电力系统分析第1章
合集下载
电力系统分析第1章
投产908万kW，在建2180万kW 核电机组
9
装机容量迅速增长
GW
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 20 1970 69 1980 319 338 357 391 441 622 508 713 793 874
138
1990
183
214
299
1993
1995
抽水储能电站剖面图
水轮发电机
风电场效果图
风电场远眺
11年45050兆瓦
1.1.4 电网的结构和接线方式
电网的分层结构、按照电压等级可分为输电网和配电网
输电网:
将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中地区
配电网
分配电能，电压等级较输电网低。
电力系统接线图
地理接线图 电气接线图（地理上远的节点，电气上未必远）
6
1.1.2 电力系统发展简史和我国电力系统
1）电力系统发展简史
1831年法拉第发现电磁感应定律，1875年巴黎北火车站发电厂 建立，电进入实用阶段；1882年T.A.爱迪生在纽约主持建造珍 珠街电站，它装有6台直流发电机（总容量约670千瓦），用110 伏电压供1300盏电灯照明，组成了首个直流电力系统 19世纪90年代 ，三相交流输电系统研制成功，它克服了直流输 电系统的局限性，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发 展的里程碑 从 20 世纪初到 60 年代末，最高交流输电电压从 12.44kV提 高到765kV；1985年前苏联建成1150kV特高压线路 20 世纪 50 年代末，现代高压直流输电技术的出现奠定了当今 高压交/直流电力系统的基础，目前直流最高电压已达±800kV
9
装机容量迅速增长
GW
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 20 1970 69 1980 319 338 357 391 441 622 508 713 793 874
138
1990
183
214
299
1993
1995
抽水储能电站剖面图
水轮发电机
风电场效果图
风电场远眺
11年45050兆瓦
1.1.4 电网的结构和接线方式
电网的分层结构、按照电压等级可分为输电网和配电网
输电网:
将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中地区
配电网
分配电能，电压等级较输电网低。
电力系统接线图
地理接线图 电气接线图（地理上远的节点，电气上未必远）
6
1.1.2 电力系统发展简史和我国电力系统
1）电力系统发展简史
1831年法拉第发现电磁感应定律，1875年巴黎北火车站发电厂 建立，电进入实用阶段；1882年T.A.爱迪生在纽约主持建造珍 珠街电站，它装有6台直流发电机（总容量约670千瓦），用110 伏电压供1300盏电灯照明，组成了首个直流电力系统 19世纪90年代 ，三相交流输电系统研制成功，它克服了直流输 电系统的局限性，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发 展的里程碑 从 20 世纪初到 60 年代末，最高交流输电电压从 12.44kV提 高到765kV；1985年前苏联建成1150kV特高压线路 20 世纪 50 年代末，现代高压直流输电技术的出现奠定了当今 高压交/直流电力系统的基础，目前直流最高电压已达±800kV
电力系统分析 0 绪论
10
2. 3. 4.
变压器的电压等级
升压变压器（例如35/121，10.5/242）
• 一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备， 一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； • 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压 等于发电机的额定电压； • 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电， 相当于发电机，应比线路的额定电压高5%， 加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压 等于用电设备的额定电压110%。
X x1l
G g1l
B b1l
31
2）长线路的等值电路 长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电缆。 精确型 根据双端口网络理论可得：
1 2coshrl 1 Y' sinh rl Zc sinh rl 其中： Z c z1 / y1 r z1 y1
Y’/2
13
四．电力系统中性点的运行方式
1. 中性点经消弧线圈接地（电抗线圈）
中性点不接地方式
2. 中性点经非线性电阻接地
过补偿（总电流为感性）
Eb
N
欠补偿（总电流为容性）
Ib
Ec
Ia '
Ia
Ea
Ic
14
第二章 电力系统各元件的特性和数学模型
一．电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部
b 大气压力Biblioteka 283.Er Ecr
，得电晕起始电压或临界电压
Dm Dm U cr Ecr r ln 49.3m1m2r lg r r U cr 为相电压的有效值，以KV为单位
4. 每相电晕损耗功率
Pc k c (U U cr ) 2 ( k W / k m) U 线路实际运行电压( k V ) kc 241
2. 3. 4.
