第二章电力系统分析.pptx

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1、2.1 2.1 系统等值模型的基本概念系统等值模型的基本概念元件参数元件参数:表述元件电气特征的参量，元件特征不同，其表述特征的表述元件电气特征的参量，元件特征不同，其表述特征的参数亦不同，如线路参数为电阻、电抗、电纳、电导，变压器参数亦不同，如线路参数为电阻、电抗、电纳、电导，变压器除上述参数外还有变比，发电机有时间常数等。除上述参数外还有变比，发电机有时间常数等。根据元件的运行状态，又可分为静态参数和动态参数，定参数根据元件的运行状态，又可分为静态参数和动态参数，定参数和变参数等。总之，元件特征不同，运行状态不同，其参数亦和变参数等。总之，元件特征不同，运行状态不同，其参数亦是多种多样的，

2、因此，是多种多样的，因此，表示同一元件的模型也会不同。表示同一元件的模型也会不同。第1页/共83页2.1 2.1 系统等值模型的基本概念系统等值模型的基本概念数学模型：元件或系统物理模型元件或系统物理模型(物理特性物理特性)的数学的数学描述，根据元件特征、运行状态及求解问题不同，描述，根据元件特征、运行状态及求解问题不同，数学模型可分为：描述静态数学模型可分为：描述静态(或稳态或稳态)问题的代数方问题的代数方程和描述动态程和描述动态(或暂态或暂态)问题的微分方程、描述线性问题的微分方程、描述线性系统的线性方程和非线性系统的非线性方程、定常系统的线性方程和非线性系统的非线性方程、定常系数方程和时

3、变系数方程、描述非确定性过程的模系数方程和时变系数方程、描述非确定性过程的模糊数学方程及利用人工智能和神经元技术的网络方糊数学方程及利用人工智能和神经元技术的网络方程等。程等。元件的数学模型描述了元件的特性，而由各种元件元件的数学模型描述了元件的特性，而由各种元件构成的构成的系统的数学模型系统的数学模型则是各元件数学模型的有机则是各元件数学模型的有机组合和相互作用。组合和相互作用。第2页/共83页2.1 2.1 系统等值模型的基本概念系统等值模型的基本概念电力系统分析和计算的一般过程电力系统分析和计算的一般过程 首先首先将待求物理系统进行分析简化，抽象将待求物理系统进行分析简化，抽象出等效电路

4、出等效电路(物理模型物理模型)；然后然后确定其数学模型，也就是说把待求物确定其数学模型，也就是说把待求物理问题变成数学问题；理问题变成数学问题；最后最后用各种数学方法进行求解，并对结果用各种数学方法进行求解，并对结果进行分析。进行分析。第3页/共83页2.1 2.1 系统等值模型的基本概念系统等值模型的基本概念直流稳态交流稳态暂态图图2-1 输电线路等值电路输电线路等值电路 例例:输电线输电线路模型路模型第4页/共83页输电线路输电线路1 1.架空线架空线导线导线避雷线避雷线杆塔杆塔绝缘子绝缘子金具金具2.2 2.2 输线路的等值电路和参数计算输线路的等值电路和参数计算第5页/共83页（1 1

5、）导线和避雷线导线和避雷线：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：主要材料：铝，铜，钢；例：LJ TJ LGJLJ TJ LGJ2.2 2.2 输电线路的等值电路和参数计算输电线路的等值电路和参数计算第6页/共83页（2 2）杆塔）杆塔木塔：较少采用木塔：较少采用铁塔：主要用于铁塔：主要用于220kV220kV及以上系统及以上系统钢筋混凝土杆：应用广泛钢筋混凝土杆：应用广泛2.2 2.2 输电线路的等值电路和参数计算输电线路的等值电路和参数计算第7页/共83页（3 3）绝缘子绝缘子针式针式：10kV10kV及及以下线路以下线路2.2 2.2 输

6、电线路的等值电路和参数计算输电线路的等值电路和参数计算第8页/共83页针式绝缘子针式绝缘子第9页/共83页悬式绝缘子悬式绝缘子 主要用于主要用于35kV及以上系统，根据及以上系统，根据电压等级的高低组电压等级的高低组成数目不同的绝缘成数目不同的绝缘子链。子链。2.2 2.2 输电线路的等值电路和参数计算输电线路的等值电路和参数计算第10页/共83页悬式绝缘子悬式绝缘子第11页/共83页棒式绝缘子棒式绝缘子 起到绝缘和起到绝缘和横担的作用，横担的作用，应用于应用于1035kV农网。农网。2.2 2.2 输电线路的等值电路和参数计算输电线路的等值电路和参数计算第12页/共83页棒式绝缘子棒式绝缘子

