电力系统分析课件讲义(何仰赞章)

超导体闭合回路磁链守恒原理
什么是磁链？
磁场交链线圈回路的多少就是磁链
磁链表达： Li N
变化的磁链引起感应电势 e d
dt
运动电势：由于磁场运动在线圈中引起的电势 变压器电势：磁场不动但磁场大小（If变化）变化而
在线圈中引起的电势 自感电势：线圈本身的电流变化在线圈中引起的电势
第二节 同步发电机突然三相短路 后的物理过程及短路电流近似分析
影响电力系统动态特性的最主要元件是同步发 电机，不充分了解同步发电机的特性，谈论电力系统 的特性是完全无意义的。
————关根泰次
本节在实测的短路电流波形基础上，应用同步发电机的双反 应原理和超导回路的磁链守恒原理，对短路后的物理过程和短 路电流的表达式作近似分析。
110kV
k
10.5kV
S
100km X0=0.4Ω/km
STN =50MVA UK%=10.5
PGN=40MW cosф=0.8 X”d=0.25
第一节 短路的一般概念
假设：
（1） 忽略磁路饱和、磁滞、涡流等的影响 （2）电机转子的结构分别相对于直轴和交轴对称 （3）定子的三相绕组的空间位置互差120电角度，在结构上 完全相同，它们均在气隙中产生正弦分布的磁动势。 （4）电机空载、转子恒速旋转时，转子绕组的磁动势在定子 绕组所感应的空载电动势是时间的正弦函数 （5）定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感
第一节 短路的一般概念
二、短路计算的作用和若干简化假设
作用：
（1）选择电气设备 （2）合理配置继电保护和自动装置并正确整定其参数 （3）在设计电力系统电气主接线时，确定是否需要采取限制 短路电流的措施 （4）进行暂态稳定计算、研究短路对用户工作的影响

交流：500kV,220kV,110kV,35kV,10kV 直流： ±500kV • 西北地区： 750kV,330kV,220kV,10kV,35kV,10kV
电力系统分析(1)
2.中国电力工业的现状与展望
(4)缺电问题与城乡电网改造 1970年以来出现缺电问题 1998年低用电水平下的电力平衡。 电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因
• 二次绕组：一般1.1UN，短路电压较小的 变压器或直接与用户相连时可为1.05UN。
电力系统分析(1)
用线电压表示的抽头额定电压
？
220kV
升压变压器
降压变压器
电力系统分析(1)
各级电压架空线路的输送能力
电力系统分析(1)
典型例题 : ( 1)确定各设备额定电压;(2)若T1工作于+2.5% 抽头, T2工作于主抽头,T3工作于-5%抽头,求各个变压器变 比.
t2
Tmax
t3 8760 t
电力系统分析(1)
表1-2 各类用户的年最大负荷利用小时数
负荷类型
户内照明及生活用电 一班制企业用电 二班制企业用电 三班制企业用电 农灌用电
Tmax/h
2000~3000 1500~2200 3000~4500 6000~7000 1000~1500
A=PmaxTmax
电力系统
发电 输送-- 分配
用户
发电机 变压器--输电线路 用电设备
电网
电力系统分析(1)
1-1 电力系统及其发 展
电力系统分析(1)
电力系统分析(1)
1-1 电力系统及其发 展 • 电力系统的组成
（1）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。

频率调整的方法与策略
频率调整的方法
电力系统频率的调整可以通过改变发电机的出力、投切负荷、投切发电机组等方法实现。
频率调整的策略
频率调整的策略包括基于频率偏差的调整、基于负荷预测的调整、基于经济性的调整等。 这些策略各有优缺点，应根据电力系统的实际情况选择合适的策略。
频率调整的自动化
为了实现快速、准确的频率调整，需要建立自动化的频率调整系统。该系统可以根据实时 监测到的频率值，自动调整发电机的出力或投切负荷，以维持频率稳定。
电力系统的组成
电源
包括发电厂、小型发电装置等，负责将各种 一次能源转换为电能。
负荷
各种用电设备，消耗电能并转换为其他形式 的能量。
电网由各种电压等级的输电线路和电线路组成 的网络，负责传输和分配电能。
电力系统的运行和管理
通过调度中心等机构对电力系统的运行进行 管理和控制。
电力系统的基本参数
电压
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
电力系统的运行状态
01
02
03
正常运行状态
电力系统在正常条件下运 行，满足负荷需求，各项 参数在规定范围内。
异常运行状态
由于某些原因导致电力系 统部分设备异常运行，但 仍能满足基本需求。
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
电力系统无功功率平衡
无功功率平衡的概念
无功功率平衡是电力系统稳定运行的重要条件，它确保了系统中 的无功电源和无功负荷之间的平衡。
无功功率不平衡的影响
无功功率不平衡会导致电压波动、系统稳定性降低、设备过热等问 题，影响电力系统的正常运行。

