于永源电力系统第三章课件
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电力系统分析(第三版)于永源 杨绮雯 1章 概述
第一章 电力系统概述和基本概念 表1-1 我国三相交流电力网和用电设备的额定电压∕kV
分类
电力网和用电设备的 额定电压
0.22/0.127
发电机额定电压
0.23 0.40 0.69
电力变压器额定电压
一次绕组 0.22/0.127 0.38/0.22 0.66/0.38 二次绕组 0.23/0.133 0.40/0.23 0.69/0.40
二.电力系统的发展概况
1.电力工业发展历程
1882年，法国人首先实现了较高电压的直流输电，被认为是 世界上第一个电力系统(57km，送端电压1300V，受端电压 850V，输送功率1.5KW)
第一章 电力系统概述和基本概念
1889年，俄国工程师先后发明了三相异步电动机、三相变压 器和三相交流制。 1891年，德国工程师密勒主持建立了第一条三相交流输电线 路，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益 增大。(输送距离175km，输送功率130KW)
图 供电线路上的电压变化示意图
注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电 机的额定电压相同。
其中5%用于补偿变压器满 第一章 电力系统概述和基本概念 载供电时一、二次绕组上的 可以不考虑线路上的电 电压损失； 另外5%用于补 压损失，只需要补偿满 偿线路上的电压损失，用于 载时变压器绕组上的电 变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。 35kV及以上线路。 压损失即可，用于10kV 及以下线路。 当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电
为中心的全国统一联合电网。 21世纪：在北、中、南三大电网的基本格局下，逐步形
成全国联合大电网。与此同时，在21世纪将形成与周边国
家互联的亚洲东部联合电网。
电力系统分析课件(于永源)第一章学习资料
额定电压的平均值，即
Uav=(UN+1.1UN) / 2 = 1.05UN
电力线路 额定电压
第一章 电力系统概述和基本概念
表1-1 额定电压及电力线路的平均额定电压（KV）
用电设备及电力 电力线路的平 同步发电机 线路的额定电压 均额定电压 的额定电压
变压器的额定电压
一次绕组
二次绕组
3
3.15
3.15
流电。 ➢同年，法国人德普列茨提高了直流输电电压，被认为是世界
上第一个电力系统。
➢1891年，第一条三相交流输电线路在德国运行，三相交流输 电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。
➢目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和国际性电力 系统。
➢我国已建成华东、东北、华中、华北、西北、华南六个跨省 电力系统，独立的省属电力系统还有山东、福建、海南、四 川和台湾系统。
➢ 110KV用于中、小电力系统的主干线及大电力系统的二次网络；
➢ 35KV用于大城市或大工企业内部的网络，并广泛用于农村网络；
➢ 10KV是最常用的低一级配电电压；
➢ 6KV用于负荷中高压电动机占很大比重的网络；
➢ 3KV仅限于工企业内部网络。
第一章 电力系统概述和基本概念
2.电力系统的负荷 ➢电力系统的总负荷：指系统中各个用电设备消耗功率的总和。
第一章 电力系统概述和基本概念
第一章 电力系统概述和基本概念
❖ 第一节 电力系统概述 ❖ 第二节 电力系统中性点及其接地方式
第一章 电力系统概述和基本概念
第一节 电力系统概述
一 、 电力系统的基本概念
１. 电力系统的基本概念 ➢电力系统：是指由生产、输送、分配电能的设备，使用电
能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所 组成的统一整体。
电力系统分析第三版(于永源杨绮雯著)中国电力出版
Chapter 一1-1、电力系统和电力网的含义是什么？答：电力系统指生产、变换、输送、分配电能的设备如发电机、变压器、输配电线路等，使用电能的设备如电动机、电炉、电灯等，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。
一般电力系统就是由发电设备、输电设备、配电设备及用电设备所组成的统一体。
