电力系统各元件的特性和数学模型优秀课件.ppt

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1、电力系统各元件的特性和数学模型5/17/20231第1页，本讲稿共42页第一节第一节 发电机组的运行特性和数学模型发电机组的运行特性和数学模型 一、隐极式发电机稳态运行时的相量图和功角特性一、隐极式发电机稳态运行时的相量图和功角特性一、隐极式发电机稳态运行时的相量图和功角特性一、隐极式发电机稳态运行时的相量图和功角特性1、相量图设发电机以滞后功率因数运行，其端电压相量为U、定子电流相量为I。由于隐极式正、交轴同步相等，在不计发电机定子绕组电阻的简化条件下，其稳态运行时的相量图就如图2-1所示。图中，空载电势相量 的正方向就是电压、电流的交袖(q轴)正方向，而滞后其 的就是相应的正轴（d轴）正方

2、向；超前U的角度就是功率角 。2、功角特性由相量图，不难推导出隐极式发电机功率和功率角 的关系即功角关系，如下所示。5/17/20232第2页，本讲稿共42页式中，如电势、电压取线电势、线电压的有效值，以kV为单位，则功率为三相功率的有效值，以MVA为单位；式中的同步电抗 则总以欧姆为单位；本书公式均采用这两点约定。5/17/20233第3页，本讲稿共42页二、隐极式发电机组的运行极限和数学模型1、运行极限发电机组的运行总受一定条件，如定子绕组温升、励磁绕组温升、原动机功率等的约束。这些约束条件决定了发电机组发出的有功、无功功率有一定的限额。可以以图解法按这些约束条件确定发电机组的运行极限。先

3、重作相量图如图2-5所示，并认为这一相量图是按发电机组的额定运行条件绘制的。然后设想图中所有相量都乘以 ，则不难发现，图中OB的长度就代表发电机的额定视在功率S，从而 等值电路5/17/20234第4页，本讲稿共42页5/17/20235第5页，本讲稿共42页（1）定子绕组温升约束。定子绕组温升取决于定子绕组电流，也就是取决于发电机的视在功率。当发电机在额定电压下运行时，这一约束条件就体现为其运行点不得超出以O为圆心、以OB为半径所作的圆弧S。(2)励磁绕组温升约束。励碰绕组温升取决于励磁绕组电流，也就是取决于发电机的空载电势。这一约束条件体现为发电机的空载电势不得大于其额定值 ，也就是其运行

4、点不得超出以O为圆心、OB为半径所作的圆弧F。(3)原动机功率约束。原动机的额定功率往往就等于它所配套的发电机的额定有功功率。因此，这一约束条件就体现为经B点所作与横袖平行的直线BC。(4)其它约束。其它约束出现在发电机以超前功率因数运行的场合。它们有定子端部温升、并列运行稳定性等的约束。其中，定子端部温升的约束往往最为苛刻，而这一约束条件通常都需通过试验确定，并在发电机的运行规范中给出，图中的虚线T只是一种示意，它通常在发电机运行规范书中规定。5/17/20236第6页，本讲稿共42页归纳以上分析可见，隐极式发电机组的运行极限就体现为图中曲线段OA、AB、BC和虚线T所包围的面积。发电机发出

5、有功、无功功率所对应的运行点位于这一面积内时，发电机组可保证安全运行。由此又可见，发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时，视在功率才能达额定值，其容量才能最充分地利用；发电机发出的有功功率小于额定值时，它所发出的无功功率允许略大于额定条件下的无功功率。发电机的最大有功功率=？额定有功功率发电机的最大无功功率=？额定无功功率发电机的最大视在功率=？额定视在功率发电机的输出功率能否满足负荷的需求？5/17/20237第7页，本讲稿共42页发发发发电电电电机机机机组组组组作作作作为为为为电电电电力力力力系系系系统统统统中中中中最最最最重重重重要要要要的的的的元元元元件件件件，在在在在稳稳稳稳态

6、态态态运运运运行行行行时时时时的数学模型却极为简单。的数学模型却极为简单。的数学模型却极为简单。的数学模型却极为简单。通通通通常常常常就就就就以以以以两两两两个个个个变变变变量量量量表表表表示示示示，即即即即发发发发出出出出的的的的有有有有功功功功功功功功率率率率P P和和和和端端端端电电电电压压压压U U，或或或或者者者者发发发发出出出出的的的的有有有有功功功功功功功功率率率率P P和和和和无无无无功功功功功功功功率率率率QQ。而而而而以以以以第第第第一一一一种种种种方方方方式式式式表表表表示示示示时时时时，往往往往往往往往还还还还需需需需伴伴伴伴随随随随给给给给出出出出相相相相应应应应的的

