電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析作業(yè)題

1、第四章 復(fù)雜電力系統(tǒng)的潮流計算一、基本要求 掌握電力系統(tǒng)潮流計算的數(shù)學模型（節(jié)點電壓方程）和解算方法；掌握電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點導納矩陣；掌握電力系統(tǒng)潮流計算中的功率方程和變量、節(jié)點的分類；了解高斯-塞德爾法潮流計算；掌握牛頓-拉夫遜法潮流計算。二、 重點內(nèi)容1、 節(jié)點導納矩陣導納矩陣中的對角元素稱為自導納，數(shù)值上等于與該節(jié)點相連的所有支路導納的總和。導納矩陣中的非對角元素稱為互導納，數(shù)值上等于相連節(jié)點、支路導納的負值，而且 ，如果節(jié)點、之間無支路相連，則 。節(jié)點導納矩陣的特點:（1）節(jié)點導納矩陣是一個階方陣。為電網(wǎng)的節(jié)點數(shù)（不包括接地點）。（2）節(jié)點導納矩陣是一個對稱方陣。（3）節(jié)點導納矩陣具有對角

2、優(yōu)勢，其對角元素絕對值大于非對角元素。（4）節(jié)點導納矩陣是一個稀疏矩陣，即節(jié)點導納矩陣中有零元素存在。2、 電力網(wǎng)絡(luò)功率方程電力網(wǎng)絡(luò)方程采用節(jié)點電壓方程： （3-1）根據(jù)節(jié)點注入電流和注入功率的關(guān)系：，得到以節(jié)點注入功率表示的節(jié)點電壓方程：，將矩陣方程展開為： （3-2） （n為電網(wǎng)節(jié)點數(shù)）展開通式為，其中i、j=1、2、n。將有功、無功功率分開，得到以節(jié)點注入功率表示的實數(shù)方程： （3-3）3、 電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分類（1）PQ節(jié)點：已知節(jié)點的注入功率，節(jié)點的電壓向量（ ）為待求量；（2）PV節(jié)點：已知節(jié)點的注入有功功率P和電壓大小U ，節(jié)點注入無功功率Q和電壓相位為待求量；（3）平衡節(jié)點：已知

3、節(jié)點的電壓大小U和電壓相位 ，節(jié)點注入有功功率P和無功功率Q為待求量。又稱U 節(jié)點。4、牛頓拉夫遜法潮流計算運用牛頓拉夫遜法進行潮流計算的核心問題是修正方程式的建立和修改。每次迭代時都要先求解修正方程式，然后用解得的各節(jié)點電壓修正量求各節(jié)點電壓的新值。這些修正方程式為：用直角坐標表示時 用極坐標表示時 用極坐標表示的牛頓拉夫遜法潮流計算的基本步驟：（1） 形成節(jié)點導納矩陣；（2） 設(shè)PQ節(jié)點電壓的初值 、= 0 O ,設(shè) PV節(jié)點電壓的初值已知、= 0 O；（3） 求解修正方程式中的不平衡量、；（4） 求解修正方程式中系數(shù)矩陣的各個元素、；（5） 解修正方程式： 求出各點電壓的相位、大小的修正

4、量 、 ；（6） 修正各節(jié)點電壓的相位、大小，得到各點電壓的新值： ； （7） 運用各節(jié)點電壓的新值返回第（3）步進入下一次迭代計算。這樣重復(fù)迭代求解（3）（6）步，每次迭代都要判斷是否滿足收斂條件： ， 當條件都滿足時，迭代收斂，得到各節(jié)點電壓的結(jié)果；否則迭代不收斂，繼續(xù)迭代計算。（8） 計算平衡節(jié)點的功率和PV節(jié)點的無功功率；（9） 計算各支路功率。三、 例題分析1.電力網(wǎng)絡(luò)接線如圖，寫出節(jié)點導納矩陣。2.電力系統(tǒng)的等值電路如圖：網(wǎng)絡(luò)各支路導納為0.1。試用矩陣分塊法計算消去5、6兩節(jié)點，簡化網(wǎng)絡(luò)的導納矩陣。并計算節(jié)點2、3間支路阻抗。3.系統(tǒng)接線如圖。線路，。運行條件：，求潮流分布，畫出