电力系统中，由各种电压等级的电力线路及升降压变压器等变换、输送、分配电能设备所组成的局部称电力网络。
1-2、电力系统接线图分为哪两种？有什么区别？答：电力系统接线图分为地理接线图和电气接线图。
地理接线图是按比例显示该系统中各发电厂和变电所的相对地理位置，反映各条电力线路按一定比例的路径，以及它们相互间的联络。
因此，由地理接线图可获得对该系统的宏观印象。
但由于地理接线图上难以表示各主要电机、电器之间的联系，对该系统的进一步了解。
还需阅读其电气接线图。
电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电力元件之间的电气接线。
但电气接线图上难以反映各发电厂、变电所的相对位置，所以阅读电气接线图时，又常需参考地理接线图。
1-3、对电力系统运行的根本要求是什么？答：对电力系统运行通常有如下三点根本要求:1〕保证可靠地持续供电；2〕保证良好的电能质量；3〕保证系统运行的经济性。
1-4、电力系统的额定电压是如何确定的？系统各元件的额定电压是多少？什么叫电力线路的平均额定电压？答：各局部电压等级之所以不同，是因三相功率S 和线电压U、线电流I 之间的关系为UI。
当输送功率一定时，输电电压愈高，电流愈小，导线等截流局部的截面积愈小，投资愈小；但电压愈高，对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也愈大。
综合考虑这些因素，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。
但从设备制造角度考虑，为保证生产的系列性，又不应任意确定线路电压。
另外，规定的标准电压等级过多也不利于电力工业的开展。
电力系统分析 第三版 (于永源 杨绮雯 著) 中国电力出版社 课后答案.解析
Chapter 一1-1、电力系统和电力网的含义是什么？答：电力系统指生产、变换、输送、分配电能的设备如发电机、变压器、输配电线路等，使用电能的设备如电动机、电炉、电灯等，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。
一般电力系统就是由发电设备、输电设备、配电设备及用电设备所组成的统一体。
电力系统中，由各种电压等级的电力线路及升降压变压器等变换、输送、分配电能设备所组成的部分称电力网络。
1-2、电力系统接线图分为哪两种？有什么区别？答：电力系统接线图分为地理接线图和电气接线图。
地理接线图是按比例显示该系统中各发电厂和变电所的相对地理位置，反映各条电力线路按一定比例的路径，以及它们相互间的联络。
因此，由地理接线图可获得对该系统的宏观印象。
但由于地理接线图上难以表示各主要电机、电器之间的联系，对该系统的进一步了解。
还需阅读其电气接线图。
电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电力元件之间的电气接线。
但电气接线图上难以反映各发电厂、变电所的相对位置，所以阅读电气接线图时，又常需参考地理接线图。
1-3、对电力系统运行的基本要求是什么？答：对电力系统运行通常有如下三点基本要求:1）保证可靠地持续供电；2）保证良好的电能质量；3）保证系统运行的经济性。
1-4、电力系统的额定电压是如何确定的？系统各元件的额定电压是多少？什么叫电力线路的平均额定电压？答：各部分电压等级之所以不同，是因三相功率S 和线电压U、线电流I 之间的关系为UI。
当输送功率一定时，输电电压愈高，电流愈小，导线等截流部分的截面积愈小，投资愈小；但电压愈高，对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也愈大。
综合考虑这些因素，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。
但从设备制造角度考虑，为保证生产的系列性，又不应任意确定线路电压。
另外，规定的标准电压等级过多也不利于电力工业的发展。
第3章 三相电路讲解
中性点
eA
ec Z X Y eB
将三个绕组尾端连在一起
三相四线 制供电
A （火线）
N （中性线） B （火线） C （火线）
A 火线（相线）: B
C 中性线（零线）：N
+
eA Z– X + eC–Y – eB +
中性点
+ + – A 端线(相线、火线)
U A
–
U AB
– U B
–
U CA
+–
U +
2
3) 2
EC E
120 E( 1 j 2
3) 2
三相电动势瞬时表示式
eA Em sin t
eB Em sin( t 120 ) eC Em sin( t 120 )
波形图
相量表示
EEEACB
E
E
E
0 E
120
120
相量图
.
