電電力工第二章ppt課件

1、電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第二章 電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型一電力系統(tǒng)中生產(chǎn)、變換、輸送、消費(fèi)電能的四大部分的特性和數(shù)學(xué)模型1.發(fā)電機(jī)組 2.變壓器3.電力線路 4.負(fù)荷二電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型 復(fù)功率的符號(hào)說(shuō)明： 取 滯后功率因數(shù) 為正，感性無(wú)功負(fù)荷 運(yùn)行時(shí)，所吸取的無(wú)功功率 超前功率因數(shù) 為負(fù)，容性無(wú)功 滯后功率因數(shù) 為正，感性無(wú)功發(fā)電機(jī) 運(yùn)行時(shí)，所發(fā)出的無(wú)功功率 超前功率因數(shù) 為負(fù)，容性無(wú)功 iuUIjQPIUS第一節(jié) 發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性和數(shù)學(xué)模型 一隱極發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的相量圖和功角特性 QP, P q qE dx I j 0 2/ U I Q d 圖2-1 隱極式發(fā)電機(jī)的相量圖

2、 圖2-2 隱極式發(fā)電機(jī)的功角特性曲線圖 隱極式發(fā)電機(jī)功率特性方程： ddqdqxUxUEQxUEP2cossin二隱極發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行限額和數(shù)學(xué)模型 P B C qNE N dNxI j N NU O N O b Q NI 圖2-3 隱 極 式 發(fā) 電 機(jī) 組 相 量 圖 P B T S )(dNqNxUE )(dNdNxUxI F )(dNNxUU O O Q NI 圖2-4 隱 極 式 發(fā) 電 機(jī) 組 運(yùn) 行 極 限 圖 n決定隱極式發(fā)電機(jī)組運(yùn)行極限的因素：n定子繞組溫升約束。取決于發(fā)電機(jī)的視在功率。以O(shè)點(diǎn)為圓心，以O(shè)B為半徑的圓弧S。 n勵(lì)磁繞組溫升約束。取決于發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì)。以O(shè)點(diǎn)為

3、圓心，以O(shè)B為半徑的圓弧F。 n原動(dòng)機(jī)功率約束。即發(fā)電機(jī)的額定功率。直線BC。 n其他約束。當(dāng)發(fā)電機(jī)以超前功率因數(shù)運(yùn)行的場(chǎng)合。綜合為圓弧T。 n n發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型： n發(fā)電機(jī)組在約束的上、下限運(yùn)行。n通常以兩個(gè)變量表示，即發(fā)出的有功功率P和端電壓U的大小 或發(fā)出的有功功率P和無(wú)功功率Q的大小。第二節(jié) 變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型n2.1 雙繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型n2.2 三繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型n2.3 自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型一.雙繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型n阻抗n電阻n變壓器的電阻是通過(guò)變壓器的短路損耗，其近似等于額定總銅耗。n 我們通過(guò)如下公式來(lái)求解變壓器電阻： 1000 )3(

4、332222222222NNkTNNkTTNNkTNNTNNTNCuSUPRSUPRRUSPRUSRUSRIP經(jīng)過(guò)單位換算：電抗 在電力系統(tǒng)計(jì)算中認(rèn)為，大容量變壓器的電抗和阻抗在數(shù)值上接近相等，可近似如下求解： 1003%NTNkUXIUNNkkNNTSUUUIUX100%100%32n導(dǎo)納n電導(dǎo)n 變壓器電導(dǎo)對(duì)應(yīng)的是變壓器的鐵耗，近似等于變壓器的空載損耗，因此變壓器的電導(dǎo)可如下求解：n電納 n 在變壓器中，流經(jīng)電納的電流和空載電流在數(shù)值上接近相等，其求解如下：n 201000NTUPG20100%NNTUSIB二.三繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型n按三個(gè)繞組容量比的不同有三種不同的類型：n 10

