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1、电力系统分析答案 (吴俊勇)(已修订)解: (1)电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力负荷组成的, 包括了发电、输电、配电和用电的全过程。(2)发电厂的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主 要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电 能,是电力系统的能量来源。110kV及以上的电力网称输电网,主 要功能是将大量的电能从发电厂远距离传输到负荷中心,并保证 系统安全、稳定和经济地运行。35kV及以下的电力网称为配电 网,主要功能是向终端用户配送满足一定电能质量要求和供电可 靠性要求的电能。电力负荷是电力系统中的能量流向和被消费的 环节,电力负荷通过各种设备再转换成动力、热
2、、光等不同形式 的能量,为地区经济和人民生活服务。1-2解:(1)电力系统的运行有以下特点:电能不能大量储存;过渡过程非常迅速;电能生产与国民经 济各部门和人民生活关系密切。(2)对电力系统的基本要求有:保证供电的可靠性保证供电的电 能质量保证电力系统运行的经济性满足节能与环保的要求1-3 解: (核心内容:P4表1-1 P5图1-2) (1)发电机及各变压器髙、低压绕组的额定电压:发电机:G:变压器:T1:变压器:T2:变压器:T3:若考虑到3-10Kv电 压等级线路不会太长,T3也可以写为:标号注意:1、单位2、下脚标写法(2)XXXXX:T1:T2:变压器的额定变比可记为:T3:或 变比
3、注意:1、顺序为 高/中/低2、不必计算结果(3) 变压器运行于抽头时:变压器运行于主抽头,变压器的实际变比等于额定变比,即 变压器运行于抽头:或:1-4解:(核心内容:P4表1-1 P5图 1-2)(1)发电机、电动机及变压器高、中、低压绕组的额定电压:发 电机G:13、8kv注意:特殊发电机电压:13、8、15、75、18Kv不用提髙5%,直接为13、8、15、75、18Kv。变压器 Tl: T2: T3:注意:0、399kV 般记为 0、4kV(2)变压器T1:髙压侧工作于+2、5%抽头,中压侧工作于+5%抽头 时,实际变比:变压器T2 工作于额定抽头:变压器T3 工作于-2、5%抽头:
4、 第一章注意事项:1、教材P4页表1-1中第一栏受电设备中的参数一般为电力 系统的额定电压;发电机一栏中13、8KV、15、75KV、18KV是国外的特殊发电机电压,在计算时不用提 髙5%。2、双绕组变压器一次测和二次测的规定:按照功率流动方向 而定义一、二次测,功率流入端为一次测,功率流处端为二次测。3、三绕组变压器:只有髙、中压侧有分接头,低压侧无分接 头。4、注意教材第5页中图1-2:变压器在进行参数归算时均使 用主抽头的额定电压,5、变压器变比K: 1)变比K的顺序:三绕组为髙/中/低,不 用计算过程,直接写变比。2)变压器额定变比表示为、实际变压 为6、下脚标的意义:如表示:又如表示
5、:第二章 电力系统各元件的参数和等值电路 2-1 正 常稳态无阻尼绕组发生三相短路考虑阻尼绕组发生三相短路为空 载电势是同步发电机的直轴同步电抗为暂态电势,与励磁绕组的 总磁链呈线性关系是暂态电抗为次暂态电势,与励磁绕组的总磁 链和纵轴阻尼绕组的总磁链呈线性关系是次暂态电抗 2-2 某 110km 架空线路,采用 LGJ-120 型导线,三相导线等边三角形排 列,相间距为3、5m,计算半径7、6mm。求该架空线路长80km, 200km时的等值电路及等效参数(Ds=O、88r)解:1)单位长度线 路参数:线路电阻:线路电抗:线路电纳:2)架空线长80km时: 注意:由于110kV以下长度不超过