❖Z '精 Z确c 型sinh rl
Y ' 根1据双2c端os口hr网l 络1理 si论nh可rl得：
Z’
Zc sinh rl
其中：
Y’/2
Y’/2
Zc z1 / y1 称线路特性阻抗
r z1 y1 称线路传播特性
31
第31页/共210页
❖简化型
kr
1
x1b1
l3 3
kx
1 x1b1
r12b1 x1
第28页/共210页
6. 对于分裂导线在第一步时做些改变
Er
km
Q
2r
km n
U r ln Dm
req
km
1 2n 1 r
d
sin
n
实际上，在设计线路时，已检验了所选
导线的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的
要求，一般情况下可设 29 第29页/共210页
四.电力线路的数学模型
电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导 来表示线路的等值电路。
• 总装机容量——指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千 瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。
2
第2页/共210页
一．基本概念
• 年发电量——指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦 时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。
• 最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦 （KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。
Uk %
3I N XT 100 UN
XT
UN
Uk
%
Uk
%U
2 N
3I N 100 100S N

受发电机进相运行时的静态稳定约束的限制
第37页/共83页
特点： 1. 能平滑输出或吸收无功 2.旋转设备，运行维护复杂 3.有功损耗大，满负荷时达1.5%~5%，负荷越小，比例越高 4.动态响应慢 5.投资大
故渐渐被静止无功补偿装置取代。即使安装也是大容量集中使用
第38页/共83页
特点： 1. 不能平滑调节，且只能提供，不能吸收无功 2.静止设备，运行维护简单 3.有功损耗小，为0.3%~0.5%，与容量无关 4.调节性能差，系统无功不足时出力反而小 5.投资小
第66页/共83页
频率调整的方法
电力系统频率的变化是由有 功负荷变化引起的。
系统实际的负荷可以看作由三种 具有不同变化规律的变动负荷组成
第一种负荷分量变动幅度小 （ 0.1% ～ 0.5% ） ， 变 化 周 期 短 （一般10s以内）；
第52页/共83页
ห้องสมุดไป่ตู้ 双绕组降压变压器
改变变压器变比调压
变压器阻抗归算至高压侧，由变压器变比的定义可得
最大运行方式 最小运行方式 算术平均值
校验
第53页/共83页
第54页/共83页
第55页/共83页
双绕组升压变压器
升压变压器高压绕组分接头电压的确定 方法与降压变压器相同。
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第57页/共83页
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改变变压器变比调压
普通变压器一般有两个或四个附加的分接头 如： 35±5%/6.3KV变压器：
主分接头电压为35KV， 附加分接头电压分别为35（1+5%）=36.5KV
35（1-5%）=33.25KV；
121±2×2.5%/10.5kv变压器： 主分接头电压为121KV， 附加分接头电压分别为121（1+5%）=127.05KV 121（1+2.5%）=124.025KV， 121（1-2.5%）=117.95KV， 121（1-5%）=114.95KV。