7、的的无无无无功功功功功功功功率率率率限限限限额额额额，即即即即允允允允许许许许发发发发出出出出的的的的最最最最大大大大、最最最最小小小小无无无无功功功功功功功功率率率率。这这这这两两两两个个个个数数数数值值值值往往往往往往往往是是是是通通通通过过过过与与与与给给给给定定定定有有有有功功功功功功功功率率率率相相相相对对对对应应应应的的的的点点点点作作作作直直直直线线线线平平平平行行行行于于于于上上上上图图图图中中中中横横横横轴轴轴轴时时时时，该直线与该直线与该直线与该直线与ABAB、虚线、虚线、虚线、虚线T T相交的交点所对应的无功功率。相交的交点所对应的无功功率。相交的交点所对应的无功功率。相

8、交的交点所对应的无功功率。2、数学模型5/17/20238第8页，本讲稿共42页第二节第二节 变压器的参数和数学模型变压器的参数和数学模型一、双绕组变压器的参数和数学模型变压器的等值电路有两种，即 型等值电路和T型等值电路。在电力系统计算中，双绕组变压器的近似等值电路常将励磁支路前移到电源侧，即通常用 型等值电路。在这个等值电路中，一般将变压器二次绕组的电阻和漏抗折算到一次绕组侧并和一次绕组的电阻和漏抗合并，用等值阻抗RT+jXT来表示。这种等值电路如图所示 5/17/20239第9页，本讲稿共42页空载实验与短路实验短路额定电流空载开路额定电压空载电流短路电压5/17/202310第10页，

9、本讲稿共42页5/17/202311第11页，本讲稿共42页5/17/202312第12页，本讲稿共42页计计计计算算算算三三三三绕绕绕绕组组组组变变变变压压压压器器器器各各各各绕绕绕绕组组组组阻阻阻阻抗抗抗抗的的的的方方方方法法法法虽虽虽虽与与与与计计计计算算算算双双双双绕绕绕绕组组组组变变变变压压压压器器器器时时时时没没没没有有有有本本本本质质质质区区区区别别别别，但但但但由由由由于于于于三三三三绕绕绕绕组组组组变变变变压压压压器器器器各各各各绕绕绕绕组组组组的的的的容容容容量量量量比比比比有有有有不不不不同同同同组组组组合合合合，而而而而各各各各绕绕绕绕组组组组在在在在铁铁铁铁芯芯芯芯上

10、上上上的的的的排排排排列列列列又又又又有有有有不不不不同同同同方方方方式式式式，计计计计算算算算时时时时需需需需注注注注意意意意。参参参参见见见见教教教教材材材材3737页页页页式式式式2-102-10至至至至2-152-15。计计计计算算算算导导导导纳纳纳纳的的的的方方方方法法法法和和和和求求求求取取取取双双双双绕绕绕绕组组组组变变变变压压压压器器器器导导导导纳纳纳纳的方法相同。的方法相同。的方法相同。的方法相同。二、三绕组变压器的参数和数学模型 三绕组变压器的等值电路5/17/202313第13页，本讲稿共42页两个绕组作短路实验INUk12最小容量绕组的额定电流Pk12空载实验同双绕组变

11、压器，实验参数及导纳的计算都相同5/17/202314第14页，本讲稿共42页三侧绕组容量相同时5/17/202315第15页，本讲稿共42页三侧绕组容量不相同时，变压器的额定容量为最大容量绕组（高压侧）的额定容量。而短路实验按照最小容量绕组的额定电流进行，而不是按变压器的额定电流进行。因此首先需要将该短路损耗归算至按变压器额定容量进行短路实验时的值。由于绕组额定电流与其额定容量成正比，而短路损耗与电流的平方成正比，短路电压与电流成正比。如果考虑高中低三侧对应为、，则归算方法为：不同于书不同于书5/17/202316第16页，本讲稿共42页按照新标准，制造厂只提供一个最大短路损耗Pkmax，即

12、对两个容量都是100%的绕组进行短路实验，相应测得这两个绕组的短路损耗。则其中任何一个绕组的短路损耗都为Pkmax/2，对应绕组的电阻为按照等电流密度选择导线截面积，以及容量正比与电流、电阻与截面积成反比的关系，可以确定第三绕组的电阻。实际中，三绕组变压器某侧绕组的容量可能小于SN/2，即三绕组变压器可能有比型以外的类型。重庆陈家桥500kV变压器容量比：750/750/240MVA5/17/202317第17页，本讲稿共42页三、自耦变压器的参数和数学模型 就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压器，如图所示。而自耦变压器的短路试验又和普通的变压器相同。厂家提供的实验参数也同于普通变压