7、第13页/共83页2.2.电缆线路电缆线路导体导体绝缘层绝缘层保护层保护层2.2 2.2 输电线路的等值电路和参数计算输电线路的等值电路和参数计算第14页/共83页架空输电线路参数有四个架空输电线路参数有四个(图图2-112-11）（1 1）电阻电阻r r0 0：反映线路通过电流时产生的有功功：反映线路通过电流时产生的有功功率率 损耗效应。损耗效应。（2 2）电感电感L L0 0：反映载流导体的磁场效应。：反映载流导体的磁场效应。输电线路的等值电路图图2-11 2-11 单位长线路的一相等值电路单位长线路的一相等值电路 第15页/共83页图图2-11 2-11 单位长线路的一相等值电路单位长线

8、路的一相等值电路 输电线路的等值电路（3 3）电导电导g g0 0 ：线路带电时绝缘介质中产生的泄漏电流及导体附近空气：线路带电时绝缘介质中产生的泄漏电流及导体附近空气游离而产生有功功率损耗。游离而产生有功功率损耗。（4 4）电容电容C C0 0 ：带电导体周围的电场效应。带电导体周围的电场效应。输电线路的以上四个参数沿线路均匀分布。输电线路的以上四个参数沿线路均匀分布。第16页/共83页1.1.短输电线路：电导和电纳忽略不计短输电线路：电导和电纳忽略不计长度长度100km100km电压电压60kV60kV以下以下短的电缆线短的电缆线线路阻抗线路阻抗输电线路的等值电路图图2-12 2-12 短

9、线路的等值电路短线路的等值电路 第17页/共83页2.2.中等长度的输电线路中等长度的输电线路110kV110kV220kV220kV架空线：架空线：100km100km300km300km电缆：电缆：100km300km300km电缆：电缆：100km100km需要考虑分布参数特性（见需要考虑分布参数特性（见2.32.3节）节）输电线路的等值电路第20页/共83页1.电阻有色金属导线单位长度的直流电阻：考虑如下三个因素：（1）交流集肤效应和邻近效应。（2）绞线的实际长度比导线长度长23 。（3）导线的实际截面比标称截面略小。因此交流电阻率比直流电阻率略为增大：铜：18.8 铝：31.5精确计

10、算时进行温度修正：为温度系数：铜：铝:输电线路的参数计算第21页/共83页2.2.电抗电抗三相导线排列对称三相导线排列对称(正三角形正三角形)，则三相电抗相等。，则三相电抗相等。三相导线排列不对称，则进行整体循环换位后三相电抗相等。三相导线排列不对称，则进行整体循环换位后三相电抗相等。输电线路的参数计算第22页/共83页2.2.电抗电抗1)1)单导线每相单位长度电感和电抗：单导线每相单位长度电感和电抗：式中：式中：D Deqeq为三相导线间的互几何均距，为三相导线间的互几何均距，D Ds s为导线的自几何均距为导线的自几何均距实际多股绞线的自几何均距：实际多股绞线的自几何均距：非铁磁材料的单股

11、线：非铁磁材料的单股线：Ds=0.779rDs=0.779r非铁磁材料的多股线：非铁磁材料的多股线：Ds=Ds=（0.7240.7240.771)r0.771)r钢芯铝线：钢芯铝线：Ds=Ds=（0.770.770.9)r0.9)r输电线路的参数计算r r为导线的计算半径为导线的计算半径第23页/共83页3 具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗输电线路的参数计算第24页/共83页 增加一张分裂导线照片输电线路的参数计算四分四分裂导裂导线线第25页/共83页Dsb为分裂导线的自几何均距，随分裂根数不同而变化。2分裂导线：3分裂导线：4分裂导线：通常，dDs，因此，分裂导线自几何均距Dsb比单导

