第二章元件的数学模型优秀课件.ppt

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1、第二章元件的数学模型第1页，本讲稿共46页2.1 2.1 变压器的参数和数学模型变压器的参数和数学模型变压器的参数和数学模型变压器的参数和数学模型n问题的提出问题的提出1、在电力系统分析中，变压器如何表示、在电力系统分析中，变压器如何表示?2、变压器各等值参数如何求取、变压器各等值参数如何求取?第2页，本讲稿共46页变压器的实际图片变压器的实际图片变压器的实际图片变压器的实际图片第3页，本讲稿共46页变压器内部绕组变压器内部绕组第4页，本讲稿共46页n简单物理模型简单物理模型第5页，本讲稿共46页2、11双绕组变压器双绕组变压器一、一、等值电路等值电路1.型等值电路型等值电路2.一一型等值电路

2、型等值电路（忽略励磁导纳）（忽略励磁导纳）第6页，本讲稿共46页3.型等值电路型等值电路在电力系统中一般采用在电力系统中一般采用型等值电路型等值电路第7页，本讲稿共46页n二、各参数的获取二、各参数的获取1.实验数据获得实验数据获得 短路实验可以获得：短路实验可以获得：开路实验可以获得：开路实验可以获得：开路实验可以获得：开路实验可以获得：第8页，本讲稿共46页2.参数的计算参数的计算n求求RT 第9页，本讲稿共46页n求求XT XT由短路试验得到的由短路试验得到的US%决定决定 第10页，本讲稿共46页n求求GT：GT由开路试验的由开路试验的 P0决定决定第11页，本讲稿共46页n求求BT：

3、BT由开路试验的由开路试验的I0%决定决定第12页，本讲稿共46页n注意点：注意点：1.各量单位：各量单位：2.UN为哪侧的，则算出的参数、等值电路为折合为哪侧的，则算出的参数、等值电路为折合到该侧的。到该侧的。3.三相变压器的原副边电压比不一定等于匝数比三相变压器的原副边电压比不一定等于匝数比4.三相变压器不论其接法如何，求出的参数都是三相变压器不论其接法如何，求出的参数都是等值成等值成Y/Y接法中的一相参数接法中的一相参数5.励磁支路放在功率输入侧励磁支路放在功率输入侧(电源侧、一次侧电源侧、一次侧)第13页，本讲稿共46页2.12、三绕组变压器、三绕组变压器n一、等值电路一、等值电路第1

4、4页，本讲稿共46页n参数的获得参数的获得开路试验：一侧加开路试验：一侧加UN，另两侧开路，得到：，另两侧开路，得到：GT、BT求法与双绕组相同求法与双绕组相同 短路试验：一侧加低电压，使电流达额定，另两侧中，短路试验：一侧加低电压，使电流达额定，另两侧中，一侧短路、一侧开路。得到：一侧短路、一侧开路。得到：第15页，本讲稿共46页n求求R1、R2、R3 对于三绕组变压器容量与绕组容量不一定相等，若对于三绕组变压器容量与绕组容量不一定相等，若变压器容量为变压器容量为100(%)，绕组额定容量比有，绕组额定容量比有 100/100/100、100/100/50、100/50/100等。等。（1）

5、容量比为容量比为 时时:设为各绕组对应的短路损耗设为各绕组对应的短路损耗第16页，本讲稿共46页n则：则：整理得：整理得：第17页，本讲稿共46页n容量比不相等时，如容量比不相等时，如 应该注意以下几点应该注意以下几点n参数是对应变压器额定容量下的参数。参数是对应变压器额定容量下的参数。n50%变压器容量的绕组参与短路试验，只能做到变压器容量的绕组参与短路试验，只能做到1/2的变压器容量所允许的电流。的变压器容量所允许的电流。n在折合后的变压器中，绕组间的容量比也就是电流在折合后的变压器中，绕组间的容量比也就是电流比，而损耗与电流的平方成正比，因此必须将比，而损耗与电流的平方成正比，因此必须将

6、50%容量的绕组对应的短路试验数据归算至变压器容量。容量的绕组对应的短路试验数据归算至变压器容量。第18页，本讲稿共46页各个测量值为各个测量值为第19页，本讲稿共46页n求求X1、X2、X3 设为各绕组对应的短路电压设为各绕组对应的短路电压US1%,US2%,US3%则：则：第20页，本讲稿共46页2.2输电线路的参数和数学模型输电线路的参数和数学模型n问题的提出问题的提出1、有几个参数可以反映单位长度输电线的电磁现象?2、各个参数受哪些因素影响?3、如何表示输电线路?第21页，本讲稿共46页一、概述一、概述 1.电力线路种类电力线路种类（1）架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子）架空线：导线