13、器，故自耦变压器参数的确定也和普通变压器相同。需要说明的是自耦变压器第三绕组的容量总小于变压器的额定容量。从结构来讲，自耦变压器1、2侧绕组的中性点为同一点，实际上，2侧绕组就相当于1侧绕组的一种抽头。自耦变压器普通三绕组变压器高1中2低35/17/202318第18页，本讲稿共42页自耦变压器 等值普通变压器三绕组变压器的结构与漏抗之间的关系：两种结构，即升压型与降压型。高压绕组始终在最外层。对升压型，中压绕组靠近铁芯，低压绕组在中间；对降压型，低压绕组靠近铁芯，中压绕组在中间；绕组间距离越远，漏抗越大。按照公式，三绕组三侧阻抗的计算，可能有一侧的阻抗很小，甚至为负，这只是计算结果，并不意味

14、着有容性漏抗或者负电阻。通常可以处理为0。5/17/202319第19页，本讲稿共42页三绕组参数计算算例5/17/202320第20页，本讲稿共42页第三节第三节 电力线路的参数和数学模型电力线路的参数和数学模型电力线路可分架空线路和电缆线路两类电力线路可分架空线路和电缆线路两类电力线路可分架空线路和电缆线路两类电力线路可分架空线路和电缆线路两类架架架架空空空空线线线线路路路路由由由由导导导导线线线线、避避避避雷雷雷雷线线线线、杆杆杆杆塔塔塔塔、绝绝绝绝缘缘缘缘子子子子和和和和金金金金具具具具等等等等构构构构成成成成。他他他他们们们们的的的的作作作作用用用用为：为：为：为：导线：传输电能。导

15、线：传输电能。导线：传输电能。导线：传输电能。避雷线：将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。避雷线：将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。避雷线：将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。避雷线：将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。杆塔：支持导线和避雷线杆塔：支持导线和避雷线杆塔：支持导线和避雷线杆塔：支持导线和避雷线 绝缘子：使导线和杆塔间保持绝缘绝缘子：使导线和杆塔间保持绝缘绝缘子：使导线和杆塔间保持绝缘绝缘子：使导线和杆塔间保持绝缘 金具：支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。金具：支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。金具：支持、接续、保护导线和避雷线，连接和

16、保护绝缘子。金具：支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。电缆线路由导线、绝缘层、包护层等构成。它们的作用为：电缆线路由导线、绝缘层、包护层等构成。它们的作用为：电缆线路由导线、绝缘层、包护层等构成。它们的作用为：电缆线路由导线、绝缘层、包护层等构成。它们的作用为：导线：传输电能。导线：传输电能。导线：传输电能。导线：传输电能。绝缘层：使导线与导线、导线与包护层隔绝。绝缘层：使导线与导线、导线与包护层隔绝。绝缘层：使导线与导线、导线与包护层隔绝。绝缘层：使导线与导线、导线与包护层隔绝。包护层：保护绝缘层，并由防止绝缘油外溢的作用包护层：保护绝缘层，并由防止绝缘油外溢的作用包护层：保护绝

17、缘层，并由防止绝缘油外溢的作用包护层：保护绝缘层，并由防止绝缘油外溢的作用一、电力线路结构简述5/17/202321第21页，本讲稿共42页架架架架空空空空线线线线路路路路：导导导导线线线线主主主主要要要要由由由由铝铝铝铝、钢钢钢钢、铜铜铜铜等等等等材材材材料料料料制制制制成成成成，在在在在持持持持殊殊殊殊条条条条件件件件下下下下也也也也使使使使用用用用铝铝铝铝合合合合金金金金。避避避避雷雷雷雷线线线线则则则则一一一一般般般般用用用用多多多多股股股股钢钢钢钢导导导导线线线线（GJ-50)GJ-50)。导导导导线线线线和和和和避避避避雷雷雷雷线线线线的的的的材材材材料料料料标标标标号号号号以以以

