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电力系统分析
电力系统分析，整理了 电力系统稳态分析、电力系统暂态分析的内容，希望这份脑图会对你有所帮助。
编辑于2023-04-09 15:52:30 湖南- 电力系统分析
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电力系统分析
电力系统稳态分析
电力系统基本概念
基本概念
电力系统组成及各元件的作用：发，变，输，配，用
电力网及分类
输电网
配电网
动力系统的概念及发电厂动力部分作用
联合电力系统及其优越性
电力系统额定电压和额定频率
额定电压和额定频率的定制及其法律地位
额定电压
受电设备的额定电压等级：3，6，10，35，66，110，220，330，500，750，1000 单位：kv
电力线路的额定：电压线路电压平均值及用电设备额定电压
发电机的额定电压
有直配线路下为线路额定电压的105%
无直接配电线路下选择国家规定额定电压
变压器的额定电压
原边绕组额定电压：一般为额定电压，直接与发电机连接的变压器取发电机额定电压
副边绕组额定电压：一般为1.1Un，短路电压小于7%，则为1.05Un
电力网的额定电压：线路额定电压
额定频率
对电力系统的基本要求
电力系统运行特点
同时性
同效性
重要性
对电力系统运行的基本要求
可靠性要求
电能质量要求
经济性要求
减小环境破坏
负荷分类及其对可靠性的要求
电力系统的分类原则：根据供电中断后的严重程度
一级负荷
二级负荷
三级负荷
电力网接线方式
无备用接线方式
类型
单回路放射式
单回路干线式
单回路链式
特点
经济，设备少，方便，但可靠性差，质量较低
有备用接线方式
类型
双回路放射式
双回路干线式
双回路链式
环式
两端供电式
特点
可靠性高，质量高，但麻烦，经济性差，继电保护复杂
电力网接线方式选择
可靠性要求
经济性要求
各种接线方式应用
有备用接线
输电网
向一级，二级负荷供电的配电网
无备用接线
向三级负荷供电的配电网
中性点运行方式
电力系统中性点概念
中性点运行方式分类
大接地电流运行方式
中性点直接接地
中性点经小电阻接地
小接地电流运行方式
中性点不接地
中性点进消弧线圈接地
中性点经高电阻接地
各运行方式特点
大接地电流运行方式
供电可靠性低
绝缘要求低
小接地电流运行方式
供电可靠性高
绝缘要求高
“大低低，小高高”
中性点经消弧线圈接地
工作原理
补偿方式分类及运用
各种中性点运行方式的应用
大接地电流运行方式
110kv，220kv有效接地
330kv及以上完全接地
小接地电流运行方式
3～66kv电容电流超过规定值进消弧线圈接地
3～66kv电容电流为超过规定值不接地
电力系统各元件特性及数学模型
复功率
定义
单相功率有名值或标幺功率
三相功率有名值
负荷（关联参考方向）
感性负荷
容性负荷
发电机（非关联参考方向）
滞相运行
进项运行
发电机数学模型
隐极式发电机稳态运行的电压平衡方程，相量图和功角特性方程
同步发电机的运行限制条件
隐极式同步发电机的PQ运行极限图
同步发电机的运行方式及其数学模型
变压器数学模型
双绕组变压器
等值电路
计算参数
基本公式
电阻
电抗
电导
电纳
常用公式
电阻
电抗
电导
电纳
三绕组变压器
等值电路
计算参数
三绕组自耦变压器
结构特点：运行中中性点直接接地
等值电路
参数特点
电力线路及其数学模型
架空线路
结构：导线，避雷线，杆塔，绝缘子，金具
参数
电阻
物理意义：反应电流流过导线时的热效应
计算公式
电抗
物理意义：电流流过导线时的磁场效应，与导线布置方式有关
计算公式
电纳
物理意义：反应输电线路电场效应，与三相导线的布置有关
计算公式
