电力系统的模型和参数_输电线路

2.2电力线路的参数及数学模型电力线路分为架空线路和电缆线路。

由于架空线路比电缆线路建造费用低，施工期短，维护方便，因此架空线路应用更为广泛。

2.2.1 电力线路的基本结构1.架空线路架空线路主要由导线、避雷线（又称架空地线）、杆塔、绝缘子串和金具等部分组成，如图（2-11）所示。

导线用来传导电流，输送电能。

避雷线用来将雷电流引入大地，保护线路免遭直击雷的破坏。

杆塔用来支撑导线和避雷线，并使导线和导线之间、导线与接地体之间保持必要的安全距离。

绝缘子用来使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝缘状态，它应能承受最高运行电压和各种过电压而不致被击穿或闪络。

金具是用来固定、悬挂、连接和保护架空各主要元件的金属器件的总称。

图2-11架空线路2.电缆线路电缆是将导电芯线用绝缘层及防护层包裹，敷设于地下、水中、沟槽等处的电力线路。

由于其造价高，故障后检测故障点位置和维修较麻烦等缺点，因而使用范围远不如架空线路。

但电缆线路具有占地面积少，供电可靠，极少受外力破坏，对人身也较安全，可使城市美观等优点。

因此，在大城市空中走廊的地区，在发电厂和变电所的进出线处，在穿过江河湖海地区以及国防或特殊需要的地区，往往都采用电力电缆线路。

2.2.2电力线路的参数对电力系统进行定量分析及计算时，必须知道其各元件的等值电路和电气参数。

本节主要介绍电力线路的参数及其计算。

电力线路的电气参数是指线路的电阻r、电抗x、电导g和电纳b。

下面就架空线路参数进行讨论（架空线一般采用铝线、钢芯铝线和铜线）。

1. 输电线路的电阻有色金属导线（含铝线、钢芯铝线和铜线）每单位长度的电阻可引用电路课程中导体的电阻与长度、导体电阻率成正比，与横截面积成反比的原理计算：(2-26)式中，r为导线单位长度电阻，；为导线材料的电阻率，；S为导线截面积，mm2。

在电力系统计算中，导线材料的电阻率采用下列数值：铜为18.8，铝为31.5。

它们略大于这些材料的直流电阻率，其原因是：①通过导线的三相工频交流电流，而由于集肤效应和邻近效应，使导线内电流分布不均匀，截面积得不到充分利用等原因，交流电阻比直流电阻大；②由于多股绞线的扭绞，导线实际长度比导线长度长2%~3%；③在制造中，导线的实际截面积比标称截面积略小。

第二章电力系统稳态模型(Power System Steady State Models)(第三讲)（回顾）问题1、电力系统稳态分析如何建模？2、物理线路的基本结构如何？3、有几个参数可以反映输电线的电磁现象?4、各个参数受哪些因素影响?5、如何用电路表示输电线路?§1 稳态建模总体思路分析物理对象,分析现象元件建模：线路、变压器、负荷、发电机元件等值电路网络建模（电力系统）网络方程各种解法§2 电力线路结构和电磁现象一、架空线（详细自学）架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子（作用）导线导线构造三种主要形式：单股线（单根实心金属线：铜和铝）（现很少采用）多股绞线（同材料），多单股线扭绞，标号：TJ（铜绞）、LJ（铝绞）、GJ （钢绞）多股绞线（两种材料）：主要是钢芯铝绞线，“良好导电性能+ 较高机械强度”，已普遍采用。

标号：LGJ(普通型)、LGJQ(轻型)、LGJJ(加强型)型号：标号+数字（导线主要载流额定截面积mm2）（LGJ-150：铝线额定截面积150mm2）架空线三相循环换位：排列不对称引起参数不平衡分裂导线：减少电晕损耗和线路电抗二、电缆（详细自学）我们会抽象成什么样的数学模型？电路？分布式还是集中式？四、线路的电磁现象和参数线路通电流：发热，消耗有功功率→R交流电流→交变磁场→感应电势(自感、互感)抵抗电流→X电流效应→串联还是并联？线路加电压：绝缘漏电(较小)，一定电压下发光、放电(电晕)→R′(G)电场→线/线、线/大地电容→交变电压产生电容电流→X′(B) 电压效应→串联还是并联？五、单位长线路的等值电路和参数分布式参数:用单位长(每公里)参数r、x、g、b表示架空线受气候、地理、架设的影响，r、x、g、b要变。