5、潮流分布。第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整一、 基本要求了解電力系統(tǒng)有功功率和頻率之間的關(guān)系、電力系統(tǒng)的有功功率平衡及備用容量；掌握電力系統(tǒng)中各類電廠的運行特點及合理組合、電力系統(tǒng)中有功功率負荷的最優(yōu)分布；了解負荷和發(fā)電機的功率-頻率靜特性，掌握電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整及二次調(diào)整。二、 重點內(nèi)容1、電力系統(tǒng)中有功功率電源的最優(yōu)組合根據(jù)各類發(fā)電廠的運行特點可見：原子能電廠建設(shè)投資大，運行費用小，因此原子能電廠應(yīng)當盡可能的利用，讓它滿發(fā)。火力發(fā)電廠機組投入或者退出運行的時間較長（十幾個小時），而且機組頻繁的啟?；蛟鰷p負荷既消耗能量又易于損壞設(shè)備，因此一般火電廠承擔基本不變的負荷。其中，高溫高壓火

6、電廠效率高，應(yīng)該優(yōu)先投入；中溫中壓火電廠效率低一些，但它的負荷調(diào)節(jié)能力較強，可以承擔一定的負荷變動。水力發(fā)電廠機組投入或者退出運行的時間短（幾分鐘），操作簡單、靈活，具有快速啟動、快速增減負荷的突出優(yōu)點。因此水電廠調(diào)節(jié)能力強，可以承擔急劇變動的負荷。綜合考慮以上因素，得到結(jié)論：枯水季節(jié)，原子能電廠、火電廠承擔基本不變的負荷，主要由帶調(diào)節(jié)水庫的水電廠調(diào)節(jié)負荷的波峰和波谷的變動；洪水季節(jié)，為防止水資源的浪費，水電廠、原子能電廠、高溫高壓火電廠承擔基本不變的負荷，由中溫中壓火電廠承擔調(diào)節(jié)任務(wù)。2、電力系統(tǒng)中有功負荷的最優(yōu)分配 電力系統(tǒng)有功負荷的最優(yōu)分配的目標是：在滿足系統(tǒng)有功功率平衡的條件下，使系統(tǒng)

7、一次能源的消耗量為最低，使系統(tǒng)經(jīng)濟性達到最優(yōu)。 汽輪發(fā)電機組的耗量特性為： （5-1）其中F 為燃料的消耗量（噸/小時），PG為發(fā)電機發(fā)出的功率。 機組的耗量微增率： （5-2） 要實現(xiàn)電力系統(tǒng)中各機組之間有功負荷的最優(yōu)分配，必須遵守等耗量微增率準則； （5-3）同時必須滿足： 等約束條件 不等約束條件 3、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)負荷的變化引起系統(tǒng)頻率的變動，而頻率變動對系統(tǒng)中的用戶會產(chǎn)生不利影響，所以必須保持頻率在額定值50Hz±0.2Hz范圍之內(nèi)。對于負荷變化引起的系統(tǒng)頻率的波動，系統(tǒng)采用“一次調(diào)整”、“二次調(diào)整”、“三次調(diào)整”進行調(diào)頻。（1）系統(tǒng)的頻率特性 負荷的頻率特性反

8、映的是：系統(tǒng)負荷所消耗的有功功率與系統(tǒng)頻率之間的關(guān)系。如圖5-1所示，系統(tǒng)負荷所消耗的有功功率隨著系統(tǒng)頻率的增大而增大；如果系統(tǒng)頻率降低，則負荷消耗的有功功率也降低。 發(fā)電機的頻率特性反映的是：在調(diào)速器的作用下，發(fā)電機發(fā)出的有功功率與系統(tǒng)頻率之間的關(guān)系。如圖5-2所示，發(fā)電機發(fā)出的有功功率隨著系統(tǒng)頻率的增大而減??；如果系統(tǒng)頻率降低，則發(fā)電機發(fā)出的有功功率反而增大。（2）頻率的一次調(diào)整針對第一種負荷變動所引起的頻率偏移，由發(fā)電機組的調(diào)速器進行的頻率調(diào)整稱為頻率的一次調(diào)整。頻率的一次調(diào)整是在發(fā)電機的調(diào)速器和負荷自身調(diào)節(jié)特性的共同作用下完成的，只能做到有差調(diào)節(jié)。（3）頻率的二次調(diào)整針對第二種負荷變動

