電力系統(tǒng)教學(xué) 2 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路ppt課件

1、第第2章章 電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路電力系統(tǒng)運行狀態(tài)電力系統(tǒng)運行狀態(tài) 電力系統(tǒng)運行參量電力系統(tǒng)運行參量表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài) 電磁參量：功率、電流、電壓電磁參量：功率、電流、電壓 機(jī)械參量：頻率、發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子相對角位移機(jī)械參量：頻率、發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子相對角位移 電力系統(tǒng)運行狀態(tài)電力系統(tǒng)運行狀態(tài) 穩(wěn)態(tài)：所有運行參量在某一平均值附近很小穩(wěn)態(tài)：所有運行參量在某一平均值附近很小變變 化，接近常量，此時，稱系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。化，接近常量，此時，稱系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。 暫態(tài)：部分或全部運行參量發(fā)生較大變化，暫態(tài)：部分或全部運行參量發(fā)生較大變化，那么那么 稱此時系統(tǒng)處于暫態(tài)。

2、稱此時系統(tǒng)處于暫態(tài)。電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容 內(nèi)容：內(nèi)容：采用數(shù)學(xué)方式模擬計算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行和暫采用數(shù)學(xué)方式模擬計算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行和暫態(tài)運行過程中的各種電磁參量和機(jī)械參量。態(tài)運行過程中的各種電磁參量和機(jī)械參量。 目的：目的：提前對電力系統(tǒng)未來可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行掌握提前對電力系統(tǒng)未來可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行掌握和控制。和控制。 前提：前提： 先明確系統(tǒng)及其元件在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程的數(shù)先明確系統(tǒng)及其元件在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程的數(shù)學(xué)表示方式。學(xué)表示方式。 本章內(nèi)容：分析穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué)本章內(nèi)容：分析穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué) 模型模型本章內(nèi)容本章內(nèi)容 電力線路的參數(shù)和等值電路；電力線路的參數(shù)和等值電路

3、； 變壓器的參數(shù)和等值電路；變壓器的參數(shù)和等值電路； 發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路；發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路； 電力網(wǎng)絡(luò)的等值電路。電力網(wǎng)絡(luò)的等值電路。1 電力線路參數(shù)和等值電路電力線路參數(shù)和等值電路1.1 1.1 電力線路結(jié)構(gòu)簡述電力線路結(jié)構(gòu)簡述（1 1分類分類 架空線路架空線路 電纜線路電纜線路（2 2架空線路架空線路 I.I.構(gòu)造構(gòu)造 具有良好的電性能，機(jī)械強(qiáng)度，抗腐蝕能力； 主要材料：鋁，銅，鋼； 例：LJ鋁絞線TJ銅絞線LGJ鋼芯鋁絞線） 標(biāo)號：LGJ-400/50，400表示鋁線額定面積mm2）， 50表示鋼芯額定面積II. II. 架空線路導(dǎo)線類型與標(biāo)識架空線路導(dǎo)線類型與標(biāo)識

4、III III 架空線路導(dǎo)線結(jié)構(gòu)架空線路導(dǎo)線結(jié)構(gòu)鋁線鋁線鋼芯鋼芯擴(kuò)大導(dǎo)擴(kuò)大導(dǎo)線截面線截面積積鋼芯鋁絞線鋼芯鋁絞線擴(kuò)徑鋼芯鋁絞線擴(kuò)徑鋼芯鋁絞線單位長度架空線路參數(shù)單位長度架空線路參數(shù)電阻：電阻： r1=/S (/km) :導(dǎo)線材料的電阻導(dǎo)線材料的電阻 率，率，S導(dǎo)線標(biāo)稱截面積。導(dǎo)線標(biāo)稱截面積。 電抗：由于導(dǎo)線存在自感和導(dǎo)線之間存在互感電抗：由于導(dǎo)線存在自感和導(dǎo)線之間存在互感 導(dǎo)線存在電抗導(dǎo)線存在電抗x1 (/km) ，高空架空，高空架空電電 力線路可近似取力線路可近似取0.4/km。 x1與導(dǎo)線的與導(dǎo)線的 半徑呈反比，因此分裂導(dǎo)線等值增大半徑呈反比，因此分裂導(dǎo)線等值增大 半徑），可降低電抗。半徑