5、0/100/100、100/50/100、100/100/50n按三個(gè)繞組排列方式的不同有兩種不同的結(jié)構(gòu)：n 升壓結(jié)構(gòu)：中壓內(nèi)，低壓中，高壓外n n 降壓結(jié)構(gòu)：低壓內(nèi)，中壓中，高壓外電阻 由于容量的不同，對(duì)所提供的短路損耗要做些處理對(duì)于100/100/100 然后按雙繞組變壓器相似的公式計(jì)算各繞組電阻)(21)(21)(21)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP2233222222111000 ,1000 ,1000NNkTNNkTNNkTSUPRSUPRSUPRn對(duì)于100/50/100或100/100/

6、50n 首先，將含有不同容量繞組的短路損耗數(shù)據(jù)歸算為額 定電流下的值。n例如：對(duì)于100/50/100n n 然后，按照100/100/100計(jì)算電阻的公式計(jì)算各繞組電阻。n )32(2)32()32()21(2)21()21(4)2/(4)2/(kNNkkkNNkkPIIPPPIIPPn按最大短路損耗求解與變壓器容量比無(wú)關(guān)）n n 指兩個(gè)100%容量繞組中流過(guò)額定電流，另一個(gè)100%或50%容量繞組空載時(shí)的損耗。n 根據(jù)“按同一電流密度選擇各繞組導(dǎo)線截面積的變壓器的設(shè)計(jì)原則：n max.kP%)100(%)50(22max.%)100(22000TTNNkTRRSUPR2. 電抗n根據(jù)變壓器

7、排列不同，對(duì)所提供的短路電壓做些處理：n 然后按雙繞組變壓器相似的公式計(jì)算各繞組電阻n 一般來(lái)說(shuō)，所提供的短路電壓百分比都是經(jīng)過(guò)歸算的%)%(21%)%(21%)%(21%)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUUNNkTNNkTNNkTSUUXSUUXSUUX100% ,100% ,100%233222211三.自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型 就端點(diǎn)條件而言，自耦變壓器可完全等值于普通變壓器，但由于三繞組自耦變壓器第三繞組的容量總小于變壓器的額定容量，因此需要進(jìn)行歸算。對(duì)于舊標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于新標(biāo)準(zhǔn)，也是按最大短路損耗和

8、經(jīng)過(guò)歸算的短路電壓百分比值進(jìn)行計(jì)算。 3)32()32(3)31()31(23)32()32(23)31()31(%,%,SSUUSSUUSSPPSSPPNkkNkkNkkNkk第三節(jié) 電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型n1 .電力線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述n 電力線路按結(jié)構(gòu)可分為n 架空線：導(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等n 電 纜：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層等n架空線路的導(dǎo)線和避雷線n 導(dǎo) 線：主要由鋁、鋼、銅等材料制成n 避雷線：一般用鋼線架空線路的導(dǎo)線和避雷線v認(rèn)識(shí)架空線路的標(biāo)號(hào)v鋼線部分額定截面積v 主要載流部分額定截面積v J 表示加強(qiáng)型，Q表示輕型v J 表示多股線v 表示材料，其中：L表示鋁、 v G表示

9、鋼、T表示銅、HL表示v 鋁合金 v 例如：LGJ400/50表示載流額定截面積為400、鋼線額定截面積為50的普通鋼芯鋁線。 v為增加架空線路的性能而采取的措施v 目的：減少電暈損耗或線路電抗。v多股線v 其安排的規(guī)律為：中心一股芯線，由內(nèi)到外，第一層為6股，第二層為12股，第三層為18股，以此類推v擴(kuò)徑導(dǎo)線v 人為擴(kuò)大導(dǎo)線直徑，但不增加載流部分截面積。不同之處在于支撐層僅有6股，起支撐作用。v分裂導(dǎo)線v 又稱復(fù)導(dǎo)線，其將每相導(dǎo)線分成若干根，相互間保持一定的距離。但會(huì)增加線路電容。2. 架空線路的絕緣子 架空線路使用的絕緣子分為 針式：35KV以下線路 懸式：35KV及以上線路 通?？筛鶕?jù)絕

