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导图社区 电力系统分析
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电分静态
电力系统基本概念
基本组成与基本概念
元件作用
发电机
变压器
输电线
配电线路
用电设备
结构图
电气
地理
额定电压与额定频率
电气设备的额定电压
电力系统额定电压规定
用电设备
线路：首末端平均值
发电机：线路un的105%
变压器
一次测
发电机额定电压
二次测
10%Un
电力网：线路un
电压等级适用范围
额定频率
电力系统基本要求
运行特点
同时——不能储存
暂态过程短促
与各部门密切相关
基本要求
可靠、质量、经济、环保
负荷分类
一级 双电源
二级
双回路
三级
单回路
电能质量技术要求
频率偏移
正常运行：正负0.2-0.5
大电力：正负0.2
小系统：+-0.5
电压偏移
220v：-10%——+7%
10kv-：正负7%
35kv+：为正负5%
电压波形
380v不超过5%
10kv不超过4%
经济性技术指标
能源利用率
厂用电率
网损率
接线方式和中性点运行方式
接线方式
有备用
定义、优点、缺点
无备用
选择原则 ：可靠、经济、灵活、安全
适用范围
有备用：1、2级
无备用：3级
中性点
运行方式
大接地电流
小接地电流
消弧线圈接地
应用
中性点全接地
330kv
有效接地
110—220kv
非有效接地（60kv-）
经消弧线圈接地：10A
不接地：10A-
电力系统各元件特性和数学模型
发电机
复功率
隐极发电机
超前：I超前U——相角小于0——Q小于0——发出容性Q
等效电路
电压平衡方程
功角特性方程
同步发电机运行限制
定、转子绕组I〈 In
定子端发热不能超过允许值，保证并列运行的稳定性
p在最大、最小出力之间
端电压不许超过额定值：105%UN
稳态同步发电机的数学模型及约束条件
平衡节点
二次调频的发电厂
机端电压不变，作为电力系统的参考点
pv
调压能力的发电厂
机端电压不变，发电机有功出力不变
PQ
按有功、无功的发电厂
发电机定出力运行
变压器
等值电路
t形变tao形目的
参数计算
电阻
电导
电纳
电抗
三绕组变压器类型
生压：中低高
降压：低中高
三绕组变压器
等值电路图
参数计算
自耦变压器
结构特点
原副边具有电的直接联系
中性点直接接地
三绕组中，第三绕组（低）与自耦绕组仅有磁的联系，三角形接线来改善电压波形
等值电路与参数计算
与普通变压器计算相同
短路损耗、短路电压进行归算
电力线路
类型与结构
架空线路
电缆线路
绝缘子
类型
针式（35kv-）
悬式（35kv+），一个承担10kv作用的电压
棒式（瓷横担）（220kv-）
换位
目的：减小三相不平衡
范围：110km的架空输电线路
方式
滚式换位
换位杆塔换位
单回线路参数及计算
电阻
电导
电纳
电抗
分裂导线
定义
目的
提高电晕临界电压
增大导线的计算半径
电抗
电纳
临界电晕
等值电路
短线路
中等长线路
长线路
怎么划分
波阻抗与自然功率
超高压线路的R=0，g=0
特性阻抗Zc为纯电阻，又叫波阻抗
自然功率为波阻抗负荷
负荷
分类
综合负荷：用电设备消耗的功率和
供电负荷：综合负荷+网损功率
发电负荷：供电负荷+厂用电负荷
关系
运行特性
负荷曲线
日有功负荷曲线
安排发电计划
日无功
年持续有功
计算一年电能和电能消耗
年最大有功
安排检修和装机计划
基本概念
最大负荷
最小负荷
峰谷差
同时系数：实际负荷/理论负荷〈 1
负荷特性
电压和频率特性
静态和动态特性
有功和无功特性
综合负荷数学模型
动态
静态
实用
简化（恒功率模型）
数学模型
基本概念
