[研究生入学考试]华北电力大学电力系统分析课件考研必备第二章.ppt

电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （二）,主讲人：栗然,第二章电力系统各元件的数学模型,1、发电机的数学模型 2、变压器的参数和数学模型 3、电力线路的参数和数学模型 4、电抗器和负荷的数学模型 5、电力网的数学模型,§2.1 发电机的数学模型,,,一、数学模型,,电阻：小，忽略,电抗：,,等值电路,,唯一的注入功率元件,,调负荷——原动机转速（汽门、导水翼） 调电压——励磁,二、同步发电机的允许运行范围,,,,,,,,,,,Eqn,Xd,,IN,UN,,,,,IN,UN,Eqn,jINXd,,§2.1 发电机的数学模型,,受限条件,定子绕组： IN为限—S园弧 转子绕组： 励磁电流为限—F园弧 原动机出力：额定有功功率—BC直线 其它约束： 静稳、进相导致漏磁引起温升—T弧,,,,定子绕组不超过额定电流,,励磁绕组不超过额定电流,,受原动机出力限制,,进相运行时受定子端部发热限制,,留稳定储备,§2.1 发电机的数学模型,一、双绕组变压器,,,1、理想变压器,,I1n1=I2n2  I2=k I1,u1/n1=u2/n2  u2= u1/k,k=n1/n2,特征：无铜损、铁损、漏抗、激磁电流,2、实际变压器,通过短路和开路试验求RT、XT、BT、 GT,,,3、短路试验求RT、XT,条件：一侧短路，另一侧加电压使短路绕组电流达到额定值,短路损耗：,注意单位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）,如 UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）时,,,短路电压百分比,UN（KV）、SN（MVA）,,,4、开路试验求GT、BT,条件：一侧开路，另一侧加额定电压,空载损耗：,空载电流百分比 I0%,,有功分量Ig,无功分量Ib,,,二、三绕组变压器,参数的求法与双绕组相同,注 意,,三绕组容量比不同,各绕组排列不同,导纳的求法与双绕组相同,短路试验求RT、XT,条件：令一个绕组开路，一个绕组短路，而在余下的一个绕组施加电压，依此得的数据（两两短路试验）,,,1、由短路损耗求RT,,对于第Ⅰ类（100/100/100）,,,,,,,对于第Ⅱ类（100/50/100）第Ⅲ类（100/100/50）,,试验时小绕组不过负荷，存在归算问题，归算到SN,对于（100/50/100）,,对于（100/100/50）,代入可计算,,,只给出一个最大短路损耗Pkmax时（两个100%绕组间短路）,,2、由短路电压百分比求XT（制造商已归算，直接用）,,,,排列不同，阻抗不同，中间绕组最小，甚至为负，一般取0,,,三、自耦变压器,,特点：电阻小、损耗小、运行经济、结构紧凑、电抗小、 输送容量大、重量轻、便于运输,接线：Y0/Y0/Δ，第三绕组容量比额定容量小,参 数,,旧标准,,损耗未归算,电压%未归算,,,新标准,最大短路损耗,归算的电压%,,电力线路,1、导线,架空线：导线、避雷器、杆塔、绝缘子、金具,,电缆线：导线、绝缘层、保护层,,要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强,,铝—L—常用，机械强度不够，钢芯铝线,材料,钢—G—导电性差，做避雷线,铜—T—最好，但贵,铝合金—HL,§2.3 电力线路的参数和数学模型,一.线路的结构,结构,多股线绞合—J,,,排列：1、6、12、18,普通型：LGJ 铝/钢 比5.6—6.0,加强型：LGJJ 铝/钢 比4.3—4.4,轻 型：LGJQ 铝/钢 比8.0—8.1,LGJ-400/50—数字表示截面积,扩径导线—K,,扩大直径，不增加截面积LGJK- 300相当于LGJQ-400,和普通钢芯相区别，支撑层6股,分裂导线——每相分成若干根，相互之间保持一 定距离400-500mm,防电晕，减小了电抗，电容增大,§2.3 电力线路的参数和数学模型,四分裂导线,结构,,木塔——已不用,2.杆塔,钢筋混凝土塔—单杆、型杆,铁塔—用于跨越，超高压输电、耐张、转角、 换位。

