电力系统基础知识学习

STATE GRID 国家电网公司

电力系统知识学习

一、SG（SG186大型软件）

1、电网公司

供电网：国家电网公司、南方电网公司（广东、广西、海南、云南）

发电：大唐、华能、中电投

级别：国网公司—〉省网公司—〉县公司—〉供电所

2、县供电公司主要部门及其职责：

营销部：售电、收费（县局一年购电量平均3～4亿度，多的可达10亿度）

生产部：架设线路、变电站、设备安装等

计量中心：表计管理、校表等

调度中心：监视全电网的一次系统图、开关的关合等

信息中心：保证网络畅通、相关系统的维护等

3、输送电过程

发电—〉供电220V 50HZ 交流单相电

我们日常所用的都是单相电

发电厂发出A、B、C 单相电之后要先经过

升压的变电站—〉降压的变电站—〉降压的变电站—〉降压的变压器—〉用户

4、重要名词解释(一)

线损：电能损耗的简称，电能在传输过程中由于电阻的存在产生的有功电能损失。

线损电量：根据电能表所计量的总的供电量和总的售电量之差。

线损率：线损占供电量的百分比。

技术线损：也称理论线损，是电网中各元件的电能损耗，是不可避免的。

管理线损：主要是由于管理不善或者失误造成的，如：偷窃电，错抄、漏抄，统计失误等。

营销线损：全部购电量与全部售电量之差。

统计线损：也称实际线损，是根据供、售电能表的表记读数计算出的差值。

变压器铁损：变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，因为铁芯本身也是导体，在垂直磁力线的平面上就会感应电势，这个感应电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流，好像一个漩涡，所以称为“涡流”。这个涡流使得变压器的损耗增加，并且使变压器的铁芯发热，变压器的温升增加。由涡流产生的损耗，我们称之为“铁损”。

变压器铜损：绕制变压器需要大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过这些电阻时，会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们则称这种损耗为“铜损”。

5、线电压与相电压

发电机：A相、B相、C相u

B

A

o t

C

图1 图2

各相线之间的w角度差是120度，电压、电流波形为正(余)弦波形

相线与中间的中性线的电压称为相电压，220V

相线与相线之间的电压称为线电压，380V (220*√3)

6、常用电压等级及线制

电压等级

低压：0.4kV （200V、380V）

高压：6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等（10kV的没变电站）

主要线制

单相两线制、三相三线制、三相四线制

高压：只三相三线制

7、重要名词解释(二)

视在功率：反应电网输送有功功率的能力。S = = U * I

无功功率：在具有电感或电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量转换为磁场或电场得能量存储起来，在另外半个周期的时间里把已存储的磁场或电场的能量送还给电源，它们只是进行能量交换，并没有真正消耗电能，我们把与电源交换能量的速率的振幅叫做无功功率。为建立磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。所谓的‘无功’并不是‘无用’的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已，因此，在供电系统中，除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

电力系统中的负载大多是电感性电器设备（有电磁圈结构），线圈为建立磁场，就要消耗（滞后、感性的）无功功率。如：40瓦的日光灯，除了需要40多瓦（镇流器也需要消耗部分有功功率）有功功率外，还需要40乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场，这就使得负载电流相位滞后于电压，想相角差越大，对滞后无功功率的需求也越大。

功率因数：有功功率与视在功率的比值。

8、线损相关知识

向量：线电压= √3 相电压，正弦、余弦的有效值=√2 / 2 * Max

有功功率P kW 能量单位：kW·h

无功功率Q Var 能量单位：kVar·h

电压U kV

电流I A

电阻R ?

U = I*R 、P = U*I = I2*R、P=U*I* cos￠（其中：U 线电压，I线电流）

损耗△P = I2*R

功率因数cos

视在功率S = = U * I

有功无功

交流电

电阻电感电容

图3

U

Q

30°

o I U

图4

P = U*I*cos￠， Q = U*I*sin￠，￠功率因数角， cos￠功率因数

9、常见设备型号含义

导线

LGJ-50/7 其中L - 铝、G –钢、J –绞线、50 –截面积、7 –根数

YJK - 3*50 - 1*16 其中YJK是型号，3根相线的主截面是50，1根中性线的主截面是16。

因为电流不能超过导线所能承载的安全电流，否则导线会烧坏，所以，在电流I 一定的情况下，要想多送点电，只能提高电压U （P = U*I）。

变压器

S9 – 50/10 S –三相、9 –系列、50 –容量是50kVA、10 –高压侧线电压

变压器空载损耗：也称固定损耗、铁损，与电压U 的平方成正比，因此即使是同一变压器，也有可能每个月的铁损有高有低而不相同（因为U 的影响）。

变压器负载损耗：也称铜损，与电流I 的平方成正比。

10、重要名词解释(三)