有名制
标幺制
无单位
线相标幺值相等、单三相标幺值相等
基准值
基本级
一般取最高电压等级
实际变比
K=U1/U2
标准变比
非标准变比
基准值的选择
中间阻抗导纳变换
有名值计算时参数和变量归算
标幺值计算时。。。。。。。
等值变压器模型
电力系统潮流计算
潮流分布与辐射形网络的潮流计算
潮流分布与潮流计算
功率分布：正常运行U、P的分布
定义：关于潮流分布的计算
目的
评估电力系统的安全性、经济性、供电质量
电力系统等值电路结构
阻抗支路计算
功率计算
电压计算
电压降落计算
平衡方程及向量图
电压损耗和相角计算
已知首端电压和功率
已知末端电压和功率
导纳支路计算
辐射形网络计算
知末压末功率
首压首功率
首压末功率
输电线路计算与分析
潮流计算
输电线路电能计算
电能损耗计算
首末端电压大小
电压质量指标
电压降落
电压损耗%
始端电压偏移%
末端电压偏移%
电压调整%
经济指标
输电线路
线损率%
变压器运行状况计算分析
潮流计算
电能损耗计算
导纳
阻抗
普遍意义的结论
只求电压的计算中，略去横分量不会产生很大误差
变压器中电压降落纵分量主要取决于变压器电抗
变压器无功损耗远大于有功损耗
负荷较轻时会产生：线路吸收容性无功 〉消耗的感性无功
高电压功率传递
有功看相位
无功看电压
环形网络潮流计算
等值电路的简化
简化
降压变电所
等值负荷=变电所低压母线负荷+变压器功率损耗
运算负荷=等值负荷+高压母线上输电线路导纳支路的一半
定出力发电厂
等值电源功率=发电功率-高压母线功率损耗-厂用电负荷
运算功率=等值电源功率-变电所高压母线导纳支路的1/2
环形网络的类型
两端
环网
环形网络功率计算步骤
画等值电路计算各元件参数（将励磁支路移至负荷侧）
合并化简
计算初步功率分布
确定功率分店
拆开得两个辐射网络
环网初步功率计算
两端供电
供载功率
循环功率
两侧电源不相等引起
只在两侧电源之间循环，与电网负荷无功
两端电源相等时循环功率为0
初步功率
供载功率和循环功率叠加
同向相加，异相相减
单一环网初步功率：没有循环功率，就是供载功率
多电压等级环网初步功率
循环功率
变压器k不匹配，引起循环功率
主要为无功功率
供载功率
功率分点
定义：功率由两侧向其流动的分店
有功分点、无功分点
解网原则
在无功分点分开（最低）
潮流调控
自然分布（功率分布）：按阻抗分布
经济分布：按电阻分布
调控意义
实现电网的安全、优质、经济
针对环形进行调控
调控手段
串联电容器
串联电抗器
附加串联加压器
网络方程
电力网络方程：复杂的采用计算机算法—迭代计算方法
节点电压方程
定义
非线性方程
导纳矩阵的特点
独立电压方程个数为节点数—简单
易于形成或修改
无需事先对并联支路进行合并
适用于平面、非平面网络
节点导纳矩阵
自导纳：该节点直接连接所有支路的总和
互导纳：连接两节点支路导纳的负值
特点
n*n、稀疏、对称、复数
节点导纳矩阵的修改
特点及求解
注入电流时 线性
注入功率时 非线性
求解方法：非线性需要用迭代法求解
迭代法
G-S、N-L、PQ分解迭代法
复杂潮流计算
节点变量及其分类
节点变量
分类
可控变量：发电机发出的有功、无功
不可控变量：负荷消耗的有功、无功
状态变量：节点电压和相位
节点功率方程
节点的分类及特点
n个独立节点、6n个变量、功率平衡方程2个、给出4n个，求另外2n个
平衡节点：只设一个
PQ节点：大量
PV节点：少量甚至不设（多了系统不变化）
高斯-赛德尔潮流计算法
基本方程
特点
节点电压方程求解
设定初值要求低、计算机内存大、收敛性差
牛拉法
基本方程
电压以直角坐标表示时
n个独立节点、m个PQ节点，PV为（n-m-1个）、无功功率平衡方程为m个、有功功率平衡方程n-1个、电压平衡方程个数为n-1-m个
