第六章电力网稳态计算
电力系统稳态分析讲解第六章
当P为一定值时，得
V2 EV 2 Q P X X
2
Q
V2 EV 2 P X X
2
发电机无功
异步电机无功
图6-7 无功平衡与电压水平 应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。
例6－1
第二节 电力系统无功功率的最优分配
一、无功电源的最优分配 1、等网损微增率准则 无功经济分布的目标：在有功负荷分布已确定 的前提下，调整无功电源之间的负荷分布，使 有功网损达到最小。 网络的有功网损可表示为节点注入功率的函数
第一节 电力系统的无功功率平衡
•电压是衡量电能质量的重要指标。
•电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 •系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷 和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则 电压就会偏离额定值。
一、无功功率负荷和无功功率损耗
1．无功功率负荷
无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电 动机）所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6-0.9。 •异步电动机 电压下降,转差 增大,定子电流 增大.
电力系统稳态分析 Steady-State Analysis of Power System （六）
陕西科技大学电气与信息工程学院 宋玲芳
第六章 电力系统的无功功率与电压调整
本章主要内容：
1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡 2、无功功率的经济分布:无功电源的最优分布 ；无功负荷的最优补偿
3、电压的调整 频率调整和电压调整的相同和不同之处
P P (Q1 , Q2 Qn )
无功电源经济分配的数学表达 约束条件：（无功平衡方程）
Q
i 1
m
电气工程基础 第6章 电力网稳态计算
三绕组变压器等值参数
Pk 1 Pk 2 Pk 3 1 ( P k (1 2 ) P k (1 3 ) P k ( 2 3 ) ) 2 1 ( P k (1 2 ) P k ( 2 3 ) P k (1 3 ) ) 2 1 ( P k (1 3 ) P k ( 2 3 ) P k (1 2 ) ) 2
S / km
b0 lg
7 . 58 D jp rD
10
6
S / km
输电线路等值电路
•有一条长100km，额定电压为110kV的输电线路，采用 钢芯铝绞线LGJ-185型导线，导线水平排列，线间距离 为4m，导线表面系数m1=0.85，气象状况系数m2=1。空 气相对密度δ=1，求线路参数。 •解 ： •查附录I附表I-1得LGJ-185型导线的计算直径为19.02 mm， 则
k (1 2 )
GT BT
P0 10 3
2 UN
S
14 .2 110 2
10 3 S 1 .17 10 6 S 1 .26 8000 100 110 2
2
I 0 (%) S N
2 100 U N
10 3 S
10 3 S 8 .33 10 6 S
U k (%) ZN 100
双绕组变压器等值参数
PFc P0 P0 1 3 3 G T 2 10 2 10 SN Z N UN UN
Io Ib
I o (%)
S
U
N
I0 100 IN
3
B T 10
3
I0 (%) 3I N 3 I0 (%) SN BT 10 2 103 S 100 UN 100 UN
电力网的稳态计算
三、电导
架空输电线路的电导是用来反映泄漏电流和空气游离所 引起的有功功率损耗的参数。一般线路绝缘良好，泄漏电流 很小，可忽略不计，所以主要只考虑电晕现象引起的功率损 耗。
所谓电晕，就是架空线路在带有高电压的情况下，当导 线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导体附近的空气 游离而产生的局部放电现象。这种放电现象与导线表面的光 滑程度、导线周围的空气密度及气象状况都有关。
(3)线路参数是按导线的额定截面积计算的。导线的实际 截面积通常比额定截面积略小，因而，在实际计算中，也采 取修正电阻率的办法。
华中科技大学武昌分校
在考虑了上述因素后，导线材料的电阻率经修正后， 计算用值采用下列数值：
铜—18.8Ω·mm2/km； 铝—31.5Ω·mm2/km；
工程计算中，需进行温度修正，t℃时的电阻值rt可按
下式计算
rt=r20[1+α(t-20)]
(6-2)
式中，rt—环境温度为t℃时导体单位长度的电阻(Ω/km)
r20—环境温度为20℃时导体单位长度的电阻(Ω/km)；
α—电阻的温度系数(1/℃) 。
华中科技大学武昌分校
二、电抗
在三相导线排列对称，或虽排列不对称但经完全换位 后，各相单位长度的一相等值电抗为
x0
L (0.1445 lg
D jp r
0.0157)
/ km
(6-3)
式中，r —导线半径(cm)；μ—导体的相对磁导率，对铝绞
线等有色金属，μ=1；
Djp—三相导线间的几何均距(cm)。
三相导线对称排列时， D jp 3 Dab Dbc Dca
当三相导线水平排列时，则 D jp 3 D D 2D 1.26D
电力系统稳态分析--潮流计算
电力系统稳态分析--潮流计算(总36页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--电力系统稳态分析摘要电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种重要的分析计算，它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线的电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗。
