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电力系统分析电力系统分析南京理工大学自动化学院系电气工程系课程简介•什么是电力系统？•电力系统工程学科包括哪些内容？•学习<电力系统分析>课程要能完成什么任务？• 三大计算：潮流• 短路• 稳定 课程简介•课程内容•教学进度•调查方式•联络方法课程内容•电力系统的根本概念•电网等值•电力系统潮流计算•电力系统运转方式的调整和控制•电力系统缺点分析•电力系统稳定性分析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：56~64•课堂教学：48~52•实际环节：8~12•学时分配•电力系统的根本概念：2~3•电网等值：8~10•电力系统潮流计算：10~12•电力系统运转方式的调整和控制：10•电力系统缺点分析：10~12•电力系统稳定性分析：8~10调查方式•教学部分•作业： 10%•考勤： 10%•闭卷考试： 60%•实际部分：20%联络方法•授课教师：江宁强•办公室：根底实验楼338•：84315147•:jiangningqianghotmail目录•第一章电力系统的根本概念•第二章电网等值•第三章电力系统潮流计算•第四章电力系统运转方式的调整和控制•第五章电力系统缺点分析•第六章电力系统稳定性分析第一章 电力系统的根本概念•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电力系统的构成和开展•1.1.2电力系统的组成•1.1.3 电力系统的特点和运转的根本要求•1.1.4电力系统的根本参量和接线图•1.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式1.1.1电力系统的构成和开展•电磁感应定律 法拉第，1831•世界上第一个完好的电力系统 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转的根本要求•电力系统的特点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亲密2 对电能质量的要求比较严厉3 电能不能大量储存4 电力系统中的暂态过程非常迅速•运转的根本要求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 平安性 保证系统本身设备的平安。

要求电源容量充足，电网构造合理3 经济性%%4 减小对环境的不利影响1.1.4电力系统的根本参量、接线图•衡量电力系统规模的根本参量总装机容量——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•无备用接线 特点：简单、经济、运转方便灵敏 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 运转操作和继电维护复杂，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，绝缘本钱高 <35kv电网•经消弧线圈接地 减小接地电流采用过补偿方式•直接接地 供电可靠性低，绝缘本钱低>110kv电网1.2我国的电力系统〔1〕•4个开展阶段195x：城市电网196x：省网1970~1990：区域电网1990~：区域电网互联•电力系统的规模2019 400GW2019 535GW2020 790GW1.2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 3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再开展〕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，添加绝缘本钱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间隔线路电压(kv)输送容量(MV) 输送距离(km) 6 0.1~0.24~1510 0.2~2.06~2035 2~1020~5011010~5050~150220100~500100~300330200~800200~6005001000~1500250~8501.2我国的电力系统〔4〕•额定电压：发电机、变压器、用电设备等正常运转时最经济的电压•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〕的额定电压各不一样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%内动摇•输电线路的额定电压为线路的平均电压 [UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN1.2我国的电力系统〔5〕Ø发电机的额定电压 UN(1+5%)Ø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 / U2NØ一次侧直接与发电机相连： U1N = UN(1+5%)<35kv 联络〔相当于用电设备〕： U1N = UNØ二次侧相当于发电机空载 U2N = UN(1+5%) 带负载 U2N = UN(1+10%)〔内部压降约5%〕Us%<7.5或直接连负载时U2N = UN(1+5%)例题•确定图中电力系统各元件的额定电压GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vX•G:10.5kv•T1:10.5/121kv T2:110/38.5/11kv T3:35/6.3kv T4:10kv/400v•M: 6kv L:380v1.2我国的电力系统〔6〕•我国电力工业开展的指点思想• 继续续开展煤电厂，提高能源效率，减小环 境污染• 加速水力资源的开发利用和水电厂的建立• 开展核电技术并适度开展核电厂• 开发风力和潮汐等可再生能源• 加速建立输、配、变电工程，西电东送，促 进区域电网互联，并最终构成全国电力系统第一章小结•电力系统由发电机、电网和用户组成，是动力系统的一部分。