12、线自几何均距Ds大，分裂导线的等值电感小。输电线路的参数计算第26页/共83页4.输电线路的电导：输电线路的电导：用来反映泄漏电流和用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗。空气游离所引起的有功功率损耗。（1 1）正常情况下，泄漏电流很小，可以）正常情况下，泄漏电流很小，可以忽略，主要考虑电晕现象引起的功率损忽略，主要考虑电晕现象引起的功率损耗。耗。（2 2）电晕：局部场强较高，超过空气的）电晕：局部场强较高，超过空气的击穿场强时，空气发生游离，从而产生击穿场强时，空气发生游离，从而产生局部放电现象。局部放电现象。输电线路的参数计算第27页/共83页（3）电晕临界电压：线路开始出现电晕的

13、电压。等边三角形排列时，电晕临界电压的经验公式：m1:导线表面状况系数；m2:天气状况系数；r：导线计算半径；D：相间距离；：空气相对密度。=3.92p/(273+t)P-大气压力;t-大气温度 输电线路的参数计算第28页/共83页 （4）当运行电压过高或气象条件变坏时，将产生电晕现象，从而产生电晕损耗P Pg g,则电导为：V VL L：线电压。（5 5）减少电晕措施：m m1 1,D,r.,D,r.输电线路的参数计算第29页/共83页5.等值电容和电纳(1)单导线输电线路的参数计算第30页/共83页（2）分裂导线 Deq各相分裂导线重心间的几何均距。req 一相导线组的等值半径。对二分裂导

14、线：对三分裂导线：对四分裂导线：输电线路的参数计算第31页/共83页例例21 例例22输电线路的参数计算第32页/共83页微元段等值电路微元段等值电路2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路图图2-17 长线的等值电路长线的等值电路 37第33页/共83页输电线路的方程式输电线路的方程式 若长度为l 的输电线路，参数均匀分布，单位长度的阻抗和导纳：在dx微段阻抗中的电压降为：2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路第34页/共83页流入dx微段并联导纳中的电流为：2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路略去二阶略去二阶微小量微小量对对x求求导导代入代入第35页/共83页 上式中，A1和A2为时

15、间常数，由边界条件确定；为线路的传播常数；Zc为线路的波阻抗。和Zc都是只与线路参数和频率有关的物理量。2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路通解通解代入代入第36页/共83页 对于高压架空线 2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路第37页/共83页忽略电阻r及电导g时,Xc=0,=0,有：2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路第38页/共83页边界条件：2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路代入代入第39页/共83页2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路把把A1、A2代入代入第40页/共83页将上式与通用二端口网络线比较取 输电线路就是对称的无源二 端口网络，可用对称的等值电路来表

16、示。令令l=x可得线路首可得线路首末端电流电压之末端电流电压之间的关系间的关系2.3 长距离输电线路稳态方程和等值电路第41页/共83页型等值电路和 T型等值电路长输电线路的集中参数等值电路第42页/共83页长输电线路的集中参数等值电路代入代入分布参数修正分布参数修正系数系数结论：结论：集中参数的阻抗和集中参数的阻抗和对地导纳乘以相应的分布对地导纳乘以相应的分布系数即可得到分布参数阻系数即可得到分布参数阻抗和对地导纳抗和对地导纳精确计算精确计算式式第43页/共83页长输电线路的集中参数等值电路取前两取前两项代入项代入第44页/共83页长输电线路的集中参数等值电路实部与虚实部与虚部分开并部分开并

17、考虑考虑g=0g=0近似计算近似计算式式例例2 23 3例例2 24 4第45页/共83页2.4 变压器等值电路和参数变压器等值电路变压器等值电路变压器等值电路变压器等值电路双绕组变双绕组变压器压器三绕组变三绕组变压器压器第46页/共83页双绕组变压器的参数计算变压器的试验数据：变压器的试验数据：短路损耗短路损耗P Ps s，短路电压，短路电压V Vs s%空载损耗空载损耗P P0 0，空载电流，空载电流 I I0 0%电阻电阻R RT T注意单位注意单位 P Ps s为为kW,SkW,SN N为为kVA,VkVA,VN N为为kV,IkV,IN N为为A A，R RT T为为。第47页/共8

18、3页双绕组变压器的参数计算电抗电抗电导电导 第48页/共83页双绕组变压器的参数计算电纳电纳变比：两侧绕组空载线电压之比。变比：两侧绕组空载线电压之比。(1)(1)对对Y Y，y y接法和接法和D,dD,d接法的变压器接法的变压器 (2)(2)对于对于Y,dY,d接法的变压器接法的变压器例例25第49页/共83页三绕组变压器的参数计算1.1.电阻电阻R R1 1、R R2 2、R R3 3（1 1）三个绕组容量相同）三个绕组容量相同第50页/共83页三绕组变压器的参数计算（2 2）三绕组容量不同（）三绕组容量不同（1001001001005050、1001005050100100）（3 3）仅

