电力系统分析何仰赞版-第5章讲课稿
暂态分析第四章第五章
arc
s
in
I
q
xd
x' d
E'
δ
arcsin
U E'
1
x' d
xd
sinδ
第二节 同步发电机组的机电特性
（3）发电机端电压为常数
PUG
U GU xe
s inδ G
xe xT xL
δG
δ
arc s in
U
U G
1
xe xd
sinδ
2.凸极式发电机的功—角特性 （1）以空载电动势和 同步电抗表示发电机
dEq' dt
Eqe
E' q
Id
xd
x' d
第三节 发电机励磁系统与原动 机系统的数学模型
一、发电机励磁系统及其数学模型
自动调节励磁系统 发电机主励磁系统和自动调节励磁装置的合称。
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 系统的励磁电压。
•
•
YG 0Y001Y0G U G YGG U G
•
(YG 0Y001Y0G YGG )U G
。
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I YU
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I i E j Yij
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何仰赞《电力系统分析》考研复习笔记
何仰赞《电力系统分析》考研复习笔记电力系统分析笔记第一章电力系统的基本概念教学目的：1.了解电力系统基本概念及我国电力工业的发展现状2.熟悉电力系统运行的特点及基本要求3.明确电力系统分析这门课程的特点及学习方法教学内容：1.电力系统的构成、结线方式、电压等级2.电力系统的基本特征3.电力系统运行的基本要求4.简要介绍我国电力系统的发展现状5.电力系统分析课程的内容及研究工具一.什么是电力系统电力系统是一类能量系统，是电能的生产、输送及消费的整体。
一次能源：煤、天然气、太阳能、风能、石油、潮汐二次能源：电能电能生产：将一次能源转化为二次能源课下思考：可持续发展和清洁能源的含义各是什么提问：1、电能输送是交流输电还是直流输电？（1）交流输电提高电压等级，降低损耗（2）交流发电机的容量可以做得很大2、交流输电最基本的要求是什么？（1）波形（2）幅值（大小）（3）频率（4）相位1、电压等级（幅值大小）①线路压降：始端到末端：10%；因为用电设备允许的电压波动是±5%，所以接在始端的设备，电压最高不会超过5%；接在末端的设备最低不会低于-5%；②发电机：在线路始端比线路额定电压高5%；3kv的线路发电机电压为3.15kv。
③变压器：一次侧：相当于用电设备接在线路上，应与线路额定电压相同；二次侧：相当于电源，比线路电压高5%或10%（3）一般来说：110kv以下的电压等级以3倍为级差：10kv 35kv 110kv优点：可靠性、电气质量高缺点：不够经济（3）变压器（电能质量传输不可或缺的环节）基本功能：变换电压高低；因为功率是守恒的，因此改变了电流的大小。
变压器与发电机有中性点，因此就存在一个中性点接地方式。
①中性点接地方式包括：直接接地，不接地中性点不接地方式虽然单相接地电流不大，但非接地相电压却升高为相电压的3倍。
直接接地方式供电可靠性低，一旦发生单相接地构成回路，电抗很小，短路电流很大，切除短路。
电力系统分析课程学习指导资料全
《电力系统分析》课程学习指导资料编写刘天琪适用专业：电气工程及自动化适用层次：专升本四川大学网络教育学院二00三年十一月《电力系统分析》课程学习指导资料编写：刘天琪审稿（签字）：审批（主管教学负责人签字）：本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《电力系统分析》（上下册）（何仰赞主编，华中理工大学出版社，2002年1月第3版）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写，适用于电气工程及自动化专业专科升本科学生。
第一部分课程学习目的及总体要求一、课程的学习目的电力系统是一个由大量元件组成的复杂系统。
它的规划、设计、建设、运行和管理是一项庞大的系统工程。
《电力系统分析》便是这项系统工程的理论基础；是电气工程及自动化专业的必修课；是从技术理论课、基础理论课走向专业课学习和工程应用研究的纽带，具有承上启下的作用。
本课程在整个专业教学和培养高质量学生计划中占有十分重要的地位。
该课程充分考虑了电气工程及自动化专业涵盖电力系统及其自动化、继电保护及自动远动、电机与电气，以及工业自动化等专业方向的特点, 教学内容的组织力图满足各专业方向的共同需要，为学生进一步学习相关领域的理论和从事相关领域的工作奠定坚实的基础。
通过该课程的学习，既可让学生获得有关电力系统规划、设计、建设、运行和管理的一些具体知识，为后续专业课程及相关专题的学习打下基础，又培养学生综合运用基础知识解决工程实际问题的能力。