所以，电力系统潮流计算是进行电力系统故障计算，继电保护整定，安全分析的必要工具。
本文介绍了基于MATLAB软件的牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法潮流计算的程序，该程序用于计算中小型电力网络的潮流。
在本文中，采用的是一个5节点的算例进行分析，并对仿真结果进行比较，算例的结果验证了程序的正确性和迭代法的有效性。
关键词：电力系统潮流计算；MATLAB；牛顿-拉夫逊法；P-Q分解法；目次1 绪论 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。
背景及意义......................................................................................... 错误!未定义书签。
相关理论 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
本文的主要工作 ................................................................................ 错误!未定义书签。
2 潮流计算的基本理论 ......................................................................... 错误!未定义书签。
电力系统暂态分析：第六章 电力系统稳定性问题概述
M E max
2M E max S Scr
Scr S
• 四、自动调节励磁系统包括： • 1、自动调节励磁系统包括： • 主励磁系统和自动调节励磁装置
• 主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励 磁主回路：
• 自动调节励磁装置根据发电机的运行参数，如端 电压、电流等，自动地调节主励磁系统的参数。
➢两机系统
PE1 E12G11 E1E2 Y12 sin(12 12 ) PE12 E22G22 E1E2 Y12 sin(12 12 )
PE1 PE2 δ12
• 三、异步电动机转子运动方程和电磁转矩
• 异步电动机组的转子运动方程为
TJ
0
d*
dt
(M E
Mm)
• TJ 为异步电动机组的惯性时间常数，一般约为
Re
E i
n
Eˆ
jYˆij
j1
n
n
Ei E j (Gij cos ij Bij sin ij ) Ei2Gii Ei Ej Yij sin( ij ij )
j 1
j 1
ji
导纳角 ij
tg1
Gij Bij
➢任一台发电机的功率角的改变，将引起全系统各机 组电磁功率的变化。稳定分析是全系统的综合问题。
➢ 机电暂态过程主要是电力系统的稳定性问题。电力系 统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干 扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡 到一个新的稳态运行状态的问题。
如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定
的。
反之，若系统不能回到
原来的运行状态或者不能建
立一个新的稳态运行状态，
J02 SB
Wk
第六章电力系统稳定与控制——作业二
前言—答疑及考试
研究生助教：缪鹏彬（001班）、刘珏麟（002班） 答疑
时间：星期一晚上7:30-9:30 地点：6教406
成绩构成
平时成绩（30%）：考勤（5%） 、课后作业（15%） 、
课堂练习（10%）
期末闭卷考试（70%）
6
前言—教材及参考资料
李光琦.电力系统暂态分析(第三版) .北京：中国电力 出版社，2007 何仰赞，温增银.电力系统分析(下册) （第三版）. 武汉：华中科技大学出版社，2002 韩祯祥.电力系统分析.浙江大学出版社 J D Glover, etc. . Power System Analysis and Design. 机械工业出版社 Prabha Kundur . Power system stability and control . New York: McGraw-Hill lnc,1993
“电力系统电磁暂态分析” 抓住主要矛盾、忽略 次要因素。——思维 方式 “电力系统稳定性分析”
暂态 扰动使得系 统从一种运 行状态向另 一种运行状 态过渡。
机电暂态
分析发电机转子 转速的变化
17
课程内容和目的
具体知识我们不懂，但我们 依旧可以判断这个目录是不 是一个完整的框架体系！
课程内容
后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复 到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振 荡周期不失步。如果能，则认为系统在该正常运行状 态下该扰动下是暂态稳定的。不能，则系统是暂态失 稳的。
特点：研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大
干扰时的功角稳定性问题。系统的暂态稳定性不仅与 系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、 地点及持续时间均有关。
6电力系统稳定性分析
e: PP在该大扰动下是暂态不稳定。
TPEP,P1cIe 0 如 切 除 故 障II较 晚I， II 在 切 除 故 障 时 ，
P II 0
转
子
加
速
已
比
较
严