18、以不不不不同同同同的的的的拉拉拉拉丁丁丁丁字字字字母母母母表表表表示示示示，如如如如铝铝铝铝表表表表示示示示为为为为L L、钢钢钢钢表表表表示示示示为为为为GG、铜铜铜铜表表表表示示示示为为为为T T、铝铝铝铝合合合合金金金金表表表表示示示示为为为为HLHL。由由由由于于于于多多多多股股股股线线线线优优优优于于于于单单单单胜胜胜胜线线线线，架架架架空空空空线线线线路路路路多多多多半半半半采采采采用用用用绞绞绞绞合合合合的的的的多多多多段段段段导导导导线线线线。多多多多股股股股导导导导线线线线的的的的标标标标号号号号为为为为J J。其其其其标标标标号号号号后后后后的的的的数数数数字字字字总总总总

19、是是是是代代代代表表表表主主主主要要要要载载载载流流流流部部部部分分分分(并并并并非非非非整整整整根根根根导导导导线线线线)额额额额定定定定截截截截面面面面积积积积的的的的数数数数值值值值(mm(mm2 2):LGJ-400/50):LGJ-400/50。当当当当线线线线路路路路电电电电压压压压超超超超过过过过220kV220kV时时时时，为为为为减减减减小小小小电电电电晕晕晕晕损损损损耗耗耗耗或或或或线线线线路路路路电电电电抗抗抗抗，常常常常需需需需采采采采用用用用直直直直径径径径很很很很大大大大的的的的导导导导线线线线。但但但但就就就就载载载载流流流流容容容容量量量量而而而而言言言言，却却

20、却却 又又又又 不不不不 必必必必 采采采采 用用用用 如如如如 此此此此 大大大大 的的的的 截截截截 面面面面 积积积积。较较较较 理理理理 想想想想 的的的的 方方方方 案案案案 是是是是 采采采采 用用用用 扩扩扩扩 径径径径 导导导导 线线线线（LGJKLGJK）或或或或分分分分裂裂裂裂导导导导线线线线。扩扩扩扩径径径径导导导导线线线线是是是是人人人人为为为为地地地地扩扩扩扩大大大大导导导导线线线线直直直直径径径径，但但但但又又又又不不不不增增增增大大大大载载载载流流流流部部部部分分分分截截截截面面面面积积积积的的的的导导导导线线线线。分分分分裂裂裂裂导导导导线线线线，又又又又称称称

21、称复复复复导导导导线线线线，就就就就是是是是将将将将每每每每相相相相导导导导线线线线分分分分成成成成若干根相互间保持一定距离若干根相互间保持一定距离若干根相互间保持一定距离若干根相互间保持一定距离(2(2 LGJ-400/50)LGJ-400/50)电电电电缆缆缆缆线线线线路路路路的的的的造造造造价价价价较较较较架架架架空空空空线线线线路路路路高高高高，电电电电压压压压愈愈愈愈高高高高，价价价价差差差差越越越越大大大大，但但但但电电电电缆缆缆缆线线线线路路路路有有有有其其其其优优优优点点点点，如如如如不不不不需需需需在在在在地地地地面面面面上上上上架架架架设设设设杆杆杆杆塔塔塔塔，极极极极少少

22、少少受受受受外外外外力力力力破破破破坏坏坏坏；对对对对人人人人身身身身较较较较安安安安全全全全等等等等等等等等。因因因因此此此此，在在在在大大大大城城城城市市市市、川川川川过过过过江江江江河河河河、海海海海峡峡峡峡时时时时，往往用电缆线路。往往用电缆线路。往往用电缆线路。往往用电缆线路。5/17/202322第22页，本讲稿共42页第三节第三节 电力线路的参数和数学模型电力线路的参数和数学模型架架架架空空空空线线线线路路路路一一一一般般般般有有有有电电电电阻阻阻阻、电电电电抗抗抗抗、电电电电导导导导、电电电电纳纳纳纳四四四四个个个个参参参参数数数数。下下下下面面面面分分分分别别别别讨讨讨讨论论

23、论论有有有有色色色色金金金金属属属属导导导导线线线线阻阻阻阻抗抗抗抗的的的的确确确确定定定定方方方方法法法法，下下下下一一一一节节节节讨论导纳。讨论导纳。讨论导纳。讨论导纳。二、电力线路的阻抗在电力系统计算中，导线材料的电阻率采用下列数值：铝为315 、铜为188 ，它们略大于这些材料的直流电阻率。1 1、单单单单位位位位长长长长度度度度的电阻的电阻的电阻的电阻5/17/202323第23页，本讲稿共42页计算中采用的电阻率略大于这些材料的直流电阻率，其原因是：通过导线的是三相工频交流电流，而由于集肤效应，交流电阻比直流电阻略大；且由于多股绞线的扭绞，导体实际长度比导线长度长23；在制造中，导