该课程主要内容有电力系统的运行状态和特性及其基本要求；电力系统元件模型及其参数计算；电力系统的稳态分析及运行与调整；电力系统三相短路和简单不对称故障的分析计算；电力系统稳定性的分析计算。
二、课程的总体要求通过该课程的学习要求学生全面掌握电力系统分析计算的基本理论和方法，其中主要内容有：电力系统各元件的基本模型及其参数的计算；电力系统稳态运行分析计算，即电力系统电压和功率分布的计算理论和方法；电力系统稳态运行的电压调整和频率调整；电力系统三相短路和简单不对称故障的分析计算；电力系统暂态稳定和静态稳定的分析计算。
电力系统分析何仰赞章PPT课件
受发电机进相运行时的静态稳定约束的限制
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特点： 1. 能平滑输出或吸收无功 2.旋转设备，运行维护复杂 3.有功损耗大，满负荷时达1.5%~5%，负荷越小，比例越高 4.动态响应慢 5.投资大
故渐渐被静止无功补偿装置取代。即使安装也是大容量集中使用
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特点： 1. 不能平滑调节，且只能提供，不能吸收无功 2.静止设备，运行维护简单 3.有功损耗小，为0.3%~0.5%，与容量无关 4.调节性能差，系统无功不足时出力反而小 5.投资小
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频率调整的方法
电力系统频率的变化是由有 功负荷变化引起的。
系统实际的负荷可以看作由三种 具有不同变化规律的变动负荷组成
第一种负荷分量变动幅度小 （ 0.1% ～ 0.5% ） ， 变 化 周 期 短 （一般10s以内）；
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ห้องสมุดไป่ตู้ 双绕组降压变压器
改变变压器变比调压
变压器阻抗归算至高压侧，由变压器变比的定义可得
最大运行方式 最小运行方式 算术平均值
校验
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双绕组升压变压器
升压变压器高压绕组分接头电压的确定 方法与降压变压器相同。
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改变变压器变比调压
普通变压器一般有两个或四个附加的分接头 如： 35±5%/6.3KV变压器：
主分接头电压为35KV， 附加分接头电压分别为35（1+5%）=36.5KV
35（1-5%）=33.25KV；
121±2×2.5%/10.5kv变压器： 主分接头电压为121KV， 附加分接头电压分别为121（1+5%）=127.05KV 121（1+2.5%）=124.025KV， 121（1-2.5%）=117.95KV， 121（1-5%）=114.95KV。
电力系统分析(何仰赞_1-5章) ppt课件
非正常运行的电力系统（比如短路、断线等），可能出现三 相不对称的情况，这时可以采用对称分量法化为三相对称的 情况来求解的，故也能用单相等值电路表示。
由于三相电路有星形接线和三角形接线两种形式，为了统一，
规定：计算的参数全部采用星形接线方式下的参数。如果实
际电路是三角形接线，则要先化为星形，再计算其单相等值
考虑镜像电荷，把每个电荷产生的点位叠加，再用该相导线上的 电荷除以该导线表面的点位即可。由于三相换位，要求平均值。 电容和导线形状及半径、相间距离、对地高度有关
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反映了线路的自感
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反映了线路的互感
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d轴旋转的角速度
三相电的电气角速度
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原式
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忽略阻尼绕组 令
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作业3-1， 3-8 J今日交作业
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假设电阻矩阵和电感矩阵都是已知的，则可以由磁链方程求 出磁链的导数（是电流的函数），将其代入到电势方程中去，则 可以得到一个新的方程，该方程不含磁链，只有电压和电流，即 表征发电机电压和电流的相互关系，也叫同步电机的基本方程。
电力系统分析第五章
•
9