EC
120° .
120°
EA
120°
.
EB
三个正弦交流电动势满足以下特征
定子
匝数相同
发电机结构
三相绕组 空间排列互差120
转子: 直流励磁的电磁铁
三相绕组中的感应电动势在相位上依次互差120o。
三相电动势瞬时表示式
eA Em sin t
eB Em sin( t 120 ) 相量表eC示 Em sin( t 120 )
EA E EB E
0 E 120 E( 1 j
电源Δ联接时，线电压就是相电压，即
线电压UL 相电压UP
电源Δ联接时，三个相电压之和为零，即
U AB U BC UCA 0
eA
ec Z X Y eB
将三个绕组尾端连在一起
三相四线 制供电
A （火线）
N （中性线） B （火线） C （火线）
A 火线（相线）: B
C 中性线（零线）：N
+
eA Z– X + eC–Y – eB +
中性点
+ + – A 端线(相线、火线)
U A
–
U AB
– U B
–
U CA
+–
U +
2
3) 2
EC E
120 E( 1 j 2
3) 2
三相电动势瞬时表示式
eA Em sin t
eB Em sin( t 120 ) eC Em sin( t 120 )
波形图
相量表示
EEEACB
E
E
E
0 E
120
120
相量图
.
EC
120° .
120°
EA
120°
.
EB
三个正弦交流电动势满足以下特征
定子
匝数相同
发电机结构
三相绕组 空间排列互差120
转子: 直流励磁的电磁铁
三相绕组中的感应电动势在相位上依次互差120o。
三相电动势瞬时表示式
eA Em sin t
eB Em sin( t 120 ) 相量表eC示 Em sin( t 120 )
EA E EB E
0 E 120 E( 1 j
电源Δ联接时，线电压就是相电压，即
线电压UL 相电压UP
电源Δ联接时，三个相电压之和为零，即
U AB U BC UCA 0
《电力系统课件》课件
3 电力技术发展趋势
展望电力技术的发展方向，如可再生能源和能源存储技术。
结尾
总结
总结电力系统课件的关键内容， 强调重点和要点。
发展前景分析
分析电力系统的未来发展趋势 和前景，展望行业的新机遇。
问题讨论
引入一些问题以激发学习者的 思考和互动，促进更深入的讨 论。
第三章 电力系统的运行管理
1
电网调度与控制
探讨如何调度和控制电力系统以确保能源供应的平衡和稳定。
2
停电维护与恢复
介绍停电维护的流程和恢复电力供应的策略，以应对紧急情况。
3
电能质量控制
讨论如何确保电能质量符合相关标准，提高供电的可靠性和稳定性。
第四章 电力系统的安全与保障
安全工作的重要性
强调电力系统安全工作的重 要性，保障人身和设备的安 全。
《电力系统课件》PPT课 件
欢迎来到《电力系统课件》PPT课件！本课程将介绍电力系统的概述、基本结 构、运行管理、安全保障、发展趋势等内容。让我们一起探索电力系统的奥 秘吧！
第一章 电力系统概述
电力系统的定义
介绍电力系统的概念和定义， 帮助理解其作用和重要性。
电力系统的组成
概括电力系统由哪些部分组 成，包括发电站、输电线路 和变电站等。
安全管理制度
介绍电力系统中采取的安全 管理制度，确保操作的规范 和安全。
事故应急处理
讨论电力系统发生事故时的 应急处理措施和流程。
第五章 电力系统的发展趋势
1 智能电网
探。
2 电力市场化改革
介绍电力市场化改革的动态和前景，推动电力行业的发展和竞争。
电力系统的演化历程
回顾电力系统的发展历程， 展示其技术和规模的进步。
展望电力技术的发展方向，如可再生能源和能源存储技术。
结尾
总结
总结电力系统课件的关键内容， 强调重点和要点。
发展前景分析
分析电力系统的未来发展趋势 和前景，展望行业的新机遇。
问题讨论
引入一些问题以激发学习者的 思考和互动，促进更深入的讨 论。
第三章 电力系统的运行管理
1
电网调度与控制