电导
物理意义：反应输电线路沿绝缘子串的泄漏损耗和电晕损耗
计算公式
电缆线路
结构：导线，绝缘层，保护层
参数及其特点（对比架空线路）
分裂导线架空线路
架空输电线路采用分裂导线的目的：增大导线的计算半径，减小线路电抗，提高电晕临界电压，避免输电线路电晕的产生或减小电晕损耗
分裂导线架空输电线路的参数计算
电力线路的等值电路
短线路
定义：100km以下架空线路和10kv以下电缆线路
等值电路
中等长度线路
定义：100～300km的架空线路和不超过100km的电缆线路
等值电路
长线路
定义：长度超过300km的架空线路和长度超过100km的电缆线路
等值电路
负荷特性及其数学模型
负荷曲线
系统日有功负荷曲线
定义
用途：安排电力系统的发电计划
系统年持续有功负荷曲线
定义
用途：计算一年的电能和电能损耗
系统年最大有功负荷曲线
定义
用途：安排电力系统机组检修和装机计划
负荷特性
动态特性
有功特性
无功特性
静态特性
有功特性
无功特性
近似计算时负荷的数学模型
恒功率模型（静态分析）
恒阻抗模型（故障分析）
多电压等级电力系统等值电路
等值电路法
有名值等值电路
基本级及其选择
参数计算
精确计算
近似计算
标幺值等值电路
基准值选择
参数计算
精确计算
近似计算
变压器的各种变比
额定变比
平均额定变比
实际变比
标准变比
非标准变比
简单电力网络的潮流计算
潮流分布于潮流计算
潮流分布
潮流计算的目的：评估电力系统运行的安全性，经济性，及供电质量提供数据基础
潮流计算的方法
简单系统（手算或计算机）
复杂系统（计算及计算）
阻抗支路和导抗支路的计算
阻抗支路
功率计算
电压计算
导纳支路的功率损耗计算
辐射性网络的潮流计算
辐射型网络潮流计算的一般步骤
单侧电源线路功率，电压计算
变压器功率，电压计算
环形网络的潮流计算
环形网络及其类型
两段供电
单一电压环网
多电压等级环网（电磁环网）
环形网络潮流计算的一般步骤
初步功率计算
最终潮流计算
初步功率分布计算
两端供电网
供载功率计算
循环功率计算
单一电压环网计算
多电压等级环网
循环功率计算
供载功率计算
功率分布及其特点
有功功率分点及其特点
无功率分点及其特点
最终潮流分布计算
高电压电网功率传输规律
高压电网特点
高压电网无功传输规律
高压电网有功传输规律
电力系统潮流调控
潮流调控的目的
潮流调控的方法及特点
串联电容调控
串联电抗器调控
附加串联加压器调控
计算机潮流计算
电力系统的有功功率与频率调整
频率波动的危害及对频率波动的要求
危害
对用户的危害
引起转速变化，影响产品质量
重要设备可能因频率过低停止运行
对系统本身的危害
动力减小
增加应力，引起叶片共振
通风量减少，发电量减少
磁通密度增大，铁芯损耗励磁电流都增大
对频率波动的要求
频率波动的原因
波动的原因
通常原因：有功负荷变化
特殊原因：电力系统的故障
负荷变化的分类
第一类负荷变化及其特点：变动幅度小，周期短，由用电设备的投入和退出引起
第二类负荷变化及其特点：幅度较大，周期较长，无法预测
第三类负荷变化及其特点：幅度最大，周期最长，可以预测
频率调整基本概念及分类
基本原理：根据负荷变化调整有功出力，有功负荷增加，频率下降，有功负荷减小，频率上升。维持在要求频率下的有功功率平衡。由于可靠性要求，任何电力系统调频不能改变负荷大小
频率调整分类
一次调整（事后调节）
有差调节，调频结束后不能回到最初大小
对象：第一类负荷
实现方法：发电机调速器（所有发电机都有）
二次调整（事后调节）
对象：第二类负荷
实现方法：发电机调频器（带有调频器的发电机）
三次调整（事前调节
对象：按最优分配原则分配各发电机组的有功出力
实现方法
有功备用的容量
有功备用的容量
备用容量分类
按用途分
负荷备用（2%～5%“）
