电力系统分析何仰赞版 第七、八章
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何仰赞《电力系统分析》考研复习笔记电力系统分析笔记第一章电力系统的基本概念教学目的:1.了解电力系统基本概念及我国电力工业的发展现状2.熟悉电力系统运行的特点及基本要求3.明确电力系统分析这门课程的特点及学习方法教学内容:1.电力系统的构成、结线方式、电压等级2.电力系统的基本特征3.电力系统运行的基本要求4.简要介绍我国电力系统的发展现状5.电力系统分析课程的内容及研究工具一.什么是电力系统电力系统是一类能量系统,是电能的生产、输送及消费的整体。
一次能源:煤、天然气、太阳能、风能、石油、潮汐二次能源:电能电能生产:将一次能源转化为二次能源课下思考:可持续发展和清洁能源的含义各是什么提问:1、电能输送是交流输电还是直流输电?(1)交流输电提高电压等级,降低损耗(2)交流发电机的容量可以做得很大2、交流输电最基本的要求是什么?(1)波形(2)幅值(大小)(3)频率(4)相位1、电压等级(幅值大小)①线路压降:始端到末端:10%;因为用电设备允许的电压波动是±5%,所以接在始端的设备,电压最高不会超过5%;接在末端的设备最低不会低于-5%;②发电机:在线路始端比线路额定电压高5%;3kv的线路发电机电压为3.15kv。
③变压器:一次侧:相当于用电设备接在线路上,应与线路额定电压相同;二次侧:相当于电源,比线路电压高5%或10%(3)一般来说:110kv以下的电压等级以3倍为级差:10kv 35kv 110kv优点:可靠性、电气质量高缺点:不够经济(3)变压器(电能质量传输不可或缺的环节)基本功能:变换电压高低;因为功率是守恒的,因此改变了电流的大小。
变压器与发电机有中性点,因此就存在一个中性点接地方式。
①中性点接地方式包括:直接接地,不接地中性点不接地方式虽然单相接地电流不大,但非接地相电压却升高为相电压的3倍。
直接接地方式供电可靠性低,一旦发生单相接地构成回路,电抗很小,短路电流很大,切除短路。
[例2—1]一条220kV的输电线,长180km,导线为LGJ—400(直径2.8cm),水平排列,相间距7m,求该线路的R,X,B,并画等值电路.解:电阻:电抗:电纳:等值电路:[例2-2]220kV架空线,水平排列,相间距7m,每相为分裂导线,计算直径21.88mm,分裂间距400mm,求每相单位长度的电阻、电抗和电纳.解:电阻:电抗:电纳:[例2-3]一长度为600 km 的500kV 架空线路,使用4×LGJQ—400 四分裂导线,。
试计算该线路的形等值电路参数。
解(1)精确计算。
计算形等效电路参数:(2)使用近似算法计算。
与准确计算相比,电阻误差-0.4%,电抗误差-0。
12%,电纳误差—0。
24%,本例线路长度小于1000km ,用实用近似公式计算已能够满足精确要求。
如果直接取这时,电阻误差达15%,电抗误差7%,电纳误差—3.4%,误差已较大。
例2-4 330kV架空线路的参数为试分别计算长度为100,200,300,400和500线路的π型等值参数的近视值,修正值和精确值。
解首先计算100km线路的参数(一)(二)修正参数计算(三) 精确参数计算计算双曲线函数.利用公式sh(x+jy)=shxcosy+jchxsinych(x+jy)=chxcosy+jshxsiny将之值代入,便得II型电路的精确参数为[例2—5]有一台SFL120000/110型的向10kV网络供电的降压变压器,铭牌给出的实验数据为:试计算归算到高压侧的变压参数。
解由型号知,各参数如下:例2-6 三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220,额定容量为120MVA/120MVA/60MVA,额定电压为:220kV/121kV/11kV,,, ,,,,,,求变压器归算到220kV 侧的参数,并作出等值电路。
解:(1)求各绕组的电阻同理可得:电阻计算如下:(2)求各绕组电抗电抗计算:变压器阻抗参数:(3)求导纳例2—7试计算2—15(a)所示输电系统各元件电抗的标幺值。
《电力系统分析》课程教学大纲课程名称:电力系统分析总学时:48学时适用专业:电气工程及其自动化专业先修课程:高等数学、电路原理第1章电力系统概述(4学时)1.1、电能与系统;1.2、发电厂:电能生产;1.3、电力网:电能输送与分配;1.4、交流电路的功率和复功率;1.5、电力系统负荷:电能使用和消耗;1.6*、电力工业发展史。
基本要求:掌握电力系统的概念掌握电力系统的组成和功能掌握交流电路的功率和复功率的计算了解电力系统工业发展史第2章电力系统稳态模型(6学时)2.1、稳态建模总体思路2.2、电力线路模型:1)电力线路结构和电磁现象;2)架空线路等值参数;3)电力线路等值电路;2.3、电力变压器模型:1)变压器及其等值电路;2)变压器等值参数;3)变压器∏型等值电路;2.4、电力负荷模型;2.5、电力系统等值电路与标么制。