供电面积：供电面积就是图形的几何面积，即按照图形上的杆塔坐标，构成一个包围所有杆塔和线路的外围多边形，然后计算该多边形的面积。当线路只是一条直线时，计算时将会按照一定宽度进行近似计算。供电面积用于计算负荷密度。

负荷密度：负荷密度的计算是在负荷最大时，线路首端的有功功率除以供电面积的结果。比如一个台区安装的变压器是50kVA，负荷最大时有功功率是45kW，台区供电面积为0.1平方公里，则负荷密度就是45/0.1=450(kW/km2)。负荷密度用于指导合理选择供电半径的大小。

空载损耗：又称固定损耗，不变损耗。与负荷电流的变化无关，与元件承受的电压的变化有关，如：变压器的铁芯损耗，互感器、电动机等的铁芯损耗，以及高压线路的点晕损耗和绝缘子损耗。

负载损耗：又称可变损耗。是电网各元件中的电阻在通过电流时产生的，与通过该绕组的负荷电流的平方成正比。当变压器通过负荷时，有功功率损耗等于绕组中的铜损，无功功率损耗等于绕组中的漏抗损耗。负载损耗又称短路损耗。

配变平均负载率：对于一台配变，平均负载率代表一个月的实际负载和额定负载的比值。比如一台50kVA的变压器，30天的额定负载是50*30*24=36000kVAh，如果月实际电量（含有功和无功）是18000kVAh，则平均负载率就是50%。平均负载率是一段时间的累计值，一般用于衡量变压器的轻载程度。

配变最大负载率：对于一台配变，最大负载率代表负荷最大时，实际功率和额定功率的比值。比如一台50kVA的变压器，其实际最大功率为55kVA，则最大负载率就是55/50=110%。最大负载率是一个瞬时值，一般用于衡量变压器的过载程度。

11、线损计算知识

低压线损主要包括：导线损耗、接户线损耗、电能表损耗

情况一公用变低压侧计量表L读数2000 ，售电量1800 ，则：

统计线损= （2000 – 1800）/ 2000 = 10% （售电量中不含铜铁损电量）

营销线损= （2000 –（1800+100））/ 2000 = 5%（售电量中含铜铁损电量）

情况二专用变低压侧计量表L读数2000 ，售电量1800 ，铜铁损电量100 ，则：

统计线损=（供电量- 售电量）/ 供电量

营销线损=（供电量-（售电量+铜铁损电量））/ 供电量

理论统计线损= ∑loss / 供电量（∑loss 是总的有功损耗，供电量是有功供电量）

理论营销线损=（∑loss –∑铜铁损）/ 供电量

情况三专用变高压侧计量表H，注意：

此时计算时就不用考虑铜铁损电量了，因为高压侧的表H已经把铜铁损电量包含进去了。

12、常见计算结果分析

?实际线损率出现负值的可能原因：

●表计坏了，计量不准

●电工抄表多抄（电工使坏）

●抄表不同步

?可能异常结果分析

一台S7 – 50/10的变压器（铭牌参数中的空载损耗为0.2 ），一个月只用了5天，总共用了500度电，计算的线损率是30% ，线损率会这么高的原因分析：

不算导线损耗和其它的损耗，就单单变压器一个月的铁损就0.2*24*30 = 124度，

124 / 500 = 24.8% ，再加上其它的损耗，就有可能线损率达到30% 。

13、无功与电压及线损间的关系

?无功、无功不足、无功过剩对与电压、线损的关系：

?一般上应保证高压：功率因数 >= 0.9 ,低压：功率因数 >= 0.8 ，否则就要进行无功补偿。

●由于无功不平衡会引起电压偏移，根据无功负荷的电压静态特性，当一个地区无功过剩时，

电压升高；无功不足时电压降低。无功负荷越大，在电网中产生的电压降也越大，造成的电压偏移也越大。所以要加强无功的管理，尽量减少无功电流在电网中的流动，这样对电网的降损节能有着重要的意义。

●减少电网中的有功功率损耗（即线损）

●电网中实际存在着大量的抗性元件，即存在着无功功率，会降低功率因数，使电网在传输

一定功率的情况下，电流增大，从而产生有功电能损失，使线损增大。因此实现无功的就地平衡，提高功率因数，减少无功电流在系统中的流动，对降低电网的有功损耗有着重要意义（降低电力线路的有功功率损耗，降低变压器的铜损）。