7、、避雷线、杆塔、绝缘子、换位、换位（2）电缆）电缆 2.电力线路的参数电力线路的参数 电阻、电抗、电导、电纳，分别用电阻、电抗、电导、电纳，分别用r（欧欧/公里公里）、）、x（欧欧/公里公里）、）、g（西门子西门子/公里公里）、）、b（西门子西门子/公里公里）表示表示 3.各个参数的意义各个参数的意义（1）电阻）电阻r：反映线路的热效应（有功的损耗）：反映线路的热效应（有功的损耗）（2）电抗）电抗x：反映线路的磁场效应：反映线路的磁场效应（3）电纳）电纳b：反映线路的电场效应：反映线路的电场效应（4）电导）电导g：反映电晕损耗和泄露电流：反映电晕损耗和泄露电流 第22页，本讲稿共46页输电线路

8、实际图输电线路实际图输电线路实际图输电线路实际图第23页，本讲稿共46页n二、等值电路二、等值电路第24页，本讲稿共46页n三、参数的计算三、参数的计算（1）电阻）电阻 r=/s（欧姆（欧姆/公里）公里）其中其中：计算用电阻率，欧：计算用电阻率，欧毫米毫米2/公里，例如公里，例如:铜铜 18.8，铝，铝 31.5(20)S：导线的额定截面积，毫米：导线的额定截面积，毫米2 另外在实际应用中，另外在实际应用中，r随温度的变化而变化，可以随温度的变化而变化，可以用下面的公式进行修正用下面的公式进行修正 rt=r201+a(t-20)rt、r20：t、20时的电阻（欧姆时的电阻（欧姆/公里）公里）a

9、：电阻的温度系数。例如，：电阻的温度系数。例如，铝铝0.0036，铜，铜0.00382 第25页，本讲稿共46页n（2）电抗）电抗 交流输电线为单根导线的电感交流输电线为单根导线的电感Dm：互几何间距：互几何间距：r：导线半径：导线半径第26页，本讲稿共46页n交流输电线为分裂导线的电感交流输电线为分裂导线的电感 采用分裂导线可以增大采用分裂导线可以增大req:，从而减小，从而减小xnDm：互几何间距：互几何间距req:分裂导线等值半径分裂导线等值半径r：分裂导线单根半径，：分裂导线单根半径，dmn：分裂导线于其余导体：分裂导线于其余导体之间的距离之间的距离第27页，本讲稿共46页n（3）电纳

10、）电纳交流输电线为单根导线的电纳交流输电线为单根导线的电纳交流输电线为分裂导线的电纳交流输电线为分裂导线的电纳 Dm和和req的意义和计算电抗值相同的意义和计算电抗值相同 第28页，本讲稿共46页思考：电缆和架空线路哪个的电纳大思考：电缆和架空线路哪个的电纳大?n（4）电导）电导 在实际中由于泄露损耗很小而且在设计线路时也已检验了能否满足晴朗天气不发生电晕的要求，一般情况下都可以设g=0b电缆b架空线第29页，本讲稿共46页2.3电力网络的数学模型电力网络的数学模型n问题的提出问题的提出多电压等级下，各个参数有名值如何折算？在电力系统中标么值是怎样定义的？在多电压等级的情况下，标么值如何计算?

11、第30页，本讲稿共46页n对于如下网络：对于如下网络：这么多电压等级如这么多电压等级如这么多电压等级如这么多电压等级如何进行计算？何进行计算？何进行计算？何进行计算？第31页，本讲稿共46页n多电压等级下有名值参数的计算多电压等级下有名值参数的计算 1.选取基本级（选取基本级（一般取最高点压等级一般取最高点压等级）2.将所有参数归算于基本级将所有参数归算于基本级 U归算归算=U待归算待归算(K1K2KN)I归算归算=I待归算待归算/(K1K2KN)Z归算归算=Z待归算待归算(K1K2KN)2注意：注意：第32页，本讲稿共46页n基准值的选取基准值的选取 基准值的选取遵循以下原则：基准值的选取遵

12、循以下原则：1.单位和有名值相同单位和有名值相同 2.五个物理量（电阻五个物理量（电阻ZB、导纳、导纳YB、电压、电压UB、电流、电流IB、功率功率SB）满足电路的基本关系，取其中两个，一般）满足电路的基本关系，取其中两个，一般取取UB、SB ZB、YB：每相阻抗、导纳的基准值每相阻抗、导纳的基准值；UB、IB：线电压、线电流的基准值线电压、线电流的基准值 SB：三相功率的基准值三相功率的基准值第33页，本讲稿共46页n标么制及其应用标么制及其应用 在电力系统的计算时可以采用有单位的阻抗、电压、在电力系统的计算时可以采用有单位的阻抗、电压、电流、功率等进行计算，也可以采用没有单位的各电流、功率

