电力系统稳态分析_TOTLE

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1、广西大学课程教案电力系统稳态分析1第一章 电力系统的基本概 念一基本概念 二电力系统的结线方式 三电压等级及适用范围 四电力系统中性点的运行方式 五各类发电厂的运行特点 2一基本概念 n电力系统是由发电厂、输电线、配 电系统及负荷组成的。是现代社会中最重 要、最庞杂的工程系统之一。n电力网络是由变压器、电力线路等 变换、输送、分配电能设备所组成的部分 。n总装机容量指该系统中实际安装的 发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（ KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单 位计。 3一基本概念 n年发电量指该系统中所有发电机组 全年实际发出电能的总和，以千瓦时（ KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（ G

2、Wh）为单位计。 n最大负荷指规定时间内，电力系统 总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW ）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计 。 4一基本概念n额定频率按国家标准规定，我国所 有交流电力系统的额定功率为50Hz。 n最高电压等级是指该系统中最高的 电压等级电力线路的额定电压。 5按对供电可靠性的要求将负荷分为三级 n一级负荷：对这一级负荷中断供电，将 造成人身事故，经济严重损失，人民生活 发生混乱。n二级负荷：对这一级负荷中断供电，将 造成大量减产，人民生活受影响。n三级负荷：所有不属于一、二级的负荷 。6二电力系统的结线方式 包括单回路放射式、干线式和链式网络 优点：简单、经济、运行方便

3、 无备用结线 缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷 包括双回路放射式、干线式和链式网络 优点：供电可靠性和电压质量高 有备用结线 缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷7三电压等级及适用范围 8三电压等级及适用范围n说明：n用电设备的容许电压偏移一般为5%；n沿线路的电压降落一般为10%；n在额定负荷下，变压器内部的电压降落 约为5%。9三电压等级及适用范围n电力网络中电压分布采取的措施：n 取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所 有设备能在接近它们的额定电压下运行；n 取线路始端电压为额定电压的105%；n 取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；n 变压器分升压变和降压变

4、考虑一次侧接电源， 取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次 侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压 。 10变压器的电压等级n升压变压器（例如35/121，10.5/242）一次侧（低压侧）接电源，相当于用电 设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定 电压； 直接和发电机相联的变压器一次侧额定 电压等于发电机的额定电压；二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷 供电，相当于发电机，应比线路的额定电压 高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额 定电压等于用电设备的额定电压110%。 11变压器的电压等级n降压变压器（110/38.5，220/38.5）一次侧（高压侧）接线路末端，相当于 用电设备

5、，一次侧额定电压等于用电设备的 额定电压；二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于 发电机，应比线路的额定电压高5%，加上 变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于 用电设备的额定电压110%。12四电力系统中性点的运行方式 特点：供电可靠性低，比较经济； 直接接地 故障时：如发生接地故障，则构成短路回路，接地相电流很大；适用范围：110KV以上系统。特点：供电可靠性高，绝缘费用高 ；故障时：如发生接地故障，不必切不接地 除接地相，但非接地相对 地电压为 相电压 适用范围：60KV以下系统 13四电力系统中性点的运行方 式1. 中性点经消弧线圈接地（电抗线圈 ） 中性点不接地方式 2. 中性点经非线性

6、电阻接地 过补偿（总电流为感性） 欠补偿（总电流为容性） 14五各类发电厂的分类和运行特 点n火电厂的分类 高温高压火电厂 中温中压火电厂 低温低压火电厂 供热式火电厂n火电厂的运行特点 锅炉（25%-70%）和汽轮机（10%-15%）都有 一 个技术最小负荷； 锅炉和汽轮机退出和投入都耗时耗能； 负荷变动剧烈变动也耗时耗能。15五各类发电厂的分类和运行 特点 n水电厂分类（根据水库自然来水量和水库库容） 固定水头水电厂 变水头水电厂 梯级水电厂 径流式水电厂 抽水蓄能式水电厂n水电厂的运行特点 为了综合利用水能，必须向下游释放一定的水 量 水轮机退出运行和再度投入不需要耗费很多能 量和时间，

7、且操作简单 要受水电厂水头影响16五各类发电厂的分类和运行 特点n原子能发电厂的特点：反应堆的负荷基本上没有限制 反应堆和汽轮机退出和投入都耗时耗能 原子能发电厂的一次投资大，运行费用小17第二章 电力系统各元件的特 性和数学模型一电力系统中生产、变换、输送、 消费电能的四大部分的特性和数学模 型1.发电机组 2.变压 器 3.电力线路 4.负荷二电力网络的数学模型 18复功率的符号说明： 取 滞后功率因数 为正，感性无功负荷 运行时，所吸取的无功功率超前功率因数 为负，容性无功滞后功率因数 为正，感性无功发电机 运行时，所发出的无功功率超前功率因数 为负，容性无功19第一节 发电机组的运行特