变压器的电压等级
升压变压器（例如35/121，10.5/242）
• 一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备， 一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； • 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压 等于发电机的额定电压； • 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电， 相当于发电机，应比线路的额定电压高5%， 加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压 等于用电设备的额定电压110%。
X x1l
G g1l
B b1l
31
2）长线路的等值电路 长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电缆。 精确型 根据双端口网络理论可得：
1 2coshrl 1 Y' sinh rl Zc sinh rl 其中： Z c z1 / y1 r z1 y1
Y’/2
13
四．电力系统中性点的运行方式
1. 中性点经消弧线圈接地（电抗线圈）
中性点不接地方式
2. 中性点经非线性电阻接地
过补偿（总电流为感性）
Eb
N
欠补偿（总电流为容性）
Ib
Ec
Ia '
Ia
Ea
Ic
14
第二章 电力系统各元件的特性和数学模型
一．电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部
b 大气压力Biblioteka 283.Er Ecr
，得电晕起始电压或临界电压
Dm Dm U cr Ecr r ln 49.3m1m2r lg r r U cr 为相电压的有效值，以KV为单位
4. 每相电晕损耗功率
Pc k c (U U cr ) 2 ( k W / k m) U 线路实际运行电压( k V ) kc 241
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(大学电力专业期末复习资料)
保证系统的电压、频率、波形在允许的范围内变动。 ➢电压偏移：一般不超过用电设备额定电压的±5%。 ➢频率偏移：一般不超过±0.2Hz。
3．为用户提供充足的电能。
1.2 电力系统的电压等级和负荷
一、电力系统的额定电压 电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等。 1.用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。 2.发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%， 用于补偿线路上的电压损失。
例1-1 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压 器的额定电压。
G
T1
变压~器T1的二次侧
供电距离较长，其
额定电压应10比kV线路
额定电压高10%
110kV
变T2压器T6k1V的一次绕组与 发电机直接相连，其一 次侧的额定电压应与发 电机的额定电压相同
发电机G的额定电压：UN·G=1.05×10=10.5（kV）
Wa Pmax
pdt
0
Pmax
图 年最大负荷与年最大负荷利用小时数
1.3 电力系统中性点运行方式
我国电力系统中性点有三种运行方式：
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地
小电流接地系统 大电流接地系统
1、中性点不接地的电力系统
1.正常运行时，系统的三相电压对称，地中无电流流过， 2.当系统发生A相接地故障时 ，A相对地电压降为零，中性
点电压 U 0 U A 0 U 0 U A
UA
U A
U0
IPE
U C
U 0
U B
U C
U B
图1-8 中性点不接地系统发生A相接地故障时的电路图和相量图
3．为用户提供充足的电能。
1.2 电力系统的电压等级和负荷
一、电力系统的额定电压 电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等。 1.用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。 2.发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%， 用于补偿线路上的电压损失。
例1-1 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压 器的额定电压。