热备用
事故备用（5%～10%）
热备用
冷备用
检修备用（视需要）
冷备用
国民经济备用
冷备用
按存在形式分
热备用
冷备用
有功电源的合理组合
组合原则
组合顺序
枯水季节组合顺序
洪水季节组合顺序
有功负荷最优分配（频率的三次调整）
调整对象
发电机耗量特性
耗量特性与耗量特性曲线
比耗量及其应用
耗量微增率及其应用
最优分配目的
最优分配原则
水煤换算系数及其与允许耗水量之前的关系
频率的一次调整
对象
负荷静态特性
定义
负荷调节效应（单位调节功率）及其特点
发电机的静态频率调整
定义
调差系数（单位调节功率及其特点
频率一次调整
调整原则
调整计算
特点
频率的二次调整
对象
调整原理
调整计算
特点
互联系统的频率调整
特点
调整计算
频率计算
功率计算
调频电厂的选择
对调频电厂的基本要求
调整容量要求
调整速度与安全性要求
经济性要求
调频电厂选择
枯水季节
洪水季节
电力系统的无功功率与电压调整
电压与无功功率的关系
无功潮流分布于节点电压的关系（决定性作用）
无功平衡与系统电压水平的关系（决定性影响）
电压，无功调整
调整目的
保证电压质量
减小电力网功率损耗
调整基本原则
分层分区调整
无功就地平衡
电力系统无功损耗
无功负荷：电力系统中用电设备所消耗的无功功率的总和
电力网无功损耗
电力线路无功损耗
阻抗支路消耗的感性无功
导纳支路消耗的感性无功
变压器无功损耗
绕组漏抗消耗感性无功
励磁支路消耗感性无功
无功电源
同步发电机及其无功调节特性（唯一的有功电源）
最基本的无功电源
可双向
连续调节
受运行极限限制
同步调相机及其调整特性
空载运行的同步电机
通过调节励磁电流，双向调节
连续调节
电压特性好，投资大
并联电容及其调整特性
最广泛
单相调节，只能发出感性无功
不能连续调节
投资小，方便安装
各种静止无功补偿器及其特性
名字中带有电容二字就只能单相调节（电抗器除外）
晶闸管控制电抗器型（TCR）
晶闸管开关电容器型（TSC）
自饱和电抗器型（SR）
电压调整
电压管理对象
电压管理目的
电压中枢点
电压中枢点：一般为母线节点
设置电压电压中枢点的目的：将电压偏移限制在一定范围内
电压中枢点的选择
区域性水，火电厂的高压母线
枢纽变电所的二次母线
有大量负荷的发电机电压母线
电压中枢点调压方式，特点及其试用场所
顺调压：高峰时允许电压中枢点电压降低（不低于102.5%），低谷时允许电压中枢点电压升高（不超过107.5%)
要求最高，需要专门的设备或装置
适用供电范围大（线路长），负荷变化大变动规律大
逆调压:高峰时升高电压中枢点电压（不超过1.05Un，低谷时降低电压中枢点电压（不低于Un
要求最低，不需要专门的设备或装置
适用于供电范围小，负荷变动不大的电压中枢点
恒（常）调压
介于顺调压和逆调压之间
电压调整基本原理及调压措施
基本原理
调压措施
改变发电机电压
改变变压器变比
串联电力变容器
并联无功补偿装置
联合调压
双绕组变压器按分接头的选择
升压变压器分接头选择
降压变压器分接头的选择
并联电容器与选择变压器变比组合调压时变比的选择
并联电抗器调压与串联电容器调压的比较
各种调压措施的应用
电力系统无功电源的最优分布
最优分布目的
最优分布原则
电力系统无功负荷的最优补偿
最优补偿目的
最优补偿原则
电力系统暂态分析
电力系统故障的基本概念
电力系统的故障类型
短路故障（横向故障）
故障分类
三相短路
二相短路
单相接地短路
两相短路接地
故障特点
短路点出现电弧
短路电流大
电压下降（对系统稳定性的影响）
故障危害
短路点电弧危害
短路电流危害
短路电流热效应的危害
短路电流电动力的危害
电压下降的危害
不对称短路时的负序电流的危害（引起旋转电机附加发热）
不对称短路时的零序电流的危害（对通讯有干扰）