电缆尺寸标准化，外界影响小，一般不变（不研究）。

§3 架空线路的参数计算§3.1 电阻r计算r = ρ/s (欧/公里)ρ：计算用电阻率，欧⋅毫米2/公里，铜18.8，铝31.5(20℃)，温度修正。

1、输电线路的参数及等值电路:1）导线每公里的电阻计算式为r o=ρ/S（Ω/km）式中 r o——导线材料的电导率，（Ω/km）S——导线的截面面积，mm2；ρ—导线材料的电阻率(Ωmm2／km)，在温度t=20°C时，铜的电阻率为18.8Ω·mm2／km，铝的电阻率为31．5Ω·mm／km2，因此导线长度计算公式为R=r O L。

2）电抗如果架空线三相对称排列（等边三角形），或三相不对称排列，但经过完整换位后，单导线每相单位长度电抗：r—导线实际半径（计算半径，比如， LGJ-400/50的计算半径为13.8mm），mmD m—几何均距，mmD ab、 D bc、 D ca分别为A相与B相、 B相与C相、 C相与A相导线间的距离。

如果是分裂导线，则：分裂导线可以减少电晕放电和线路电抗。

其中，n—分裂导线的分裂数；r—分裂导线每一根导体的计算半径；d1i—分裂导线一相中某根导体与其它i-1根导体间的距离。

例:分裂导线每相单位长度电抗：3)电纳如果架空线三相对称排列（等边三角形），或三相不对称排列，但经过完整换位后，单导线每相单位长度电纳：分裂导线每相单位长度电纳：4)电导架空线的电导主要由沿绝缘子表面的泄漏现象和导线的电晕所决定。

沿绝缘子表面的泄漏损失很小，可忽略。

电晕是强电场作用下带电体周围空气的电离现象。

当设计线路时选择合适的导线截面，则可以不考虑电晕损耗。

(正常时G=0)2、电力线路的等值电路架空线路U N≤35KV或长度L＜100km；不长的电缆线路或U N≤10KV。

架空线路U N＞ 35KV或长度L在100-300km；不超过100km电缆线路或U N＞10KV[例]有一长度为100km的110kV线路，导线型号为LGJ-185/30，导线计算直径为19mm，导线水平排列，相间距离为4m，试求线路的参数并作出等值电路。

解：r1=ρ/S=31.5/185=0.17 (Ω/km)全线路的集中参数为：Z=(0.17+j0.409)×100=17+j40.9(Ω)Y=j2.78×10-6×100=j278×10-6(S)Y/2=j139×10-6(S)线路的等值电路：2、变压器参数及等值电路⑴电阻R T：⑵电抗X T：⑶电导G T：⑷电纳B T:≤35KV 电网， T 导纳的影响可以忽略不计。

