远距离大容量输电
高中物理远距离输电
第四节 远距离输电一、 输电过程(如图所示)二、输送电流(1)I ＝P U ；(2)I ＝U －U ′R. 三、输电导线上的能量损失和电压损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q ＝I 2Rt . 1、电压损失 ：(1)ΔU ＝U －U ′；(2)ΔU ＝IR .2、 功率损失：(1)ΔP ＝P －P ′；(2)ΔP ＝I 2R ＝(P U)2R 3、 降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻，由电阻定律R ＝ρl S可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积．(2)减小输电导线中的输电电流，由P ＝UI 可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流．四、 远距离输电的处理思路对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析． 五、 远距离高压输电的几个基本关系(以图为例)(1)功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 损＋P 3.(2)电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3，U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线． (3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线.(4)输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线ΔU ＝I 2线R 线＝(P 2U 2)2R 线． 在远距离输电问题中，计算线路功率的损耗时 应用P 损＝I 2线R 线，其原因是I 线可以由公式P 输入＝I 线U 输入求出，而P 损＝U 线I 线和P 损＝U 2线R 线则不常用，其原因是在一般情况下，U 线不易求出，且易将U线和U输入相混而造成错误．典例分析：例1、中国已投产运行的1 000 kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，不考虑其他因素的影响．则( )A．送电电流变为原来的2倍 B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍C．输电线上降落的电压将变为原来的12D．输电线上损耗的电功率将变为原来的12例2、在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为l，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则下列关系式中正确的是( )A．P′＝U2Sρl B．P′＝P2ρlU2SC．P用＝P－U2SρlD．P用＝P(1－PρlU2S)例3、远距离输送一定功率的交变电流，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上由电阻造成的电压损失和功率损失的说法中，正确的是( )A．输电线上的电功率损失是原来的1/n；B．输电线上的电功率损失是原来的1/n2；C．输电线上的电压损失是原来的1/n； D．输电线上的电压损失是原来的n倍例4、在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( ) A．升压变压器的输出电压增大B．降压变压器的输出电压增大C．输电线上损耗的功率增大D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大例5、一座小型发电站的输出功率是20 kW，输电线路总电阻是5 Ω.(1)若输电电压是400 V，输电线路损耗的功率是多少？(2)若改用5000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降压，用户得到的电压是多少？例6、一台发电机输出的电功率为100kw，输出电压为250v，先欲向远处输电，若输电线总电阻为8Ω，要求输电时输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，要向用户输送200v电压，求：（1）试画出这次输电线路的示意图；（2）输电所需升压变压器和降压变压器的原副线圈的匝数之比分别是多少？