故障产生原因
绝缘损坏
自然老化
过压造成绝缘击穿
外力造成绝缘损坏
自然灾害
鸟兽危害
误操作
减小短路故障危害的措施
减小短路电流存在时间
限制短路电流的数值
断路故障（纵向故障）
分类
一相短线
两相短线
特点
三相不对称
无大电流出现
故障处无电弧
危害
零序电流危害
负序电流危害
故障原因
线路装设有分相控制器和单向重合闸
外力
实质就是不对称故障的危害就是负序电流和零序电流的影响
故障分类
按形式分
短路
断路
按故障时电路是否对称
对称故障
非对称故障
只要是不对称就会产生负序电流和零序电流从而影响系统，也只会出现在非对称故障中
按短路时是否接地
接地故障（概率大于相间故障）
相间故障
按同时发生故障地点和类型分
简单故障
复杂故障
电力系统简单故障分析及计算
电力系统简单故障分析
三相短路分析
无限大电源供电情况下三相短路分析
无限大功率电源特点
内阻抗为零，端电压和频率保持不变
实际工程中当电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，及当作无限大功率电源
三相短路计算方法
三相短路电流组成及其变化规律
结论
短路趋于稳态时，三相中的短路电流为三个幅值相等，相位差120度的周期电流，取决于电路总阻抗
每相电流包含逐渐衰减的非周期电流，出现原因是为了使电感中的电流不会改变。起始值不相同，但有相加为0
非周期分量起始值越大，短路电流的最大瞬时值越大
非周期分量起始值
最恶劣短路条件
短路前空载（电流为零）
短路发生时
短路冲击电流
定义：最恶劣的情况下短路电流的最大瞬时值
计算
冲击系数
12MW以上发电机端短路时，Km=1.9
发电厂高压母线短路时，Km=1.85
其他情况下，Km=1.8
用途
短路最大有效值电流
定义:短路电流有效值的最大值
计算
用途：检验某些开关电器的断流能力
同步发电机端三相短路分析
定子绕组电流组成
基频分量及其变化规律
非周期分量及其变化规律
倍频分量及其变化规律（由d，q方向磁路不对称而产生（凸极机））
转子励磁绕组电流
强制直流分量及其变化规律
基频自由分量及其变化规律
基频交流分量
非周期自由分量及其变化规律
倍频分量及其变化规律（仅在d，q方向磁路不对称时产生）
阻尼绕组电流
q轴阻尼绕组
非周期自由分量及其变化规律
基频自由分量及其变化规律
d轴阻尼绕组
非周期自由分量及其变化规律
基频自由分量及其变化规律
定子绕组与转子绕组电流分量之间的对应关系
定子绕组基频周期电流的计算
起始有效值计算
稳态有效值计算
三相短路实用计算
实用计算内容
周期分量起始有效值
计算假设条件
发电机用次暂态电动势，次暂态电抗表示，假设电动势会同相位下会使计算结果偏大
不计各元件电阻的影响
不计符合影响
采用近似算法，各元件额定电压取平均额定电压
计算方法
直接法
叠加原理
任意时刻周期分量有效值（运算曲线法）
运算曲线编制
条件：
发电机运行在额定电压和额定负荷
50%负荷接于变压器高压侧
50%负荷接入系统，即短路点附近
运算曲线及其应用注意事项
编制时已考虑负荷影响，计算时不用考虑负荷
分为汽轮发电机运算曲线和水轮发电机运算曲线
计算电抗和电流均以发电机额定容量为基准的标幺值，所以不同发电机标幺值不同计算电抗和电流也不同
编制只编制到3.45，大于次值安无限大功率电源处理
只编制到了4秒的短路电流，大于4秒取4秒
运算曲线法计算步骤
个别计算法与同一变化法
不对称故障分析
不对称短路分析
不对称故障时故障处短路电流和电压
单相金属性短路
复合序网
故障处三相电流
故障处三相电压
两相金属性短路
复合序网
故障处三相电流
故障处三相电压
两相短路金属性接地
复合序网
故障处三相电流
故障处三相电压
经过度阻抗短路
单相经过渡阻抗短路复合序网
