第七章电力系统序网参数与等值电路

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..重点和难点：以有名制和标幺制表示的等值网络教学内容第一节电力线路参数和等值电路第二节变压器、电抗器的参数和等值电路第三节发电机和负荷的参数及等值电路第四节电力网络的等值电路第三章简单电力网络潮流的分析与计算目的和要求：掌握电力线路和变压器的功率损耗和电压降落；了解运算负荷和运算功率；掌握开式网络的电压和功率分布计算；了解环形网络的电压和功率分布计算..重点和难点：环形网络的电压和功率分布计算；运算负荷和运算功率..教学内容第一节电力线路和变压器的功率损耗和电压降落第二节开式网络的潮流分布第三节环形网络的潮流分布第四章电力系统潮流的计算机算法目的和要求：了解电力网络的数学模型；掌握等值变压器模型及应用；掌握节点导纳矩阵的修改；熟悉高斯塞得尔法、牛顿拉夫逊法和P-Q分解法潮流计算..重点和难点：节点导纳矩阵；高斯塞得尔法、牛顿拉夫逊法和P-Q分解法潮流计算..教学内容第一节电力网络的数学模型第二节等值变压器模型及其应用第三节节点导纳矩阵的形成和修改第四节功率方程和变量及节点分类第五节高斯一塞德尔法潮流计算第六节牛顿一拉夫逊法潮流计算第七节 P-Q分解法潮流计算本内容可根据实际情况选择讲授第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整目的和要求：了解系统备用容量的概念和分类；了解有功功率负荷的平衡；掌握有功功率负荷的最优分配；掌握电力系统和发电机的频率特性和频率调整..重点和难点：电力系统有功功率平衡；电力系统和发电机的频率特性和频率调整..教学内容第一节电力系统中有功功率的平衡第二节电力系统的频率调整第六章电力系统无功功率的平衡和电压调整目的和要求：了解电力系统的无功功率平衡的概念和无功电源分类；了解电力线路导线界面的选择方法；掌握电压调整的方法和调压措施..重点和难点：电力系统中电压调整的方法及措施..教学内容第一节电力系统中无功功率的平衡第二节电力系统的电压管理第三节电力系统的几种主要调压措施第四节电力线路导线截面的选择第七章电力系统各元件的序参数和等值电路目的和要求：掌握对称分量法、电力系统各元件的正序、负序和零序阻抗发电机、变压器、输电线路、综合负荷和等值电路、电力系统正负零序网络的制定；掌握对称分量法在不对称短路计算中的应用..重点和难点：零序、正序和负序阻抗、对称分量法在不对称短路计算中的应用..教学内容第一节对称分量法第二节同步发电机的负序电抗和零序电抗第三节异步电动机的参数和等值电路第四节变压器的零序参数和等值电路第五节电力线路的零序阻抗和等值电路第六节电力系统故障运行的等值网络第八章电力系统故障的分析与实用计算目的和要求：熟悉无限大容量电源的概念；掌握无限大容量供电系统短路计算；掌握简单不对称短路、不对称短路时网络中的电流和电压的计算、非全相断线的分析和计算..重点和难点：电力系统不对称短路的分析与计算教学内容第一节由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算第二节电力系统三相短路的实用计算第三节电力系统不对称短路的分析与计算第四节电力系统非全相运行的分析第九章机组的机电特性目的和要求：了解发电机的功-角特性方程式；掌握网络接线及参数对功-角特性的影响；了解异步电动机组的机电特性；了解自动调节励磁系统对功-角特性的影响..重点和难点：网络接线及参数对功-角特性的影响；自动调节励磁系统对功-角特性的影响教学内容第一节同步发电机组的运动方程式第二节发电机的功-角特性方程式第三节异步电动机组的机电特性第四节自动调节励磁系统对功-角特性的影响第十章电力系统的静态稳定性目的和要求：了解电力系统静态稳定的概念；掌握静态稳定的判据和静态稳定的储备系数；了解扰动发基本原理和调节励磁对静态稳定影响..掌握电力系统电压、频率及负荷的稳定性；熟悉提高电力系统静态稳定性的措施..重点和难点：静态稳定的判据；电力系统电压、频率及负荷的稳定性；小扰动法..教学内容第一节电力系统静态稳定性的基本概念第二节小扰动法的基本原理和在分析电力系统静态稳定性中的应用第三节调节励磁对电力系统静态稳定性的影响第四节电力系统电压、频率及负荷的稳定性第五节保证和提高电力系统静态稳定性的措施第十一章电力系统的暂态稳定性目的和要求：重点和难点：等面积定则；发电机转子运动方程的数值解法..教学内容第一节电力系统暂态稳定性概述第二节简单电力系统暂态稳定性的定性分析第三节简单电力系统暂态稳定性的定量分析第四节发电机组转子运动方程式的数值解法第五节提高电力系统暂态稳定性的措施四、课程教学内容和学时分配五、本课程教学方法建议及考核方式联系实际;采用多媒体与黑板板书相结合的教学方式进行教学;运用举例、启发、提问等并结合工程实例多种教学方法进行教学;使理论与实践融为一体..考核方式为闭卷方式..总成绩＝平时成绩30%＋期末考试成绩70%..六、选用教材及教学辅助材料说明教材：电力系统分析;于永源等编;中国电力出版社;2007.参考书：1 何仰赞主编电力系统分析华中科技大学出版社;2003.3 .2 陈桁主编电力系统稳态分析中国电力出版社;2004.2.3 陈桁主编电力系统暂态分析中国电力出版社4 刘天琪、邱晓燕编电力系统分析理论;科学出版社出版;2005年..。