（3）用户得到的电功率是多少？课堂针对练习：1、在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么( )A ．输电线路上损失的电压与输送电流成正比B ．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大C ．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D ．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比2、通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P ，原线圈的电压U 保持不变，输电线路的总电阻为R .当副线圈与原线圈的匝数比为k 时，线路损耗的电功率为P 1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk ，线路损耗的电功率为P 2，则P 1和P 2P 1分别为( ) A.PR kU ，1n B ．(P kU )2R ，1n C.PR kU ，1n 2 D ．(P kU )2R ，1n2 3、某发电厂原来用11kV 的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220kV 输电，输送的电功率都是P ，若输电线路的电阻为R ，则下列说法中正确的是（ ） A. 据公式U P I /=，提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20 B. 据公式R U I /=，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍 C. 据公式R I P 2=，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400D. 据公式R U P /2=，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍4、为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰．若在正常供电时，高压线上送电电压为U ，电流为I ，热耗功率为P ；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9P ，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( )A ．输电电流为3IB ．输电电流为9IC ．输电电压为3UD ．输电电压为13U5、有一台内阻为Ω1的发电机，供给一个学校用电，升压变压器的匝数比4:1，降压变压器的匝数比1:4，输电线总电阻是Ω4，全校共有22个教室，每个教室有“220V 40W ”的电灯6盏，若要保证全部电灯正常发光，则： （1）发电机的输出功率应是多大？ （2）发电机的电动势是多大？ （3）输电效率是多大？6、在离用电单位的较远处建了一座小型的水电站，发电机输出功率为5kW ，输出电压为220V ，输电线的电阻Ω12，允许输电线路损耗功率为输送功率的6%，用电单位所需的电压为220V ，根据上述条件：（1）画出供电的电路示意图；（2）计算所用的升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比各是多少？（设变压器为理想变压器）课后巩固练习：1、关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是( )A．由功率P＝U2/R，应降低输电电压，增大导线电阻B．由P＝IU，应低电压小电流输电C．由P＝I2R，应减小导线电阻或减小输电电流D．上述说法均不对2、一小水电站，输出的电功率为20kW，输电线总电阻为Ω5.0，如果先用400V电压输送，后又改用2000V电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率的变化情况是（）A. 减小50WB. 减少1200WC. 减少61068.7⨯W D. 