24、线的实际截面积比标称截面积略小。工程计算中，也可以直接从手册中查出各种导线的电阻值。按上式计算所得或从手册查得的电阻值，都是指温度为20c时的值，在要求较高精度时，不同温度时的电阻值可按下式计算：5/17/202324第24页，本讲稿共42页2 2、电电电电抗抗抗抗：电电电电力力力力线线线线路路路路电电电电抗抗抗抗是是是是由由由由于于于于导导导导线线线线中中中中有有有有电电电电流流流流通通通通过过过过时时时时，在在在在导导导导线线线线周周周周围围围围产产产产生生生生磁磁磁磁场场场场而而而而形形形形成成成成的的的的。当当当当三三三三相相相相线线线线路路路路对对对对称称称称排排排排列列列列或或或或

25、不不不不对对对对称称称称排排排排列列列列经经经经完完完完整整整整换换换换位位位位后后后后，每每每每相相相相导导导导线线线线单单单单位位位位长长长长度度度度电电电电抗抗抗抗可可可可按按按按以以以以下公式计算：下公式计算：下公式计算：下公式计算：5/17/202325第25页，本讲稿共42页分裂导线的单位长度电抗。分裂导线的每相导线由多根导线组成，各分导线布置在正多边形的顶点。由于分裂导线改变了导线周围的磁场分布，从而减小了导线的电抗，其计算公式为：5/17/202326第26页，本讲稿共42页由分裂导线等值半径的计算公式可见：分裂的根数越多，电抗下降也越多。但分裂根数超过三四根时，电抗下降逐渐减

26、缓，所以实际应用中分裂根数一般不超过四根。与单根导线相同，分裂导线的几何均距、等值半径与电抗成对数关系，其电抗主要与分裂的根数有关，当分裂根数为 2、3、4根时，每公里电抗分别为0.33、0.32、0.28欧姆/公里左右。5/17/202327第27页，本讲稿共42页 三、电力线路的导纳1、电导架空输电线路的电导是用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗的一种参数。一般线路绝缘良好，泄漏电流很小，可以将它忽略，主要是考虑电晕现象引起的功率损耗。所谓电晕现象，就是架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导体附近的空气游离而产生局部放电的现象。在设计时，对200

27、kV以下的线路通常按避免电晕损耗的条件选择导线半径；对200kV及以上的线路，为了减少电晕损耗!常常采用分裂导线来增大每相的等值半径，特殊情况下也采用扩径导线。由于这些原因，在一般的电力系统计算中可以忽略电晕损耗。5/17/202328第28页，本讲稿共42页临界电压m1:线路表面粗糙系数m2:气象系数:空气相对密度5/17/202329第29页，本讲稿共42页 2、电纳在输电线路中，导线之间和导线对地都存在电容，当交流电源加在线路上时随着电容的充放电就产生了电流，这就是输电线路的充电电流或空载电流。反映电容效应的参数就是电纳。三相对称排列或经整循环换位后输电线路单位长度电纳可按以下公式计算：

28、（1）单导线单位长度电纳为式中 代表的是几何均距和导线半径，显然由于电纳与几何均距、导线半径也有对数关系，所以架空线路的电纳变化也不大，其值一般在 2.815e-6 S/km左右。5/17/202330第30页，本讲稿共42页 采用分裂导线由于改变了导线周围的电场分布，等效地增大了导线半径，从而增大了每相导线的电纳。式中 为分裂导线的等值半径。当每相分裂根数分别为2、3、4根时，每公里电纳约分别为3.4e-6、3.8e-6、4.1e-6 S/km。(2)分裂导线单位长度电纳为5/17/202331第31页，本讲稿共42页四、电力线路的数学模型1、一般线路的等值电路所谓一般线路，指中等及中等以下

29、长度线路。对架空线路，这长度大约为300km；对电缆线路，大约为100km。线路长度不超过这些数值时，可不考虑它们的分布参数特性，而只用将线路参数简单地集中起来的电路来表示。在电力系统稳态分析中的电力线路模型即可用全线路每相的总电阻、电抗、电纳、电导表示它们的等值电路。等值电路图如图所示：中等长度线路的等值电路 架空：100300km电缆：100km短路线路的等值电路（100km,架空）5/17/202332第32页，本讲稿共42页2 2、长线路的等值电路、长线路的等值电路、长线路的等值电路、长线路的等值电路在在在在工工工工程程程程计计计计算算算算中中中中，既既既既要要要要保保保保证证证证必必