10、緣子串上絕緣子的片數(shù)來(lái)判斷線路電壓等級(jí)，一般一個(gè)絕緣子承擔(dān)1萬(wàn)V左右的電壓。3. 架空線路的換位問(wèn)題 目的在于減少三相參數(shù)不平衡 整換位循環(huán)：指一定長(zhǎng)度內(nèi)有兩次換位而三相導(dǎo)線都分別處于三個(gè)不同位置，完成一次完整的循環(huán)。 滾式換位 換位方式 換位桿塔換位 2 電力線路的參數(shù)有色金屬導(dǎo)線架空線路的電阻 有色金屬導(dǎo)線指鋁線、鋼芯鋁線和銅線 每相單位長(zhǎng)度的電阻： 其中： 鋁的電阻率為31.5 銅的電阻率為18.8 考慮溫度的影響則： 2.有色金屬導(dǎo)線三相架空線路的電抗 最常用的電抗計(jì)算公式： 其中： 41105 .0lg6 .42rmrDfx311 /cabcabmmrrDDDDcmmmDHzfcmm

11、mrkmx），或幾何均距（）交流電頻率（數(shù)，對(duì)銅、鋁，導(dǎo)線材料的相對(duì)導(dǎo)磁系）或?qū)Ь€的半徑（）導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電抗（進(jìn)一步可得到：還可以進(jìn)一步改寫(xiě)為：在近似計(jì)算中，可以取架空線路的電抗為0157. 0lg1445. 01rDxmrrrDxm779. 0,lg1455. 01km/40. 0分裂導(dǎo)線三相架空線路的電抗 分裂導(dǎo)線采用了改變導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布，等效地增加了導(dǎo)線半徑，從而減少了導(dǎo)線電抗?？梢宰C明： 根導(dǎo)線間的距離：某根導(dǎo)線與其余1)(0157. 0lg1445. 011312)1(113121ndddrddddrrnrDxnnnmnneqeqm4. 鋼導(dǎo)線三相架空線路的電抗 鋼導(dǎo)線與鋁、銅

12、導(dǎo)線的主要差別在于鋼導(dǎo)線導(dǎo)磁。 5. 電纜線路的阻抗 電纜線路的結(jié)構(gòu)和尺寸都已經(jīng)系列化，這些參數(shù)可事先測(cè)得并由制造廠家提供。一般，電纜線路的電阻略大于相同截面積的架空線路，而電抗則小得多。rmrDx0157.0lg1445.01 電力線路的導(dǎo)納三相架空線路的電納 其電容值為： 最常用的電納計(jì)算公式： 架空線路的電納變化不大，一般為 10lg0241.061rDCm(S/km) 10lg58.761rDbmkmS/1085. 26分裂導(dǎo)線線路的電納架空線路的電導(dǎo) 線路的電導(dǎo)取決于沿絕緣子串的泄漏和電暈 絕緣子串的泄漏：通常很小 電暈：強(qiáng)電場(chǎng)作用下導(dǎo)線周圍空氣的電離現(xiàn)象 導(dǎo)線周圍空氣電離的原因：是

13、由于導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了某一臨界值，以致空氣中原有的離子具備了足夠的動(dòng)能，使其他不帶電分子離子化，導(dǎo)致空氣部分導(dǎo)電。(S/km) 10lg58.761eqmrDb 確定由于電暈產(chǎn)生的電導(dǎo)，其步驟如下：1.確定導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度2.電暈起始電場(chǎng)強(qiáng)度 空氣介電常數(shù)其中：rDrUrQEmrln2大氣壓力空氣的相對(duì)密度氣象系數(shù)粗糙系數(shù)其中：，bmmtbmmEcr 273002996.0 4.2121213. ，得電暈起始電壓或臨界電壓4. 每相電暈損耗功率5. 求線路的電導(dǎo) crrEE 為單位為相電壓的有效值，以 KVUrDrmmrDrEUcrmmcrcrlg3 .49ln21521025241)