19、提供最大短路损耗的情况）仅提供最大短路损耗的情况第51页/共83页三绕组变压器的参数计算 电抗电抗X X1 1、X X2 2、X X3 3 (i=1,2,3)第52页/共83页三绕组变压器的参数计算导纳导纳G GT T-jB-jBT T及变比及变比k k1212,k,k1313,k,k2323 计算方法与双绕组变压器相同计算方法与双绕组变压器相同例例2 26 6第53页/共83页自耦变压器的参数计算计算方法与三绕组变压器相同。计算方法与三绕组变压器相同。应注意：应注意：（1 1）第三绕组容量小，一般接成三角形。）第三绕组容量小，一般接成三角形。（2 2）需要对短路数据进行归算。）需要对短路数据

20、进行归算。第54页/共83页含理想变压器的等值电路含理想变压器的等值电路变压器的变压器的型等值电路型等值电路图图2-21 2-21 带有变压比的等值电路带有变压比的等值电路第55页/共83页如果略去励磁支路或另作处理，可表示为图如果略去励磁支路或另作处理，可表示为图2 22222（a)a)变压器的变压器的型等值电路型等值电路第56页/共83页由图（由图（a)a)得：得：由上式解出：由上式解出：变压器的变压器的型等值电路型等值电路第57页/共83页变压器的变压器的型等值电路型等值电路第58页/共83页令YT=1/ZT，上式变为：变压器的变压器的型等值电路型等值电路第59页/共83页变压器的变压器

21、的型等值电路的变压原理型等值电路的变压原理 三个支路的阻抗值之和恒等于零，构成谐振三角形，产生谐振换流，在三个支路的阻抗值之和恒等于零，构成谐振三角形，产生谐振换流，在原、副方间的阻抗上产生电压降，实现变压的作用。原、副方间的阻抗上产生电压降，实现变压的作用。变压器的变压器的型等值电路型等值电路第60页/共83页三绕组变压器的情况三绕组变压器的情况变压器的变压器的型等值电路型等值电路第61页/共83页2.5 2.5 发电机和负荷模型发电机和负荷模型发电机电抗和电势发电机电抗和电势 图图 2-24 2-24 发电机的等值电路发电机的等值电路(a)(a)以电压源表示；以电压源表示；(b)(b)以电

22、流源表示以电流源表示第62页/共83页忽略电阻，发电机铭牌提供电抗百分值。忽略电阻，发电机铭牌提供电抗百分值。发电机电抗和电势发电机电抗和电势第63页/共83页电势电势发电机电抗和电势发电机电抗和电势第64页/共83页负荷的组成负荷的组成负荷特性与负荷建模负荷特性与负荷建模负荷特性和负荷模型负荷特性和负荷模型第65页/共83页多电压等级网络的参数归算多电压等级网络的参数归算基本级：一般选元件数多的电压级作为基本级。基本级：一般选元件数多的电压级作为基本级。归算前后功率保持不变，功率不必归算。归算前后功率保持不变，功率不必归算。2.6 2.6 电力系统的稳态等值电路电力系统的稳态等值电路第66页

23、/共83页多电压等级网络的参数归算多电压等级网络的参数归算取取10kV10kV为基本级，则为基本级，则110kV110kV级线路级线路L-2L-2阻抗、电压、电流归算如下：阻抗、电压、电流归算如下：例例第67页/共83页1 1 标幺制的概念标幺制的概念 注意：（1 1）标幺值没有量纲。）标幺值没有量纲。（2 2）所选基准值不同，标幺值不同。）所选基准值不同，标幺值不同。电力系统的标幺制电力系统的标幺制第68页/共83页若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为V VB B，I IB B，S SB B，Z ZB B，相应的标幺值，相应的标幺值如下：如下：电力系统的标

24、幺制电力系统的标幺制第69页/共83页2 2 基准值的选取基准值的选取 （1 1）除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任）除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任意值。意值。（2 2）考虑采用标幺值计算的目的。）考虑采用标幺值计算的目的。目的目的：（：（a)a)简化计算。简化计算。（b)b)便于对结果进行分析比较。便于对结果进行分析比较。单相电路中处理单相电路中处理选四个物理量选四个物理量,使它们满足使它们满足:电力系统的标幺制电力系统的标幺制基准值的选取原则：基准值的选取原则：1 1、全系统只选一套、全系统只选一套2 2、一般选额定值、一般选额定值3 3、满足电路的基本关系、满足电路的基本