G
T1
变压~器T1的二次侧
供电距离较长，其
额定电压应10比kV线路
额定电压高10%
110kV
变T2压器T6k1V的一次绕组与 发电机直接相连，其一 次侧的额定电压应与发 电机的额定电压相同
发电机G的额定电压：UN·G=1.05×10=10.5（kV）
Wa Pmax
pdt
0
Pmax
图 年最大负荷与年最大负荷利用小时数
1.3 电力系统中性点运行方式
我国电力系统中性点有三种运行方式：
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地
小电流接地系统 大电流接地系统
1、中性点不接地的电力系统
1.正常运行时，系统的三相电压对称，地中无电流流过， 2.当系统发生A相接地故障时 ，A相对地电压降为零，中性
点电压 U 0 U A 0 U 0 U A
UA
U A
U0
IPE
U C
U 0
U B
U C
U B
图1-8 中性点不接地系统发生A相接地故障时的电路图和相量图
第1章电力系统稳态分析_电力系统的基本概念
第1章电力系统稳态分析_电力系统的基本概念电力系统是由发电、输电、配电和用户用电等组成的供电系统。
它是将电能从发电厂通过输电线路传输到用户用电设备的系统。
电力系统的稳态分析是对电力系统在稳态工作条件下的电压、电流、功率等参数进行分析和计算，以保证系统的稳定和可靠运行。
电力系统的基本概念包括电力平衡、节点电压、支路电流和功率等。
首先是电力平衡。
电力平衡是指在电力系统中，发电的总功率等于负荷的总功率。
电力平衡可以用以下的公式表示：∑Pg=∑Pl其中，Pg表示各个发电机的有功功率，Pl表示各个负荷的有功功率。
电力平衡的实现是电力系统稳态分析的基础，它保证了系统中的能量供给和消耗是平衡的。
其次是节点电压和支路电流。
节点是电力系统中的连接点，每个节点都有一个电压值。
节点电压的稳态分析可以通过节点电压法进行。
支路是连接节点的电线路，每个支路都有一个电流值。
支路电流的稳态分析可以通过支路电流法进行。
节点电压和支路电流的稳态分析是电力系统的关键，它可以确定电力系统中各个节点和支路的状态，包括电压、相位和功率等。
最后是功率的分析。
功率是电力系统中的重要参数，不同类型的功率包括有功功率、无功功率和视在功率。
有功功率是电力系统中进行能量传递和转化的功率，它表示电能的实际消耗。
无功功率是电力系统中进行能量调节和稳定的功率，它表示电能无法被直接利用的功率。
视在功率是有功功率和无功功率的综合指标，它表示电力系统中总的功率消耗。
除了以上基本概念，电力系统的稳态分析还涉及到电力负荷的预测和优化调度、电力系统的潮流计算和短路计算、电力系统的电能质量分析等。
这些分析可以为电力系统的运行和规划提供依据，保证系统的稳定运行和供电质量。
总之，电力系统的稳态分析是电力系统运行和规划的基础，它通过对电压、电流、功率等参数的分析和计算，确保电力系统的平衡和稳定运行。
了解电力系统的基本概念是进行稳态分析的前提，只有掌握了这些基本概念，才能深入理解电力系统的稳态特性和问题，为电力系统的优化和改进提供有效的支持。
《电力系统分析》第一章 电力系统的基本概念
例1.1的附图
解：发电机G的额定电压为10.5KV。
变压器T1:低压侧额定电压为10.5KV,高压侧额定电压为242KV；
变压器T2:高压侧额定电压为220KV，中压侧额定电压为121KV ，
低压侧额定电压为38.5KV；
变压器T3:高压侧额定电压为110KV,低压侧额定电压为11KV；
变压器T4:高压侧额定电压为35KV，低压侧额定电压为6.6KV；
6
二、电力工业发展概况
1．电力系统的发展简史 2．我国的电力系统发展现状 3．我国的电力工业展望与改革
12/22/2019
电力系统分析
7
2.中国电力工业的现状
（1）发电量：1980年以来，平均年增长率9％，现为世 界第二位。
12/22/2019
电力系统分析
8
2.中国电力工业的现状
（2）装机容量：居世界第二位。
• 系统与用电设备的额定电压（表1－3） • 电力网中的电压分布。
• 额定频率：50Hz。
12/22/2019
电力系统分析
31
12/22/2019
电力系统分析
32
表 1-3 1000V 以上的额定电压
用电设备额定线电压/kV
系统的额定电压
交流发电机额定线电压/kV
变压器额定线电压/kV
一次绕组
二次绕组
34
3. 变压器 –一次侧：相当于用电设备，其额定电压与 系统（或线路）相同；与发电机直接相连时， 则与发电机相同 –二次侧：相当于电源，其额定电压应比系 统高5%，考虑变压器内部的电压损耗（5%）， 实际应定为比线路高10%。
12/22/2019
电力系统分析
35
例题1.1 电力系统接线图如图1.2所示，图中标明了各级电 力线路的额定电压。试求发电机和变压器绕组的额定电压。