独根钢管—城市供电,作用分,,直线杆塔—线路走向直线处，只承受导线自重,耐张杆塔—承受对导线的拉紧力,转向杆塔—用于线路转弯处,换位杆塔—减少三相参数的不平衡,跨越杆塔—跨越宽度大时，塔高：100—200米,终端杆塔—只承受一侧的耐张力，导线首末端,§2.3 电力线路的参数和数学模型,§2.3 电力线路的参数和数学模型,§2.3 电力线路的参数和数学模型,§2.3 电力线路的参数和数学模型,§2.3 电力线路的参数和数学模型,§2.3 电力线路的参数和数学模型,,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,§2.3 电力线路的参数和数学模型,§2.3 电力线路的参数和数学模型,3.绝缘子和金具,绝缘子,,要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀,材料：瓷质与玻璃质元件,类型：针式（35KV以下），悬式（ 35KV以上）,片树：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV,3 7 13 19 24,金具,,作用：连接导线和绝缘子,线夹：悬重、耐张,导线接续：接续、联结,保护金具：护线条、预绞线、防震锤、阻尼线,绝缘保护：悬重锤,二、单位长度电力线路的参数,1、电阻,r1=ρ/ s,,S 截面积 mm2,单位：Ω•mm2/km,一般是查表 rt=r20(1+α(t-20)),钢线电阻：导磁集肤、磁滞效应交流电阻 直流电阻，和电流有关查手册,ρ电阻率,,铜：18.8 铝: 31.3,与温度有关,2、电抗,,物理意义：导线通交流电，产生磁场自感、互感,,,,,外电抗,,内电抗,对数关系：导线截面和布置无显著影响，一般0.4 Ω/km,正三角布置Dm=D；水平布置Dm=1.26D,分裂导线：改变磁场，增大了半径，减少了电抗,3、电纳,,物理意义：导线通交流电，产生电场容感,,对数关系：变化不大，一般 2.85Х10-6 S /km,分裂导线：增大了等效半径，电纳增大，用req替代r计算,Dm与r的意义与电抗表达式一致,4、电导,,物理意义,,绝缘子表面泄露——很小，忽略,实测损耗，计算电导，一般忽略,110KV—9.6mm,,空气电离——电晕损耗，临界电压Ucr， 好天不产生，坏天可有,规定最小直径,,220KV—21.28mm,330KV—32.2mm 分裂导线,电缆参数计算复杂，查手册,三、电力线路的等值电路,一般线路的等值电路（正常运行时忽略g）,1、短线路（一字型等值电路）,,条件：L100km的架空线,忽略g，b 线路电压不高,2、中等长度线路（π型和T型等值电路）,,条件：100-300km的架空线或100km的电缆线，近似等值， 不能用星—三角变换,3、长线路（分布参数—双曲函数）,书上例题 P51,,,一、电抗器,,电阻：小，忽略,电抗：,,等值电路：,高电压等级可用于低电压等级，不用SN,,,二、负荷,,以功率表示：,以阻抗和导纳表示：,,,,,一、多电压等级网络中参数和变量的归算（有名值）,,电力线、变压器等值电路级联成电力网等值电路,注意：多级电压网存在一个不同电压级之间的归算问题,变压器的参数与UN有关，归算到哪一侧，值不同,变压器的负载阻抗归算到某一侧时，和变比平方有关,要级联等值电路，须将不同电压级下的阻抗、导纳、电压、电流归算到同一级—基本级（取电网最高电压）,归算,§2.5 电力系统的等值电路,,,,K的取值,分子是向着基本级一侧的电压,K的计算,分母是向着待归算一侧的电压,,,,手算—实际变比,计算机—先取线路额定电压比值，然而再修正,,,,,,,,,,,,,,220KV,500KV,110KV,35KV,10KV,T1,35/11,如需将10KV侧的参数和变量归算至500KV侧，则变压器T-1、T-2、T-3、的变比k1、k2、k3应分别取35/11、110/38.5、500/121,,,例题：电力网接线如图所示，图中各元件的技术数据见表1、表2，试作出归算到110KV侧和6KV侧的电网等值电路,表1:,表2:,,,解: 变压器的电阻、导纳，线路的电导都略去不计,,归算到110KV侧,变压器T1的电抗：,变压器T2的电抗：,线路L1的电阻、电抗和电纳为：,,,,线路L2的电阻、电抗为：,,,,归算到6KV侧,,,,二、标幺值（标么值）,1、定义：标幺值=,有名值（欧、西、千伏、千安、兆伏安）,基准值（与对应有名值的量刚相同）,,标幺值—没有单位的相对值参数,,三相与单相公式一致,结果清晰,易于判断结果对否,简化计算,无量刚，概念不清,若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为UB，IB，SB，ZB，相应的标幺值如下：,,,,2、基准值的选取,基准值的单位与对应有名值的单位相同,各种量的基准值之间应符合电路的基本关系,,五个量中任选两个，其余三个派生，一般取SB，UB， SB—总功率或某发、变额定功率， UB—基本级电压,,3 不同基准值的标幺值间的换算 把标幺阻抗还原成有名值： 新基准值下的标幺值： 电抗器的换算公式：,,,4、电力系统的标幺值等值电路的制定,多电压等级系统仍存在归算问题，有两种求法,归算有名值,指定基本级，将其它级有名值归算到基本级,指定一套基本级下的基准值,用标幺值定义求,归算基准值（就地归算）,将基准值归算到各电压级，形成相应基值,在基本级下指定一套基准值,各电压级参数除以本级下的基值,,,三、端部条件完全等值的变压器模型,目标：端部条件与实际电路中的值相等（不需归算） 的等值电路,1、双绕组（注意与2-54图的区别）,理想变压器,,,,,,,,,1:k,,,,,,,,推导目的：等值电路中端部条件（ ， ） （ ， ）不变变压器参数受变比影响,,,推导过程：从1-1’，2-2’之间等值，将导纳支路拿出去,,,,如果双端口网络用π型表示（且YT=1/ZT）,,,,等值电路支路以阻抗表示,试推导：,2、三绕组变压器的等值模型 （注意与书上2－56图的区别）,三绕组可用二绕组方法推出,3、应用： 有名制、线路参数都未经归算，变压器参数则归在低压侧。

有名制、线路参数和变压器参数都已按选定的变比归算到高压侧 标幺制、线路和变压器参数都已按选定的基准电压折算为标幺值一些常用概念,实际变比 k k=UI/UII UI、UII :分别为与变压器高、低压绕组实际匝数相对应的电压 标准变比kN 有名制：归算参数时所取的变比 标幺制：归算参数时所取各基准电压之比 非标准变比 k* k*= k /kN＝UIIN UI /UII UIN,,,四、电力系统的等值电路制订,1、决定是用有名值，还是用标幺值,2、变压器的归算问题,,容量不相同时,电压等级归算,,采用Γ型和T型,采用π型—不归算,3、适当简化处理,,变压器—导纳支路以具有定值的功率损耗代替,线路,,电导忽略,100km以内架空线电纳忽略,100—300km以定值的无功损耗代替,。