25、关系第70页/共83页则在标幺制中则在标幺制中,可以得到可以得到:结论结论:只要基准值的选择满足只要基准值的选择满足 则在标则在标幺制中幺制中,电路中各物理量之间的关系与有名值相电路中各物理量之间的关系与有名值相同同,有关公式可以直接应用。有关公式可以直接应用。三相电路的处理三相电路的处理 电力系统的标幺制电力系统的标幺制第71页/共83页选基准值，并满足如下要求：选基准值，并满足如下要求：则得到标幺制中的计算公式：则得到标幺制中的计算公式：结论：结论：在标幺制中，三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同，在标幺制中，三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同，线电压与相电压的标幺值

26、相同，三相功率与单相功率的标幺值相同。线电压与相电压的标幺值相同，三相功率与单相功率的标幺值相同。电力系统的标幺制电力系统的标幺制第72页/共83页三相电路中的习惯做法：只选三相电路中的习惯做法：只选V VB B和和S SB B，由下式计算，由下式计算Z ZB B和和B B。电流与阻抗的标幺值计算：电流与阻抗的标幺值计算：电力系统的标幺制电力系统的标幺制第73页/共83页标幺值结果换算成有名值标幺值结果换算成有名值：电力系统的标幺制电力系统的标幺制第74页/共83页3 3 不同基准值的标幺值间的换算不同基准值的标幺值间的换算把标幺阻抗还原成有名值：把标幺阻抗还原成有名值：新基准值下的标幺值：新

27、基准值下的标幺值：电抗器的换算公式：电抗器的换算公式：电力系统的标幺制电力系统的标幺制第75页/共83页 多电压等级网络的标幺值等值电路多电压等级网络的标幺值等值电路第76页/共83页1 精确等值电路，含理想变压器精确等值电路，含理想变压器 各段分别取基准电压各段分别取基准电压V VB(I)B(I)、V VB(II)B(II)、V VB(III)B(III)，各段的基，各段的基准功率都选准功率都选S SB B。缺点：应用不便，计算复杂。缺点：应用不便，计算复杂。有名值计算：有名值计算：多电压等级网络的标幺值等值电路多电压等级网络的标幺值等值电路第77页/共83页有名值计算有名值计算：多电压等级

28、网络的标幺值等值电路多电压等级网络的标幺值等值电路第78页/共83页 多电压等级网络的标幺值等值电路多电压等级网络的标幺值等值电路标幺值计算标幺值计算第79页/共83页2 精确等值电路，不含理想变压器精确等值电路，不含理想变压器 选择基准电压之比等于变压器的变比，因此，只选一段的基准电压，其余段可由基准边比确定。例例2 27 7 缺点缺点：（1）标幺制的实际应用价值降低。标幺制的实际应用价值降低。（2）环网（图）环网（图217）情况下基准值难以选）情况下基准值难以选取。取。多电压等级网络的标幺值等值电路多电压等级网络的标幺值等值电路第80页/共83页3 近似计算，不含理想变压器近似计算，不含理

29、想变压器 选各段平均额定电压作为基准电压，变压器变比的标幺值选各段平均额定电压作为基准电压，变压器变比的标幺值约等于约等于1 1。若。若近似的把变压器变比表示成平均电压之比，则变压器变比的标幺值近似的把变压器变比表示成平均电压之比，则变压器变比的标幺值等于等于1 1。平均额定电压：平均额定电压：3.15,6.3,10.5,15.75,37,115,230,345,525(kV)3.15,6.3,10.5,15.75,37,115,230,345,525(kV)优点：计算与电路都简单。优点：计算与电路都简单。缺点：近似计算。缺点：近似计算。该方法应用最广泛。该方法应用最广泛。例例2 28 8 多电压等级网络的标幺值等值电路多电压等级网络的标幺值等值电路第81页/共83页优点优点：1）易于比较电力系元件特性与参数。2）简化计算公式。3）简化计算工作。缺点缺点：1）没有量纲，物理概念不明确。标幺制的特点标幺制的特点第82页/共83页2023/3/27电力系统分析 南京理工大学80783感谢您的观看！第83页/共83页