电力系统暂态分析：第一章 电力系统故障分析(1)
（4）破坏系统的稳定，引起大片地区停电；
1.1 基本概念
（5）不对称接地短路，引起不平衡电流产生不平衡磁通， 引起电磁干扰，造成通讯中断；
（6）过大的短路电流使得断路器难以熄弧，以对电网的安 全稳定运行带来重大隐患。
➢ 短路电流计算是电力技术方面的基本问题之一。选择合理的 电气结线、选配电气设备和断路器、整定继电保护定值以及 选择限制短路电流措施等，都必须以短路电流计算结果为依 据。
1.1 基本概念
➢ 短路的基本类型：三相短路、两相短路、单相接地短路、两 相短路接地；
➢ 短路的危害： （1）短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电气 设备，短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起 导体或其绝缘的损坏； （2）短路电流产生强大的电动力冲击，致使导体变形，甚至 损坏；
（3）短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处 的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏；
于绕组电感与电流的乘积， n Li
➢ 电感正比于磁通，磁通反比于磁阻，磁阻正比于气隙宽度；
➢ 气隙宽度小，磁阻小，电感系数大； 气隙宽度大，磁阻大 ，电感系数小。
➢ 随着发电机转子的旋转，定子绕组的磁路在不断发生变化， 磁阻也不断变化，使得定子绕组的自感与互感均随转子而周 期性变化，这给磁链计算带来了困难。
iQ 产生的沿 a轴的磁通为： aQ nQiQ Pq sin
dQ
q qQ FqQ aQ
Q
iQ 产生的 a 相绕组磁链为：
aQ M aQiQ naQ nnQiQ Pq cos
1.2.1 abc电压方程和磁链方程
故阻尼Q绕组与定子 a 绕组间的互感为： M aQ nnQPq cos mQ cos
分量为：
1.1 基本概念
（5）不对称接地短路，引起不平衡电流产生不平衡磁通， 引起电磁干扰，造成通讯中断；
（6）过大的短路电流使得断路器难以熄弧，以对电网的安 全稳定运行带来重大隐患。
➢ 短路电流计算是电力技术方面的基本问题之一。选择合理的 电气结线、选配电气设备和断路器、整定继电保护定值以及 选择限制短路电流措施等，都必须以短路电流计算结果为依 据。
1.1 基本概念
➢ 短路的基本类型：三相短路、两相短路、单相接地短路、两 相短路接地；
➢ 短路的危害： （1）短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电气 设备，短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起 导体或其绝缘的损坏； （2）短路电流产生强大的电动力冲击，致使导体变形，甚至 损坏；
（3）短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处 的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏；
于绕组电感与电流的乘积， n Li
➢ 电感正比于磁通，磁通反比于磁阻，磁阻正比于气隙宽度；
➢ 气隙宽度小，磁阻小，电感系数大； 气隙宽度大，磁阻大 ，电感系数小。
➢ 随着发电机转子的旋转，定子绕组的磁路在不断发生变化， 磁阻也不断变化，使得定子绕组的自感与互感均随转子而周 期性变化，这给磁链计算带来了困难。
iQ 产生的沿 a轴的磁通为： aQ nQiQ Pq sin
dQ
q qQ FqQ aQ
Q
iQ 产生的 a 相绕组磁链为：
aQ M aQiQ naQ nnQiQ Pq cos
1.2.1 abc电压方程和磁链方程
故阻尼Q绕组与定子 a 绕组间的互感为： M aQ nnQPq cos mQ cos
分量为：
电力系统分析 纪建伟 黄丽华 课后习题答案
1-6 解：系统年持续负荷曲线如图所示。
由题
1-5
可得年平均负荷为
Pav
Wd 8760
2040 365 8760
85MW
1
最大负荷利用小时数为
Tmax
W Pmax
2040 365 6205h 120
第 2 章 电力系统元件模型及参数计算 2-1 答：分裂导线是抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线架设方式。 在输电线路中，分裂导线输电线路的等值电感和等值电抗都比单导线线路小，分裂的根数越多，电抗下 降也越多，但是分裂数超过 4 时，电抗的下降逐渐趋缓。所以最好为 4 分裂。 2-2 答：变压器的空载试验：将变压器低压侧加额定电压，高压侧开路。此实验可以测得变压器的空载损耗 和空载电流。