增大61068.7⨯W3、发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，输电线末端的电压为U2，下面选项表示输电导线上损耗的功率的是( )A.U21RB.U1－U22RC．I2R D．I(U1－U2)4．远距离输电，原来用电压U0输电，在输电线上损失的电功率为P0，现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的1/10，则输电电压应为( )A．100 U0 B.10 U0 C．U0/10 D．U0/1005、水电站向小山村输电，输送电功率为50 kW，若以1100 V送电，则线路损失为10 kW，若以3300V送电，则线路损失可降为( )A．3.3 kW B．1.1 kW C．30 kW D．11 kW6、某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW，现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是( )A．输电线上输送的电流大小为2.0×105 AB．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kWD．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻7、某交流发电机输出功率为5×105 W，输出电压为U=1.0×103 V，假如输电线的总电阻R=10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380V.(1)画出输电线路的示意图（标明各部分的符号）（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）8、小型水利发电站的发电机输出功率为24.5 kW，输出电压为350 V，输电线总电阻为4Ω，为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5%，需在发电机处设升压变压器，用户所需电压为220 V，所以在用户处需安装降压变压器．输电电路图如图所示，求：(1)输电线上的电流．(2)升压变压器的原、副线圈的匝数之比．(3)降压变压器的原、副线圈的匝数之比．。
电气工程基础_第六章远距离大容量输电
当线路输送功率不等于自然功率时，可以通过调节无功 补偿装置来维持线路末端电压与首端电压相等。但这种集中 补偿不能消除沿线各点的电压偏离额定值。在这种情况下， 线路中点的电压偏移最为严重。 U P Pn P Pn UN P Pn
1 I 1 U
2 I 2 U
0
l
首末端电压相等时，线路电压 与传输功率的关系
稳定性可以认为是电力系统在遭受外部扰 动下发电机之间维持同步运行的能力。 静态稳定是指系统受到小扰动（如负荷波 动引起的扰动等）后的稳定性。 暂态稳定是指系统受到大扰动（如发电机 或输电线路突然故障）后的稳定性。
5.3.1 简单电力系统的静稳极限
G U
接线图
q X E d
G U
等值电路
Xl
q E
等值电路
一台发电机经变压器、输电线路与无限大容量系统并 联运行的简单电力系统接线图，这种系统又称为单机--无 限大系统。
所谓无限大是指受端系统的容量比送端发电机的容量大得 多，以致在该发电机输送任何功率的情况下，受端电压U的大小 和相位均可以认为是恒定的。 忽略发电机电枢绕组损耗，发电机输出的电磁功率为 PE UI cos
为了提高电力系统的稳定运行水平，可以采用：
1、加入串、并联补偿装置、自动调节装置等控制
手段。 2、高压直流输电技术。 3、灵活交流输电方式。
5.2 远距离输电线路的功率传输特性
5.2.1远距离输电线路的基本方程
2 I 2 U
输电线路中任意点的电压和电流与末端电压和 电流的关系如：
x U 2 cosh kx Z c I 2 sinh kx U 2 U 2 cosh kx Ix sinh kx I Zc
由国际电工委员会推荐的自然功率与电压等级的关系表
输电问题知识点总结
输电问题知识点总结导言输电工程是指将发电厂产生的电能通过输电线路传输到供电区域或用户用电地点的工程。
输电线路是连接发电厂和供电区域或用户用电地点的重要设施。
输电线路的建设和运行关系到电力系统的安全、稳定和经济运行。
本文将对输电问题的知识点进行总结，以帮助读者更好地理解输电工程的基本概念、原理和应用。