电压以极坐标表示时
n个独立节点、m个PQ节点，PV为（n-m-1个）、无功功率平衡方程为m个、有功功率平衡方程n-1个、电压平衡方程个数为n-1-m个
特点
广泛应用于计算机潮流计算
收敛性好、计算速度快、占用内存少
对初值要求高，初值选择不当将不收敛
pq分解潮流计算
定义
针对N-L法极坐标形势计算的潮流计算方法
特点
同N-L法相比PQ分解法迭代次数多，每次时间短，时间短
雅克比：节点电压矩阵为非对称
有功调节
频率波动影响及要求
用户的影响
影响异步电机
电子设备
发电厂影响
风机、水泵为异步电机—风量、水量下降—锅炉运行影响
汽轮机应力增加，导致叶片共振—寿命缩短、断裂
发电机风量减小—f低要增加出力—定转子升温
铁心磁通增大—铁损、励磁电流增大—变压器升温—必须使系统电压水平下降
系统无功负荷增大——电压水平下降
对f规定
频率波动原因、f调整原理及分类
f波动原因
负荷变动
P太足—f升高
P不足—f下降
负荷变动分类
一类
用电设备的投入、退出，无法预测
二类
电炉、压延机械、电力机车等有冲击负荷变动
三种
生产、生活规律有关、可预测
调整方法及分类
调整原理
调节发电机有功出力
分类
一次调频
发电机调速器完成
二次调频
发电机调频器完成
三次调频
有功负荷最优分配
负荷与电源容量
综合负荷=用户消耗有功
供电负荷=综合负荷+网损
发电机负荷=供电负荷+厂用电负荷
系统装机容量=系统所装发电机组额定有功之和
系统电源容量=可运行发电机可发有功之和
关系
系统的备用容量及分类
49页图片
最优分配（三次）
有功最优分配
电源
机组的最优组合顺序
机组的最优组合数量
机组的最优开庭时间
负荷
按负荷在各运行发电机组的最优组合
目的：满足各种前提下，使能源消耗量最少
发电厂组合顺序
原则
水力资源充分运用
优先安排发电成本低的原子能发电厂
安排效率较高的火力发电厂来提高经济性
减少燃油厂发电量，增加烧劣质煤和当地煤
组合顺序
发电厂耗量特性
耗量特性：消耗能量与所发有功的关系
耗量特性曲线
比耗量
定义：输入能量/输出能量
与发电机运行效率的关系：
用途：比耗量高（效率高）的先投入、低（效率低）的先退出
耗量微增率
定义：耗量特性曲线斜率
注意
与比耗量不同意义
特殊点才相等
用途
确定机组增、减出力的顺序
微增率小的先出力，大的先退出
能量不受约束的目标函数和约束
只有火电厂能量不受限制
目标函数：PG的函数
能量不受约束的最优分配
等耗量微增率准则
不等式约束考虑
有功
无功（不考虑）
超过上/下限取上/下限
能量受约束的目标函数和约束
能量受约束的最优分配
水煤换算系数：1方米的水等价于y吨标准煤
洪水时小，旱时大
电力系统频率调整
定义
手段
发电机原动机的自调节转速
根据有功负荷调节进水量、进气量
改变发电机的有功功率
综合有功负荷与静态频率特性
静态频率特性曲线
调节效应系数
发电机有功功率静态频率特性
静态特性：破坏—原动机调节—改变发电机出力—建立新的稳态
仅考虑调速器作用时发电机的特性
发电机调差系数
单位调节功率
公式
可以整定，但不宜过大
调频器
将静态频率曲线上下平移
正调节、负调节、无差调节
频率的一次调整
过程：负荷突增—机组减速—f下降——发电机输出功率增加——负荷功率减少—新的平衡
计算
单位调节功率Ks，越大越好
Ks=Kg+KL
KL无法改变，只有调节Kg的功率
为保证稳定性，Kg不能过大
二次调整
过程：负荷大幅增加—调频器动作—平移发电机的工频特性—改变发电机出力
计算
互联系统频率调整
互联系统：几个地区
调整要求
f变化在范围内
不超过传输极限
计算
调频厂的基本要求
调频厂：二次调频任务发电厂
选择要求
容量
速度、经济、安全
不增加工作困难
选择