探讨如何调度和控制电力系统以确保能源供应的平衡和稳定。
2
停电维护与恢复
介绍停电维护的流程和恢复电力供应的策略，以应对紧急情况。
3
电能质量控制
讨论如何确保电能质量符合相关标准，提高供电的可靠性和稳定性。
第四章 电力系统的安全与保障
安全工作的重要性
强调电力系统安全工作的重 要性，保障人身和设备的安 全。
《电力系统课件》PPT课 件
欢迎来到《电力系统课件》PPT课件！本课程将介绍电力系统的概述、基本结 构、运行管理、安全保障、发展趋势等内容。让我们一起探索电力系统的奥 秘吧！
第一章 电力系统概述
电力系统的定义
介绍电力系统的概念和定义， 帮助理解其作用和重要性。
电力系统的组成
概括电力系统由哪些部分组 成，包括发电站、输电线路 和变电站等。
安全管理制度
介绍电力系统中采取的安全 管理制度，确保操作的规范 和安全。
事故应急处理
讨论电力系统发生事故时的 应急处理措施和流程。
第五章 电力系统的发展趋势
1 智能电网
探。
2 电力市场化改革
介绍电力市场化改革的动态和前景，推动电力行业的发展和竞争。
电力系统的演化历程
回顾电力系统的发展历程， 展示其技术和规模的进步。
第3章_三相交流电路课件
供电系统三相交流电的相序为 U1 V1 W1
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3. 三相电源的星形联结
(1) 联接方式
U1
++
– L1 端线(相线、火线)
相W电1 压N：中端性点线与中V1性u+u––21线u+–间3 （uu––+12发23 电u+3机1 L每NL2中3相性绕线组(）零的线电) 压
U1、U2、U3 Up 线电压：端线与端线间的电压 U12、U23、U31 UL
I1
U1 Z1
I2
U2 Z2
I3
U3 Z3
负载星连接带中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算
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3 对称负载Y 连接三相电路的计算
i1
+
u1
N–
iN
i1 Z
N'
––
Z
u2
+
i2
Z
负载对称时， 只需计算一相电 流，其它两相电 流可根据对称性 直接写出。
如：
u3
+
i3
I1 10 30 A 可知：
_
+
e
e
+
_
U•+1
U2 u1 -
图3 每相电枢绕组
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2 三相电压表示形式 （1)三相电压瞬时表示式
u1 Um sin t
u2 Um sin( t 120 )
(2)相量表示
u3 Um sin( t 120 )
U1 U U2 U
0 U 120 U( 1 j
2
3) 2
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电力系统分析(于永源)第三章PPT课件
~
SSSPQPQ ' j j
22
y 2 2
2
y 2
y 2
PPQ Q P Q j ' j '
2
y 2
2
y 2 2
2
而流入电力线路阻抗始端的功率为
SSS PQP Q ~'~ ' ~ 1 2 Z
' j
2
'2 ZjZ
PPQQPQ '2 Z j '2 Z 1 ' j
U
，末端电
2
压为
S
' 2
时，电力线路阻抗中的一相功率损耗为
~2
~ SS PQ PQ PQ P Q
U U U U 2
'
2
Z
'2 '2 2 2 2RjX
'2 '2 2 2 2Rj
'2 '2
2
2
2X j Z
Z
2
2
2
2
则有
P Q QP P UU Q
Z
Z
'2
2 2
2
'2
2 2
2
'2 2 R
~
~
为线电压，则 S Z 、 S y 即为电力线路阻抗中的三相功率损
耗和导纳支路中的三相功率损耗，此形式较为常用。
.