13、等进行计算，也可以采用没有单位的各个参数的相对值进行计算。前者称有名制，后者称个参数的相对值进行计算。前者称有名制，后者称标么制。标么制计算结果清晰便于迅速判断计算结标么制。标么制计算结果清晰便于迅速判断计算结果的准确性可大量简化计算等优点，故在很多范围果的准确性可大量简化计算等优点，故在很多范围内取代有名制内取代有名制 标么值标么值=有名值有名值/基准值基准值第34页，本讲稿共46页n不同基准值标么值的折算不同基准值标么值的折算1.准确计算法准确计算法 方法一方法一:(1)选取基本级，将所有参数归算到该基本选取基本级，将所有参数归算到该基本级下（级下（Z、Y、U、I、S）(2)在该基本级下，

14、取统一的基准值在该基本级下，取统一的基准值 UB、SB，算出算出ZB、YB、IB。(3)在基本级下计算出标么值在基本级下计算出标么值 方法二：方法二：(1)选取基本级，在基本级下取基本值选取基本级，在基本级下取基本值UB、SB，(2)将基本级下的基准值归算到其他各电压将基本级下的基准值归算到其他各电压等级等级 (3)在各个电压等级下计算标么值在各个电压等级下计算标么值第35页，本讲稿共46页n例如下图例如下图（以计算线路阻抗标么值为例）（以计算线路阻抗标么值为例）1.取取为基本级，利用有名值参数的归算为基本级，利用有名值参数的归算 Z，=ZK22 Z，=Z(1/K12)2.在在下取基准值下取基

15、准值UB、SB并计算出并计算出ZB 3.由由 计算计算Z*Z*第36页，本讲稿共46页2.近似计算法近似计算法 (1)变压器的变比取两侧额定电压比变压器的变比取两侧额定电压比 (2)各个元件额定电压近似等于平均额定电压各个元件额定电压近似等于平均额定电压 各个电压等级对应的平均电压如下各个电压等级对应的平均电压如下第37页，本讲稿共46页(3)各段电压基准值为各段的平均额定电压各段电压基准值为各段的平均额定电压 证明：证明：UB=UB（UN/UN）由由1.2给出的额定电压取平均电压，给出的额定电压取平均电压，UB=Uav UN=Uav、UN=Uav 则有：则有：UB=Uav第38页，本讲稿共4

16、6页 通过近似计算法可以简单快速的求出各个元件参数通过近似计算法可以简单快速的求出各个元件参数的标么值的标么值第39页，本讲稿共46页其中其中 Xd、XT，分别为以发电机和变压器自身的额定值分别为以发电机和变压器自身的额定值（SNB、STB）为基准值的标么值（）为基准值的标么值（一般在发电机和一般在发电机和变压器的铭牌上给出变压器的铭牌上给出）XL为线路电抗的有名值为线路电抗的有名值第40页，本讲稿共46页n标么制的优缺点标么制的优缺点n优点：优点：1.便于比较、分析元件特性与参数；便于比较、分析元件特性与参数；2.各级电压标么值都接近于各级电压标么值都接近于1；3.对称三相电路的计算与单相计

17、算一致；对称三相电路的计算与单相计算一致；4.多电压级网络，基准电压选择恰当可消除变压器。多电压级网络，基准电压选择恰当可消除变压器。n缺点：缺点：无量纲、物理概念不如有名值清楚。无量纲、物理概念不如有名值清楚。第41页，本讲稿共46页2.4负荷的运行特性和数学模型负荷的运行特性和数学模型n电力系统的负荷电力系统的负荷 1.发电负荷：发电机发出的电功率PG 厂用电：维持发电厂运行自身所需的功率P厂 火电厂 58%水电厂 0.11%核电厂 45%2.供电负荷：发电厂供出的功率P供=PGP厂 网络损耗：电能传输、分配中消耗的功率 P损第42页，本讲稿共46页 3.综合用电负荷：各用户功率之和(电力

18、系统负荷)PL PL=P供 P损三种负荷的关系如图所示：三种负荷的关系如图所示：第43页，本讲稿共46页n负荷曲线：负荷曲线：描述一段时间内负荷随时间变化的曲线 1.分类分类n按负荷类型分：有功负荷曲线无功负荷曲线n按时间分：日负荷曲线(周、旬)月负荷曲线年最大负荷曲线时序负荷曲线年持续负荷曲线累计负荷曲线第44页，本讲稿共46页n按对象分：发电厂负荷曲线变电所负荷曲线线路负荷曲线用户负荷曲线第45页，本讲稿共46页n负荷曲线的用途负荷曲线的用途日负荷曲线：日负荷曲线：制定日调度计划制定日调度计划 计算日耗电量计算日耗电量 年最大负荷曲线：年最大负荷曲线：安排检修、扩建、新建安排检修、扩建、新建年持续负荷曲线：年持续负荷曲线：编制发电计划、计算可靠性、系统规划编制发电计划、计算可靠性、系统规划第46页，本讲稿共46页