5、），可降低電抗。IV IV 架空線路導(dǎo)線參數(shù)架空線路導(dǎo)線參數(shù)分裂導(dǎo)線分裂導(dǎo)線 電導(dǎo)：由于導(dǎo)線與地或與其他導(dǎo)線之間存在電 場，當(dāng)電壓超過臨界電壓就會產(chǎn)生電暈 放電，造成有功功率的損耗，因此，存 在電導(dǎo)g1S/km）。 線路設(shè)計時，晴天不允許導(dǎo)線發(fā)生電 暈，因此一般g1=0。 電納：由于導(dǎo)線與地或與其他導(dǎo)線之間存在電 場，會形成電容效應(yīng)，因此存在電納b1。 V V 架空線路的換位架空線路的換位 為減少三相參數(shù)的不平衡，長線路應(yīng)該進(jìn)行換位。為減少三相參數(shù)的不平衡，長線路應(yīng)該進(jìn)行換位。VI VI 架空線路的等值電路架空線路的等值電路 分布參數(shù)等值電路分布參數(shù)等值電路 集中參數(shù)等值電路因分布式等值電路難

6、于計算）集中參數(shù)等值電路因分布式等值電路難于計算） a短線路短線路l100km,忽略電導(dǎo)、電納）忽略電導(dǎo)、電納）因線路三相參數(shù)完全相因線路三相參數(shù)完全相同，三相電壓、電流有同，三相電壓、電流有效值相同，故可用單相效值相同，故可用單相等值電路代表三相等值電路代表三相1U2Uz1U2U1I2IZ=(r1+jx1)l留意，導(dǎo)納留意，導(dǎo)納兩邊各一半兩邊各一半b中等長度線路中等長度線路100kml300km）Z=(kr r1+j kx x1)lY=j kb b1l用用形等值電路表示形等值電路表示用用T形等值電路表示形等值電路表示必須考慮參必須考慮參數(shù)分布效應(yīng)，數(shù)分布效應(yīng)，進(jìn)行系數(shù)修進(jìn)行系數(shù)修正正（3 3

7、電纜線路電纜線路I.I.構(gòu)造構(gòu)造導(dǎo)線導(dǎo)線絕緣絕緣層層鋼鎧鋼鎧包護(hù)包護(hù)層層II.II.等值電路等值電路a短線路短線路b) 中等長度線路中等長度線路 （l100km）等值電路形式與架空線路相同！等值電路形式與架空線路相同！2 變壓器參數(shù)和等值電路變壓器參數(shù)和等值電路（1 1雙繞組變壓器的等值電路雙繞組變壓器的等值電路( (電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)) )rmjxmr1jx1r2jx2勵磁勵磁支路支路一次繞組一次繞組漏抗漏抗歸算到一次側(cè)的二歸算到一次側(cè)的二次繞組漏抗次繞組漏抗GTRTjXT-jBT（2 2等值電路的參數(shù)計算等值電路的參數(shù)計算I.I.短路試驗短路試驗短路損耗：短路損耗：Pk短路電壓百分比：短路電壓百

8、分比：Uk(%) 因：因：Pk Pr，而三相電阻中的有功損耗，而三相電阻中的有功損耗Pr為：為：TNNTNNTNrRUSRUSRIP2222)3(33可得：可得：kNNTPSUR22單位為：單位為：UNV），），SNVA），）， PkW）線電壓線電壓但，由于工程上，單位通常為：但，由于工程上，單位通常為：UNkV），），SNMVA） PkkW）故上式可改寫為：故上式可改寫為：NNNkTSUSPR21000/ 因，變壓器中，因，變壓器中， XTRT ,故故|XT|ZT|，可認(rèn)為短路，可認(rèn)為短路電電 壓壓Uk主要降落在電抗主要降落在電抗XT上，故：上，故：10031003100(%)NTNNTNN