9、所引起的頻率偏移，由發(fā)電機組的調(diào)頻器進行的頻率調(diào)整稱為頻率的二次調(diào)整。頻率的二次調(diào)整是在發(fā)電機的調(diào)頻器、調(diào)速器和負荷自身調(diào)節(jié)特性三者共同作用下完成的，能夠達到無差調(diào)節(jié)。（4）頻率的三次調(diào)整三次調(diào)整的名詞不常用，它其實就是指：將第三種負荷變動按照最優(yōu)化原則在各發(fā)電廠之間進行分配。三、 習題1.兩臺發(fā)電機共同承擔負荷，他們的耗量特性分別為： （t/h） （t/h）它們的有功功率的上下限分別為： ，試求負荷為100 MW時，兩臺發(fā)電機組間的最優(yōu)分配方案。2.系統(tǒng)中發(fā)電機組的容量和它們的調(diào)差系數(shù)分別為：水輪機組：100MW/臺 ´ 7臺, s% = 2； 汽輪機組：200MW/臺 ´

10、; 4臺，s% = 3； 50MW/臺 ´ 5臺, s% = 3； 100MW/臺 ´ 8臺，s% = 3.5；其它容量汽輪機組等效為1500MW，s% = 4。系統(tǒng)總負荷為3500MW，KL* = 1.5 。若全部機組都參加調(diào)頻，當負荷增加1% 時，試計算系統(tǒng)頻率下降多少？3.A ，B兩系統(tǒng)并聯(lián)運行，A系統(tǒng)負荷增大500MW時，B系統(tǒng)向A系統(tǒng)輸送的交換功率為300MW，如這時將聯(lián)絡(luò)線切除，則切除后，A系統(tǒng)的頻率為49Hz，B系統(tǒng)的頻率為50Hz，試求：（1）A，B兩系統(tǒng)的系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率，；（2）A系統(tǒng)負荷增大750MW，聯(lián)合系統(tǒng)的頻率變化量。4.某電力系統(tǒng)中，與頻率無關(guān)

11、的負荷占30%，與頻率一次方成正比的負荷占40%，與頻率二次方成正比的負荷占20%，與頻率三次方成正比的負荷占10%，求系統(tǒng)頻率由50HZ降到46HZ時，相應(yīng)的負荷變化百分值。5.某一容量為100MW的發(fā)電機，調(diào)差系數(shù)整定為5%，當系統(tǒng)頻率為50HZ時，發(fā)電機出力為70MW；若系統(tǒng)頻率下降為49.5HZ時，發(fā)電機的出力是多少？6.某電力系統(tǒng)有4臺額定功率為100MW的發(fā)電機，每臺發(fā)電機的調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)，系統(tǒng)總負荷為，負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。在額定頻率運行時，若系數(shù)增加負荷50MW，試計算下列兩種情況下系統(tǒng)頻率的變化值： （1）4臺機組原來平均承擔負荷 （2）原來3臺機組滿載，一臺帶20MW負

12、荷，說明兩種情況下頻率變化不同的原因。7.在某兩機系統(tǒng)中，1#機組額定容量，調(diào)差系數(shù)，2#機組額定容量，調(diào)差系數(shù)；系統(tǒng)負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù),負荷為700MW時，頻率為50Hz，。若增加50MW負荷后，系統(tǒng)的頻率和發(fā)電機的功率各為多少？ 第六章 電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整一、基本要求掌握電力系統(tǒng)的無功功率電源及其特點，電力系統(tǒng)的無功功率平衡；了解電力系統(tǒng)的電壓管理的方法和要求；掌握電力系統(tǒng)各種調(diào)壓措施的原理、特點及計算方法。二、 重點內(nèi)容1、 無功功率電源電力系統(tǒng)有功功率電源是發(fā)電機。無功功率電源除了發(fā)電機外，還有調(diào)相機、電容器和靜止補償器。調(diào)相機、電容器和靜止補償器統(tǒng)稱為無功補償裝置。調(diào)相