重
，
运
行
点
沿
PI
I
，
I
如
1, 0 成
果 立
使 ，
得 则
到 c将达越h 点 m过ax时h 点，对 应c
（导数）大于0，即：
整步功率系数
Kp
PMP0100% P0
(7-2)
整步功率系数大小可表示系统静态稳定的程度。
整步功率系数值越小，静态稳定的程度越低。整步
功率系数等于0，则是稳定与不稳定的分界点，即静
态稳定极限点。在简单系统中静态稳定极限点所对
应的功角就是功角特性的最大功率所对应的功角。
• 静态稳定储备系数
PE
00
静态稳定性。
PUGm PEqm PEqm
PU G m
PUGm PEqm PEqm
0
c
b a
PEqm 900
PUGmPEqmPEqm 180 0
E
q
P0
PE
00
• 无自动励磁调节器时， 稳定极限由SEq=0确定， 为图中的a点。
• 安装电压偏差比例式励 磁调节器，如果Ke
（偏差放电倍数）选择
第一节 概述
一、电力系统稳定性的定义
给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，如果 能重新恢复到原来运行平衡状态或新的运行平衡状 态，并且系统中的多数运行参数可维持在一定的允 许范围内，使整个系统能稳定运行，即称电力系统 是稳定的。
电力网及其稳态分析
电力网及其稳态分析概述电力网〔Power Grid〕是指由发电厂、变电站和输电线路等组成的电力系统。
它是现代社会供电的根底设施，对保障经济运行、社会开展和人民生活起着重要作用。
稳态分析是电力网运行中的一项重要任务，对电力系统的稳定运行和平安运行具有重要意义。
电力网结构电力网的结构复杂，包括发电厂、变电站、输电线路等多个组成局部。
发电厂是电力网的核心，它通过燃煤、发电机等方式产生电能。
变电站负责将发电厂产生的电能通过变压器升压后送入输电线路。
输电线路将电能从发电厂传输到用户端，涉及到长距离输电和分布式输电。
稳态分析的重要性稳态分析是电力网运行中的一项重要任务，它主要包括潮流计算、短路计算和稳定性分析等内容。
稳态分析的目的是评估电力系统在正常运行情况下的电压、电流和功率等参数，以保证电力系统的正常运行和平安运行。
稳态分析可以帮助电力系统运营人员了解电力系统的潮流分布情况，及时发现异常和问题，采取相应的措施进行调整和修复。
稳态分析还可以评估电力系统的容量和负载情况，帮助优化电力系统的运行方案，提高电力系统的效率和可靠性。
稳态分析的方法稳态分析通常采用潮流计算、短路计算和稳定性分析等方法。
•潮流计算：潮流计算是稳态分析的根底，它通过建立电力系统的潮流方程组，计算各节点的电压和功率等参数。
潮流计算可以帮助分析电力系统的电压稳定性、有功功率和无功功率分布情况，并判断电力系统是否存在潮流过载、电压失调等问题。
•短路计算：短路计算是评估电力系统在短路故障时的电流分布和电压稳定性的方法。
它通过建立短路方程组，计算电力系统节点和支路的短路电流和短路电压等参数。
短路计算可以判断电力系统的短路能力，帮助设计合理的保护装置和配电设备。
•稳定性分析：稳定性分析是评估电力系统在暂态和稳态时的稳定性的方法。
它通过建立电力系统的等值传输方程组，计算电力系统的频率和电压稳定性等参数。
稳定性分析可以判断电力系统的动态稳定性和静态稳定性，帮助设计和优化电力系统的控制策略。
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2008/2
电力线路 的结构
架空输电线路 参数和等值电路
500KV输电线路
变压器等值 电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
电气工程
第六章电力网稳态计算
2008/2
电力线路 的结构
架空输电线路 参数和等值电路
变压器等值 电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
电气工程
2008/2
电力线路 的结构
架空输电线路 参数和等值电路
线路类型 装 设 地 点
优点
架空线路
导线和避雷线架 设在露天的 线路杆塔上
费用低， 施工、 维护、 检修方便
变压器等值 电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
费用高，
电缆线路
直接埋设在地下
施工、 维护、
检修不便
电气工程
第六章电力网稳态计算
2．电缆线路
电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。
导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。
分为单芯、三芯和四芯等 种类。单芯电缆的导体截面是 圆形的；三芯或四芯电缆的导 体截面除圆形外，更多是采用 扇形，如图所示。
图 扇形三芯电缆
1—导体 2—纸绝缘 3—铅包皮 4—麻衬 5—钢带铠甲 6—麻被
2008/2
电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
电气工程
图 裸导线的构造
a）单股线 b）多股绞线 c）钢芯铝绞线
第六章电力网稳态计算
分裂导线
架空导线的型号有： TJ——铜绞线 LJ——铝绞线，用于10kV及以下线路 GJ——钢绞线，用作避雷线 LGJ——钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路
线间距离：380V为0.4～0.6m；6～10kV为0.8～1m；35kV 为2～3.5m；110kV 为3～4.5m。
潮流计算
电气工程
第六章电力网稳态计算
2008/2
电力线路 的结构
架空输电线路 参数和等值电路
变压器等值 电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
电气工程
电气工程
