电力系统分析教学课件（上）

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1、电力系统分析教学课件 （上）课程内容电力系统 分析 两个模型 v 电力系统等值电路模型 v 电力系统转子运动模型 三大计算 v 潮流计算 v 短路计算 v 稳定计算课程内容 电力系统的基本概念 电网等值 电力系统潮流计算 电力系统运行方式的调整和控制 电力系统故障分析 电力系统稳定性分析课程内容回答八个问题： 1)什么是电力系统？ 2)怎样将电力系统用一个电网络表示？ 3)怎样用计算机进行电力系统潮流计算？ 4)发电机节点有功功率是已知的，它是怎么确定出来的？ 5)变压器变比是已知的，它是怎么确定出来的？ 6)发电机等值电路中，电势源和电抗怎么计算？ 7)任意不对称的三相相量都可以分解为三组相

2、序不同的分 量之和吗？ 8)电力系统在不断变动中，它能保持稳定运行吗？课程内容 先修课程 电路原理 电磁场 电机学 教学进度 总学时数：5664 课堂教学：48-52 实践环节：8-12 学时分配 电力系统的基本概念：2 电网等值：8-10 电力系统潮流计算：10 电力系统运行方式的调整和控制：10 电力系统故障分析：10 电力系统稳定性分析：8-10考查方式 平时成绩：20% 实验成绩：10% 闭卷考试：70%目录 第一章电力系统的基本概念 第二章电网等值 第三章电力系统潮流计算 第四章电力系统运行方式的调整和控制 第五章电力系统故障分析 第六章电力系统稳定性分析第一章 电力系统的基本概念

3、1.1电力系统概述 1.2我国的电力系统 小结1.1 电力系统概述 1.1.1电力系统的形成和发展 1.1.2电力系统的组成 1.1.3 电力系统的特点和运行的基本要求 1.1.4电力系统的基本参量和接线图 1.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方 式1.1.1电力系统的形成和发展 电磁感应定律 法拉第，1831 世界上第一个完整的电力系统 1882，法国 三相变压器和三相异步电动机 1891 直流电力系统和交流电力系统 爱迪生和西屋1.1.2电力系统的组成 电力系统 发电厂、输电和配电网络、用户 电网、电力系统和动力系统 一次设备和二次设备1.1.3 电力系统的特点和运行 的基本要求 电力

4、系统的特点 1 电能与国民经济各部门、国防和日常生活之间的关系都很密切 2 对电能质量的要求比较严格 3 电能不能大量储存 4 电力系统中的暂态过程十分迅速 运行的基本要求 1 可靠性 可以满足用户的用电需求：不断电，频率、电压、波形质量符合要求负荷按供电可靠性要求分为三类 2 安全性 保证系统本身设备的安全。要求电源容量充足，电网结构合理 3 经济性 %4 减小对环境的不利影响1.1.4电力系统的基本参量、 接线图 衡量电力系统规模的基本参量 总装机容量额定有功功率之和 年发电量 最大负荷 最高电压等级 接线图 地理接线图、电气接线图1.1.5电力系统的接线方式和 中性点接地方式 接线方式

5、无备用接线 特点：简单、经济、运行方便灵活。供电可靠性差，电能质量差 有备用接线 特点：供电可靠，电能质量高运行操作和继电保护复杂，经济性差 中性点接地方式（小接地方式和大接地方式） 不接地 供电可靠性高，绝缘成本高。 110kv电网1.2我国的电力系统（1） 4个发展阶段 195x：城市电网 196x：省网 19701990：区域电网 1990：区域电网互联 电力系统的规模 2004 400GW 2010 535GW 2020 790GW1.2我国的电力系统（2） 电压等级（KV） 发电机 3.15, 6.3, 10.5, 15.75, 23.0 用电设备 3,6,10,35,110,220

6、,330,500,750(60,154已不再发展） 3 企业内部 6、10配电电压（6用于高压电机负荷） 110、220:高压。110：区域网，中小电力系统主干线220：大电力系统主干线 330、500、750:超高压 750:特高压 提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路电抗 ，利于提高线路功率极限和稳定性，增加绝缘成 本1.2我国的电力系统（3）电力系统的电压与输电容量和输电距离线路电压(kv)输送容量(MV) 输送距离(km) 6 0.10.2415 10 0.22.0620 35 2102050 110105050150 220100500100300 330200800200600

7、500100015002508501.2我国的电力系统（4） 额定电压：发电机、变压器、用电设备等正常运 行时最经济的电压 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。某一级的额定电压是以用电设备为中 心而定的。 用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。 用电设备端压允许在额定电压UN的5%内波动 输电线路的额定电压为线路的平均电压UN(1+5%)+UN(1-5%)/2=UN1.2我国的电力系统（5）发电机的额定电压 UN(1+5%) 变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压，以 变比表示为 k= U1N / U2N v一次侧 直接与发电机相

8、连： U1N = UN(1+5%)330kv, 300km架空线路、100km电缆线路）分裂导线 采用分裂导线可增加导线的等值半径 电阻减小 电抗减小 电导减小分裂导线 电纳增大 电晕临界电压增大2.3 变压器和电抗器的等值电 路 双绕组三相变压器 等值电路参数归算到变压器的一侧，用哪一侧的 额定电压，结果就归算到哪一侧2.3 变压器和电抗器的等值电 路 三绕组三相变压器 用等值的Y/Y接线来分析，并用一相等值电路来反 映三相运行情况 额定容量比有三类： 100/100/100， 100/100/50， 100/50/100 各绕组的容量比按电压从高到低排列。三绕组变 压器的容量指容量最大的绕