由于电能不能大量储存、暂态过程迅速，为保证可靠性、平安性和经济性要求，需求合理地对电力系统进展规划、设计、运转调度和缺点恢复•在同一电压等级中，电力系统的各个环节的额定电压各不一样某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的•电力系统分析的义务是建立电力系统的等值模型，计算稳态潮流，并确定缺点和扰动对系统的影响第二章电网等值•2.1 概述•2.2 输电线路的等值电路•2.3 变压器和电抗器的等值电路•2.4 电力网的等值电路•2.5 标么制•小结2.1 概述•问题：怎样将电力系统用一个电网络来 表示？•本章计算电力线路和变压器的等值电路•假定系统的三相构造和三相负荷都完全对称，即讨论三相电流和电压的正序分量2.2 输电线路的等值电路•2.2.1 输电线路的种类•架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子、金具组成•电力电缆包括三部分：导体、绝缘层、维护层•2.2.2 架空线路的等值电路分布参数与集中参数•单回线路•分裂导线单回线路的等值电路〔1〕Ø有效电阻 交流电阻，普通大于直流电阻 缘由：集肤效应和临近效应Ø电力网计算中常采用较大的电阻率 缘由：绞线长度比导线长度大2~3%， 实践截面小于额定截面， 交流电阻略大于直流电阻。

•电阻〔20℃ 〕铜0.00382/℃铝0.0036/℃ 单回线路的等值电路〔2〕•电抗•导线流过交流电流时，由于导线的内部和外部交变磁场的作用而产生电抗•循环换位的三相输电线路每相导线单位长度的电抗为单回线路的等值电路〔3〕vDeq 为三相导线间的互几何间距vr 为导线的计算半径vμ r 为导线资料的相对导磁系数，有色金属的相对导磁系数为1v第一项为外电抗，第二项为内电抗单回线路的等值电路〔4〕v导线电抗与r成对数关系对不同截面的导线，当Deq为常数时，电抗变化不大，工程上常取x0=0.4Ω /kmvDs为导线的自几何均距非铁磁资料单股线Ds=0.779r 非铁磁资料多股线Ds=0.724~0.771r 钢芯铝线Ds=0.77~0.9r,计算中常取0.81r单回线路的等值电路〔5〕•电纳•由导线间的电容和导线与大地间的电容决议•电容•电纳•电缆线路的电纳比架空线路大得多单回线路的等值电路〔6〕•电导•反映由电晕景象和绝缘子泄露引起的有功功率损耗•电晕：导线周围的电场强度超越2.1kv/cm时，导线周围会发生空气电离景象，产生光环，发出放电声危害：耗费电能、干扰通讯、外表腐蚀•电晕产生的有功功率损耗称为电晕损耗。

110kv以上线路与电压有关的有功功率损耗主要由电晕损耗引起单回线路的等值电路〔7〕•架空线路产生电晕的临界限电压• ，• m1 : 导线外表光滑系数单股线=1，对绞线=0.83~0.87• m2：气候系数枯燥晴朗=1，恶劣天气=0.8• δ ： 空气相对密度• b ： 大气压力〔Pa〕(一个大气压为101325帕)θ ： 空气温度〔℃〕 单回线路的等值电路〔8〕•关于电晕损耗的丈量和计算是<高电压技术>讨论的内容•输电线路电晕损耗〔包括走漏损耗〕对应的电导为单回线路的等值电路〔8〕•线路方程及等值电路线路每相的等值参数是沿线路均匀分布的lxdx单回线路的等值电路〔9〕•间隔线路末端x处，压降和电流增量为单回线路的等值电路〔10〕•线路的传播系数实部反映行波振幅的衰减特性，虚部反映行波相位的变化特性•线路的特征阻抗〔也称波阻抗〕单回线路的等值电路〔11〕•无损线路的自然功率自然功率用来衡量线路的输电才干，普通20kv以上线路的输电才干大致接近自然功率•行波波长¼波长时〔1500km〕，两端相位差90°单回线路的等值电路〔12〕•线路的Π 型等值电路x=l 时，单回线路的等值电路〔13〕•Z=Z1l，， Y=Y1l单回线路的等值电路〔14〕•等值电路•短线路〔<35kv,<100km的架空线路、短电缆线路〕•中等长度线路〔 110~330kv,100~300km架空线路、<100km电缆线路〕单回线路的等值电路〔15〕Ø长线路〔>330kv, >300km架空线路、>100km电缆线路〕分裂导线•采用分裂导线可添加导线的等值半径•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转情况•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陈列。