输电线路优化运行
总结词
输电线路是电力系统的重要组成部分，其优化运行对于提高电力系统的可靠性和经济性具有重要意义 。
详细描述
输电线路优化运行主要涉及对线路的路径选择、载荷分配、无功补偿等方面的优化，通过合理的规划 和管理，降低线路损耗，提高线路的输送效率和稳定性，确保电力系统的安全可靠运行。
分布式电源接入与控制
分布参数线路模型考虑线路的电感和 电容在空间上的分布，用于精确分析 长距离输电线路。
行波线路模型
行波线路模型用于描述行波在输电线 路中的传播特性，常用于雷电波分析 和继电保护。
负荷模型
负荷模型概述
静态负荷模型
负荷是电力系统中的重要组成部分，其模 型用于描述负荷的电气特性和运行特性。
静态负荷模型不考虑负荷随时间变化的情 况，只考虑负荷的恒定阻抗和电流。
电力系统分析(完整版)ppt 课件
• 电力系统概述 • 电力系统元件模型 • 电力系统稳态分析 • 电力系统暂态分析 • 电力系统优化与控制 • 电力系统保护与安全自动装置
01
电力系统概述
电力系统的定义与组成
总结词
电力系统的定义、组成和功能
详细描述
电力系统是由发电、输电、配电和用电等环节组成的，其功能是将一次能源转 换为电能，并通过输配电网络向用户提供安全、可靠、经济、优质的电能。
无功功率平衡的分析通常需要考虑系统的无功损耗、无功补偿装置的容 量和响应速度等因素。
有功功率平衡
有功功率平衡是电力系统稳态分析的 核心内容，用于确保系统中的有功电 源和有功负荷之间的平衡。
有功功率平衡的分析通常需要考虑系 统的有功损耗、有功电源的出力和负 荷的特性等因素。
有功功率不平衡会导致系统频率波动， 影响电力系统的稳定运行。因此，需 要合理配置有功电源和调节装置，以 维持系统的有功平衡。

在近似计算中，可以取架空线路的电抗为
22
第22页/共210页
3.分裂导线三相架空线路的电抗
分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效 地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。
可以证明：
x1
0.1445lg
Dm req
0.0157 n
req
n
r(d12d13 d1n )
n
rd
( n 1) m
d12d13 d1n：某根导线与其余n 1根导线间的距离
分两种情况讨论： 1) 一般线路的等值电路
一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线 为300km；对电缆为100km。
R不考r虑1l 线路X的分x布1l 参数G特性g，1l只用B将线b路1l 参数简
单地集中起来的电路表示。
30
第30页/共210页
2）长线路的等值电路
长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的 电缆。
二．负荷的参数和数学模型
• 负荷用有功功率P和无功功率Q来表示。
34
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第二节 变压器的参数和数学模型
• 双绕组变压器的参数和数学模型 • 三绕组变压器的参数和数学模型 • 自耦变压器的参数和数学模型
35
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一.双绕组变压器的参数和数学 • 模阻型抗
1. 电阻
变压器的电阻是通过变压器的短路损耗，其近
第28页/共210页
6. 对于分裂导线在第一步时做些改变
Er
km
Q
2r
km n
U r ln Dm
req
km
1 2n 1 r
d
sin
n
实际上，在设计线路时，已检验了所选

➢ 对于旋转设备，各序电流会引起不同的电磁过程， 三序阻抗总是不相等的。
10.2对称分量法在不对称故障分析中的应用
• 应用对称分量法将故障处电压分解为正序、负序、零序三 组对称分量。
• 故障网络分 解为三个独 立的序网：
• 正序网 • 负序网 • 零序网
10.2对称分量法在不对称故障分析中的应用
无阻尼绕组的水轮发电机：
x2 xd xq 1.4x 5d
（10.6） （10.7）
10.4 异步电动机的负序电抗和零序电抗
• 负序阻抗：
x2 x
（10.8）
• 零序电抗：
由于异步电动机的三相绕组通常接成三角形 或不接地的星形，无零序电流的通路，因而零 序电抗数值为无限大。
10.5 变压器的零序电抗
图10.6 YN，y接线变压器零序等值电路
10.5.1 双绕组变压器
3. YN，yn接线变压器
➢ 如果二次侧除接地的中性点外，没有其它接地点，此时零
序电抗的计算与 Y N , y 相同。
➢ 如果二次侧另外有一个接地点
x0
xI
xm0(xIIx) xm0xIIx
其中：x——为外电路接地电抗。
10.5.1 双绕组变压器
➢ 零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧：
x0
1. YN , d 接线变压器
x0
x
xII xm0 xII xm0
10.5.1 双绕组变压器 （10.9）
图10.5 YN，d接线变压器零序等值电路
2. YN , y接线变压器
x0x xm0
10.5.1 双绕组变压器 （10.10）
图10.7 YN，yn接线变压器零序等值电路
10.5.1 双绕组变压器