枯水：水电厂
洪水：中温中压火电厂
不满足要求辅助电厂
无功调节
电力系统无功平衡
电压和无功关系
电压分布取决于无功
无功平衡对电压影响
额压要求无功平衡
无功不足Un下降
无功过高Un上升
无功、电压调节原则
分层调整
就地平衡
电压调整与频率调整的区别
全系统f相同，节点Un不同
f与有功密切相关，Un与无功密切相关
f质量要求有功充足，电压质量无功充足
有功电源单一，无功多样
有功电源消耗一次能源，无功不消耗
无功损耗远大于有功
有功调频手段单一、集中，无功相反
无功负荷
综合无功负荷：用电的无功总和
照明设备，热设备、异步电机（大多）感性无功
同步电机欠励 容性无功
无功损耗
变压器
电力线路
无功电源
同步发电机
调节励磁电流
双向
同步调相机
空载运行的同步电机
双向
并联电容器
无功电源
只发出无功
并联电抗器
吸收线路上过剩无功
静止无功补偿器
无功平衡
概念：发=用
无功容量：总=投入+备用（7%-8%）
电压调节
负荷自然功率因数及提高措施
自然因数定义：与同步电机和异步电机有关
提高目的：降低无功需求
措施
同代异
容量与负载匹配
限制发电机空载运行
异步电机同步化
电压波动的影响
过低
发电机：定子I变大必须降低有功出力p
变压器电流增大—过热—降低运行
异步电机s增大—各绕组电流增大—寿命缩短
电炉功率下降—影响冶钢产量
白织灯亮度和发光效率将大幅度下降
电压崩溃
过高
电气绝缘
铁心饱和—发热、效率下降、寿命缩短
白织灯寿命缩短
电压波动表示方法
电压偏移：
偏移要求
电压波动分类
周期长、波及面大的电压变动
冲击性或间隙性负荷引起的波动
限制冲击性或间隙性波动的措施
大容量变电所对波动负荷单独供电
串联电容器
串联电抗器
设置精致补偿器
电压管理（调整）
目的：控制电压在一定范围
实施方式：监视和调整中枢点电压
中枢点及调压方式
中枢点：反应电压水平的主要发电厂或枢纽变电站母线
控制中枢点就可以控制电压偏移在一定范围之内
选择
区域性水火电厂的高压母线
枢纽变电所的二次母线
大量地方负荷的发电机电压母线
方式
常调压：高峰低谷都不变
顺调压：升高允许降低、降低允许升高
逆调压：升高时升高、降低时降低
电压调整原理与措施
原理
调压措施
改变发电机电压
措施：改变励磁电流
特点
最直接、优先考虑
范围为95%—105%Un内
有地方负荷时，逆调压
无地方负荷时，仅依靠发电机不能满足要求
改变变压器变比
措施
无载调压变压器（只能顺调压）
有载调压变压器（可以逆调压）
双绕组变压器的选择
降压变压器的选择
最大负荷下选择
最小负荷下选择
升压变压器的选择
最大负荷下选择
最小负荷下选择
标准分接头的选择
无载调压变压器
有载调压变压器
三绕组变压器变比的选择
高压侧接电源
根据低压母线要求，在高—低压绕组间选择高压侧分接头
根据中压母线要求，在高—中压绕组间选择中压侧分接头
低压侧接电源
根据中压母线要求，在中—低压绕组间选择中压侧分接头
根据高压母线要求，在高—低压绕组间选择高压侧分接头
无功补偿装置调压
串联电容器补偿调压：减小电抗
并联无功补偿装置：改变无功功率调压
组合调压
改变T变比和无功补偿组合
T变比和并联电容器
最小负荷时，退出全部电容，按调压要求改变T变比
最大负荷时，按要求确定补偿电容容量
T变比与调相机补偿
最小负荷时，调相机吸收感性无功
最大负荷时，调相机发出感性无功
T变比和静止补偿器
与调相机补偿相同
比较
无功电源充足，局部电压不满足要求时，采用改变T变比调压
无功电源不足，电压水平下降时，首先采用无功电源调节
无功的电源最优分布
目的：使系统有功损耗最小
原则：等网损微增率准则
无功负荷的最优补偿
目标：损耗节能与增加无功补偿装置的费用差最大值
原则：最优网损微增率准则