8、性和 数学模型 一隐极发电机稳态运行时的相量图和功角特性20隐极式发电机功率特性方程： 21二隐极发电机组的运行限额 和数学模型 22n决定隐极式发电机组运行极限的因素：定子绕组温升约束。取决于发电机的视 在功率。以O点为圆心，以OB为半径的圆 弧S。 励磁绕组温升约束。取决于发电机的空 载电势。以O点为圆心，以OB为半径的圆 弧F。 原动机功率约束。即发电机的额定功率 。直线BC。 其他约束。当发电机以超前功率因数运 行的场合。综合为圆弧T。 23n发电机组的数学模型： 发电机组在约束的上、下限运行。通常以两个变量表示，即发出的有功功率P 和端电压U的大小 或发出的有功功率P和无功 功率Q的

9、大小。24第二节 变压器的参数和数学模 型n双绕组变压器的参数和数学模型n三绕组变压器的参数和数学模型n自耦变压器的参数和数学模型25一.双绕组变压器的参数和数学模 型 n阻抗n电阻变压器的电阻是通过变压器 的短路损耗，其近似等于额定总铜耗。我们通过如下公式来求解变压器电阻： 26电抗 在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解： 27n导纳n电导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，因此变压器的电导可如下 求解：n电纳 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，其求解如下：28二.三绕组变压器的参数和数学模 型n按三个绕

10、组容量比的不同有三种不同的类型：100/100/100、100/50/100、100/100/50n按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构 ：升压结构：中压内，低压中，高压外降压结构：低压内，中压中，高压外291.电阻由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理n对于100/100/100然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻30n对于100/50/100或100/100/50首先，将含有不同容量绕组的短路损耗数据归算为额 定电流下的值。 例如：对于100/50/100然后，按照100/100/100计算电阻的公式计算各绕组电 阻。31n按最大短路损耗求解（与变压器容量比无关） 指两个1

11、00%容量绕组中流过额定电流，另 一个100%或50%容量绕组空载时的损耗。根据“按同一电流密度选择各绕组导线截面积”的变压器 的设计原则：322. 电抗n根据变压器排列不同，对所提供的短路电压做些处理 ：然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻一般来说，所提供的短路电压百分比都是经过归算的 33三.自耦变压器的参数和数学模型就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压 器，但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变 压器的额定容量，因此需要进行归算。v对于旧标准：v对于新标准，也是按最大短路损耗和经过归算的短路 电压百分比值进行计算。34第二章 电力系统各元件的特 性和数学模型一电力线

12、路的参数和数学 模型 二负荷的参数和数学模型35第三节 电力线路的参数和数学 模型n电力线路结构简述电力线路按结构可分为架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等电 缆：导线、绝缘层、保护层等架空线路的导线和避雷线导 线：主要由铝、钢、铜等材料制成避雷线：一般用钢线361. 架空线路的导线和避雷线v认识架空线路的标号 /钢线部分额定截面积主要载流部分额定截面积J 表示加强型，Q表示轻型J 表示多股线表示材料，其中：L表示铝、 G表示钢、T表示铜、HL表示铝合金 例如：LGJ400/50表示载流额定截面积为400、钢线额 定截面积为50的普通钢芯铝线。 37v为增加架空线路的性能而采取的措施目的

13、：减少电晕损耗或线路电抗。多股线其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一 层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推扩径导线人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不 同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。分裂导线又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保 持一定的距离。但会增加线路电容。382. 架空线路的绝缘子架空线路使用的绝缘子分为针式：35KV以下线路悬式：35KV及以上线路通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压 等级，一般一个绝缘子承担1万V左右的电压。 3. 架空线路的换位问题目的在于减少三相参数不平衡整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线 都分别处于

14、三个不同位置，完成一次完整的循环。滚式换位换位方式换位杆塔换位 39 电力线路的阻抗有色金属导线架空线路的电阻有色金属导线指铝线、钢芯铝线和铜线每相单位长度的电阻：其中： 铝的电阻率为31.5铜的电阻率为18.8考虑温度的影响则：402.有色金属导线三相架空线路的电抗最常用的电抗计算公式：其中：41进一步可得到：还可以进一步改写为：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为42分裂导线三相架空线路的电抗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。 可以证明：434. 钢导线三相架空线路的电抗钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。5. 电缆线路的阻抗电缆线路

15、的结构和尺寸都已经系列化，这些参数可事 先测得并由制造厂家提供。一般，电缆线路的电阻略大 于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。44 电力线路的导纳三相架空线路的电纳其电容值为：最常用的电纳计算公式：架空线路的电纳变化不大，一般为 45分裂导线线路的电纳架空线路的电导线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕绝缘子串的泄漏：通常很小电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象导线周围空气电离的原因：是由于导线表面的电场 强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了 足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分 导电。46确定由于电晕产生的电导，其步骤如下： 1.确定导线表面的电场强度2.电晕起始电场强度