9、kkUXIUZIUUU可得：可得：NNkNNkTSUUIUUX2100(%)3100(%)II.II.空載試驗空載試驗空載損耗：空載損耗：P0空載電流百分比：空載電流百分比：I0(%) 因：電導(dǎo)因：電導(dǎo)G對應(yīng)的變壓器的鐵損對應(yīng)的變壓器的鐵損PFE P0，因此：，因此：TNTNGUGUP220)3( 3可得：可得：20NTUPG 單位為：單位為：UNV），），SNVA），）， PkW）但，由于工程上，單位通常為：但，由于工程上，單位通常為：UNkV），），SNMVA） P0kW）故上式可改寫為：故上式可改寫為：201000/NNNTUSSPG 因，變壓器中，因，變壓器中， GTBT ,故可認(rèn)為空

10、載電流故可認(rèn)為空載電流I0主要主要通通 過電納支路，故：過電納支路，故：100100331003100(%)200TNNNNTNNTNNBSUUSBUIBUIII可得：可得：20100(%)NNTUSIB綜上，可得變壓器等值電路及參數(shù)計算綜上，可得變壓器等值電路及參數(shù)計算NNNkTSUSPR21000/NNkTSUUX2100(%)201000/NNNTUSSPGGTRTjXT-jBT20100(%)NNTUSIBNNkNkTSUUjSPZ2)100(%)1000/(200)100(%)1000/(NNNTUSIjSPY可得：可得：單位：單位：UNkV）SNMVA） PkkW） P0kW）變壓

11、器有兩個額定變壓器有兩個額定電壓，因此參數(shù)電壓，因此參數(shù)可歸算為任一側(cè)！可歸算為任一側(cè)?。? 3三繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計算三繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計算GTRT1 jXT1-jBTRT2 jXT2RT3 jXT3勵磁支路參數(shù)計算與雙繞組變壓器相同，空載試驗勵磁支路參數(shù)計算與雙繞組變壓器相同，空載試驗阻抗支路參數(shù)計算稍有區(qū)別，短路損耗、短路電壓的計算阻抗支路參數(shù)計算稍有區(qū)別，短路損耗、短路電壓的計算 電阻電阻 按各對繞組間的短路損耗計算按各對繞組間的短路損耗計算 三個繞組的容量比為三個繞組的容量比為100/100/100%時時1(1 2)(1 3)(2 3)1P()2kkkkPPP2(1

12、 2)(2 3)(1 3)1P()2kkkkPPP3(1 3)(2 3)(1 2)1P()2kkkkPPP(2 3)(2 3)4kkPP(1 2)(1 2)4kkPP 然后可套用雙繞組變壓器求電阻的公式然后可套用雙繞組變壓器求電阻的公式 三個繞組的容量比不等時，如三個繞組的容量比不等時，如100/50/100%，須歸算，須歸算至變壓器額定容量或額定電流時的值至變壓器額定容量或額定電流時的值 電抗電抗 各對繞組間的短路電壓百分?jǐn)?shù)計算各對繞組間的短路電壓百分?jǐn)?shù)計算 制造廠給出的短路電壓百分?jǐn)?shù)已歸算至變壓器的額定制造廠給出的短路電壓百分?jǐn)?shù)已歸算至變壓器的額定容量，因此不需再歸算容量，因此不需再歸算1

13、(1 2)(1 3)(2 3)1(%)(%)(%)(%)2kkkkUUUU2(1 2)(2 3)(1 3)1(%)(%)(%)(%)2kkkkUUUU3(1 3)(2 3)(1 2)1(%)(%)(%)(%)2kkkkUUUU 然后可套用雙繞組變壓器求電抗的公式然后可套用雙繞組變壓器求電抗的公式 3 發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路3.1 3.1 復(fù)功率的概念及計算公式復(fù)功率的概念及計算公式*( )()(cossin )uiS U IUIUISjP jQ 復(fù)功率復(fù)功率視在功率視在功率有功功率有功功率無功功率無功功率電壓向量電壓向量電流向量電流向量留意：在上述表示方式下，

