：几何均距Dm和半径r单位要一致2026/8/25441.5电力系统元件的参数和等值电路（2）导线为LGJ-2×300型，每根导线的计算直径为25.2mm，分裂间距为400mm。线路的电抗：线路的电阻：线路的电纳：解：2026/8/25451.5电力系统元件的参数和等值电路电力线路的等值电路：

短输电线路：长度<100km（或很短的电缆线），电导和电纳忽略不计。线路阻抗：2026/8/25461.5电力系统元件的参数和等值电路(a)π形等值电路

(b)T形等值电路★分析计算时电力线路常用的是π型等值电路。其中l为线路长度；该计算为集中分布参数

计算方法。中等长度的输电线路：架空线：100km～300km（电缆：<100km）2026/8/25471.5电力系统元件的参数和等值电路长距离输电线路：架空线：>300km（电缆：>100km），需要考虑分布参数特性。精确分布参数近似分布参数2026/8/25481.5电力系统元件的参数和等值电路作业2：

一条220kV输电线，长180km，导线为LGJ-400型，计算直径2.8cm，水平排列并经整循换位，相间距离为7m；求该线路参数R，X，B，并画出等值电路图。

2026/8/25491.5电力系统元件的参数和等值电路2、变压器的参数和等值电路：变压器的试验数据：短路损耗Ps，短路电压百分比Us%；空载损耗P0，空载电流百分比I0%。电阻RT：变压器的短路损耗Ps近似等于变压器的电阻产生的额定总铜耗；

双绕组变压器（常用的是Γ型等值电路）2026/8/25501.5电力系统元件的参数和等值电路电抗XT：短路压降Us几乎全部降落在电抗上；电导GT：变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压器的空载损耗P0；电纳BT：在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等。

2026/8/25511.5电力系统元件的参数和等值电路★注意：

①电纳BT

是电感铁芯决定的感性电纳，在等值电路中以负号出现；②公式中各量的单位分别是：UN－kV；SN－MVA；P－kW；③UN为额定线电压，视需要选用一次侧或二次侧电压额定值，即为归算到相应侧的参数。例1-2：有一台SFL1-31500/110型向10kv网络供电的降压变压器，试计算归算到高压侧的变压器参数。铭牌给出的试验数据为：2026/8/25521.5电力系统元件的参数和等值电路解：由型号知：；各参数如下：作业3：计算上述变压器归算到低压侧的参数，并画出等值电路。

2026/8/25531.5电力系统元件的参数和等值电路三绕组变压器参数和等值电路：三绕组变压器导纳GT-jBT的计算方法与双绕组变压器相同：★所不同的是关于阻抗RTi＋jXTi

的计算：2026/8/25541.5电力系统元件的参数和等值电路

三个绕组容量相同，相应的短路损耗Psi和压降Usi%不需进行归算，直接按下述公式求解即可：（a）

（b）

三个绕组容量不相同，首先需要进行容量的归算，再代入上述式（a）和（b）求取对应的短路损耗Psi和压降Usi%。容量不相同，即SN/S2N/S3N=100/50/100或100/100/50。归算公式如下：2026/8/25551.5电力系统元件的参数和等值电路

补充例题：三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220，额定容量为120/120/60MVA，额定电压为：220/121/11kV,求变压器归算到220kV侧的参数，并作出等值电路。

未归算已归算2026/8/25561.5电力系统元件的参数和等值电路解：1）求各绕组的电阻：同理可得：电阻计算如下：2026/8/25571.5电力系统元件的参数和等值电路2）求各绕组电抗：电抗计算：变压器阻抗参数：2026/8/25581.5电力系统元件的参数和等值电路3）求导纳：等值电路：2026/8/2559作业4：有一容量比为100/100/50，额定电压为220/38.5/11kV，额定容量为90MVA的三绕组变压器，试验数据如下。试求归算至高压侧的变压器参数。1.5电力系统元件的参数和等值电路2026/8/25601.5电力系统元件的参数和等值电路3、电抗器R、电容器C和发电机G的参数：4、负荷参数：恒功率参数：

恒阻抗参数：2026/8/25611.5电力系统元件的参数和等值电路1）发电机、负荷采用恒功率等效，变压器采用Γ型等效电路，电力线路采用π型等效电路；2）各元件参数需归算到同一电压等级（基本级）；归算如下：二、电力网络的等值电路

分别为归算前各电压等级的参数和归算后的同一电压等级的参数；k为各变压器变比。其中：和2026/8/2562例如：取10kV为归算基本级，则110kV级线路L-2阻抗、电压、电流归算如下：1.5电力系统元件的参数和等值电路2026/8/25631.5电力系统元件的参数和等值电路例题1-4：某电力系统如图所示：各元件技术指标已标示，T-2、T-3参数相同，L-1、L-2参数相同，变压器忽略电阻和导纳。试分别作出归算到110kV和10kV侧该系统的等值电路。2026/8/25641.5电力系统元件的参数和等值电路解：1）归算到110kV侧变压器T-1：

变压器T-2、T-3：

电抗器R：

发电机G：线路L-1、L-2：2026/8/25651.5电力系统元件的参数和等值电路2）归算到10kV侧

发电机G：变压器T-1：

变压器T-2、T-3：

电抗器R：线路L-1、L-2：2026/8/25661.5电力系统元件的参数和等值电路等值电路：把对应归算等级110kV（或10kV）各元件参数标注在图中。2026/8/25671.5电力系统元件的参数和等值电路作业5：简单电力系统接线如下图所示，有关参数标于图中，试求此系统的等值电路（参数均以有名值表示）。2026/8/25681.6标幺值一、标幺值★注意：1）标幺值没有量纲；

2）所选基准值不同，标幺值不同。

1、标幺值的基本概念：若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为VB，IB，SB，ZB，则相应的标幺值为：2026/8/25691.6标幺值2、基准值的选择：☆基准值的选取原则：①全系统只选一套；②一般选额定值；③满足电路的基本关系。1）除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任意值。2）考虑采用标幺值计算的目的：a）简化计算;b）便于对结果进行分析比较。2026/8/25701.6标幺值1）单相电路中基准值选择：

结论：只要基准值的选择满足基本电学关系，则在标幺制中，电路中各物理量之间的关系与有名值相同，有关公式可以直接应用。

2026/8/25711.6标幺值2）三相电路中基准值选择：

结论：

a.在标幺制中，三相电路计算公式与单相电路计算公式完全相同，线电压与相电压的标幺值相同，三相功率与单相功率的标幺值相同。

b.对称三相电路完全可以按单相电路的标幺值进行计算，但各物理量的基准值是不同的。2026/8/25721.6标幺值3）三相电路的习惯做法：只选UB和SB，由此计算ZB、YB和IB。有名值换算成标幺值：标幺值结果换算成有名值：2026/8/25731.6标幺值二、基准值改变时标幺值的换算（2）新基准值下的标幺值：（1）把标幺阻抗还原成有名值：例如：发电机、变压器、电抗器的换算公式：2026/8/25741.6标幺值三、多电压等级网络中各参数标幺值计算及其等值电路1．将网络中各元件参数及电压、电流的有名值（实际值）先归算到选定的基本级（UB和SB），然后再除以与基本级（UB