三绕组变压器的容量指容量最大的绕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到达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 100/50/100 100/100/502.3 变压器和电抗器的等值电路•电抗〔厂方普通提供已折算数据〕2.3 变压器和电抗器的等值电路•励磁支路导纳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一样第三绕阻容量较小，普通短路数据未经折算2.3 变压器和电抗器的等值电路•电抗器2.4 电力网的等值电路•根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——称为根本级K:向根本级一侧的电压/待归算一侧的电压2.5 标么制•有名制与标么制标么值=有名值/基准值•基准值线电压和三相功率相电压和单相功率第二章小结•电力线路电阻、电抗、电导、电纳的物理意义和计算方法。

•线路电晕临界电晕电压的计算方法•变压器等值电路参数的计算方法•多电压级网络参数和变量的归算方法•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输电线路的运转特性•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 实践电压余额定电压之差(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输电线路的运转特性•空载运转特性忽略电阻和电导时线路末端电压高于始端电压•输电线路的传输功率极限3.2输电线路的运转特性由于没有有功功率损耗，所以线路保送的有功功率无功功率〔忽略第一式的横分量〕3.2输电线路的运转特性•提高线路保送才干的途径•提高线路的电压等级•代价大•减小线路的电抗•分裂导线•串联电抗器3.3简单网络的潮流计算•辐射型网络例•简单环形网络循环功率的计算例3.4电力系统潮流的计算机算法•3.4.1 网络方程式节点电压方程：方程个数少于回路个数节点类型： PQ,PV,平衡节点节点导纳矩阵：n节点系统 nxn矩阵功率平衡方程：求有功、无功功率偏向牛顿-拉夫森法：在解附近二次收敛修正方程： 求节点电 压修正量第三章小结•本章的重点内容为•电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整、运算负荷功率、运算电源功率等概念•电力线路和变压器中电压降落和功率损耗的计算•辐射型网和简单环网的潮流分布计算•牛顿-拉夫森法计算复杂电力系统潮流第四章 电力系统运转方式的调整和控制•4.1电力系统有功功率和频率调整•4.2电力系统无功功率和电压调整•小结4.1电力系统有功功率和频率调整•有功功率和频率调整的根本概念•电力系统的频率特性•电力系统的频率调整•各类发电厂的合理组合•电力系统有功功率的经济分配4.1.1有功功率和频率调整的根本概念•频率变化对电力系统的影响•频率与有功功率平衡•有功负荷的变化及其调整•备用容量4.1.2电力系统的频率特性•负荷的P-f静态特性•发电机组的P-f静态特性•电力系统的P-f静态特性4.1.3电力系统的频率调整•频率的一次调整•频率的二次调整•互联络统的频率调整4.1.4各类发电厂的合理组合•各类发电厂的特点•各类发电厂在日负荷曲线上的负荷分配4.1.5电力系统有功功率的经济分配•发电机组的耗量特性•经济分配的目的函数和约束条件•等微增量准那么•多个发电厂间的负荷经济分配•一个火电厂和一个水电厂间的有功负荷最优分配4.2电力系统无功功率和电压调整•电压调整的必要性•电力系统的无功功率平衡•电力系统的电压管理与调整•电力系统综合调压•电力系统无功功率的最优分配4.2.1电压调整的必要性•额定电压4.2.2电力系统的无功功率平衡•电压程度取决于无功功率的平衡•无功功率负荷和无功功率损耗•无功功率电源•无功功率平衡•无功平衡与电压程度4.2.3电力系统的电压管理与调整•电力系统允许的电压偏移•中枢点的电压管理•电力系统的电压调整4.2.3电力系统的电压调整•改动发电机端电压调压•变压器调压•固定变比变压器•有载调压变压器•加压调压变压器•无功功率补偿调压•并联补偿•串联补偿4.2.4电力系统综合调压4.2.5电力系统无功功率的最优分配第四章小结第五章电力系统缺点分析•缺点类型：简单缺点/复合缺点 短路缺点/断路缺点•5.1电力系统短路的根本知识•5.2电力系统对称缺点分析•5.3电力系统不对称缺点分析•小结第五章电力系统缺点分析5.1电力系统短路的根本知识•5.1.1短路•短路的类型•短路的主要缘由•短路的危害•5.1.2计算短路电流的目的•选择电器设备，•继电维护的设计和整定•比较和选择系统主接线图•确定限制短路电流的措施5.2电力系统对称缺点分析•5.2.1恒定电势源电路的三相短路•暂态过程•三项短路时，只需周期分量是对称的，各项短路电流的非周期分量不等。