1-3 答：是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力 负荷全年实际消耗的电能。
1-4 解：（1）G：10.5kV；T-1：10.5kV/242kV；T-2：220kV/121kV，220kV/38.5kV；T-3：110kV/11kV；
T-4：35kV/6.6kV；T-5：10.5kV/3.3kV，（长线路） 10.5kV/3.15kV （短线路） （2）T-1 工作于+5%抽头：实际变比为 10.5/242×（1+5%）=10.5/254.1，即 KT-1=254.1/10.5=24.2；
Deq 3 Dab Dbc Dca 3 9 8.5 6.1 7.756m 7.756 103 mm
变压器的短路试验：将变压器高压侧加电压，低压侧短路，使短路绕组的电流达到额定值。此实验 可以测得变压器的短路损耗和短路电压。 2-3 答：理论上说只要两台变压器参数一致（包含给定的空载损耗、变比、短路损耗、短路电压等），那么 这两台变压器的性能就是一致的，也就是说可以互换使用。但是实际上不可能存在这样的变压器，我们 知道出于散热和电磁耦合等因数的考虑，一般高压绕组在底层（小电流），低压绕组在上层（大电流， 外层便于散热）。绕组分布可以导致一二次绕组的漏磁和铜损差别较大，故此无法做到升压变压器和降 压变压器参数完全一致。 2-4 答：标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值，当基准值选取不同时，其标幺值也不同。它们的 关系如下：标幺值=有名值/基准值。其特点是结果清晰，计算简便，没有单位，是相对值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章电力系统的基本概念
例:对于一台10KV 220KV的升压变,其额定变比为: 10.5/242 KV,设有5级高压侧抽头,则每一抽头的实际额 定电压分别为: +5%: 242×1.05KV=254.1KV +2.5% 242×1.025KV=248.05KV +2.5 242 1.025KV 248.05KV 主: 242KV
�
3)与国民经济关系密切.
第一章电力系统的基本概念
四,电网的接线方式 无备用接线:每个负荷只能从一个供电回路取得电能的开 式网. 包括:放射式接线,干线式接线和树状式接线. 优点:简单,经济. 缺点:可靠性低.
第一章电力系统的基本概念
有备用接线:每个负荷至少能从两个不同供电回路取得电 能的网络. 包括:双回路供电网络,双端供电网络和环网. 特点:可靠性显著提高;但设备费用增加较多且运 行调度复杂. 电力系统的高压和超高压输电网采取有备用接线方式, 配电网根据负荷性质决定接线方式.
-2.5% 242×0.975KV=235.95KV -5%: 242×0.95KV=229.9KV
第一章电力系统的基本概念
而对于一台220KV 10KV的降压变,其额定变比为: 220/11 KV,设有5级高压侧抽头,则每一抽头的实际额定 电压分别为: +5%: 220×1.05KV=231KV +2.5% 220×1.025KV=225.5KV +2.5 220 1.025KV 225.5KV 主: 220KV
第一章电力系统的基本概念
二,系统的额定电压和频率 1,额定频率 fN=50Hz 2,额定电压 为使互联的各电气设备都能运行在较有利的电压下, 各设备的额定电压应相互配合. 一般把电力线路和用电设备的额定电压称为系统(网络) 的额定电压UN(线电压),常包括3,6,10,35,110, 220,330,500KV.
第一章电力系统的基本概念
第一章 电力系统的基本概念
第一章电力系统,最方便的能源. 电力系统:生产,输送,分配和消费电能的各种电气设备连 接在一起而组成的整体. 发电厂:生产电能 电力网:输送,分配电能.包括升,降压变压器和各种电压 等级的输电线路. 用户:消费电能 参看P2系统接线图.
-2.5% 220×0.975KV=214. 5KV -5%: 220×0.95KV=209 KV
第一章电力系统的基本概念
三,系统运行要求 1,电力系统的特点: 1)电能不能大量储藏; 2) 暂态过程迅速; 2,供电要求: 1)电力生产的计划性;
2)自动装置的采用; 3)安全,可靠,优质 , 经 济供电; 4)保护生态环境.
第一章电力系统的基本概念
发电机:1.05UN 变压器: 一次绕组:一般UN,与发电机直接相连时1.05UN. 二次绕组:一般1.1UN,短路电压较小的变压器或直 接与用户相连时可为1.05UN. 变压器的高压绕组常设计有分接头,如:抽头变比为 5%,2.5%, 0%,-2.5%, -5%, 指相对于该侧绕组额定电 压UN的偏移百分数.