8
亿
千
瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。
1.1 电力系统概述
沂水站
日照 莒州站
N
W
E
S
云蒙站
阳都站
500kV 枣庄站
温水站
费县电厂
钟罗站 临沂站
沂蒙站
柳青站 临沂电厂
相公站
九莲站
宝泉站
梅埠站
苍山站
沈泉站 江泉热电 常林站
500kV 日照站
日照电厂
十里泉电厂
郯城站
临沂电网地理接线图
8760 t
最大负荷利用小时数Tmax ：即用最大负荷消耗一年的电能所
需的时间。
1.2 电力系统的负荷和负荷曲线
最大负荷利用小时数 Tmax 可用于估算常 用电力用户的全年用 电量。
负荷类型
户内照明 及生活用电
一班制企业用电
Tmax/h 2000~3000 1500~2200
W = Pmax Tmax
1.1 电力系统概述
国家电网公司
黑龙江
新疆
西藏
青海
云南
南方电网公司
内蒙古
吉林
宁夏 甘肃
山西 河北
辽宁
四川
陕西 重庆
山东
河南
江苏
湖北
安徽
上海
贵州 广西
湖南
江西
浙江
福建 广东
海南
1.1 电力Biblioteka 统概述华能集团公司华电集团公司
新疆
大唐集团公司
国家电网公司
西北电网
内蒙古
黑龙江
东北电网
吉林
国电集团公司
青海
电力投资集团公司

27
确定由于电晕产生的电导，其步骤如下： 1.确定导线表面的电场强度
U Q Er Dm 2r r ln r 其中： 空气介电常数
2.电晕起始电场强度
0.002996 b Ecr 21 .4m1m2 ， 273 t 其中：m1 粗糙系数 m2 气象系数
空气的相对密度
Dm x1 2f 4.6 lg 0.5 r 10 4 r
其中：
x1 导线单位长度的电抗（ / k m） r 导线的半径（mm或cm）
r 导线材料的相对导磁系数，对铜、铝， r 1
f 交流电频率（Hz） Dm 几何均距（mm或cm），Dm 3 Dab Dbc Dca
10
变压器的电压等级
升压变压器（例如35/121，10.5/242）
•
•
一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备， 一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压 等于发电机的额定电压； 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电， 相当于发电机，应比线路的额定电压高5%， 加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压 等于用电设备的额定电压110%。
•
12
四．电力系统中性点的运行方式
特点：供电可靠性低，比较经济；
直接接地 故障时：如发生接地故障，则构成 短路回路，接地相电流很大； 适用范围：110KV以上系统。
特点：供电可靠性高，绝缘费用高； 故障时：如发生接地故障，不必切 不接地 除接地相，但非接地相对 地电压为 相电压 适用范围：60KV以下系统 3


目的：减少电晕损耗或线路电抗。 多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一 层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推 扩径导线 人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不 同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。 分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保 持一定的距离。但会增加线路电容。

6-3 系统接线图如图6-3所示，已知各元件参数如下：kmx km l L V MVA S T x MVA S G S N d N /38.0,20:%,8,30:,14.0,60:"Ω======线路变压器发电机 试求f 点三相短路时的起始次暂态电流、冲击电流、短路电流最大有效值和短路功率的有名值。

解：kV V kV V V V MVA S B B av B B 37,5.10,,100)2()1(====即选 那么kA kA V S I B B B 56.13731003)2()2(=⨯==233.06010014.0"1=⨯===G B dG S S x X x2667.03010008.02=⨯===NB ST S S V X x（注意：变压器短路电压有两种写法：以本题为例，一种是%8=s V ，另一种是8%=s V 。

如果题目中采用第一种写法，变压器短路电抗采用公式NB ST S S V X =；如果题目中采用第二种写法，变压器短路电抗采用公式NB S T S S V X 100=。

其无论采用哪种写法主要是理解公式的含义。

以下类同。

） 555.0371002038.022)2(3=⨯⨯===B B LVS xLXx055.1555.02667.0233.0321=++=++=∑x x x x(1) 起始其暂态电流,05.1"=E 取kA kA I x EIB 5526.156.1055.105.1)2("=⨯=∙=∑“(2) 冲击电流,8.1=im k 取3-6题图kA kA I k i im im 9523.35526.18.122"=⨯⨯==(3) 短路电流最大有效值 kA kA k II im im 3443.2)18.1(215526.1)1(2122"=-⨯+⨯=-+=(4) 短路功率 MVA MVA V I S B K 5.99375526.133)2("=⨯⨯==6-5 系统接线如图6-5，已知各元件参数如下.35.0,120:;/4.0,80:%;12,90:2%,12,60:1;2.0,150:2,15.0,60:1"""==Ω====-==-==-==-LD LD S N S N d N d N x MVA S LD km x km l L V MVA S T V MVA S T x MVA S G x MVA S G 负荷线路变压器变压器发电机发电机 分别计算1f 点和2f 点发生三相短路时起始次暂态电流和冲击电流的有名值。

线电压
三相功率
S 3UI
相电流
3.
同一电压级别下各电气设备的额定电压并不完全相等。
电气设备的额定电压
1.