基本要求:掌握电力线路结构及等值模型掌握变压器的等值模型和参数计算掌握电力负荷等值模型掌握电力系统等值电路及标幺制计算第3章电力系统潮流分析(8学时)3.1、简单电力系统潮流的分析:1)潮流基本概念;2)网络元件电压降落计算;3)网络元件功率损耗的计算;4)开式网潮流的人工计算;5)闭式网潮流的人工计算;3.2、网络矩阵和功率方程:1)网络方程;2)节点导纳矩阵;3)节点阻抗矩阵;4)功率方程;3.3、复杂电力系统潮流的计算机算法:1)潮流方程;2)潮流计算机解法的发展史;4)潮流计算的Newton-Raphson法;5)潮流计算的PQ分解法;基本要求:掌握潮流的概念和简单电力系统潮流的人工计算掌握网络矩阵和功率方程掌握复杂电力系统潮流的计算机算法第4章电力系统稳态运行和控制(6学时)4.1、无功功率与电压控制:1)电力系统的电压偏移;2)无功平衡与电压关系;3)电力系统的无功电源;4)现代大电网电压控制的基本原理;4.2、有功功率与频率控制:1)电力系统的频率偏移2)有功平衡与频率关系;3)现代大电网频率控制的基本原理;4.3、经济运行与控制:1)电力系统经济运行的基本概念;2)各类电厂间负荷的合理分配;3)经济调度的数学模型;4)等微增率准则;5)电力市场环境下的经济调度;基本要求:掌握无功功率的概念与电压控制的原理掌握有功功率的概念与频率控制的原理掌握经济运行的概念和经济调度的计算第5章电力系统暂态分析概论(2学时)5.1、电力系统暂态分析与稳态分析;5.2、电力系统暂态分析计算的目的;5.3、电力系统暂态分析计算的方法。
电力系统分析课程教学大纲(适用电气工程及其自动化专业电气工程方向)(共80 学时)一、课程的性质、地位、任务和教学目标(一)课程的性质和地位本课程是电气工程及其自动化专业的专业核心基础课程之一,是一门理论性和实践性都很强的课程。
本课程为高低压电气设备、电力系统继电保护、电力系统自动化以及其他相关专业选修课程奠定理论基础。
(二)课程的主要任务通过本课程的学习,使学生对电力系统的组成、运行特点、分析方法有全面的了解;熟悉电力系统各元件的特点、数学模型和相互间的关系,理解并掌握电力系统稳态和暂态分析分析的物理概念、原理和方法;并在工程分析计算和解决实际问题的能力上得到训练和培养,为今后进一步的学习和在实践中的应用打下一定的基础。
(三)课程的教学目标通过本课程的学习,掌握电力系统稳态、暂态分析的基本原理和方法,培养学生分析问题和解决问题的能力。
在学习本门课程前,应掌握“电路”、“电机学”等课程中的相关理论。
通过学习,使学生对电力系统的组成和运行有全面、深刻的了解。
掌握电力系统稳态运行、电力系统电磁和机电暂态过程、电力系统控制的各种分析和计算方法。
对应用计算机进行电力系统分析和计算有一定程度的了解并能简单应用。
二、课程教学环节组成本课程的教学环节包括课堂讲授,师生讨论学生自学,习题讨论课,习题,答疑,质疑和期末考试。
三、课程教学内容纲要第一章电力系统基本概述和基本概念【目的和要求】:了解电力系统及其发展情况;掌握电力系统中性点的接地方式;掌握电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求、电力系统额定电压的概念、电力系统的负荷和负荷曲线。
【重点和难点】:电力系统的概念和电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求;电力系统各元件的额定电压;电力系统中性点接地方式。
【教学内容】第一节电力系统概述第二节第二节电力系统的电压等级和负荷第三节电力系统中性点的接地方式第二章电力系统元件参数和等值电路【目的和要求】:了解电力线路结构;掌握线路等值电路、变压器的等值电路、发电机及负荷的等值电路;掌握有名制和标幺制的计算。
第8章电力系统不对称故障的分析和计算8.1 复习笔记一、简单不对称短路的分析各序网络故障点的电压方程式式中,,即是短路发生前故障点的电压。
1.单相(a相)接地短路图8-1-1 单相接地短路(1)边界条件单相接地短路时,故障处的三个边界条件为①用对称分量表示为②用序量表示为(2)短路点电压和电流的各序分量(3)复合序网求解图8-1-2 单相短路的复合序网①短路点故障相电流②短路点非故障相的对地电压(4)相量图分析图8-1-3 单相接地短路时短路处的电流电压相量图和都与方向相同、大小相等,比超前90º,而和比落后90º。
①当X ff(0)→0时,相当于短路发生在直接接地的中性点附近,与反相,即θv=180º,电压的绝对值为。
②当X ff(0)→∞时,为不接地系统,单相短路电流为零,非故障相电压上升为线电压,大小为其夹角为60º。
③当X ff(0)=X ff(2)时,非故障相电压即等于故障前正常电压,夹角为120º。
2.两相(b相和c相)短路图8-1-4 两相短路(1)边界条件故障处的三个边界条件为用对称分量表示为整理后可得(2)方程联立求解(3)复合序网求解图8-1-5 两相短路的复合序网①短路点故障相的电流为b、c两相电流大小相等为②短路点各相对地电压为总结:两相短路电流为正序电流的倍;短路点非故障相电压为正序电压的两倍,而故障相电压只有非故障相电压的一半而且方向相反。
(4)相量图分析图8-1-6 两相短路时短路处电流电压相量图以正序电流作为参考相量,负序电流与它方向相反。