第七章 对称分量法及电力系统元件各序参数和等值电路 7-1 在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量，总可以分解为正序、负序和零序三组三相对称分量之和，这就是对称分量法。

⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎫==========∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙00222240222120211120112124010000a cb a a jc a a j b a a j c a a j b I I I I I e I I I e I I I e I I I eI αααα 将方程式写成矩阵形式⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙0212211111a a a c b a I I I I I I αααα 求解方程得到⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙c b a a c b a a c b a a I I I I I I I I I I I I 31313102221αααα将方程式写成矩阵形式⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙c b a a a a I I I I I I 111113122021αααα 7-2 变压器零序励磁电抗与变压器的贴心结构密切相关。

对于由三个单项变压器组成的三相变压器组，每相的零序主磁通与正序主磁通一样，都有独立的铁芯回路，因此，零序励磁电抗与正序的相等。

对于三相四柱式变压器，零序主磁通也能在铁芯中形成回路，磁阻很小，因而零序励磁电抗的数值很大。

以上两种变压器，在短路计算中都可以当做零序励磁电抗为无穷大，即忽略励磁电流，将励磁支路断开。

对于三相三柱式变压器，由于三相零序磁通大小相等、相位相同，因而不能像正序（或负序）主磁通那样，一相主磁通可以经过另外两相的铁芯形成回路。

它们被迫经过绝缘介质和外壳形成回路，遇到很大的磁阻。

7.3 电力系统的序网络正确制订电力系统的各序等值网络，是不对称短路计算的重要环节。

应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须作出电力系统的各序网络。

为此，应根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点出发，逐步画出各序电流流通的序网络。

需要注意的是，凡是某一序电流能够流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。

根据以上原则，结合图7-25来说明各序网络的制订。

图7-25 正、负序网络的制订(a) 电力系统接线图；(b) 正序网络及简化网络；(c) 负序网络及简化网络1.正序网络正序网络与三相短路时的等值网络基本相同，但须在短路点引入代替故障条件的正序电势，即短路点的电压不为零而等于。

所有的同步发电机和调相机，以及用等值电源表示的综合负荷，都是正序网络的电源(一般用次暂态或暂态参数表示)。

除中性点接地阻抗、空载线路(不计导纳时)以及空载变压器(不计励磁电流时)外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并用正序参数和等值电路表示。

图7-25(b)是图7-25(a)所示系统在点发生不对称短路时的正序网络，图中不包括空载线路、空载变压器以及变压器的侧电抗及其中性点接地电抗。

从故障端口看正序网络，它是一个有源网络，可以简化为戴维南等值电路。

2.负序网络负序电流流通情况和正序电流的相同，因此，同一电力系统的负序网络与正序网络基本相同，但是所有电源的负序电势为零，在短路点须引入代替故障条件的负序电势，各元件的电抗应为负序电抗，如图7-25(c)所示。