两相经过渡阻抗短路复合序网
两段路经过渡阻抗接地复合序网
正序等效定则与正序增广网络
正序等效定则
正序增广网络
不对称短路时非故障处电流电压
非故障处各分序分量的计算
各序分量的分布特点
经变压器后各分序大小和相位比较
非故障处三相电流和电压的计算
非全相运行分析
非全相运行的三序网络
正序等值网络
负序等值网络
零序等值网络
与三序网络完全一致
非全相运行的复合序网
一相短线复合序网
两相短线复合序网
非全相运行的正序增广网络
对称分量法及其应用（本质为叠加原理，适用条件为线性系统，各分量为三相对称，故系统参数也要对称
对称分量
正序分量
负序分量
零序分量
只有在有中线或中性点接地的三相系统中才可能出现零序电流而且中线或接地线中的电流是每相零序电流的三倍
相电压中才是可以存在零序分量，线电压上不存在零序电压分量
对称分量与三相不对称正弦量之间的关系
电力系统不对称故障的特点
电力系统不对称短路时的三序网络
正序等值网络
负序等值网络
零序等值网络
对称分量法分析不对称短路的基本步骤
将电流分解为三序对称分量
绘制三序等值电路，写出基本相三序电压平衡方程
根据故障边界条件补充基本相序分量电压，电流的方程
解方程组
利用对称分量法公式求各处电流，电压
三序等值电路
电力原件的三序等值电路
同步发电机
正序等值电路及正序电抗
负序等值电路及负序电抗
零序等值电路及零序电抗
异步电动机
正序等值电路及正序电抗
负序等值电路及负序电抗
零序等值电路及零序电抗
电力线路
单回架空线路的三序电抗及其特点
双回架空线路的三序电抗及其特点
架空地线对架空线路三序电抗的影响
变压器
正序等值电路及正序电抗
正序等值电路
特点
等值电路与绕组连线方式无关
与中性点运行方式无关（用短路代替）
正序励磁电抗与变压器铁芯结构无关（用开路代替）
负序等值电路及负序电抗
零序等值电路及零序电抗
特点
与绕组连线方式密切相关
与中性点运行方式有关
零序励磁电抗与变压器铁芯结构有关
双绕组变压器零序等值电路模型
三绕组变压器的零序等值电路
自耦变压器零序等值电路
电力系统的三序等值电路
电力系统中元件电抗特点
静止元件
旋转元件
正序等值电路及其特点
正序电流和为0，中性点无电流，正序网络中也不会出现中性点电抗
发电机电动势为正序所以正序网络为有源网络
各元件电抗为正序电抗
短路点接入根据边界条件分解产生的正序电压
负序等值电路及其特点
负序电流和为0，中性点无电流，负序网络中也不会出现中性点电抗
发电机不存在负序电动势，所以负序网络为无源网络
各元件电抗为负序电抗
短路点接入根据边界条件分解产生的负序电压
零序等值电路及其特点
零序电流和为三倍零序电流（等大同向），中性点有三倍零序电流经过，中性点将以三倍阻抗出现在单相零序网络图中
发电机不存在零序电动势，为无源网络
各元件等值电路为零序等值电路，电抗为零序电抗
短路点接入根据边界条件分解产生的零序电压
同步发电机数学模型
abc坐标下同步发电机方程
电压方程
特点
磁链方程
磁链方程
定子绕组自感系数
隐极机为常数
凸极机
变化原因：磁路不对称
变化周期：T= pi
定子绕组之间的互感系数
隐极机为常数
凸极机
变化原因：磁路不对称
变化周期T=pi
转子绕组自感系数
凸极机，隐极机均为常数
原因
转子绕组之间互感系数
凸极机，隐极机均为常数
原因
定子绕组与转子绕组互感系数
凸极机，隐极机均为变数
变化原因：转子的旋转导致定子与转子之间的相对位置发生了变化，从而互感变化（与磁路是否对称无关）
变化周期：T=2pi
dq0坐标下的发电机方程
Park变换
Park变换：
Park变换公式
Park变换规律
交直流互换
目的： 把abc坐标下的时变系数方程转化为dq旋转坐标常系数微分方程
dq0坐标系下的发电机磁链方程