●减少电网中的电压损失，提高电压质量。

电网中无功功率输送量的增加，会造成一定的电压损失，引起线路末端的电压进一步降低，影响电压质量。

线路电压损失与其输送功率的关系如下：

△U = （P*R + Q*X）/ Ue

Ue 线路额定电压，P、Q分别代表有功、无功，R、X分别代表电阻、电抗

在架空线路中，当导线的截面积较大时，线路的电抗值要比电阻值大2～4倍，而变压器绕组中的电抗值比电阻值大5～10倍。因此，线路的电压损失主要是由电抗值决定的。

●反向无功：电容器过补，就会造成向电网倒送无功的情况，从而引起电网电压质量下降，

电网振荡。

14、时间对损耗的影响

假如两个用户在一个月内均用1000kW·h。以下两种情况：

甲：每天用5个小时；

乙：每天用10个小时；

?P = U*I*t

在?P和U不变的情况下，I 和t成反比。乙每天用电时间是甲的2倍，故可认为甲的电流时乙的2倍，即设：I1 = 6 ，I2 = 3

我们知道导线的损耗：?P = I2 *R * t ，电阻R 不变，因此可以计算出：

?P1 = 62 * R * 5 = 180R

?P2 = 32 * R * 10 = 90R

故可知：

在输送一定有功功率的情况下，时间减少一半，则损耗是原来的2倍。

负荷曲线对损耗的影响：

i

图6

?P = I2 *R * t ，电阻R 不变，因此可以计算出：

?P1 = (32 *12 + 12*12)*R = 120R

?P2 = 22 *24 *R= 96R

故可知：

负荷曲线越陡峭，损耗越大；

负荷曲线越平滑，损耗越小。

二、系统特点及创新算法

农网综合降损辅助决策系统的一个显著特点是线损理论计算的方法比传统算法更加全面和精细，计算结果更加准确，为线损指标管理提供的指导更加可靠。其主要原因包括：一是系统为用户提供了一个操作简便、功能丰富的基础数据管理工具，使得用户可以高效地将过去从来没有准确统计，但是却对线损理论计算有着重要影响的因素都纳入到常态化的管理范围，为线损理论计算提供全面的数据基础；二是算法在传统算法的基础上进行了总结和创新，利用最新的各种技术条件，包括新的计量技术、计算机软硬件技术，使得计算过程更加严密，计算结果更加接近于实际。

农网综合降损辅助决策系统的另一个显著特点是提供了非常全面的降损建议和方案。影响线损的因素有很多种，系统对每一项因素都进行了计算和分析，根据每一项因素的降损效果，选择性地提出相应的降损建议，帮助用户制定降损方案，使得降损调整工作既能够提前预知，又区分轻重缓急，保障了降损工作的有序和有效开展。

农网综合降损辅助决策系统是在新的技术条件下，创新设计了“基于自动匹配PQU负荷曲线的分时分相潮流算法”，实现了农网各个电压等级的线损理论计算。

?原理：以PQU负荷曲线的每个测量周期为计算单元，对每一段线路和每一个负荷节点建立三相电路模型，通过潮流计算的方式计算出所有线路的三相电流和所有节点

的三相电压,从而计算出各项损耗。

?特点：计算结果比较精确，计算量大，对基础数据要求高。

负荷曲线

常规的线损理论计算是以电网元件在一定时间段的抄见电量为计算数据，一般上是一整个月的电量。理论计算的复杂性在于电网元件的功率随时间而变化，其变化程度对计算结果的影响很大。基本电路理论计算表明，在相同的线路条件下，同样的月电量如果每天的运行时间减少一半，导线损耗将会增加一倍。

传统算法采用的负荷曲线，一般上是在代表日测量线路首端每小时的负荷电流的大小，通过数学方法计算出能够反映负荷变化程度的系数，用以调整最后的计算结果。这种计算的前提条件是假设功率因数和电压不会随着时间而变化。但是，在真实的线路上，功率因数和电压都是在不停的变化。新的计量技术可以自动采集到更加全面的数据，例图中记录的是一个低压台区连续数日每隔15分钟的有功（P）、无功（Q）和电压（U）。

有功P、无功Q、电压U ：负荷曲线：

为了能够更加准确地进行计算，系统把负荷曲线的概念进行了扩充，加入了无功和电压，称为PQU负荷曲线。另外，曲线的测量时间和测量周期也可以根据计量设备的具体情况而灵活选择。

新算法的一个基本原理是分时计算，即按照每个测量周期为单元，以每一个单元的有功、无功和电压为计算数据，计算出所有单元的理论损耗，最后的计算结果是所有单元的累计值。相比传统算法而言，这样的计算方法虽然计算量大，但是能够准确反应负荷随时间变化的特性。