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
一、 各类发电厂的运行特点 1 火电厂
支付燃料费用 技术最小负荷
火 电 厂 锅炉 25%—70% 汽机 10%—15% 承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时 效率与蒸汽 参数有关 高温高压：效率高、调节范围小 中温中压：较前者低、但调节范围大
电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （五）
主讲人：朱晓荣
1
第五章电力系统的有功功率和频率调整 1、电力系统中有功功率的平衡 2、有功功率的最优分配
各类发电厂的运行特点和合理组合 不计网损时水、火电厂间的经济功率分配
计网及损时各发电厂间的经济功率分配
水煤换算系数 1m3水量相当于2吨煤的消耗 丰水期小，枯水期大
F d F 1 i 经过网损修正后 d iL i P P d 的等微增率准则 d P G i G i L 1 P G i
网损微增率
( i 1 ,2 ,
网损修正系数
,n )
网损微增率的物理意义：某发电厂所发功率的变化引起的 26 网路总损耗的变化——阻抗矩阵法
i1
• 等式约束条件：
P
i1
n
Gi
P LD 0
• 这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求 解。 n F P P • 构造拉格朗日函数 L Gi LD 1 i
23
• 求拉格朗日函数的无条件极值
n L F P P Gi LD 1 i
§5.1电力系统中有功功率的平衡 二 频率与有功平衡的关系
电力系统分析第五章
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
如果各区域都按照各自的 ACEi进行联络线和频率偏差控制， 稳态时达到ACEi =0，则各区域实际上负责本区域内机组输出 功率与有功负荷之间的平衡。联络线的功率也不变。
ACE A PtA K A f A ACE B PtB K B f B
3. 系统频率的一次调整 定性分析 暂态过程
PL 机组惯性，n不能突变 P 不变 G
PG PG=PL PG0=PL0 ΔPL
o‘
ΔPG o
ΔPL0
机组动能转换为电功率 n P G P L PL 调速系统工作 PG
直到达到新的平衡
0
定量分析
P f f f N PL K L f G KG f PL0 PG PL KG K L f KS f P K S KG K L L0 系统的功率频率特性系数或单位调节功率 f f P P P f KG* KG N KG* GN K L* LN L0 K L* K L N PGN fN fN f PLN P kr K G* K L* L 0* K S * k =P /P ，系统的热备用系数 r GN LN f*
2016年12月25日星期日 55－1
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。
n 60 f / p
一、负荷的有功功率及其频率特性 1. 负荷有功功率的变化
2016年12月25日星期日
55－2
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
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PL0 PL PG
何仰赞电力系统分析ppt
8
亿
千
瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。
1.1 电力系统概述
沂水站
日照 莒州站
N
W
E
S
云蒙站
阳都站
500kV 枣庄站
温水站
费县电厂
钟罗站 临沂站
沂蒙站
柳青站 临沂电厂
相公站
九莲站
宝泉站
梅埠站
苍山站
沈泉站 江泉热电 常林站
500kV 日照站
日照电厂
十里泉电厂
郯城站
临沂电网地理接线图
8760 t
最大负荷利用小时数Tmax ：即用最大负荷消耗一年的电能所
需的时间。
1.2 电力系统的负荷和负荷曲线
最大负荷利用小时数 Tmax 可用于估算常 用电力用户的全年用 电量。
负荷类型
户内照明 及生活用电
一班制企业用电
Tmax/h 2000~3000 1500~2200
W = Pmax Tmax
1.1 电力系统概述
国家电网公司
黑龙江
新疆
西藏
青海
云南
南方电网公司
内蒙古
吉林
宁夏 甘肃
山西 河北
辽宁
四川
陕西 重庆
山东
河南
江苏
湖北
安徽
上海
贵州 广西
湖南
江西
浙江
福建 广东
海南
1.1 电力Biblioteka 统概述华能集团公司华电集团公司
新疆
大唐集团公司
国家电网公司
西北电网
内蒙古
黑龙江
东北电网
吉林
国电集团公司
青海
电力投资集团公司