正序电压与负序电压相等,都比超前90º。
3.两相(b相和c相)短路接地图8-1-7 两相短路接地(1)边界条件故障处的三个边界条件为用序量表示的边界条件为(2)方程联立求解。
7-3 系统电线图如图 7-3,各元件参数以下。
发电机G:S N30MVA, x d "x (2 ) 0.2;变压器 T 1: S N 30MVA,V S 10.5%,中心点接地电阻 z n j10; 变压器 T 2: S N30MVA,V S 10.5%;线路 L : l 60km, x (1) / km, x ( 0) 3x (1) ; 负荷 : S LD 。
25MVA计算各元件电抗的标幺 值,并作出各序网络。
T 1fT2110kV10kVGLSLD10kVz n题图7- 3解: 求各元件的参数标幺值选 S B 30MVA ,V B V av发电机 G : x G (1) x G ( 2) x d " 0.2;静止元件的正、负序电抗相等:变压器 T 1: xT1(1) xT 1( 2) 0.105,变压器 T 2 : x T 2 (1) x T 2( 2 ) 0.105;线路S Bx L (2)xLV B 2 L : x L(1)关于负荷: x LD (1)S BS LDxLD ( 2 )0.35S BSLD3060115230253025xT1(1)fx T 2(1)x G (1) x L (1)x LD (1)E(1)V(1)_正序网络x T1(2 )f x T 2( 2)x xL (2)x LD ( 2)G (2)V(2)负序网络3z n fx T 1(0 )x L (0 )x T 2(0 )V( 0)零序网络7-5 电力系统接线如图7-5,f1发生接地短路,作出系统的零序等值网络。
题图中1~ 17 为原件编号。
解:jX16( 0)jX 14jX 23j 3X17jX 15jX4 (0)jX 13 jX4( 0)f1jX 12 V(0 )零序网路jX118-1 简单系统如题图8-l 所示。
已知元件参数以下。
发电机 G:S N60MVA , x d"0.16, x(2 ) 0.19;变压器 T :S N60MVA,V S10.5%,在 f 点分别发生单相接地、两相短路、两相短路接地和三相短路时,试计算短路点短路电流的出名值,并进行比较剖析。
7-3 系统电线图如图7-3,各元件参数如下。
值,并作出各序网络。
计算各元件电抗的标幺。
负荷线路变压器中心点接地电阻变压器发电机MVA S x x km x km l L V MVA S T j z V MVA S T x x MVA S G LD S N n S N d N 25:;3,/4.0,60:%;5.10,30:2;
10%,5.10,30:1;
2.0,30:)1()0()1()2("
==Ω====-===-===
解:求各元件的参数标幺值 av B B V V MVA S ==,30选 ;2.0:"
)2()1(===d G G x x x G 发电机
静止元件的正、负序电抗相等: 0544
.0115
304.060:;105.0:2,105.0:12
2
)2()1()2(2)1(2)2(1)1(1=⨯
⨯=====-==-B
B L L T T T T V S xL
x x L x x T x x T 线路变压器变压器
42
.025
3035.035
.044
.125
302.12
.1)2()1(=⨯
===⨯==LD
B LD LD
B LD S S x S S x 对于负荷:
3
-7
题图正序网络
7-5电力系统接线如图7-5,1f 发生接地短路,作出系统的零序等值网络。
题图中1~17为原件编号。
解:
零序网络
负序网络
11
零序网路
8-1简单系统如题图8-l 所示。
已知元件参数如下。
%,
5.10,60:;19.0,1
6.0,60:)2("
=====S N d N V MVA S T x x MVA S G 变压器发电机
在f 点分别发生单相接地、两相短路、两相短路接地和三相短路时,试计算短路点短路电流的有名值,并进行比较分析。
解:kA kA V S I E V V MVA S B
B B av B B 301226.0115
3603,05.1,,60=⨯=
====则选
105.0295.0105.019.0265
.0105.016.0105
.019
.016.0)0()0()2()2()2()1()1()1()0()2()1()2("
)1(===+=+==+=+=======T ff T G ff T G ff T T T G d G x x x x x x x x x x x x x x 所以
()。
由本题可知:)2()3()1()1,1()
1()3()1,1()1()
1,1()1,1(2
2
)0()
2()
0()2()
1,1()
0()2()0()2()
1,1()
2()1()2()
0()2()1()1(194.1301226.0265
.005.1437.1301226.007744
.0265.005.15554.15554.1)
