電力系統(tǒng)分析全套課程課件

1、電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析課程簡介 課程內容 教學進度 考查方式 聯系方法課程內容 電力系統(tǒng)巴巴西西依依泰泰普普水水電電站站課程內容 電力系統(tǒng)中中國國三三峽峽電電站站課程內容 電力系統(tǒng)水電機組水電機組課程內容 電力系統(tǒng)變壓器變壓器課程內容 電力系統(tǒng)輸輸電電線線路路課程內容電力系統(tǒng)分析 兩個模型v 電力系統(tǒng)等值電路模型v 電力系統(tǒng)轉子運動模型三大計算v 潮流計算v 短路計算v 穩(wěn)定計算課程內容 電力系統(tǒng)的基本概念 電網等值 電力系統(tǒng)潮流計算 電力系統(tǒng)運行方式的調整和控制 電力系統(tǒng)故障分析 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析課程內容回答八個問題：回答八個問題：1)什么是電力系統(tǒng)？2)怎樣將電力系統(tǒng)用一個電網絡表示？

2、3)怎樣用計算機進行電力系統(tǒng)潮流計算？4)發(fā)電機節(jié)點有功功率是已知的，它是怎么確定出來的？5)變壓器變比是已知的，它是怎么確定出來的？6)發(fā)電機等值電路中，電勢源和電抗怎么計算？7)任意不對稱的三相相量都可以分解為三組相序不同的分量之和嗎？8)電力系統(tǒng)在不斷變動中，它能保持穩(wěn)定運行嗎？課程內容 先修課程電路原理電磁場電機學 教學進度 總學時數：5664 課堂教學：48-52 實踐環(huán)節(jié)：8-12 學時分配 電力系統(tǒng)的基本概念：2 電網等值：8-10 電力系統(tǒng)潮流計算：10 電力系統(tǒng)運行方式的調整和控制：10 電力系統(tǒng)故障分析：10 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：8-10考查方式 平時成績：20% 實驗成績

3、：10% 閉卷考試：70%目錄 第一章電力系統(tǒng)的基本概念 第二章電網等值 第三章電力系統(tǒng)潮流計算 第四章電力系統(tǒng)運行方式的調整和控制 第五章電力系統(tǒng)故障分析 第六章電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析第一章 電力系統(tǒng)的基本概念 1.1電力系統(tǒng)概述 1.2我國的電力系統(tǒng) 小結1.1 電力系統(tǒng)概述 1.1.1電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展 1.1.2電力系統(tǒng)的組成 1.1.3 電力系統(tǒng)的特點和運行的基本要求 1.1.4電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖 1.1.5電力系統(tǒng)的接線方式和中性點接地方式1.1.1電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展 電磁感應定律 法拉第，1831 世界上第一個完整的電力系統(tǒng) 1882，法國 三相變壓器和三相異步電動機18

4、91 直流電力系統(tǒng)和交流電力系統(tǒng)愛迪生和西屋1.1.2電力系統(tǒng)的組成 電力系統(tǒng)發(fā)電廠、輸電和配電網絡、用戶 電網、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng) 一次設備和二次設備1.1.3 電力系統(tǒng)的特點和運行的基本要求 電力系統(tǒng)的特點1 電能與國民經濟各部門、國防和日常生活之間的關系都很密切2 對電能質量的要求比較嚴格3 電能不能大量儲存4 電力系統(tǒng)中的暫態(tài)過程十分迅速 運行的基本要求1 可靠性 可以滿足用戶的用電需求：不斷電，頻率、電壓、波形 質量符合要求 負荷按供電可靠性要求分為三類2 安全性 保證系統(tǒng)本身設備的安全。 要求電源容量充足，電網結構合理3 經濟性%4 減小對環(huán)境的不利影響1.1.4電力系統(tǒng)的基本參量

5、、接線圖 衡量電力系統(tǒng)規(guī)模的基本參量總裝機容量額定有功功率之和年發(fā)電量最大負荷最高電壓等級 接線圖地理接線圖、電氣接線圖1.1.5電力系統(tǒng)的接線方式和中性點接地方式 接線方式 無備用接線 特點：簡單、經濟、運行方便靈活。 供電可靠性差，電能質量差 有備用接線 特點：供電可靠，電能質量高 運行操作和繼電保護復雜，經濟性差 中性點接地方式（小接地方式和大接地方式） 不接地 供電可靠性高，絕緣成本高。 110kv電網1.2我國的電力系統(tǒng)（1） 4個發(fā)展階段195x：城市電網196x：省網19701990：區(qū)域電網1990：區(qū)域電網互聯 電力系統(tǒng)的規(guī)模2004 400GW2010 535GW2020