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5-1. 供电系统如题图5-1所示，各元件参数如下。
线路L ：长50km ，km x /4.0Ω=；变压器T ：A MV S N ⋅=10,%5.10=s V ,11/110=T k 。
假定供电点电压为kV 5.106，保持恒定，当空载运行时变压器低压母线发生三相短路。
试计算：（1）短路电流周期分量，冲击电流，短路电流最大有效值及短路功率等的有名值；（2）当A 相非周期分量电流有最大或零初始值时，相应的B 相及C 相非周期电流的初始值。
解：kV V kV V V V MVA S B B av B B 5.10,115,,100)2()1(====即选 1512.0115100504.022)1(1=⨯⨯===B B L V S xLX x 05.110100105.02=⨯===N B ST S S V X x 2012.121=+=∑x x x当空载运行时,短路点电压9261.01155.106===B S V V V 当低压母线发生三相短路时： (1) 短路电流周期分量 kA kA V S x V I B B p 2394.45.1031002012.19261.03)2(=⨯⨯=•=∑ 冲击电流 kA kA I k i P im im 79.102394.48.122=⨯⨯==短路电流最大有效值 kA kA k I I im P im 4014.6)18.1(212394.4)1(2122=-⨯+⨯=-+= 短路功率MVA MVA V I S B P K 1.775.102394.433)2(=⨯⨯== (2) 短路电流非周期计算若A 相非周期分量电流为最大时，kA kA I i P a ap 9945.52394.4414.12)(=⨯==相应的B 相及C 相非周期电流的初始值为:kA kA i i i b ap b ap b ap 9973.229945.521)()()(=-=-==若A 相非周期分量电流为零时，0)(=a ap i相应的B 相及C 相非周期电流的初始值为:kA kA I i P b ap 1922.5)30cos(2394.4414.1)12090cos(2000)(-=-⨯-=--= 000S题图 5-15-3. 一台无阻尼绕组同步发电机，已知：MW P N 150=，85.0cos =N ϕ，kV V N 75.15=,04.1=d x ，69.0=q x ，31.0'=d x 。
发电机额定满载运行，试计算电势q E ，'q E 和'E ，并画出相量图。
（相量图应画出q E ，'q E 和'E ，各电势应给出有名值）079.31)85.0arccos(),(1,01,471.17685.0150,75.15:==-∠=∠====φφ则令发电机额定满载。
选解I V MVA MVA S kV V B B &&00027.234843.1)79.3190(69.01∠=-∠+=+=I jX V E q Q&&&所以027.23=δ故7712.1)sin(cos =++=+=d d d q q X I V I X V E φδδ1728.1)sin(cos '''=++=+=d d d q q X I V I X V E φδδ或1728.1)(''=--=d q d Q q x x I E E 000''76.1219278.1)79.3190(31.01∠=-∠+=+=d x I j V E &&&0,76.12=δ19278.1'=E转化为有名值：kV kV E q 896.2775.157712.1=⨯= kV kV Eq472.1875.151728.1'=⨯=kV kV E 786.1875.1519278.1'=⨯=5-5. 题5-3的发电机，已知s T d 3.7'0=，在额定满载运行时机端发生三相短路。
试求：起始暂态电流，基频分量电流随时间变化的表达式，s 2.0基频分量的有效值。
解： 由5-3知道7712.1=q E ,1728.1'=q E ，那么令7712.1)0(=q E ,1728.1)0('=q E ，s s x x TT d d d d 176.204.131.03.7''0'=⨯== 起始暂态电流:kA kA V S x E I NN dq 47407.2475.15385.0/15031.01728.13'')0('=⨯⨯=•=基频分量电流随时间变化的表达式kAt e kA t t kA t x E T t x E x E V S t i N t N N d q d d q d q N N )cos()579.15028.19()cos(04.17712.1)176.2exp(04.17712.131.01728.175.15385.0/1502)cos()exp(32)(046.000''')0(αωαωαω++-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯-=+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅-=- s 2.0基频分量的有效值kA kA e I 29.232)579.15028.19(2.046.0)2.0(=+=⨯-5-6. 若上题发电机经Ω5.0的外接电抗后发生三相短路，试作上题同样内容的计算，并比较计算结果。
