国家开放大学电力系统分析核心内容精简版

国家开放大学电力系统分析核心内容精简版一、课程基础与绪论1.1课程核心任务本课程是电气工程类专业的核心课程，研究电力系统的稳态、暂态运行规律，以及系统的运行、控制、分析方法，为电力系统的安全、经济、稳定运行提供理论基础，对接电网运行、调度、维护等岗位。1.2电力系统基本概念系统组成：电力系统由发电厂、输电线路、变电所、配电系统和用户组成，实现电能的生产、传输、分配和使用，其中电力网是输电、变电、配电的部分。图1：电力系统的组成，从发电厂到用户，通过不同电压等级的电网实现电能的传输与分配额定电压：电力系统的额定电压是标准的电压等级，发电机的额定电压比线路的额定电压高5%，变压器的一次侧相当于用电设备，二次侧相当于发电机，以此匹配不同设备的电压要求。中性点接地方式：分为有效接地（直接接地）和非有效接地（不接地、经消弧线圈接地），不同的接地方式影响系统的供电可靠性和过电压水平。运行基本要求：保证供电的可靠性、保证电能的质量（频率、电压合格）、保证运行的经济性。二、元件模型与潮流计算2.1元件的数学模型电力系统的元件（发电机、变压器、线路、负荷）都可以建立等值电路，将实际的元件转化为电路模型，用于系统的分析计算。2.2潮流计算潮流计算是电力系统稳态分析的核心，计算系统的功率分布和电压分布，是系统运行、规划的基础：节点分类：PQ节点：给定有功和无功功率，是负荷节点和普通的发电机节点PV节点：给定有功功率和电压幅值，是有调压能力的发电机节点平衡节点：给定电压幅值和相位，是系统的参考节点，平衡系统的功率计算方法：通过节点电压法，建立节点的功率方程，迭代求解得到各节点的电压和功率分布。图2：潮流计算的节点系统，不同的节点对应不同的已知条件，通过计算得到各节点的电压和线路的功率三、电力系统故障分析故障分析是电力系统暂态分析的核心，分析系统发生短路故障时的电气量，为继电保护、设备选型提供依据：对称短路：三相短路，是最严重的短路故障，此时系统三相仍然对称，可以用单相的方法进行分析，计算短路电流，校验设备的热稳定和动稳定。不对称短路：单相接地、两相短路、两相接地短路，此时系统三相不对称，需要用对称分量法，将不对称的量分解为正序、负序、零序分量，分别建立序网，然后进行分析计算。正序等效定则：不对称短路的计算可以简化，用正序的网络来等效，简化计算的过程，是考试的重点考点。四、电力系统的调整电力系统的调整是保证电能质量的核心，分为频率调整和电压调整：频率调整：频率是系统有功功率平衡的体现，有功不足时频率下降，有功过剩时频率上升一次调整：发电机的调速器自动调整，是有差调整，应对负荷的微小变化二次调整：调频厂的调频器手动或自动调整，是无差调整，应对负荷的较大变化，保证频率的合格。电压调整：电压是系统无功功率平衡的体现，无功不足时电压下降，无功过剩时电压上升调压措施：发电机调压、改变变压器的分接头调压、无功补偿设备调压（并联电容器、调相机），通过这些措施保证用户的电压合格。五、电力系统的经济运行电力系统的经济运行是在保证安全和质量的前提下，降低系统的运行成本：负荷的经济分配：根据发电机组的耗量特性，将系统的负荷分配给不同的发电机组，使得总的燃料消耗最小，满足等耗量微增率准则。网损的降低：通过合理的运行方式，降低输电线路的功率损耗，提高系统的运行效率。六、电力系统的稳定性稳定性是电力系统安全运行的核心，分析系统受到扰动后能否恢复到原来的运行状态，或者过渡到新的稳定状态：静态稳定：系统受到小的扰动后，能否自动恢复到原来的运行状态，判据是功角特性的导数大于0，dP暂态稳定：系统受到大的扰动（如短路故障）后，能否保持同步运行，分析的方法是等面积定则，加速面积小于减速面积时，系统是暂态稳定的。图3：功角特性与等面积定则，故障前、故障中、故障后的功角特性，通过加速面积和减速面积判断系统的暂态稳定性提高稳定性的措施：快速切除故障、强行励磁、快速关闭汽门、串联电容补偿等，提高系统的稳定能力