~
此外，还应注意， U 、 S 应为电力线路中同一点的值。
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
（3）电力线路中的功率计算。
从图3-1中可以看出，电力线路阻抗支路末端流出的功率
为
~ ~
G
y1
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第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
线路始端电容输入功率损耗（充电功率）
Qy1 j B 2 U 1 j1.65 10 -3 394 .5 2 j256.79(MV AR) 2
线路始端输入功率 S 2 Qy1 S1 S 2
450 j90.1 18.82 j174.99- j256.79
近似表示 由于U 2 U U 或 U U ，所以
U1 U 2 U
~ S 已知线路首端的情形：即阻抗支路首端功率 1 P 1 jQ 1
U 0 首端电压 U 1 1
得线路末端电压
U dU U (U jU ) U U jU U 2 1 1 1
I m
U1
GT
jBT
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
不变（励磁支路）功率损耗
U1 2 ~ S yT 3U1 I m 3U1 (YTU1 ) 3YT ( ) 3
(GT jBT )U
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
于是末端导纳支路的有功功率损耗和无功功率损耗
1 2 PY 2 GU 2 2 1 2 QY 2 BU 2 2
始（首）端导纳支路的功率损耗
Y Y 1 ~ I U ( U ) U U YU2 SY 1 U 1 Y1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 (G jB)U1 GU 1 j BU 12 2 2 2
U1. N U1 U N
U 2. N U1 U N
用百分数表示
U U U % U
1 1.N N N
100
U U U % U
2 2.N N
N
100
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
（4）电压调整：线路末端空载与负载时电压的数值差
U U
20
2
用百分数表示
U U U % U
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
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 环式网络的潮流分布
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
第一节 电力线路和变压器的功率损耗和电压 降落
一. 电力线路的功率损耗和电压降落
电力线路的
S1
S 1
Qy1
12.9 j110.97
S 2
Qy2
S2
2
380kV
j1.65 10-3 S
j1.65 10-3 S
解
P2 450MW ，cos 2 0.95 ， 2 18.2 ，末端功率
S 2 P2 (1 j tan 2 ) 450(1 j tan18.2 )
三相功率损耗。 ~ 、S 注3： U 为线路同一点的值。 （3）电力线路中的功率 电力线路阻抗支路末端流出的功率 ~ ~ ~ S2 SY 2 P2 jQ2 P S2 Y 2 jQY 2
P2 PY 2 j (Q2 QY 2 )
P2 jQ2
U U 0 末端电压 2 2
由
~ I S 2 U 2 z
：阻抗支路的电流，I 为其共轭。 I z z
阻抗支路的电流幅值（或有效值）
Iz 2 P2 2 Q2 U2
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
阻抗支路一相功率损耗
2 2 2 2 2 2 P Q P Q P Q ~ S z I z2 Z 2 2 2 ( R jX ) 2 2 2 R j 2 2 2 X U2 U2 U2
变压器的功率损耗：不变损耗（励磁或导纳支路的损耗）
可变损耗（阻抗支路的损耗）
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
不变损耗的计算
已知：正常运行的变压器电压（归算后）
U U U
1 2
N
励磁导纳
YT GT jBT
P0 GT 2 1000 UN
I 0 %S N BT 2 100 UN
U 1
U 和 U 分别为电压降落的纵分量和横分量。
（2）电压损耗： U 1 U 2 ，始（首）末两端电压的数值差。 近似为
U1 U 2 U
以百分数表示
U1 U 2 U % 100 UN
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
（3）电压偏移：始（首）端电压或末端电压与线路额定电
压之差
P Y 1 jQY 1
其中
PY 1 1 GU 12 2