非周期分量为最大值或零值的情况只能够在一相出现非周期电流越大，短路电流最大瞬时值越大•非周期电流有最大初值的条件：Im-Ipm在t=0时与t轴平行，且有最大能够值5.2电力系统对称缺点分析Ø短路冲击电流：短路电流的最大能够瞬时值，用于检验电器设备的电动力稳定度Ø短路后回路阻抗角普通约90度，因此非周期电流有最大初值的条件为：空载，合闸角为0概念：冲击系数Ø短路电流有效值和最大有效值用于检验电气设备的断流才干和耐力强度Ø短路容量：用于检验开关的切断才干常只用电流的周期分量来计算，是一个求解稳态正弦交流电路的问题5.2电力系统对称缺点分析•5.2.2同步电机的三相短路•同步电机的根本方程•理想发电机•电势方程和磁链方程:派克方程•无阻尼绕阻同步电机的三相短路•暂态电抗和暂态电势•有阻尼绕阻同步电机的三相短路•次暂态电抗和次暂态电势5.2电力系统对称缺点分析•5.2.3三相短路的适用计算•根本假设•常用变换•起始次暂态电流和冲击电流的计算•短路电流周期分量的近似计算5.3电力系统简单不对称缺点分析•5.3.1对称分量法•正序分量、负序分量、零序分量5.3电力系统简单不对称缺点分析Ø序阻抗Ø三相参数对称时，各序对称分量具有独立性Ø元件的序阻抗，指元件的三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与经过该元件同一序电流的比值。

Ø三相参数不对称时，序阻抗矩阵不是对角矩阵：正序电流产生的电压降中，不是只含正序分量，还能够含负序和零序分量Ø对称分量法将阻抗的不对称表示为电压/电流的不对称5.3电力系统简单不对称缺点分析•5.3.2电力系统的序网络•同步发电机的负序和零序电抗•异步电动机和综合负荷的序阻抗•变压器的零序阻抗和等值电路•架空线路的零序阻抗和等值电路5.3电力系统简单不对称缺点分析•5.3.3简单不对称短路的分析计算•单相接地短路•两相短路•两相接地短路•正序等效定那么•5.3.4不对称短路时网络中电压、电流的计算•5.3.4非全相断线的计算•单相、两相断线第五章小结•无限大功率电源系统的三相短路分析•同步发电机三相短路分析•短路电流的适用计算方法•电力系统的稳定性问题•同步稳定性、频率稳定性、电压稳定性•静态稳定、暂态稳定•6.1电力系统的机电特性•6.2电力系统的静态稳定性•6.3电力系统的暂态稳定性•小结第六章电力系统稳定性分析6.1电力系统的机电特性•同步发电机转子运动方程•电力系统的功率特性6.2电力系统的静态稳定性•简单电力系统的静态稳定分析•电力系统静态稳定的适用判据•静态稳定贮藏系数•小干扰法分析静态稳定性•励磁调理器对静态稳定的影响•提高静态稳定性的措施6.3电力系统的暂态稳定性•电力系统机电暂态过程的特点•暂稳分析的根本假设•简单电力系统的暂态稳定分析——等面积法那么和极限切除角•发电机转子运动方程的数直解法•提高系统暂态稳定性的措施第六章小结•电力系统稳定性的概念。

静态稳定和暂态稳定的涵义、区别•发电机的转子运动方程和功率特性方程•电力系统静态稳定的适用判据，小干扰法，提高静态稳定的措施•简单电力系统的暂态稳定性分析：等面积法那么数值计算方法提高暂态稳定的措施。