如果计量设备没有无功或者电压，系统也接受这样的负荷曲线，只是在计算时进行简化。没有无功时系统假设功率因数固定不变，没有电压时系统假设为额定电压，这种处理方式使得各种计量设备都能在系统的线损理论计算中得到利用。

负荷特征

上节中对PQU负荷曲线进行了介绍，通过对曲线的分时计算，系统可以得到更为准确的计算结果。但是，在大多数线路中，并没有安装新的计量设备，采集不到PQU负荷曲线。如果只是为了实现线损理论计算而专门安装新的计量设备，就不符合系统节能降损的设计目标。

为了解决这一问题，系统设计了自动匹配负荷曲线的算法，匹配的原理来自于一个新的概念，即负荷特征。

首先，系统通过收集和整理，建立了PQU负荷曲线库。每一条负荷曲线都有一个负荷特征值，这个数值是由线路的各种用电性质的电量比例，通过一定的数学方法计算得到的。

负荷曲线居民生活一般工商业非居民农业其它表数负荷特征

魏庄1# 7009 756 0 0 0 158 2C-4-0-0-0

魏庄2# 1801 9911 0 0 0 344 5-1C-0-0-0

乡直12216 11518 6811 0 0 87 8C-84-4E-0-0 小南北庄6787 306 0 0 320 164 29-1-0-0-1

杨庄1# 17468 0 0 0 0 203 56-0-0-0-0

在线损理论计算时，如果一条线路没有自己的负荷曲线，系统就会先计算出线路本身的负荷特征，然后去负荷曲线库中寻找最为接近的负荷曲线，然后以这条曲线为计算数据。

通过负荷特征自动匹配负荷曲线，这种算法的优点在于，既保障了计算结果的可靠性，又避免了增加设备投资。

三相不平衡度

统计数据表明，三相不平衡问题普遍存在。通过基本电路理论的计算可以证明，相同的条件下，单相供电三相不平衡时导线损耗是三相平衡时的六倍。实际上，三相不平衡问题一直是影响线损率的一个主要因素。

系统在基础数据管理中，实现了分相的管理，因此在算法上采用的是分相计算，即根据每相的负荷大小分别计算出各自的相电流和相电压的大小，对于低压的中性线，也要计算出电流的大小，以及对电压偏移的影响。

系统中采用的三相不平衡度计算公式，是三个相量的负序分量同正序分量的比值。以三相电流为例，其计算公式如下：

由于系统中统计到都是电量的大小，所以对于配电变压器而言，把三相的统计电量代替以上公式中的三相电流，即可求得配电变压器的三相负荷不平衡度。

配电变压器的三相负荷不平衡度只能反映总的三相电量是否平衡，无法反映每一段线路的三相不平衡状况。为了解决这一问题，系统提出了一个新的概念，即线路的三相负荷不平衡度。其计算公式如下：

线路的三相负荷不平衡度能够真正反映线路的三相是否平衡，是三相不平衡调整的一个重要依据。

三相不平衡的计算：

配变三相不平衡度的计算，是统计整个台区A、B、C三相电量的各自的总和，然后采用对称分量法，计算出负序分量和正序分量的比值。

线路三相不平衡度的计算，是采用对称分量法，按照每一段线路各相流经的电量，计算出各自的三相不平衡度，然后以每一段线路的长度为加权，计算出整条线路的平均不平衡度。

计算过程

系统基于自动匹配PQU负荷曲线的分时分相潮流算法，其计算过程简述如下：

1)分析基础数据的完整性和正确性，如果发现错误则进行友好提示。例如，如果发现变

压器没有型号，则提示变压器在图上的位置；如果发现三相三线制的后面有单相两线

制的线路，则在图上提示错误线路的具体位置。提示的目的是便于用户进行修改，完

全修改好以后，系统进入下一步计算。

2)以基础数据为依据，建立线路的三相电路模型。模型中每一档线路都作为一个阻抗元

件，每一个杆塔都作为一个电压节点。

3)按照用户的设置选择使用指定的负荷曲线，或者根据负荷特征自动匹配负荷曲线库中

的曲线。

4)按照负荷曲线的测量周期为计算单元，将电量按照每个单元所占的比例进行分配，求

得各个负荷点的功率。

5)在已知线路首端电压和功率因数的情况下，迭代求解每个电压节点的三相电压和每段

线路的三相电流。

6)已知电流，求得损耗。

7)将所有单元的损耗值累计相加，求得总的理论损耗。

8)分析影响线损的各种因素，对优化调整后的结果进行预算，按照调整效果的大小排序，

提出降损建议。