6、100km的架空线电纳可以忽 略,所以其等值电路如下图所示:所以线路阻抗:2)线路长度为200km时等值电路如下图所 示:线路阻抗:线路导纳:2-3某500kV架空线路,采用3*LGJ- 400型导线,三相导线等边三角形水平排列,相间距为11m,计算 半径13、6mm。求该架空线路长400km时的等值电路及等效参数 (Ds=0、8r)解:由型号知:1)单位长度线路电阻:2)三相导 线水平排列的互几何间距为:三分裂导线的自几何间距(当Ds=O、8r时):每相导线的等 值半径:单位长度线路电抗:单位长度线路电纳:3)架空线长 400km,应分解为两个200km的等值电路串联等值电路如下图所 示:Y
7、/4Y/4Y/4Y/4等值电路注意:300km以下架空线路和100km 以下电缆线路,使用n型集中参数等值电路。线路长度超过这一 标准以后,可以考虑均分。比如400km可以2个200km的n型集 中参数等值电路串联。840km的用3个280km的n型集中参数等 值电路串联。2-4解:变压器的等值电路如下图:注意励磁之路的 电纳为负值GT-jBTRTjXT由型号可知,Sn=10000kVA,髙压侧额定 电压各等效参数如下:电阻:电抗:电导:电纳:归算电压注 意:归算时使用变压器的主接头电压。本题,如果要求归算到 10kV侧,那么额定电压取10、5kV、2-5解:三相绕组变压器的等值电路为:GT-
8、 jBTR1jX1R2jX2R3jX31)各绕组电阻:各绕组的短路损耗分别为: 各绕组的电阻分别为:2)各绕组的等值电抗:3)各绕组电 导:4)各绕组电纳:归算注意:对三绕组变压器,如果各个绕组 的容量不等,则首先需要折算短路损耗,而短路电压百分比不需 要折算。2-6 解:注意:(1) 不论是升压变压器还是降压变压 器,所有变压器的参数都要归算到髙压侧;(2) 计算标幺值 时,电压基准值取各电压等级的平均额定电压。取基准值:选 1)正常稳态情况下,各电抗标幺值如下发电机:变压器T1:变压器T2:变压器T3:线路L:变压器变比:或等值电路如下所示:(图中均为标么值)2)在无阻尼绕 组发生三相短路
9、情况下:发电机:其余参数的换算同1)。等值电 路如下:(图中均为标么值)3)在有阻尼绕组发生三相短路情 况下:发电机:其余参数的换算同1 ) ,等值电路2)。第二章注意 事项:1、在习题2-2中在计算单位长度参数值时下脚标为0,如单 位长度电阻即为结果要加上单位2、电阻率在两种不同材料下的数值:3、注意分裂导线时的各项计算公式,等值电路方面:100300km用型等值;300km以上用等长的串联,使得每段在300km之内,尽量靠近300km4、在习题2-4中若单位为VA、V、A,则在计算阻抗导纳的公式里不用乘,若题中单位为 kVA、kV、kA则需要乘5、习题2-5中短路电压百分值一定有一个负的。
10、6、导线型号-后面的数据为导线的横截面积,注意如果是二分裂导线,则导线面积要乘以27、导线的排列方式:三角排列时、水平排列时第三章 电力 系统的潮流计算 3-1 电力系统潮流计算就是对给定的系统运行条 件确定系统的运行状态。系统运行条件是指发电机组发出的有功 功率和无功功率(或极端电压),负荷的有功功率和无功功率 等。运行状态是指系统中所有母线(或称节点)电压的幅值和相 位,所有线路的功率分布和功率损耗等。3-2 电压降落是指元件 首末端两点电压的相量差。电压损耗是两点间电压绝对值之差。当两点电压之间的相角 差不大时,可以近似地认为电压损耗等于电压降落的纵分量。电压偏移是指网络中某点的实际电压
11、同网络该处的额定电压 之差。电压偏移可以用表示,也可以用额定电压的百分数表示。电压偏移= 功率损耗包括电流通过元件的电阻和等值电抗时 产生的功率损耗和电压施加于元件的对地等值导纳时产生的损 耗。输电效率是是线路末端输出的有功功率与线路首端输入的有 功功率之比。输电效率=3-3 网络元件的电压降落可以表示为式 中,和分别称为电压降落的纵分量和横分量。从电压降落的公式 可见,不论从元件的哪一端计算,电压降落的纵、横分量计算公 式的结构都是一样的,元件两端的电压幅值差主要有电压降落的 纵分量决定,电压的相角差则由横分量决定。在高压输电线路 中,电抗要远远大于电阻,即,作为极端的情况,令,便得,上 式