14、負(fù)荷以滯后功率因數(shù)運行留意：在上述表示方式下，負(fù)荷以滯后功率因數(shù)運行 時，時， 所吸取的無功功率為正；以超前功率因數(shù)運行時，所所吸取的無功功率為正；以超前功率因數(shù)運行時，所 吸收的無功功率為負(fù)；發(fā)電機(jī)則正好相反。吸收的無功功率為負(fù)；發(fā)電機(jī)則正好相反。3.2 3.2 發(fā)電機(jī)的參數(shù)及等值電路發(fā)電機(jī)的參數(shù)及等值電路特征：I電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)均指三相交流發(fā)電機(jī)： II) 發(fā)電機(jī)參數(shù)三相完全相同； III運行時，發(fā)電機(jī)電壓和電流參量完全對稱。因此：可用單相等值電路表示三相（1 1特征分析特征分析 電壓源模型電壓源模型（2 2單相等值電路電源模型）單相等值電路電源模型）電流源模型電流源模型其中：其中：:kV

15、GE發(fā)電機(jī)的相電動勢（）:GU發(fā)電機(jī)的端口相電壓(kV)數(shù)學(xué)描述：數(shù)學(xué)描述：GGGGEUjX I:AGI發(fā)電機(jī)定子相電流(k )X :G發(fā)電機(jī)的單相電抗( )已知量：制造廠一般給出以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)已知量：制造廠一般給出以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn) 的電抗百分比。而因電阻較小，忽略不計。的電抗百分比。而因電阻較小，忽略不計。（3 3發(fā)電機(jī)單相參數(shù)的計算發(fā)電機(jī)單相參數(shù)的計算3(%)100NGGNI XXU故：發(fā)電機(jī)單相電抗的有名值為：故：發(fā)電機(jī)單相電抗的有名值為：2(%)(%)1001003GNGNGNNXUXUXSI3.3 3.3 負(fù)荷的參數(shù)及等值電路負(fù)荷的參數(shù)及等值電路（1 1特征分析特征分析

16、 在電力系統(tǒng)中，負(fù)荷通常用其從電網(wǎng)中取用在電力系統(tǒng)中，負(fù)荷通常用其從電網(wǎng)中取用的有的有 功功率和無功功率來表示。功功率和無功功率來表示。（2 2負(fù)荷描述負(fù)荷描述PL+jQL留意：如負(fù)荷為感性，則留意：如負(fù)荷為感性，則QL0QL0； 如負(fù)荷為容性，則如負(fù)荷為容性，則QL0.QL8MVA8MVA，有，有5 5個抽頭，個抽頭，2.5%2.5%； 6.3MVA 6.3MVA，有，有3 3 個抽頭，個抽頭，5%5%升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器低壓繞組沒有抽頭低壓繞組沒有抽頭低壓側(cè)繞組低壓側(cè)繞組高壓側(cè)繞組高壓側(cè)繞組高壓側(cè)繞組高壓側(cè)繞組低壓側(cè)繞組低壓側(cè)繞組變壓器的抽頭變壓器的抽頭缺陷：缺陷：b.

17、 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)參數(shù)無法精確計算環(huán)形網(wǎng)絡(luò)參數(shù)無法精確計算有名制：無法確定歸算參數(shù)有名制：無法確定歸算參數(shù)表幺制：無法確定歸算基準(zhǔn)電壓表幺制：無法確定歸算基準(zhǔn)電壓（2 2解決方式，采用解決方式，采用形等值電路形等值電路1212電壓和電流變化主要發(fā)電壓和電流變化主要發(fā)生在阻抗支路生在阻抗支路導(dǎo)納支路電流、導(dǎo)納支路電流、電壓已知電壓已知？如何消去變壓器？如何消去變壓器？一般化阻抗支路形式一般化阻抗支路形式根據(jù)：根據(jù)：1I2I1U2U如果采用某種二端口模型，使得模如果采用某種二端口模型，使得模型兩端的電流電壓關(guān)系始終滿足變型兩端的電流電壓關(guān)系始終滿足變壓器變壓后的電氣關(guān)系，則可用該壓器變壓后的電氣關(guān)系，則可