9、组的容量。其他绕组 的容量是相对于该绕组的容量而言。2.3 变压器和电抗器的等值电 路 电阻 额定容量比为100/100/100时2.3 变压器和电抗器的等值电 路v上述的Pk与额定容量相对应。额定容量比 为100/100/50，100/50/100时，厂方给出 的各绕组间铜耗指容量较小的绕组达到本 身的额定电流时的损耗，需归算到额定容 量下。2.3 变压器和电抗器的等值电 路v额定容量比为100/50/100 100/100/502.3 变压器和电抗器的等值电 路 电抗（厂方一般提供已折算数据）2.3 变压器和电抗器的等值电 路 激磁支路导纳 与双绕组三相变压器计算方法一样例 一台三相三绕组

10、降压变压器的额定电压为 220/121/11kV,额定容量为120/120/60MVA。短路损耗 短路电压百分数空载损耗 空载电流百分数求变压器归算到220KV侧的参数2.3 变压器和电抗器的等值电 路 双绕阻单相变压器 铭牌给出的容量、损耗 都是一相的数值， 计算参数时，要乘以3，UN仍用线电压。 三绕阻单相变压器 与双绕阻单相变压器一样，SN ,PK，P0都 乘以3，UN仍用线电压。2.3 变压器和电抗器的等值电 路 自耦变压器 等值电路与三绕阻变压器相同。第三绕阻 容量较小，一般短路数据未经折算。2.3 变压器和电抗器的等值电 路 电抗器2.4 发电机等值电路 忽略定子绕组的电阻 用电势

11、源与电抗串联表示2.5 负荷模型 综合负荷:变电所用户的等值负荷 负荷模型 静态模型 动态模型2.6电力网的等值电路 基本级 多电压级网中各元件处于不同的电压等级，元件 参数在所处电压等级求得，需归算到同一个电压 等级称为基本级K:向基本级一侧的电压/待归算一侧的电压 例（教案25页)2.6电力网的等值电路 有名制与标么制 标么值=有名值/基准值 基准值：4个基准值中只有两个可以任选 线电压和三相功率 相电压和单相功率2.6电力网的等值电路 ZB是一相阻抗的基准相值 不同基准下，阻抗标幺值的换算答疑 什么是变压器的容量? 变压器的容量指容量最大的那个绕组的容量2.6电力网的等值电路 建立标幺值

12、电路的两种方法 （方法1）先归算到一个电压级，再用一组基准值得到标幺值电路 （方法2）计算各个电压等级的基准值，然后直接用有名值计算标幺值电路 共同点：都要先确定电压基准和功率基准2.6电力网的等值电路（方法2）计算各个电压等级的基准值，然后直接用有名值计算标幺值电路每一级的基准值为2.6电力网的等值电路 （方法2）确定每一级基准电压的依据是什么? 非标准变比的概念：变比的标幺值 确定每一级基准电压的依据：变比的标幺值=1 例（教案28页）2.6电力网的等值电路问题：图：电网中出现闭环解决办法：用线路的平均额定电压作为基准电压 ，相应的，变压器的变比称为平均额定变比 平均额定电压（教案24页）

13、 例：采用平均额定变比计算网络等值电路（教案 25页）2.6电力网的等值电路这是一种近似计算方法,误差较小. 用线路的平均额定电压作为基准电压以后,不需 要知道其它变压器的信息,只根据局部电网的电 压等级就可以计算出本地电网中各个元件的标幺 值了.2.6电力网的等值电路作业：对上例中的系统，以6KV为基本级，功率基 准为100MVA，计算 （1）采用额定变比的等值电路和标幺值电路 （2）采用平均额定变比的等值电路和标幺值电路第二章小结 单位长度电力线路电阻、电抗、电导、电 纳的物理意义和计算方法。 线路的电晕临界电压。 三类线路的单相等值电路。 变压器等值电路参数。 多电压级网络参数和变量的归

14、算方法。 标么值的定义和计算方法。第三章电力系统潮流计算 3.1电力网的电压降落和功率损耗 3.2输电线路的运行特性 3.3简单网络的潮流计算 3.4 电力系统潮流的计算机算法 小结3.1电力网的电压降落和功率 损耗潮流计算：确定电网的电压和功率分布 3.1.1 电压降落 元件两端电压的相量差。 U1=U2+dU2 U2=U1-dU1纵分量和横 分量3.1电力网的电压降落和功率 损耗 电压损耗 两端电压的数值差 电压偏移 实际电压与额定电压之差(百分比) 电压调整 线路末端空载电压与负载电压之差 功率损耗 阻抗支路对地支路线路变压器3.2输电线路的运行特性 空载运行特性 忽略电阻和电导时线路末

15、端电压高于始 端电压 输电线路的传输功率极限3.2输电线路的运行特性因为没有有功功率损耗，所以线路输送的有功功率无功功率（忽略第一式的横分量）3.2输电线路的运行特性 提高线路输送能力的途径 提高线路的电压等级 v原因:阻抗基准值增大,电抗标幺值减小 v代价大 减小线路的电抗 v分裂导线 v串联电容器3.3简单网络的潮流计算 辐射型网络 电压降落公式中用到同一点的电压和功率, 实际电网中往往只知道负荷功率和供电节 点的电压,这时怎样确定各点电压和功率呢? 运算负荷的概念:节点电压用线路额定 电压计算。 例3.3简单网络的潮流计算 例：辐射型网络1234SL1SL2SL3已知节点1的电压，节点2、3、4的负荷功率，求： 节点2、3、4 的电压，各条线路的功率损耗，以及节点1的注入功率。3.3简单网络的潮流计算 计算例：V1=10.5KV234P2+jQ2求： 节点1的注入功率。1P3+jQ3P4+jQ4Z12Z23Z24S2=0.3+j0.2MVA, S3=0.5+j0.3MVA, S4=0.2+0.15MVA,