一、输电线路的类型和结构（一）按电压等级划分：1. 高压输电线路：一般指交流1000千伏（kV）以上的输电线路，用于远距离大容量的电能传输；2. 中压输电线路：一般指交流110千伏至750千伏的输电线路，用于较长距离的电能传输；3. 低压输电线路：一般指交流10千伏至35千伏的输电线路，用于城市、乡村等需求较小的用电地点。
（二）按架设方式划分：1. 架空输电线路：线路架设在架空的铁塔或者木塔上，适用于大跨度、山区、荒漠等地形条件较为复杂的区域；2. 地埋输电线路：线路埋设在地下或水下，适用于城市、水域等区域以及对美观环境要求较高的区域。
（三）按导线类型划分：1. 裸导线输电线路：导线裸露在空气中，适用于干燥地区；2. 绝缘导线输电线路：导线外包绝缘子，适用于多雨、多湿地区；3. 大断面导线输电线路：导线截面积较大，适用于大容量、远距离的电能传输。
（四）输电线路的结构：1. 导线：承载电流和电压的元件，主要包括铝合金导线、钢芯铝绞线等；2. 绝缘子：用于支架与导线之间的隔离和支撑，主要包括玻璃纤维绝缘子、陶瓷绝缘子等；3. 跨接线：用于连接输电线路与变电站等设备，主要包括导线、接地线等；4. 支架：用于支撑导线和绝缘子，主要包括铁塔、木塔等。
二、输电线路的电气参数（一）输电线路的电阻：1. 直流电阻：直流电阻与导线的长度和截面积有关，一般为电阻R=ρ*l/S，其中ρ为导线电阻率，l为长度，S为截面积；2. 交流电阻：交流电阻会受到电流频率和绝缘子表面水雨等外界因素的影响，一般表现为交流电阻比直流电阻大。
远距离输电减小损失的方法
远距离输电减小损失的方法
远距离输电减小损失的方法主要有以下几种：
1. 减小输电线的电阻：采用电阻率小的材料来制造输电线，这样可以降低输电线的功率损失。
2. 增加输电线的横截面积：通过增加输电线的直径或片数，可以有效地减小输电线的电阻，从而降低输电线的功率损失。
3. 提高输电电压：通过提高输电电压，可以减小输电电流，从而降低输电线的功率损失。
4. 采用变压器升压输电：变压器可以将电能转化为磁场能，然后再转化为电能，这样可以提高输电电压，从而减小输电电流，降低输电线的功率损失。
5. 优化输电线路：通过优化输电线路的路径和布局，可以减小输电线长度和电阻，从而降低输电线的功率损失。
6. 采用无功补偿技术：通过在输电线路上安装无功补偿装置，可以补偿输电线路的无功损耗，从而提高输电效率。
7. 采用直流输电技术：直流输电可以减少输电过程中的能量损失，并且不受线路电阻和感抗的影响，因此具有较高的输电效率。
这些方法可以单独使用，也可以结合使用，以最大程度地降低远距离输电的损失。
远距离输电知识点
远距离输电知识点
1. 远距离输电为啥会有电能损耗呀？就像你跑长跑会累一样，电在传输过程中也会有消耗呀！比如从发电站输送到几百公里外的城市。
2. 升高电压能减少电能损耗，这你知道不？好比你走楼梯，一步跨两级就会轻松一点，电也是这样，电压升高了，损耗就小啦！像西电东送工程就是用高电压来输电的。
3. 远距离输电的线路很重要哦！这就好比是道路，路不好走，车能跑得快吗？像那些老旧的输电线路就可能影响输电效果。
4. 变压器在远距离输电中可关键啦！它就像个神奇的转化器，能把电压变来变去。
你想想，如果没有它，电怎么能顺利到达不同地方呢？比如在小区里就会有变压器把电压变低供我们使用。
5. 远距离输电可不是随便弄弄的，要精心设计呢！这就像搭积木，得好好规划才能搭得稳呀！不同地区的输电方案都得量身定制呢。
6. 我们能用上远方送来的电，真得感谢远距离输电技术呀！这是不是很了不起？就像你收到远方朋友寄来的礼物一样惊喜！它让我们的生活变得更便利啦！
我的观点结论：远距离输电真的太重要了，它让电能够跨越距离，为我们的生活提供源源不断的能量！。
远距离输电知识点
远距离输电知识点在现代社会中，电能的传输和分配是至关重要的。
远距离输电技术使得电能能够从发电厂高效、稳定地输送到远方的用户端，满足人们生产和生活的用电需求。
接下来，让我们一起深入了解一下远距离输电的相关知识点。
首先，我们要明白为什么需要远距离输电。
随着社会的发展，能源分布和用电需求往往存在地域上的不均衡。
大型发电厂通常建在能源资源丰富的地区，比如煤炭产区、水力资源丰富的河流附近或者风能充足的区域。
而用电负荷中心则可能在远离这些能源产地的大城市或工业区。
为了将电能从能源产地输送到用电中心，就必须依靠远距离输电技术。
在远距离输电中，有几个关键的概念和因素需要掌握。
一是输电电压。
输电电压的高低直接影响着输电的效率和成本。
提高输电电压可以降低输电线路中的电流，从而减少线路上的电能损耗。