30、必必要要要要的的的的精精精精度度度度，又又又又要要要要尽尽尽尽可可可可能能能能的的的的简简简简化化化化计计计计算算算算。采采采采用用用用近近近近似似似似参参参参数数数数时时时时，长长长长度度度度不不不不超超超超过过过过300km300km的的的的架架架架空空空空线线线线路路路路和和和和不不不不超超超超过过过过100km100km的的的的电电电电缆缆缆缆线线线线路路路路可可可可用用用用一一一一个个个个型型型型电电电电路路路路来来来来代代代代替替替替，对对对对于于于于更更更更长长长长的的的的线线线线路路路路，则则则则可可可可用用用用串串串串级级级级联联联联接接接接的的的的多多多多个个个个型型型型电

31、电电电路路路路来来来来模模模模拟拟拟拟，每每每每一一一一个个个个型型型型电电电电路路路路代代代代替替替替长长长长度度度度为为为为200300km200300km的的的的一一一一段段段段线线线线路路路路。采采采采用用用用修修修修正正正正参参参参数数数数时时时时，一一一一个个个个型型型型电电电电路路路路还还还还可可可可用用用用来来来来代代代代替替替替500600km500600km长长长长的的的的线线线线路路路路。还还还还须须须须指指指指出出出出，这这这这里里里里所所所所讲讲讲讲的处理方法仅适用于工频下的稳态计算。的处理方法仅适用于工频下的稳态计算。的处理方法仅适用于工频下的稳态计算。的处理方法仅

32、适用于工频下的稳态计算。长线路的等值电路 5/17/202333第33页，本讲稿共42页2 2、波阻抗和自然功率、波阻抗和自然功率、波阻抗和自然功率、波阻抗和自然功率长长长长线线线线路路路路或或或或分分分分布布布布参参参参数数数数电电电电路路路路的的的的特特特特性性性性阻阻阻阻抗抗抗抗相相相相传传传传播播播播系系系系数数数数是是是是两两两两个个个个很很很很有有有有用用用用的的的的概概概概念念念念，它它它它们们们们常常常常被被被被用用用用以以以以估估估估计计计计超超超超高高高高压压压压线线线线路路路路的的的的运运运运行行行行待待待待性性性性。而而而而由由由由于于于于超超超超高高高高压压压压线线线

33、线路路路路的的的的电电电电阻阻阻阻往往往往往往往往远远远远小小小小于于于于电电电电抗抗抗抗，而而而而电电电电导导导导又又又又可可可可略略略略去去去去下下下下计计计计。就就就就相相相相当当当当于于于于线线线线路路路路可可可可忽忽忽忽略略略略电电电电阻阻阻阻，传传传传输输输输功功功功率率率率时时时时没没没没有有有有有有有有功功功功功功功功率率率率损损损损耗耗耗耗，而而而而对对对对于于于于这这这这种种种种“无无无无损损损损耗耗耗耗”线线线线路路路路，特特特特性性性性阻阻阻阻抗抗抗抗和和和和传传传传播播播播系系系系数数数数将将将将分分分分别别别别具具具具有有有有如如如如下下下下形形形形式式式式。可可可

34、可见见见见特特特特性性性性阻阻阻阻抗抗抗抗为为为为纯纯纯纯电电电电阻阻阻阻，称称称称为为为为波波波波阻阻阻阻抗抗抗抗，传传传传播播播播系系系系数数数数仅仅仅仅有有有有一一一一个个个个虚虚虚虚部部部部，称相位系数。称相位系数。称相位系数。称相位系数。与与与与波波波波阻阻阻阻抗抗抗抗密密密密切切切切相相相相关关关关的的的的另另另另一一一一概概概概念念念念是是是是自自自自然然然然功功功功率率率率，也也也也称称称称波波波波阻阻阻阻抗抗抗抗负负负负荷荷荷荷。所所所所谓谓谓谓自自自自然然然然功功功功率率率率，是是是是指指指指负负负负荷荷荷荷阻阻阻阻抗抗抗抗为为为为波波波波阻阻阻阻抗抗抗抗时时时时，该该该该

35、负负负负荷荷荷荷所所所所消消消消耗耗耗耗的的的的功功功功率率率率。由由由由于于于于这这这这时时时时的阻抗为纯电阻，相应的自然功率显然为纯有功功率。的阻抗为纯电阻，相应的自然功率显然为纯有功功率。的阻抗为纯电阻，相应的自然功率显然为纯有功功率。的阻抗为纯电阻，相应的自然功率显然为纯有功功率。5/17/202334第34页，本讲稿共42页电电电电力力力力线线线线路路路路的的的的波波波波阻阻阻阻抗抗抗抗变变变变动动动动幅幅幅幅度度度度不不不不大大大大，单单单单导导导导线线线线架架架架空空空空线线线线路路路路约约约约为为为为385415385415欧欧欧欧姆姆姆姆；两两两两分分分分裂裂裂裂导导导导线线