磁链方程
dq0等效绕组的互感系数
dq0等效绕组的自感系数
转子绕组的互感系数
转子绕组的自感系数
dq0等效绕组与转子绕组之间的互感系数
dq0坐标下发电机电压方程
电压方程
特点（常系数微分方程组）
电力系统稳定性问题和同步发电机机电特性
电力系统运行状态及分类
运行参量（表征的是状态）：电压，功率，功角，频率（角频率）等
系统参数（表征的是设备的细节，参数等）：电源电动势，阻抗，导纳，变压器变比等
运行状态
稳定运行状态：等系统参数保持不变时，表示系统运行状态的运行参数也保持不变
暂态过程
概念：由于惯性元件的存在，系统参数发生变化时，系统从原来的稳定运行状态变化到与新的系统参数对应的稳定状态需要一个过渡过程，这个过渡过程就是暂态
波过程：主要研究大气过电压与内部过电压相关的电压波和电流波的传播过程，次过程持续时间约百分之几秒
电磁暂态过程：主要研究与电力系统故障相关的电压电流变化，约持续几秒。又称作故障分析
机电暂态过程：主要研究电力系统受到扰动（系统参数发生变化），发电机，电动机的转速变化和功角变化，判断其是否能保持稳定运行。又称稳定性分析
电力系统扰动
概念：任何可以引起电力系统参数发生变化的事件
分类
大扰动（大干扰）：主力变压器的投切，大容量设备的投切，短路故障，断线故障等
小扰动（小干扰
电力系统稳定性问题
同步发电机并列运行稳定性
静态稳定性：受小干扰后，自动恢复到初始运行状态的能力
暂态稳定性：受大干扰后，能否经过过渡过程达到新的稳态运行状态或者恢复到原来的运行状态的能力
负荷（异步电动机）静态稳定性：受小干扰后，不发生停转，自动恢复到初始运行状态的能力
系统电压静态稳定性：受小干扰后，不发生电压崩溃，自动恢复到初始电压水平运行的能力
同步发电机的机电特性
转子运动方程
不计阻尼：
记及阻尼：
定子特性方程
隐极机
Eq为常数时：
次Eq为常数时：
凸极机
Eq为常数时：
次Eq为常数时：
发电机并列运行稳定性分析
基本原理：解转子运动方程求角度与时间的关系
转子运动方程特点
求解方法
静态稳定性分析：小干扰法
暂态稳定性分析：数值解法
电力系统静态分析
静态稳定性定性分析
发电机并列运行静态稳定性分析
概念
实用判据
储备系数及要求
异步电动机运行静态稳定性分析
概念
实用判据
系统电压稳定性分析
概念
实用判据
储备系数及要求
并列运行静态稳定性定量分析
小干扰法
分析步骤
建立转子运动方程
对运动方程线性化
求运动方程的特征根
写出摇摆方程并判段稳定性
特征根与发电机并列运行静态稳定性的关系
提高系统并列运行稳定性的措施
原理
措施
缩短电气距离（根本上保证和提高电力系统静态稳定性的措施）
切除负荷减小发电机出力（危险情况下的紧急措施）
系统解列（系统稳定别波坏后的安全措施）
缩短电气距离的办法
电力系统暂态分析
并列运行暂态稳定性的分析假设性条件
只考虑正序电流影响
近似只考虑励磁调节装置作用
不考虑频率变化对系统的参数影响
不考虑调速系统的作用
忽略发电机各种附加损耗
简单系统的暂态稳定性
概念
等面积定则
加速面积
减速面积
等面积定则
暂态稳定系统一定要有加速面积等于减速面积之和且加速面积小于最大减速面积。说明在暂态系统中，一定要求加速过程获得的动能在减速过程中全部释放
条件
提高暂态稳定性的措施
基本原理
减小减速面积
增大故障情况下发电机的电磁功率，减小发动机的输入机械功率，即减小过剩功率
减小故障切除角，即加快切除速度
增大最大减速面积
增大故障切除后发电机的电磁功率，减小发电机的输入机械功率
减小故障切除角，即加快故障切除速度
提高暂态稳定性的具体措施
快速切除短路故障
输电线路装设自动重合闸
强行励磁
快速减小原动机功率
电器制动
串联电容器强行补偿
变压器中性点以小电阻接地
输电线路设置中间开关站