18、用該二端口模型替代該部分電路，而其二端口模型替代該部分電路，而其他電路部分無需歸算。他電路部分無需歸算。二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓電流關(guān)系：二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓電流關(guān)系：1I2I1U2UKIIKUZIUT21211/（4-104-10）)()1 ()() 1(122222111UUKYUKYKIUUKYUKYKITTTT整理得：整理得：（4-144-14）二端口網(wǎng)絡(luò)模型：二端口網(wǎng)絡(luò)模型：1I2I1U2U根據(jù)：根據(jù)： （4-144-14）可得，導(dǎo)納表示的等值模型：可得，導(dǎo)納表示的等值模型：進(jìn)一步，阻抗表示的等值模型進(jìn)一步，阻抗表示的等值模型稱之為變壓器的稱之為變壓器的形等值電路形等值電路121212完整的變壓

19、器等值電路：完整的變壓器等值電路：完整的變壓器等值電路：完整的變壓器等值電路：計算注意事項：計算注意事項：阻抗在變壓器阻抗在變壓器1 1這一側(cè)。這一側(cè)。最后勿忽略勵磁支路。最后勿忽略勵磁支路。教材有誤教材有誤12形等值電路的特征：形等值電路的特征：阻抗支路的阻抗支路的形等值電路：形等值電路：結(jié)果對參數(shù)精度非常敏結(jié)果對參數(shù)精度非常敏感小數(shù)點后很多位），感小數(shù)點后很多位），通常用于計算機(jī)計算。通常用于計算機(jī)計算。首末端點電壓、電流變首末端點電壓、電流變化很大。（理解變壓原化很大。（理解變壓原理）理）3. 3. 一側(cè)接地，從看一側(cè)看的輸入阻抗與原阻抗支路相同一側(cè)接地，從看一側(cè)看的輸入阻抗與原阻抗支路

20、相同計算導(dǎo)納矩陣時使用）。（該原則有助于我們記住計算導(dǎo)納矩陣時使用）。（該原則有助于我們記住公式）公式）12形等值電路的特征：形等值電路的特征：阻抗支路的阻抗支路的形等值電路：形等值電路：4. 4. 同時適用于有名制標(biāo)幺同時適用于有名制標(biāo)幺制等值電路。制等值電路。5. 5. 可解耦等值電路中，元可解耦等值電路中，元件參數(shù)與變壓器變比之件參數(shù)與變壓器變比之間的耦合關(guān)系，使得我間的耦合關(guān)系，使得我們可以提前算好系統(tǒng)中們可以提前算好系統(tǒng)中各元件參數(shù)。個別元件各元件參數(shù)。個別元件參數(shù)變化時，只需更改參數(shù)變化時，只需更改該元件參數(shù)即可。對其該元件參數(shù)即可。對其他元件參數(shù)不影響。他元件參數(shù)不影響。（3 3

21、形等值電路在有名制等值電路中的應(yīng)用形等值電路在有名制等值電路中的應(yīng)用1234方法：用方法：用形等值電路直接替換變壓器阻抗支路即可形等值電路直接替換變壓器阻抗支路即可特點：替換后，各線路參數(shù)無需歸算，均為實際運行特點：替換后，各線路參數(shù)無需歸算，均為實際運行時所處電壓等級的參數(shù)時所處電壓等級的參數(shù)優(yōu)點：使得參數(shù)與變壓器變比無關(guān)線路參數(shù)無需歸優(yōu)點：使得參數(shù)與變壓器變比無關(guān)線路參數(shù)無需歸算）。算）。（4 4形等值電路在表幺制等值電路中的應(yīng)用形等值電路在表幺制等值電路中的應(yīng)用步驟：步驟：1. 1. 基準(zhǔn)電壓選取時，各電壓等級線路通常選擇線路額基準(zhǔn)電壓選取時，各電壓等級線路通常選擇線路額定電壓為基準(zhǔn)值。定電壓為基準(zhǔn)值。2. 2. 變壓器用帶理想變壓器的等值模型表示。變壓器用帶理想變壓器的等值模型表示。3. 3. 采用采用形等值電路表示變壓器阻抗支路形等值電路表示變壓器阻抗支路優(yōu)點：等值電路不存在變壓器，且各電壓等級基準(zhǔn)值的選優(yōu)點：等值電路不存在變壓器，且各電壓等級基準(zhǔn)