13、機實質(zhì)上就是只能發(fā)出無功功率的發(fā)電機，通過調(diào)節(jié)勵磁電流可以向系統(tǒng)發(fā)出或吸取無功功率；并聯(lián)電容器可以向系統(tǒng)發(fā)出無功功率；靜止補償器既可向系統(tǒng)發(fā)出無功功率，也可吸取無功功率。目前，系統(tǒng)多采用并聯(lián)電容器進行無功功率的補償。2、 電壓管理電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，負荷眾多，不可能對系統(tǒng)中每一點的電壓都進行監(jiān)視和調(diào)整。電力系統(tǒng)可以通過監(jiān)視和調(diào)整中樞點的電壓來達到調(diào)壓的目的。所謂中樞點就是指電力系統(tǒng)中反映電壓水平的節(jié)點，如主要發(fā)電廠母線和樞紐變電所母線。我們可以根據(jù)負荷對電壓的要求以及供電線路上的電壓損耗來確定中樞點的電壓偏移范圍。如果控制了系統(tǒng)中樞點的電壓偏移，也就控制住了系統(tǒng)中大部分節(jié)點的電壓偏移，實現(xiàn)了電壓

14、管理。3、 調(diào)壓措施（1）借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓各種調(diào)壓手段中，首先應(yīng)考慮調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓，因為這種調(diào)壓措施不需增加任何附加設(shè)備，簡單、經(jīng)濟。但它的缺點是可調(diào)節(jié)范圍有限，對于電氣距離較遠的負荷調(diào)壓效果較差。（2）借改變變壓器變比調(diào)壓 通過合理的選擇變壓器的分接頭可以達到良好的調(diào)壓目的。對無功功率供應(yīng)充裕的系統(tǒng)，改變有載調(diào)壓變壓器分接頭進行調(diào)壓，是目前常用的、有效的調(diào)壓措施。（3）借并聯(lián)無功補償設(shè)備調(diào)壓 根據(jù)系統(tǒng)負荷的需要，裝設(shè)并聯(lián)補償設(shè)備電容器、調(diào)相機和靜止補償器進行調(diào)壓。盡管這種調(diào)壓措施需要增設(shè)專門的補償設(shè)備，增大投資，但是對于無功功率不足的系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先采用。采用無功功率的就地補償可以降低網(wǎng)絡(luò)損

15、耗，因此系統(tǒng)中大量采用并聯(lián)無功補償設(shè)備進行調(diào)壓。（4）借串聯(lián)電容器調(diào)壓 作為調(diào)壓措施，串聯(lián)補償電容器由于設(shè)計、運行等方面的原因，目前很少使用。三、習題1. 一臺降壓變壓器變比為，變壓器阻抗歸算到高壓側(cè)為：，。 當變壓器末端負荷最大時，變壓器首端電壓為110kV ；當變壓器末端負荷最小時，變壓器首端電壓為113kV 。為了保證變壓器低壓側(cè)電壓保持在范圍內(nèi)，請選擇變壓器分接頭。 2.某降壓變電所裝設(shè)一臺變比為的變壓器，變壓器阻抗折算至高壓側(cè)為。通過比那雅琪最大負荷，最小負荷，要求變壓器低壓側(cè)母線采用順調(diào)壓，變壓器高壓側(cè)的電壓在任何運行情況下均未出107.5kv，試選擇變壓器分接頭。3.某變電站裝設(shè)

16、一臺型號為SFL-31500/110變壓器，變比為 變壓器阻抗折算到高壓側(cè)為。變電站低壓側(cè)所帶負荷為,；高壓母線電壓最大負荷為112kv，最小負荷時為106kv，要求低壓母線采用逆調(diào)壓，試選擇變壓器分接頭電壓。4.升壓變壓器的容量為31.5MVA，變比為，歸算到高壓側(cè)的阻抗為。在最大負荷和最小負荷時通過變壓器的功率分別5.某水電廠經(jīng)升壓變與系統(tǒng)相連，變壓器變比為，變壓器阻抗折算到高壓側(cè)為。變電站低壓側(cè)所帶最大負荷為，最小負荷為；高壓母線電壓最大負荷時為112.09kv，最小負荷時為115.45kv。要求最大負荷時低壓母線的電壓不低于10kv，最小負荷時低壓母線的電壓不高于11庫存，試選擇變壓器分接頭。6.簡單輸電系統(tǒng)的接線圖和等值電路如圖所示。輸電系統(tǒng)綜合阻抗折算到高壓側(cè)為，