第六章 电力网的稳态计算
第六章电力网稳态计算
2008/2
电力线路 的结构
架空输电线路 参数和等值电路
第一节 电力线路的结构
电力线路 的结构
架空输电线路 参数和等值电路
变压器等值 电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮 之间保持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚 乙烯、交联聚氯乙烯等。
保护包皮：用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及 运行过程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝 缘油外渗。常用的包皮有铝包皮和铅包皮。此外， 在电缆的最外层还包有钢带铠甲，以防止电缆受外 界的机械损伤和化学腐蚀。
第六章电力网稳态计算
绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝 缘距离；金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。
常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式三种。 针式绝缘子：用于35kV及以
下线路上。
悬式绝缘子：用于35kV以上 的高压线路上，通常组装成绝 缘子串使用（35kV为3片串接； 60kV为5片串接；110kV为7片 串接）。
导线在杆塔上的排列方式：
三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列； 三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列； 多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全 部垂直排列；
杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大 地之间保持一定的安全距离。
杆塔的分类 按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。
A 导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为：
应考虑集肤效应和邻近效应的影响； 导线为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长度大; 导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。
电气工程基础
电气工程基础
2008/2
电力线路 绪论------电力系统的基本概念和知识 的结构 发电系统
架空输电线路 输变电系统 参数和等来自电路电力系统负荷变压器等值 电力网的稳态计算 电路及参数 电力系统的短路计算
网络元件电压 电气主接线的设计与设备选择 和功率分布 电力系统继电保护
电力网络的 实验
导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不
易腐蚀、价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、铝
2008/2
和钢。
电力线路 导线的结构型式：导线分为裸导线和绝缘导线两大类， 的结构 高压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。
架空输电线路 参数和等值电路
架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股
变压器等值 绞线和钢芯铝绞线三种，如图所示。
电气工程
第六章电力网稳态计算
电缆的敷设方式：
直接埋入土中：埋设深度一般 为0.7～0.8m，应在冻土层以下。 当多条电缆并列敷设时，应留有 一定距离，以利于散热。
电缆沟敷设：当电缆条数较多 时，宜采用电缆沟敷设，电缆置 于电缆沟的支架上，沟面用水泥 板覆盖。
穿管敷设：当电力电缆在室内 明敷或暗敷时，为了防电缆受到 机械损坏，一般多采用穿钢管的 敷设方式。
应用范围
绝大多数输电线路、 配电线路采用架 空线路
当受环境限制不能采 用架空线路时才 考虑用电缆线路。 大城市配电系统 当难以解决线路 所需的走廊,或为 了保持障环境美 时,要求采用地下 电缆网。
第二节 架空输电线路的参数计算及等值电路
1．输电线路的参数计算
电阻： 单根导线的直流电阻为：R l
棒式绝缘子：棒式绝缘子多 兼作瓷横担使用，在110kV及 以下线路应用比较广泛。
低压针式绝缘子
高压针式绝缘子
高压线路瓷横担绝缘子
2008/2
电力线路 的结构
架空输电线路 参数和等值电路
变压器等值 电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
电气工程
第六章电力网稳态计算
瓷横担的特点：有良好 的电气绝缘性能，兼有 绝缘子和横担的双重功 能，能节约大量的木材 和钢材，有效地降低杆 塔的高度，可节省线路 投资30%～40%。
两种结构分为架空线路和电缆线路
变压器等值 电路及参数
网络元件电压 和功率分布
电力网络的 潮流计算
电气工程
第六章电力网稳态计算
一、电力线路的结构
1．架空线路
架空线路主要由导 线、避雷线（即架空地 线）、杆塔、绝缘子和 金具等部件组成，如图 所示。
图 架空线路的结构
导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线 的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。