这是因为电能在输电线路上的损耗主要是由电流通过电阻产生的热效应造成的。
根据焦耳定律，电流越大，电阻上产生的热量就越多，电能损耗也就越大。
所以，通过提高电压、降低电流，可以显著减少输电过程中的能量损失。
二是输电线路的电阻。
输电线路通常由金属导线构成，具有一定的电阻。
电阻的大小与导线的材料、长度、横截面积等因素有关。
为了降低电阻，在实际工程中会选用电阻率较小的材料，比如铜或者铝来制造导线。
同时，增加导线的横截面积也可以减小电阻，但这会增加导线的成本和重量。
三是变压器的作用。
变压器在远距离输电中起着关键的作用。
在发电厂，电能通过升压变压器将电压升高，以便在输电线路上进行远距离传输。
到达用电地区后，再通过降压变压器将电压降低，以供用户使用。
变压器的工作原理是基于电磁感应，通过改变线圈的匝数比来实现电压的变换。
四是无功功率和有功功率。
有功功率是实际用于做功的功率，比如驱动电机、照明等。
无功功率则是用于建立磁场和电场的功率，虽然它不直接做功，但对于维持电力系统的稳定运行是必不可少的。
在远距离输电中，要合理控制无功功率的流动，以提高输电效率和系统的稳定性。
远距离输电公式
远距离输电公式
1. 基本原理。
- 根据P = UI（P是功率，U是电压，I是电流），在输电功率P一定时，电压U越高，则电流I越小。
- 在远距离输电中，由于输电线有电阻R，根据焦耳定律Q = I^2Rt（Q是电热，t是时间），电流越小，在输电线上产生的热量损失就越小。
2. 远距离输电电路模型。
- 发电站输出功率为P，输出电压为U_1，通过升压变压器将电压升高到
U_2，输电电流为I_2，输电线电阻为R，到达用户端再通过降压变压器将电压降到用户需要的电压U_4。
- 对于升压变压器，根据变压器原理(U_1)/(U_2)=(n_1)/(n_2)（n_1、n_2分别是升压变压器的原副线圈匝数），I_1U_1 = I_2U_2（因为理想变压器输入功率等于输出功率）。
- 输电线上的功率损失Δ P=I_2^2R。
- 输电线上的电压损失Δ U = I_2R。
- 对于降压变压器，(U_3)/(U_4)=(n_3)/(n_4)（n_3、n_4分别是降压变压器的原副线圈匝数），U_3 = U_2-Δ U，I_3 = I_2（忽略变压器的能量损耗时，输电线上的电流等于降压变压器原线圈中的电流）。
- 用户得到的功率P_用=P - Δ P。
超高压输电技术研究及应用
超高压输电技术研究及应用近几十年来，随着我国社会经济的快速发展，对电力的需求也越来越大，特别是在城乡建设、工业生产和交通运输等领域。
为了满足这种快速增长的电力需求，我国电力企业不断加大投资，建设更多的电力工程，同时也在广泛地探索新的电力输电技术。
超高压输电技术就是其中的重要一项。
一、超高压输电技术的概述超高压输电技术是近年来电力输电领域的重要技术，它是将交流输电电压提升到800kV及以上的一种输电技术。
超高压输电技术克服了传统电力输电技术中存在的很多问题，比如输电损耗大、电网安全稳定性差等问题。
同时，它还具有传输能力大、距离远、占用土地少等优点，是解决远距离大容量电力输送的先进技术。
超高压输电技术在电力领域的应用可以有效提高电力的经济性和可靠性，同时还有助于保障国家的能源安全。
二、超高压输电技术的应用1、区域能源互联互通超高压直流输电（UHVDC）技术被广泛应用于区域能源互联互通，从而实现不同地区之间的能源交流，提高全国的能源利用效率。
例如，我国西部大开发中的青海、西藏、新疆等地区建设的“西电东输”工程就是利用超高压输电技术实现区域能源互连的典型案例。
2、远距离大容量电力输送超高压输电技术在远距离大容量电力输送中具有明显的优势。
例如，我国南方长江三角洲地区往北输送电力时，需要穿越长江，而长江上没有合适的支撑结构。
此时，利用超高压水平远距离输电技术可以有效地解决这个问题，提高电力的输送效率。
3、风电、光伏电站接入电网随着风电、光伏等可再生能源的快速发展，超高压输电技术也被广泛应用于将这些电站接入电网中。
由于风电、光伏等新能源站点多分布在偏远地区，而且电力负荷也比较小，传统的输电技术很难满足其要求。
而利用超高压输电技术，可以很好地解决这个问题，同时还可以实现对于全国能源结构的调整。
三、超高压输电技术的研究超高压输电技术是一种先进的、复杂的技术，其关键技术和装备包括电力电缆、变压器、绝缘技术和组合方式等方面。
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功率损耗:
•三相交流
P 3I a R a
2
2
2
Pa
பைடு நூலகம்
2
• 双极直流
Pd 2U d I d
Pd 2 I d R
2
3 U d Cos
2
2 2
R
Pd
R
Cos 0.943
当Pd Pa时，
Pd Pa
2U d
2
3 4
cos
2 3
输送功率相同时,直流功率损耗为交流输 电功率损耗的2/3倍
若认为发电机的空载电势Eq恒定 ，则发电机的功率特性是一条正 弦曲线。
对于a点，若系统出现微 小扰动，使得功角δa增加 一个微小增量Δδ，发电机 的输出电磁功率达到a’， 但由于原动机机械功率保 持不变，因此，发电机输 出电磁功率大于原动机机 械功率，发电机转子将减 速，δ随之减小，经过一 系列振荡以后，回到a点 。 若扰动后，增量为负，情 况与上述相反，但最终仍 然能够回到a点的稳定状 态。
缺点
• • • • • • 谐波 消耗无功 换流站造价高 高压直流断路器 大地回流造成的腐蚀及对交流系统的影响 闭锁
Pm ax
E qU X
90 90 90
o
dP d
0
系统小干扰稳定 临界状态
o
dP
o
d
0
系统不稳定
几点说明
1、上述结论仅适用于简单电力系统； 2、功率极限和稳定极限是不同的两个概念， 对于简单无励磁调节的电力系统，两者可是为相等 3、多级系统的静态稳定性是不能简单用功率稳定判据 给予判定的。
提高小干扰稳定的措施
3、减小线路电抗； 采用分裂导线 采用串联电容补偿 4、改变网络结构； 增加输电线路回数 采用中间补偿装置（并联电容补偿和静 止补偿装置） 5、改善原动机调节性能。
电力系统的暂态稳定
暂态稳定概念 系统在某个运行情况下突然收到较大的扰动之后，能否 经过暂态过程达到新的稳态运行状态或回到原来的状态。 引起电力系统大扰动的原因 负荷突然变化，如投入和切除大容量用户 投切主要元件，如发电机、变压器和线路等 系统中发生短路故障
左图反映了实际电力系统中， 各电压等级的输电线路的实际 输送能力与线路长度的关系。
随着线路长度的增加，线路允 许的输送功率迅速下降。
电力系统的小干扰稳定 首先通过一个简单的单机无穷大系统说明基本概念 单机无穷大系统：受端系统的容量比送端发电机的 容量大的多，以致在发电机输送任何功率的情况下， 受端电压U的大小和相位均为恒定。
电力系统的暂态稳定
大干扰下将 有两种结果
发电机转子间的相对角度逐渐减小 ，过渡新的平衡点，系统稳定
发电机转子间的相对角度不断增大 ，发电机失稳，系统不稳定
对于电力系统的暂态稳定性问题 ，仍用无穷大系统来进行分析
暂态故障及其等值电路
正常情况
故障情况
故障切除后
电力系统的暂态稳定
加速面积：转子角度从起始角度δ0增 大至故障切除瞬间所对应的角度δc过 程中发电机转子增加的动能，即abcd 所围成的面积：
在b的时候，如果小扰动使δb 出现一个增量Δδb，则发电机输 出的电磁功率将减小到b’点，小 于机械功率，这时过剩的转矩将 使δ进一步增大，与之相应的电 磁功率又将进一步减小，如果这 样继续下去，δ的不断增大标志 着发电机与无限大系统非周期性 地失去同步，系统中电流、电压 和功率大幅度地波动，系统无法 正常工作，最终导致系统瓦解 若小扰动带来负的增量Δδb， 这时电磁功率增加到b’’，大于机 械功率，转子将减速，δ随之减 小，当减小到a点后，又开始加 速，经过一段时间的振荡，最终 稳定在a点。
第六章 远距离大容量输电
刘轩东
西安交通大学高电压技术教研室
6.1 电力系统的稳定性分析 电力系统的静态稳定 电力系统的暂态稳定 6.2 直流输电和柔性交流输电 高压直流输电（HVDC）
柔性交流输电（FACTS）
概述
远距离大容量输电的必然性（资源分布不均匀） 煤炭资源主要集中在华北和西北地区
减少故障切除时间，目前短路后0.06s可切除线路，保护 0.02s，开关动作0.04s
2、采用自动重合闸装置 重合闸成功增加了减速面积，从而提高系统的稳定性 3、强行励磁装置
发电机强行励磁装置在系统故障后，增大励磁电流，减 少电势的衰减，提高暂态稳定性
提高系统暂态稳定的措施 关键在于尽量减少加速面积，增加减速面积 4、控制原动机输出机械功率
电力系统的暂态稳定
大干扰下，系统的结构发生变化，发电机的输出功率便 哈，在发电机转轴上产生了不平衡转矩，导致发电机的转 子加速或者减速。 各发电机的转动惯量不同，各机组转速变化也不同。各 发电机之间将产生相对运动，转子间的相对角度发生变化 。转子间的相对角度变化又反过来影响发电机的输出功率 ，从而功率不平衡加剧。 这种变化互相联系、互相影响，形成了以发电机转子机 械运动和电磁功率变化为主体的机电暂态过程。