14、()/( )(mccrccDrfkkVUkmkWUUkP線路實(shí)際運(yùn)行電壓）（kmSUPgg/ 103216. 對(duì)于分裂導(dǎo)線在第一步時(shí)做些改變 實(shí)際上，在設(shè)計(jì)線路時(shí)，已檢驗(yàn)了所選導(dǎo)線的半徑是否能滿足晴朗天氣不發(fā)生電暈的要求，一般情況下可設(shè) g=0 ndrnkrDrUnkrQkEmeqmmmrsin121ln23.電力線路的數(shù)學(xué)模型 電力線路的數(shù)學(xué)模型是以電阻、電抗、電納和電導(dǎo)來(lái)表示線路的等值電路。 分兩種情況討論： 一般線路的等值電路 一般線路：中等及中等以下長(zhǎng)度線路，對(duì)架空線為300km；對(duì)電纜為100km。 不考慮線路的分布參數(shù)特性，只用將線路參數(shù)簡(jiǎn)單地集中起來(lái)的電路表示。 lbBlgGlx

15、XlrR1111 2長(zhǎng)線路的等值電路 長(zhǎng)線路：長(zhǎng)度超過(guò)300km的架空線和超過(guò)100km的電纜。精確型 根據(jù)雙端口網(wǎng)絡(luò)理論可得： Z Y/2 Y/2 /sinhsinh1cosh21sinh1111稱線路傳播特性稱線路特性阻抗其中：yzryzZrlrlrlZYrlZZcccv簡(jiǎn)化型12161312112112111311lbxklxbrbxklbxkbxr krR+jkxX jkbB/2 jkbB/2 兩個(gè)基本概念 在超高壓線路中，略去電阻和電導(dǎo)，即相當(dāng)于線路上沒(méi)有有功功率損耗時(shí)波阻抗：特性阻抗 。自然功率：當(dāng)負(fù)荷阻抗為波阻抗時(shí)，該負(fù)荷所消耗的功率。11/CLZc第四節(jié) 負(fù)荷的運(yùn)行特性和數(shù)學(xué)模

16、型n一、負(fù)荷和負(fù)荷曲線n 1.電力系統(tǒng)的負(fù)菏n電力系統(tǒng)的總負(fù)荷就是系統(tǒng)中千萬(wàn)個(gè)用電設(shè)備消耗功率的總和。電力系統(tǒng)的總負(fù)荷就是系統(tǒng)中干萬(wàn)個(gè)均電設(shè)備消耗功率的總和。它們大致分異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電熱電爐、整流沒(méi)備、照明設(shè)備等若干類。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等不同類別中，其至同一類別的不同行業(yè)中，這些用電設(shè)備所占比重也不同。n將工業(yè)、農(nóng)業(yè)、郵電、交通、市政、商業(yè)以及城鄉(xiāng)居民所消耗的功率相加。就可得所謂電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷。綜合用電負(fù)荷加網(wǎng)絡(luò)中損耗的功率就是系統(tǒng)中各發(fā)電廠應(yīng)供應(yīng)的功率，因而稱電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷。供電負(fù)荷再加各發(fā)電廠本身消耗的功率 廠用電，就是系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)的功率，稱電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷。n電

17、力系統(tǒng)負(fù)荷的運(yùn)行特性廣義地可分兩大類：n負(fù)荷曲線：負(fù)荷隨時(shí)間而變化的規(guī)律n負(fù)荷特性：負(fù)荷隨電壓或頻率而變化的規(guī)律n2負(fù)荷曲線n 分類：按負(fù)荷種類分，可分為有功功率負(fù)荷和無(wú)功功率負(fù)荷曲線；n 按時(shí)間段長(zhǎng)短分，可分為日負(fù)荷和年負(fù)荷曲線n 按計(jì)量地點(diǎn)分，可分為個(gè)別用戶、電力線路、變電所、發(fā)電廠乃至整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷曲線n將上述三種特征相組合，就確定了某一種特定的負(fù)荷曲線。n幾種特定的負(fù)荷曲線：n電力系統(tǒng)的有功功率日負(fù)荷曲線：為拿握電力系統(tǒng)的運(yùn)行，這種負(fù)荷曲線很有用，它是制訂各發(fā)電廠發(fā)電負(fù)荷計(jì)劃的依據(jù)。雖然電力系統(tǒng)有功功率日負(fù)荷曲線上的最大、最小值之差(即所謂峰谷差)并不很大，比較平坦，但個(gè)別行業(yè)的這種負(fù)