线路额定电压:等于系统的额定电压，与 用电设备额定电压相等，称为网络电压。 例如：3，6，10，35，110，220（kV） 电力线路的平均额定电压（不考虑电压 偏移）
Uav (UN 1.1UN ) / 2 1.05 N U
4. 变压器
一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；
与发电机直接相连时，则与发电机相同 二次侧：相当于电源，其额定电压应比系统高5%， 考虑大容量变压器内部的电压损耗（5%），实际 应定为比线路高10%。
额 定 电 压 等 级 用 电 设 备 额 定 线 电 压 3 6 10 交 流 发 电 机 线 电 压 3.15 6.3 10.5 变 压 器 线 电 压 一 次 绕 组 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 二 次 绕 组 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11


我国人均电力消费极低，中国电力工业有很大的发 展空间
（5）中国电力工业展望 “十五”期间，GDP年增长率7％～8％，电力增长 率将达6％以上。 2010年，25000亿kW.h

2015年，30000亿kW.h 2020年， 36000亿kW.h 高压远距离输电是我国面临的主要问题（水电、火 电），必须出现新的电压等级。 电能质量问题是我国电力发展必须面临的又一个问 题。
P
全年耗电量
A
8760
Pmax
P1
P2 P3
0
Pdt
最大负荷利用小时数 Tmax
Tmax A 1 Pmax Pmax

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.
12
考查方式
➢ 平时成绩：20% ➢ 实验成绩：10% ➢ 闭卷考试：70%
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13
联系方法
• 授课教师：江宁强 • 教研室：自动化学院电气工程系 • 电话：84315147 • Email:jiangningqiang@
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31
2.1 概述
• 本章计算电力线路和变压器的等值电路 • 假定系统的三相结构和三相负荷都完全
对称，即讨论三相电流和电压的正序分 量。
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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、保护层
•M: 6kv
L:220v
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29
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、安全性和经
济性要求，需要合理地对电力系统进行规划、 设计、运行调度和故障恢复。
• 在同一电压等级中，电力系统的各个环节的 额定电压各不相同。某一级的额定电压是以
3 经济性 %%4 减小对环境的不利影响
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.
20
1.1.4电力系统的基本参量、 接线图
• 衡量电力系统规模的基本参量
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
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21
1.1.5电力系统的接线方式和 中性点接地方式

10
二、水力发电
11
二、水力发电
12
二、水力发电
蕴藏量： 6.8亿KW
水 可利用量：3.78亿KW
资 20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW
水位： 200m
源 三 流量： 14300m3/s
峡 可装机： 2500万kW
计划装机：70*26=1820万kW，三峡地下电站6台70
万千瓦机组中，最后两台计划2012年5月底前投产。1届3 时， 三峡工程将全面达到其设计的发电能力
二次侧：发电设备 内部损耗约5%
二次电压高出10%
40
二、如何确定电气设备的额定电压?
41
42
课堂练习：
试确定下图所示供电系统中发电机和各变压器的额定 电压？
T1
T2
35KV
G
T3
10KV
6KV电网 220V/380V电网
43
例：图A为一升压变压器，一次侧接发电机，电
压等级为10KV；二次侧接输电网，电压等级 （网络电压）为220KV。
37
(2)保证电能质量；
电能质量以电压、频率以及正弦交流电的波形来衡 量。 一般规定，电压偏移不应超过额定电压值的±5%。 电力系统规定，频率偏移应不超过±0.2~± 0.5Hz。
(3)提高电力系统运行的经济性；
a)采用高效、节能的发电设备，提高发电运行的经济 性，降低发电过程中的能量消耗。
b)合理发展电力网、降低电能在输送、分配过程中的 损耗。
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变压器一次侧额定电压为： UTn1=10.0*(1+5%)=10.5KV;
变压器二次侧主抽头额定电压为： UTn2=220*(1+10%)=242KV;