解：先求电抗的表幺值，3557.085.0/15075.155.02==e x 由5-3知道7712.1=q E ,1728.1'=q E ，那么令7712.1)0(=q E ,1728.1)0('=q E ，s s x x x x TT e d e d d d 482.33557.031.03557.031.03.7''0'=++⨯=++=起始暂态电流:kA kA V S x x E I NN ed q 397.1175.15385.0/1503557.031.01728.13'')0('=⨯⨯+=•+=基频分量电流随时间变化的表达式kAt e kA t t kA t x x E T t x x E x x E V S t i N t N N e d q d e d q e d q N N )cos()61.11508.4()cos(3557.004.17712.1)176.2exp(3557.004.17712.13557.031.01728.175.15385.0/1502)cos()exp(32)(046.000''')0(αωαωαω++-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⨯⨯⨯-=+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⋅-=-s 2.0基频分量的有效值kA kA e I 118.112)61.11508.4(2.046.0)2.0(=+=⨯-5-7. 一台有阻尼绕组同步发电机，已知：MW P N 200=，85.0cos =N ϕ，kV V N 75.15=，962.1==q d x x ，246.0'=d x ，146.0"=d x ，21.0"=q x ，178.02=x ，s T d 4.7'0=，s T d 62.0"0=，s T q 64.1"0=。
发电机在额定电压下负载运行，带有负荷（180+j110）A MW ⋅，机端发生三相短路。
试求：起始次暂态电流，非周期分量电流的最大初始值。
解：取A A V S I MVA MVA S kV V BB B B B 625.875.1533.2353,3.23585.0/200,75.15=⨯=====所以那么0079.31)180110arctan(),(897.0)(110180,01==-∠=-∠+=∠=φφφ则BS j I V &&000821.3744.2)79.3190(897.0962.11∠=-∠⨯⨯+=+=I jX V E q Q&&& 所以0821.37=δ 故913.0)sin(cos """=++=+=d d d q q X I V I X V E φδδ548.0)cos(sin "=+-=-=d q q d d X I V I X V E φδδ064.1)()(2"2""=+=q d E E E或者075.1,"""=+=E I jX V E d&&&&可得到由 )570.1(363.7)064.1(288.7251.6773.6)()(,607.2,251.6""""""""""""""2"2""""""""时当或者时当或者或者所以次暂态短路电流：===≈===≈==≈=+=-=-===E X E I I E X EI I XE I I I I I X E I X E I dddd d qdq d qd qd qd转化为有名值：kA V S I BB B 625.875.15385.0/2003=⨯==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==⨯==⨯==⨯==⨯=363.7507.63625.8363.7288.7861.62625.8288.7251.6916.53625.8242.6773.6419.58625.8773.6"""""I kA kA I kA kA I kA kA I kA kA I 取取取取5-8. 题5-6的发电机，若外接电抗e x 等于临界电抗cr x ，试求强行励磁作用下的稳态短路电流∞I ，并与起始暂态电流进行比较分析.解：先求电抗的表幺值，3557.085.0/15075.155.02==e x 当 cr e x x =时，发电机端电压将恢复到短路前的值，即)0(N GN G V V V ==,因此 811.23557.011===∞e x I 有名值kA kA V S I NN 64.1875.15385.0/150881.23881.2=⨯⨯=•=∞。