18、荷曲線卻可能有很大的峰谷差。n電力系統(tǒng)的無(wú)功功率日負(fù)荷曲線：無(wú)功功率與有功功率的最大負(fù)荷不定同時(shí)出現(xiàn)。這一情況在作系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡時(shí)十分重要。n電力系統(tǒng)的有功功率年負(fù)荷曲線：一般指年最大負(fù)荷曲線，即表示一年內(nèi)每月最大有功功率負(fù)荷變化的曲線。有功功率年負(fù)荷曲線常用于制訂發(fā)電設(shè)備的檢修計(jì)劃n二、負(fù)荷的靜態(tài)特性和數(shù)學(xué)模型n1負(fù)荷的靜態(tài)特性n負(fù)荷特性指負(fù)荷功率隨負(fù)荷端電壓或系統(tǒng)頻率變化而變化的規(guī)律，因而有電壓特性和頻率特性之分，進(jìn)一步可分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。n靜態(tài)特性：指電壓或頻率變化后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)荷功率與電壓或頻率的關(guān)系。n動(dòng)態(tài)特性：指電壓或頻率急劇變化過(guò)程中負(fù)荷功率與電壓或頻率的關(guān)系。n由于負(fù)

19、荷有功功率和無(wú)功功率的變化規(guī)律不同，負(fù)荷特性還應(yīng)分有功功率特性和無(wú)功功率特性兩種。n將上述三種特性相結(jié)合，就可以求出某種特定的負(fù)荷特性。n負(fù)荷特性則取決于各行業(yè)負(fù)荷中各類用電設(shè)備的比重n綜合各行業(yè)的負(fù)荷特性就可得綜合負(fù)荷的特性2負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型n在電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析中，負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型最簡(jiǎn)單，就是以給定的有功功率和無(wú)功功率表示。只有在對(duì)計(jì)算精度要求較高時(shí)，才要計(jì)及負(fù)荷的靜態(tài)特性。第五節(jié) 電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型5-1 標(biāo)幺值及其應(yīng)用n基本概念n有名制：在電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，采用有單位的阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流和功率等進(jìn)行計(jì)算。n標(biāo)幺制：在電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，采用沒(méi)有單位的阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流和功率等進(jìn)行計(jì)算。n

20、基準(zhǔn)值：對(duì)于相對(duì)值的相對(duì)基準(zhǔn)。n三者之間的關(guān)系：n標(biāo)幺制=有名制/基準(zhǔn)值n4基本級(jí)：將參數(shù)和變量歸算至同一個(gè)電壓級(jí)。一般取網(wǎng)絡(luò)中最高電壓級(jí)為基本級(jí)。 n標(biāo)幺制的優(yōu)點(diǎn)：線電壓和相電壓的標(biāo)幺值數(shù)值相等，三相功率和單相功率的標(biāo)幺值數(shù)值相等。n選擇基準(zhǔn)值的條件：n基準(zhǔn)值的單位應(yīng)與有名值的單位相同n阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流、功率的基準(zhǔn)值之間也應(yīng)符合電路的基本關(guān)系n 功率的基準(zhǔn)值=100MVAn 電壓的基準(zhǔn)值=參數(shù)和變量歸算的額定電壓BBBBBBBBYZZIUIUS/133BBBBBBBBBUSIUSYSUZ3/22 電壓級(jí)的歸算n有名值的電壓級(jí)歸算n 對(duì)于多電壓級(jí)網(wǎng)絡(luò)，都需將參數(shù)或變量歸算至同一電壓級(jí)基本級(jí)。n標(biāo)幺值的電壓級(jí)歸算n將網(wǎng)絡(luò)各元件阻抗、導(dǎo)納以及網(wǎng)絡(luò)中各點(diǎn)電壓、電流的有名值都?xì)w算到基