12、说明,在纯电抗元件中,电压降落的纵分量是因传送无功功率 而产生的,而电压降落的横分量则是因为传送有功功率产生的。 换句话说,元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件,存 在电压相角差则是传送有功功率的条件。3-4 求解已知首端电压 和末端功率潮流计算问题的思路是,将该问题转化成已知同侧电 压和功率的潮流计算问题。首先假设所有未知点的节点电压均为 额定电压,从线路末端开始,按照已知末端电压和末端潮流计算 的方法,逐段向前计算功率损耗和功率分布,直至线路首端。然 后利用已知的首端电压和计算得到的首端功率,从线路首端开 始,按照已知首端电压和首端功率的潮流计算方法,逐段向后计 算电压降落,得到各节
13、点的电压。为了提高精度,可以反复进行 几次计算,知道达到满意的精度为止。3-5 简单闭式网络主要有 两端供电网络和简单环形网络两类。两端供电网络潮流计算的主 要步骤:先计算网络中的功率分布,确定功率分点,然后按照已 知首端电压和末端功率的开式电力网的计算方法,计算这两个开 式电力网的功率损耗和电压降落,进而得到所有节点的电压。在 计算功率损耗时,网络中各点的未知电压可先用线路的额定电压 代替。简单环形网络潮流计算的主要步骤:按照两端供电网络潮 流的计算方法,先计算网络中的功率分布,确定功率分点,然后 在功率分点处将网络解开,按照开式电力网的计算方法,计算这 两个开式电力网的功率损耗和电压降落,
14、进而得到所有节点的电 压。当简单环形网络中存在多个电源点时,给定功率的电源点可 以当做负荷节点处理,而把给定电压的电源点都一分为二,这样 便得到若干个已供电点电压的两端供电网络。3-6 每个电源点送 出的功率都包含两部分,第一部分由负荷功率和网络参数确定, 每一个负荷的功率都把该负荷点到两个电源点间的阻抗共轭值成 反比的关系分配到每个电源点,而且可以逐个计算。称这部分的 功率为自然功率。第二部分与负荷无关,它是由两个供电点的电 压差和网络参数决定的,通常称这部分功率为循环功率。3-7 上 式的第一项从结构上可知,在力学中也有类似的公式,一根承担 多个集中负荷的横梁,其两个支点的反作用力就相当于
15、此时电源 点输出的功率,所以,有时形象的称上述公式为两端供电网络潮 流计算的杠杆原理。3-8 功率分点是电力网中功率由两个方向流 入的节点,有功分点是有功功率有两个方向流入的节点,无功分 点是无功功率有两个方向流入的节点。在不计功率损耗求出电力 网的功率分布之后,可以在功率分点处将网络一分为二,使之成 为两个开式电力网。然后可以按照开式电力网的计算方法进行潮 流计算。3-9 节点导纳的特点有直观性、稀疏性、对称性。节点 导纳矩阵的对角线元素称为节点的自导纳,其值等于接于节点的 所有支路导纳之和。节点导纳矩阵的对角线元素称为节点之间的 互导纳,其值等于直接接于节点之间的支路导纳的负值。自导纳 的
16、物理意义是:节点以外所有节点都接地时,从节点注入网络的 电流同施加于节点的电压之比。自导纳的物理意义是:节点以外 所有节点都接地时,从节点注入网络的电流同施加于节点的电压 之比。3-10 假设是在网络原有节点和之间一条导纳为的线路退出 运行,这时可以当做是在节点和之间增加了一条导纳为的支路来 处理,节点导纳矩阵的节点和的自导纳和互导纳的增量分别 为:、。3-11 节点是有功功率和无功功率都给定的节点,节点电 压是待求量。节点是有功功率和电压幅值都给定的节点,节点的无功功率 和节点电压相位是待求量。在潮流计算算出以前,网络中的功率 损失是未知的,因此网络中至少有一个节点的有功功率不能给 定,这个节点承担了系统的有功功率平衡,称之为平衡节点。指 定平衡节点的电压相位为零,作为计算各节点电压相位的参