快关气门
连锁切机：在切除故障的同时，连锁切除送端发电厂中 的一、二台发电机 5、电气制动 发电机定子并三相电阻
消耗发电机有功功率 ，减小功率差额 限制短路电流
变压器中性点小电阻接地
变压器中性点小电抗接地
直流输电
高压直流输电
换流站：可控硅阀系统
特点：稳定性好，控制灵活，短路电流 小，联络两个频率不同的交流系统
电力系统的面积定则
（简单判定电力系统暂态稳定的基本准则） 加速面积Sabcd<Sdefg
系统保持暂态稳定
加速面积Sabcd>Sdefg
系统不能保持暂态稳定
说明：该定则仅适用于简单电力系统； 对于多机系统，该原则不是用，通常用相对功角 的变化趋势予以判定。
提高系统暂态稳定的措施 关键在于尽量减少加速面积，增加减速面积 1、快速切除故障
输送功率:（架空线路） •三相交流
交流对地电压有效值U a
Ud 2
Pa 3U a I a Cos
3 2 U d I d Cos
导体允许通过的交 流电流有效值
直流对地电压 • 双极直流
Pd 2U d I d
时
导体允许通过的电 流
当
Cos 0.943
Pa Pd
当线路输送功率小于自然功率时，情 况相反，首端至末端电压不断升高。
输电线路的自然功率和电压分布
当线路输送功率小于自然功率，线路末端电压升高将对电力系统本 身的设备及用户设备安全构成危害，特别是当线路空载时，末端电压 上升更多，必须采取措施加以限制。
自然功率是反映线路传输能力的重要指标，对于长距离线路的传输 功率为1.1~1.2Pn比较好，对于距离小于100km的短距离线路，输送 能力可以高达4~5Pn，主要受热极限限制。
结论
1.当输送功率相同时,其线路造价低（建 设费用） 线路：2根 架空线路杆塔结构较简单
线路走廊较窄 2. 当输送功率相同时,其功率损耗小（运 行费用） 3.电缆
两端设备
• • • • 换流器 滤波器 无功补偿设备 换流站造价高
500km
交直流等价输电距离
二、直流输电的优缺点及适用场合
优点
2e 2 H H 2
不腐蚀阴极
2.单极两线直流输电
整流 送端
I
逆变 受端
I
• 无大地回流
3.双极直流输电
整流
I
逆变
I
高压直流输电与高压交流输电的比较
（一）经济上 • 线路 • 两端设备 • 架空线路>500km，电缆线路>50km时采用直流 输电具有更高的经济性 （二）技术上 • 接线方式 • 电容电流 • 可靠性和灵活性 • 稳定性 • 潮流的调节 • 短路电流 • 联络线
系统中某些节点电压的持续降低，以致使负荷重的感应电动机堵转 或引起其他保护装置的动作，这类稳定性问题称为电压稳定性
概述
功角稳定性分类
小干扰稳定：又称为电力系统静态稳定性，它实质上是要求系统的 给定平衡点（即给定的稳态运行方式）遭受小扰动后能够保持渐近稳 定性； 在各种稳态运行条件下，为了适应负荷和其他因素的随机变化， 要求系统具有一定的小干扰稳定性裕度； 暂态稳定：系统突然收到较大的扰动（投切大用户或主要元件、发 生短路故障）后，各同步机保持同步运行并过渡到新的或者恢复原来 稳态运行方式的能力；
分裂导线能够提高自然功率：
单根导线自然功率：100%
两分裂导线自然功率：125% 三分裂导线自然功率：140% 四分裂导线自然功率：150%
输电线路传输功率极限
输电线路传送功率与自然功率，线路长度和两端电压相角差的关系：
这表明，当线路长度一定时，最大可能传输功率出现在θ12=π/2时 ，显然P1或者P2总是大于Pn的。
减速面积：故障切除后，转子 在制动过程中动能的减少等于 制动转矩所做的功，即defg所 围成的面积：
电力系统的暂态稳定
等面积原则：加速过程中所获得的等 能在减速过程全部释放完，使转子在 某一点又重新回到同步转速，即加速 面积等于减速面积：
极限情况为在h点刚好达到同步转速，因此极限切除角可 以推导出：
水力资源主要集中在西南地区
东南地区负荷较为集中
输电方式的研究现状 特/超高压交流输电 特/超高压直流输电
其他输电方式：半波输电、紧凑型交流输电、柔性 交流输电、分频输电等。
概述 线路传输容量的制约因素
热极限：功率损耗导致过度发热造成弧垂无法恢复性延展或接头融 化 电压约束：为保持线路的电压降在允许范围内，必须限制线路上流 过的功率 稳定性约束：维持线路两端的电力系统同步运行，有静态稳定和暂 态稳定约束
b点是不稳定的，系统无法维持在b点运行