36、线线约约约约为为为为285305285305欧欧欧欧姆姆姆姆；三三三三分分分分裂裂裂裂导导导导线线线线约约约约为为为为275285275285欧欧欧欧姆姆姆姆；四四四四分分分分裂裂裂裂导导导导线线线线约约约约为为为为255265255265欧欧欧欧姆姆姆姆；电电电电缆缆缆缆线线线线路路路路则则则则小小小小得得得得多多多多，仅仅仅仅为为为为30503050欧欧欧欧姆姆姆姆。于于于于是是是是，如如如如220kV220kV线线线线路路路路采采采采用用用用单单单单导导导导线线线线，波波波波阻阻阻阻抗抗抗抗为为为为400400欧欧欧欧姆姆姆姆，则则则则自自自自然然然然功功功功率率率率约约约约为为为为12

37、0MW120MW；500kV500kV线线线线路路路路采采采采用用用用四四四四分分分分裂裂裂裂导导导导线线线线，波波波波阻阻阻阻抗抗抗抗为为为为260260欧欧欧欧姆姆姆姆，则则则则自自自自然然然然功功功功率率率率约为约为约为约为1000MW1000MW。当当当当线线线线路路路路传传传传输输输输功功功功率率率率等等等等于于于于自自自自然然然然功功功功率率率率时时时时，线线线线路路路路始始始始末末末末端端端端电电电电压压压压近近近近似似似似相相相相等等等等；输输输输送送送送功功功功率率率率大大大大于于于于自自自自然然然然功功功功率率率率时时时时，线线线线路路路路末末末末端端端端电电电电压压压压将

38、将将将低低低低于于于于始始始始端端端端；反反反反之之之之，小小小小于于于于自自自自然然然然功功功功率率率率时时时时，末末末末端端端端电电电电压压压压将将将将高高高高于于于于始始始始端端端端。由由由由此此此此，可可可可根根根根据据据据线线线线路路路路传传传传输输输输功功功功率率率率估估估估计计计计线线线线路路路路始始始始末末末末端端端端电电电电压的大小变化。压的大小变化。压的大小变化。压的大小变化。5/17/202335第35页，本讲稿共42页1 1、电力系统的负荷、电力系统的负荷、电力系统的负荷、电力系统的负荷电电电电力力力力系系系系统统统统的的的的总总总总负负负负荷荷荷荷就就就就是是是是系系

39、系系统统统统中中中中干干干干万万万万个个个个用用用用电电电电设设设设备备备备消消消消耗耗耗耗功功功功率率率率的的的的总总总总和。和。和。和。将将将将同同同同一一一一时时时时刻刻刻刻的的的的工工工工业业业业、农农农农业业业业、邮邮邮邮电电电电、交交交交通通通通、市市市市政政政政、商商商商业业业业以以以以及及及及城城城城乡乡乡乡居居居居民民民民所所所所消消消消耗耗耗耗的的的的功功功功率率率率相相相相加加加加，就就就就可可可可得得得得所所所所谓谓谓谓电电电电力力力力系系系系统统统统的的的的综综综综合合合合用用用用电电电电负负负负荷荷荷荷。设设设设各用电设备的同时系数为各用电设备的同时系数为各用电设备

40、的同时系数为各用电设备的同时系数为k k，则，则，则，则综综综综合合合合用用用用电电电电负负负负荷荷荷荷加加加加网网网网络络络络中中中中损损损损耗耗耗耗的的的的功功功功率率率率就就就就是是是是系系系系统统统统中中中中各各各各发发发发电电电电厂厂厂厂供供供供应应应应的功率，因而称电力系统的供电负荷。的功率，因而称电力系统的供电负荷。的功率，因而称电力系统的供电负荷。的功率，因而称电力系统的供电负荷。供供供供电电电电负负负负荷荷荷荷再再再再加加加加各各各各发发发发电电电电厂厂厂厂本本本本身身身身消消消消耗耗耗耗的的的的功功功功率率率率厂厂厂厂用用用用电电电电，就就就就是是是是系系系系统统统统中中中