105.0295.0(105.0295.0131307744
.0105
.0295.0105.0295.09783.0301226.0295
.0265.005.13342686.1301226.0105
.0295.0265.005
.133f
f
f
f
B ff f
B ff f
ff ff ff ff ff ff ff ff B ff ff f
B ff ff ff f
I
I
I I
kA
kA I x E I
kA
kA I x x Em
I
x x
x x m
x x x x x kA
kA I x x E I
kA
kA I x x x E
I
>>>=⨯==
=⨯+⨯=
+=
=+⨯-⨯=
+-⨯=
=+⨯=
+==⨯+⨯=
+=
=⨯++⨯=
++=
∆
∆
G
kV 10kV
110f
1
-8题图
8-2 上题系统中,若变压器中性点经30欧姆的电抗接地,做题所列各类短路的计算,并对两题计算的结
果做分析比较。
解:kA kA V S I E V V MVA S B
B B av B B 301226.0115
3603,05.1,,60=⨯=
=
===则选
5133
.013611.03105.03295.0105.019.0265
.0105.016.013611.0115
603030
105.019
.016.0)0()0()2()2()2()1()1()1(2
2)0()2()1()2("
)1(=⨯+=+==+=+==+=+==⨯
========n T ff T G ff T G ff B
B n T T T G d G X x x x x x x x x V
S X x x x x x x 所以
中性点接地电阻只对接地故障有影响,故重算接地短路电流 ()
电流大大减小。
电抗增大很多,使接地
中性点接地电抗使零序
kA
I
kA
kA I x x Em
I x x
x x m
x x x x x kA I
kA
kA I x x x E
I f
B ff f
ff ff ff ff ff ff ff ff f B ff ff ff f
194.1062.1301226.01873
.0265.005.15181.15181.1)
5133.0295.0(5133.0295.013131873
.05133
.0295.05133.0295.09783.0884.0301226.05133
.0295.0265.005
.133)3()
1,1()1()
1,1()1,1(2
2
)0()
2()
0()2()
1,1()
0()2()0()2()
1,1()2()
0()2()1()1(==⨯+⨯=
+=
=+⨯-⨯=
+-⨯=
=+⨯=
+=
==⨯++⨯=
++=
∆
∆
8-3 简单系统如题图8-3所示。
已知元们参数如下。
;
2211,%,5.10,50:;
05.1,2.0,50:"
]0[)2("
Ω======接法,中心点接地电抗
变压器发电机d Y V MVA S T E x x MVA S G S N d N 。
在f 点分别发生bc 两相短路,计算短路点各相电流,并画出bc 两相的电流、电压向量图。
解:kA kA V S I E V V MVA S B
B B
av B B 25102.0115
3503,9005.1,,500]0[=⨯=
=∠===则选
35453
.008318.03105.03305
.0105.02.0305
.0105.02.008318.0115
502222
105.02
.02.0)0()0()2()2()2()1()1()1(2
2
)0()2()1()2("
)1(=⨯+=+==+=+==+=+==⨯
========n T ff T G ff T G ff B
B n T T T G d G X x x x x x x x x V
S X x x x x x x 所以
两相接地短路电流 0
0721.1721.10
721.1721
.1)
305.0305.0(05.1)
()0()2()1()0()1()2()2()1(]
0[)1(=+-=++==-=-==+=
+=
fa fa fa fa fa fa fa ff ff fa I I I I I I I j j x x j E I 所以
kA
I I kA kA I j kA
I I I I I I I I fb
fc fa fa fa fa B
fb fb fb fb 0
)1(0
)0(0
)2(0
)1()0()2()1(90748.0)90(748.025102.0325102.0)01120
1)120(1()(∠=-=-∠=⨯-=⨯∠⋅+∠⋅+-∠⋅=++=
kV 10G
kV
110f
3
-8题图
kV V V
kV V V kV kV j V I x j V V V V V fb
fc
fa
fa B
fa ff B fa fa fa fa )90(364.60)90(364.602
190728.120115721.1305.022)(000
)1()2()0()2()1(-∠==-∠=-=∠=⨯⨯⨯==++=
向量图。