电力系统输电线路参数计算与优化电力系统是现代社会必不可少的基础设施。

为了确保电能的高效传输和供应，输电线路的参数计算与优化成为了其中不可忽视的环节。

本文将讨论输电线路参数计算的方法，并探讨如何通过优化来提高电力系统的运行效率。

一、输电线路参数计算方法电力系统的输电线路主要包括导线、杆塔和绝缘子等组成部分。

在进行输电线路参数计算前，需确定导线截面、杆塔类型及其布设方式等关键参数。

以下将介绍几种常用的计算方法：1. 传输线模型法传输线模型法是一种基于电磁场理论的计算方法。

它将导线看作是连续分布参数的传输线，通过求解微分方程来计算电流和电压的变化。

该方法在计算精度和计算速度上都相对较高，适用于较为复杂的输电线路。

2. 发电机迭代法发电机迭代法是一种基于功率平衡原理的计算方法。

该方法将电力系统简化为发电机、传输线和负荷之间的网络，并通过迭代计算各个节点上的电压和功率。

该方法计算简单，适用于简单的输电线路。

3. 感应电流法感应电流法是一种用于计算输电线路绝缘子串、接地电阻等参数的方法。

通过考虑导线和绝缘子间的电磁感应，可以准确地评估电力系统的性能和稳定性。

该方法计算精度高，但计算量较大，适用于系统的细致分析。

二、输电线路参数优化除了准确计算输电线路的参数之外，优化输电线路的设计也是提高电力系统运行效率的重要手段。

下面将从导线优化和杆塔优化两个方面进行讨论。

1. 导线优化导线是输电线路中承载电流的关键组成部分。

优化导线的参数可以减小电阻损耗、提高输电效率。

常用的导线优化方法有：增加导线截面、选择导线材料和减小导线间距等。

同时还可以通过设计合理的导线悬挂方式来减小风荷载对导线的影响。

2. 杆塔优化杆塔是支撑输电线路的重要组成部分。

合理优化杆塔的设计可以提高线路的稳定性和抗倒塌能力。

常用的杆塔优化方法有：选择适宜的杆塔类型、提高杆塔的结构强度和改善杆塔的抗风性能等。

三、实例分析为了更好地说明输电线路参数计算与优化的重要性，我们选取一条实际的输电线路进行分析。

电力系统模型建立与优化调度随着社会的不断发展，电力系统作为人们生产和日常生活中必不可少的能源供应方式，发挥着至关重要的作用。

为了保证电力系统的稳定运行和高效供电，建立合理的电力系统模型及进行优化调度显得尤为重要。

一、电力系统模型建立电力系统模型建立是指根据电力系统的特点、组成和运行规律，以数学模型形式对其进行描述和分析。

电力系统模型可以分为潮流模型、输电线路参数模型和发电机组模型等。

接下来，我们将分别对这些模型进行介绍。

1. 潮流模型潮流模型是电力系统中常用的一种数学模型，用于计算电力系统中各节点的电压和功率分布情况。

它可以通过建立节点电流和节点功率之间的方程组进行求解。

潮流模型的建立需要考虑各个节点之间的复杂电气关系，如节点的电压相位间隔限制、节点之间的电流平衡关系等。

2. 输电线路参数模型输电线路是电力系统中的重要组成部分，其正确建模在潮流计算和短路计算中起到关键作用。

输电线路参数模型主要包括线路的电阻、电抗、传输能力等参数的计算和建立。

建立合理的输电线路参数模型可以有效地分析电力系统中的潮流分布和功率调度等问题。

3. 发电机组模型发电机组模型是对电力系统中各个发电机组的动态特性进行描述的数学模型。

一般采用经典的机械系统模型和电磁模型进行建模。

发电机组模型的建立可以通过考虑机械系统的惯性、阻尼和电磁系统的特性等因素，来模拟发电机组在系统故障等异常情况下的响应行为。

二、电力系统优化调度电力系统的优化调度是指在保证电力系统安全运行的前提下，通过计算机技术和优化算法，对发电机组的出力、输电线路的功率分配等进行合理调度，以实现电力系统的经济运行和能源的高效利用。

1. 优化目标电力系统的优化调度需要考虑多个目标，包括成本最小化、电压稳定、系统平衡等。

成本最小化是指在满足用户用电需求和系统安全的前提下，尽量减少发电成本和输电损耗。

电压稳定是指在电力系统中各个节点的电压维持在正常范围内，以保证用户的电器设备正常工作。

电力系统分析基础知识点总结电力系统是指由发电厂、变电站、输电线路和配电网等组成的电能供应系统。

电力系统的分析是对电力系统进行各种参数和运行条件的计算和评估，以保证电力系统的安全、稳定和经济运行。

下面是电力系统分析的基础知识点总结：一、电力系统模型1.电力系统分析的第一步是建立系统的数学模型。

常用的电力系统模型有节点模型、支路模型和矩阵模型。

2.节点模型是利用节点电压和分支电流表示电力系统的模型，适用于潮流计算、稳定计算等。

3.支路模型是利用支路电流和支路电压表示电力系统的模型，适用于短路计算、暂态稳定计算等。

4.矩阵模型是利用节点电压和支路电流构造的矩阵表示电力系统的模型，适用于状态估计、谐波计算等。

二、电力系统潮流计算1.电力系统潮流计算是解决电力系统节点电压和分支电流的问题。

2.潮流计算的目标是求解电力系统中每个节点的电压和每条支路的电流。

3.潮流计算的方法包括高斯-赛德尔迭代法、牛顿-拉夫逊迭代法、迭代法等。

三、电力系统短路计算1.电力系统短路计算是解决电力系统发生短路故障时，电流的分布和电压的变化的问题。

2.短路计算的目标是求解电力系统中每个节点的短路电流和各个分支的短路电压。

3.短路计算的方法包括节点法、支路法、短路阻抗法等。

四、电力系统暂态稳定计算1.电力系统暂态稳定计算是解决电力系统在故障情况下的暂态过程，如发电机的转速和电压的变化等问题。

2.暂态稳定计算的目标是求解电力系统中各个节点、线路和发电机的暂态响应。

3.暂态稳定计算的方法包括直接法、分步法、迭代法等。

五、电力系统谐波计算1.电力系统谐波计算是解决电力系统中谐波电流和谐波电压的问题。

2.谐波计算的目标是求解电力系统中各个节点的谐波电压和各个支路的谐波电流。

3.谐波计算的方法包括傅里叶级数法、谱域法、蒙特卡洛法等。

六、电力系统状态估计1.电力系统状态估计是利用实时测量数据对电力系统的状态进行估计，如电压的估计、负荷的估计等。