41、中各各各各发电机应发的功率，称电力系统的发电负荷。发电机应发的功率，称电力系统的发电负荷。发电机应发的功率，称电力系统的发电负荷。发电机应发的功率，称电力系统的发电负荷。第四节第四节 负荷的运行特性和数学模型负荷的运行特性和数学模型一、负荷和负荷曲线5/17/202336第36页，本讲稿共42页2 2、负荷曲线、负荷曲线、负荷曲线、负荷曲线负荷曲线反映了某负荷曲线反映了某负荷曲线反映了某负荷曲线反映了某一时间段内负荷随一时间段内负荷随一时间段内负荷随一时间段内负荷随时间而变化的规律。时间而变化的规律。时间而变化的规律。时间而变化的规律。按负荷种类分，可按负荷种类分，可按负荷种类分，可按负荷种类

42、分，可分为有功功率负荷分为有功功率负荷分为有功功率负荷分为有功功率负荷和无功功率负荷曲和无功功率负荷曲和无功功率负荷曲和无功功率负荷曲线；按时间段长短线；按时间段长短线；按时间段长短线；按时间段长短分，可分为日负荷分，可分为日负荷分，可分为日负荷分，可分为日负荷和年负荷曲线；按和年负荷曲线；按和年负荷曲线；按和年负荷曲线；按计量地点分，可分计量地点分，可分计量地点分，可分计量地点分，可分为个别用户、电力为个别用户、电力为个别用户、电力为个别用户、电力线路、变电所、发线路、变电所、发线路、变电所、发线路、变电所、发电厂乃至整个系统电厂乃至整个系统电厂乃至整个系统电厂乃至整个系统的负荷曲线。的负荷

43、曲线。的负荷曲线。的负荷曲线。5/17/202337第37页，本讲稿共42页将上述三种特征相组合，就确定某种特定的负荷曲续例将上述三种特征相组合，就确定某种特定的负荷曲续例将上述三种特征相组合，就确定某种特定的负荷曲续例将上述三种特征相组合，就确定某种特定的负荷曲续例如，电力系统的有功功率日负荷曲线（图如，电力系统的有功功率日负荷曲线（图如，电力系统的有功功率日负荷曲线（图如，电力系统的有功功率日负荷曲线（图2-432-43）。为掌握）。为掌握）。为掌握）。为掌握电力系统的运行，这种负荷曲线很有用，因为它是制定各电力系统的运行，这种负荷曲线很有用，因为它是制定各电力系统的运行，这种负荷曲线很有

44、用，因为它是制定各电力系统的运行，这种负荷曲线很有用，因为它是制定各发电厂发电负荷计划的依据。发电厂发电负荷计划的依据。发电厂发电负荷计划的依据。发电厂发电负荷计划的依据。虽然电力系统有功功率日负荷曲线的最大、最小值虽然电力系统有功功率日负荷曲线的最大、最小值虽然电力系统有功功率日负荷曲线的最大、最小值虽然电力系统有功功率日负荷曲线的最大、最小值之差之差之差之差(即所谓峰谷差即所谓峰谷差即所谓峰谷差即所谓峰谷差)并不很大，但个别行业的这种并不很大，但个别行业的这种并不很大，但个别行业的这种并不很大，但个别行业的这种负荷曲线却可能有很大的峰谷差。这是因为负荷随负荷曲线却可能有很大的峰谷差。这是因

45、为负荷随负荷曲线却可能有很大的峰谷差。这是因为负荷随负荷曲线却可能有很大的峰谷差。这是因为负荷随时间而变化的规律取决于行业的生产制度。时间而变化的规律取决于行业的生产制度。时间而变化的规律取决于行业的生产制度。时间而变化的规律取决于行业的生产制度。5/17/202338第38页，本讲稿共42页1、负荷的静态特性负荷特性是指负荷功率随负荷端电压或系统频率变化而变化的的规律，因而有电压特性和频率特性之分。它们又都可进一步分解为静态特性和动态特性两类。前者值电压或频率变化后进入稳态势负荷功率于电压或频率的关系；后者值电压或频率急剧变化过程中负荷功率于电压或频率的关系。显然，由于负荷有功功率和无功功率的变化规律不同，负荷特性还应分有功功率特性和无功功率特性两种。将上述三种特性相结合，就确定了某一种特定的负荷特性，例如，无功功率静态电压特性，有功功率静态频率特性。5/17/202339第39页，本讲稿共42页几种工业负荷的静态电压特性(a)综合型中小工业(b)石油工业(c)化学工业(d)钢铁工业5/17/202340第40页，本讲稿共42页几种工业负荷的静态频率特性(a)综合型中小工业(b)石油工业(c)化学工业(d)钢铁工业5/17/202341第41页，本讲稿共42页工业城市综合负荷静态特性(a)静态电压特性(b)静态频率特性5/17/202342第42页，本讲稿共42页