即只须把正序网络中的电源电势短接并在短路点施加负序电压，各元件用负序电抗表示，就得到了负序网络。

从故障端口看负序网络，它是一个无源网络，也可以简化为戴维南等值电路。

3.零序网络发生接地短路后，有无零序网络和零序网络的结构决定于网络中零序电流的流通情况，而零序电流的流通情况与短路点的位置和变压器绕组的接线方式以及中性点是否接地有关。

电力系统分‎析习题集收集整理，仅供学习，勿做他用前言本书是在高‎等学校教材‎《电力系统稳‎态分析》和《电力系统暂‎态分析》多次修改之‎后而编写的‎与之相适应‎的习题集。

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本书适用于‎高等院校的‎师生、广大电力工‎程技术人员‎使用，同时也可作‎为报考研究‎生的学习资‎料。

由于编写的‎时间短，内容较多，书中难免有‎缺点、错误，诚恳地希望‎读者提出批‎评指正。

目录第一部分电力系统稳‎态分析第一章电力系统的‎基本概念第二章电力系统的‎元件参数及‎等值电路第三章简单电力系‎统的计算和‎分析第四章电力系统潮‎流的计算机‎算法第五章电力系统的‎有功功率和‎频率调整第六章电力系统的‎无功功率和‎电压调整第二部分电力系统暂‎态分析第七章电力系统故‎障分析的基‎本知识第八章同步发电机‎突然三相短‎路分析第九章电力系统三‎相短路的实‎用计算第十章对称分量法‎及元件的各‎序参数和等‎值电路第十一章不对称故障‎的分析、计算第十二章电力系统各‎元件的机电‎特性第十三章电力系统静‎态稳定第十四章电力系统暂‎态稳定第十五章研究生入学‎考试试题附录第一部分电力系统稳‎态分析电力系统稳‎态分析，研究的内容‎分为两类，一类是电力‎系统稳态运‎行状况下的‎分析与潮流‎分布计算，另一类是电‎力系统稳态‎运行状况的‎优化和调整‎。

第七章电力系统各元件的序阻抗和等值电路7-1 对称分量法在不对称短路计算中的应用7.1.1 不对称三相量的分解在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量（电流或电压），可以分解为三组三相对称的相量。

当选择a相作为基准相时，三相相量与其对称分量之间的关系（以电流为例）可表示为：7.1.1 不对称三相量的分解a 、b 、c 三相各序分量之间的关系：正序：2(1)(1)(1)(1),b a c a I a I I a I ==i i i i负序：2(2)(2)(2)(2),b ac a I a I I a I ==iiii零序：(0)(0)(0)b c a I I I ==iii7.1.2 不对称三相量的序分量表示a 、b 、c 三相电流用a 相序分量可表示为：(1)(1)21(2)(2)2(0)(0)11111aa ab a ac a a I I I I a a I S I a aI I I −⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ii ii i i i i i7.1.3 序阻抗的概念序阻抗的概念：•各相自阻抗为：Zaa 、Zbb、Zcc•相间互阻抗为：Zab =Zba、Zbc=Zcb、Zac=Zca7.1.3 序阻抗的概念通过不对称电流时：a a aa ab ac b b ba bb bc c c ca cbcc Z Z Z V I V Z Z Z I V I Z Z Z ⎡⎤⎡⎤⎡⎤∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦iii i i i abc abcV ZI ∆=简记为：⇓abc abcS V SZI ∆=⇓1120120120abc sc V SZI SZS I Z I −∆===7.1.3 序阻抗的概念1sc Z SZS −=称为序阻抗矩阵aa bb cc s ab bc ca m Z Z Z Z Z Z Z Z ======当元件结构参数对称时： 令： (1)(2)(0)00000000020s m sc s ms m Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z ⎡⎤−⎡⎤⎢⎥⎢⎥=−=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎣⎦⎣⎦120120sc V Z I ∆=代入，并展开有7.1.3 序阻抗的概念(1)(1)(1)(2)(2)(2)(3)(3)(3)a a a a a a V z I V z I V z I ⎧∆=⎪⎪⎪∆=⎨⎪⎪∆=⎪⎩i ii i i i在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性。