QY 1 1 BU 12 2
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
注1：一般电力线路可忽略电导，此时 P Y 1 P Y 2 0。
注2：以上为单相，完全适用于三相，此时， Z 、Y 仍为每
~ ~ 相阻抗和导纳， S 为三相功率， U 为线电压，S 为
U 2
U
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
思考：如果末端电压或首端电压的初相位不为零，电压降落的 计算有何不同？ 说明1：上述电压的计算公式是以相电压形式导出的，也 完全适用于线电压。此时公式中的功率为三相功率，阻抗仍为 每相阻抗。 说明2：对于电力线路的功率损耗和电压降落的计算，可用
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
dU U 2 U jU U 2
U1 ：线路电压降落 dU
U ：电压降落纵分量
U ：电压降落横分量
：初相位或功角，首、末两端电压初相位之差
U U U jU dU 1 2
tan1 U
145.13(kV)
U jU 13.17 j145.13(kV dU ) 2 2
始端电压 U U jU 380 13.17 j145.13 U 1 2 2 2
366.83 j145.13(kV )
其有效值
U1 366.832 145.132 394.5(kV)
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
~ ~ S2 ：线路输出功率， S2 P2 jQ2
阻抗始端流入的功率
~ ~ ~ S2 Sz P2 jQ2 Pz jQz S1
Qz ) P2 Pz j (Q2
P 1 jQ1
Π型等值电路
~ S1
~ S1
~ ~ S z S2
Z
~ S2
Z R jX ：
每相阻抗
U 1
~ SY 1
Y 2
Y 2
~ SY 2
U 2
Y G jB ：每相导纳
：相电压 U
~ S ：单相功率
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
1. 电力线路的功率损耗
（1）电力线路阻抗中的功率损耗 ~ jQ2 已知：阻抗支路末端功率 S 2
468.82 171.9(MVA)
据此，计算线路的电压损耗、电压偏移及输电效率。
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
二、变压器的功率损耗和电压降落
与电力线路的区别 1. 等值电路的形式：变压器以Γ形等值电路表示，电力线路 以Π形等值电路表示； 2. 导纳支路的性质：变压器的导纳支路为电感性，电力线路 的导纳支路为电容性；
468.82 j84.89(MVA )
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
电压降落
P2 RL Q2 X L 450 12.9 90.1 119.97 U 2 U2 380 13.17(kV)
P2 X L Q2 RL 450 119.97 90.1 12.9 U 2 U2 380
电力线路始端的功率（输入功率）
~ ~ ~ S1 S1 SY1 P 1 jQ 1 P Y 1 jQY 1
P 1 P Y 1 j (Q 1 QY 1 )
P 1 jQ 1
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
2.电力线路的电压降落
~ P2 jQ2 已知线路末端的情形：即阻抗支路末端功率 S 2
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
S 2 450 j147.95(MV A)
线路末端电容的功率损耗（充电功率）
B 2 Qy2 j U 2 j1.65 10 -3 380 2 j238(MVAR) 2
线路阻抗末端功率
S2 Qy2 450 j147.95- j238 450- j90.1(MVA) S2
Pz jQz
所以阻抗支路的有功功率损耗和无功功率损耗
2 P2 2 Q2 Pz R 2 U2
2 P2 2 Q2 Qz X 2 U2
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
已知：阻抗支路首端功率首端电压
~ S1 P 1 jQ 1
U U 1 1 1
可得阻抗支路的有功功率损耗和无功功率损耗
2 2 P1 Q1 Pz R 2 U1 2 2 P1 Q1 Qz X 2 U1
第三章 简单电力网络潮流的分析与计算
（2）电力线路导纳支路中的功率损耗
U 0 已知：末端电压 U 2 2
末端导纳支路的电流
YU I Y2 2 2
U U 0 末端电压 2 2
得阻抗支路的电流
~ P2 jQ2 S2 Iz ( ) U2 U 2
线路首端电压
P2 jQ2 U1 U 2 I z Z U 2 ( R jX ) U2
X R P2R Q2 P2 X Q2 U2 j U2 U2