6、790GW1.2我國的電力系統(tǒng)（2） 電壓等級（KV） 發(fā)電機 3.15, 6.3, 10.5, 15.75, 23.0 用電設備 3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再發(fā)展）3 企業(yè)內部 6、10配電電壓（6用于高壓電機負荷）110、220:高壓。110：區(qū)域網，中小電力系統(tǒng)主干線 220：大電力系統(tǒng)主干線330、500、750:超高壓 750:特高壓提高輸電電壓的利弊：減小載流截面和線路電抗，利于提高線路功率極限和穩(wěn)定性，增加絕緣成本1.2我國的電力系統(tǒng)（3） 電力系統(tǒng)的電壓與輸電容量和輸電距離線路電壓(kv)輸送容量(MV) 輸送距離(km) 6

7、0.10.241510 0.22.062035 2102050110105050150220100500100300330200800200600500100015002508501.2我國的電力系統(tǒng)（4） 額定電壓：發(fā)電機、變壓器、用電設備等正常運行時最經濟的電壓 在同一電壓等級中，電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（發(fā)電機、變壓器、電力線路、用電設備）的額定電壓各不相同。某一級的額定電壓是以用電設備為中心而定的。用電設備的額定電壓是其他元件的參考電壓。用電設備端壓允許在額定電壓UN的5%內波動輸電線路的額定電壓為線路的平均電壓 UN(1+5%)+UN(1-5%)/2=UN1.2我國的電力系統(tǒng)（5）發(fā)電機的

8、額定電壓 UN(1+5%)變壓器的額定電壓為變壓器兩側的額定電壓，以變比表示為 k= U1N / U2Nv一次側直接與發(fā)電機相連： U1N = UN(1+5%)35kv 聯絡（相當于用電設備）： U1N = UNv二次側相當于發(fā)電機空載 U2N = UN(1+5%) 帶負載 U2N = UN(1+10%)（內部壓降約5%）Us%7.5或直接連負載時U2N = UN(1+5%)v額定電壓指主接頭的空載電壓 1.2我國的電力系統(tǒng)（6） 我國電力工業(yè)的發(fā)展方針 繼續(xù)續(xù)發(fā)展煤電廠，提高能源效率，減小環(huán) 境污染 加速水力資源的開發(fā)利用和水電廠的建設 發(fā)展核電技術并適度發(fā)展核電廠 開發(fā)風力和潮汐等可再生能

9、源 加速建設輸、配、變電工程，西電東送，促 進區(qū)域電網互聯，并最終形成全國電力系統(tǒng)例題 確定圖中電力系統(tǒng)各元件的額定電壓GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vXG:10.5kvT1:10.5/121kv T2:110/38.5/11kv T3:35/6.3kv T4:10kv/400vM: 6kv L:220v第一章小結 電力系統(tǒng)由發(fā)電機、電網和用戶組成，是動力系統(tǒng)的一部分。由于電能不能大量儲存、暫態(tài)過程迅速，為保證可靠性、安全性和經濟性要求，需要合理地對電力系統(tǒng)進行規(guī)劃、設計、運行調度和故障恢復。 在同一電壓等級中，電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的額定電壓各不相同。某一級的

10、額定電壓是以用電設備為中心而定的。 電力系統(tǒng)分析的任務是建立電力系統(tǒng)的等值模型，計算穩(wěn)態(tài)潮流，并確定故障和擾動對系統(tǒng)的影響。第二章電網等值 2.1 概述 2.2 輸電線路的等值電路 2.3 變壓器和電抗器的等值電路 2.4 發(fā)電機等值電路 2.5 負荷模型 2.6 電力網的等值電路 小結2.1 概述 本章計算電力線路和變壓器的等值電路 假定系統(tǒng)的三相結構和三相負荷都完全對稱，即討論三相電流和電壓的正序分量。2.2 輸電線路的等值電路 2.2.1 輸電線路的種類架空線路由導線、避雷線、桿塔、絕緣子、金具組成電力電纜包括三部分：導體、絕緣層、保護層 2.2.2 架空線路的等值電路分布參數與集中參數

11、單導線線路分裂導線單回線路的等值電路（1）有效電阻 交流電阻，一般大于直流電阻。 原因：集膚效應和臨近效應電力網計算中常采用較大的電阻率。 原因：絞線長度比導線長度大23%， 實際截面小于額定截面， 交流電阻略大于直流電阻。0/rS0/rS0/ (/)rSkm 電阻（20 ）101(20)(/)rrtkm銅0.00382/鋁0.0036/ 單回線路的等值電路（2） 電抗導線流過交流電流時，由于導線的內部和外部交變磁場的作用而產生電抗。循環(huán)換位的三相輸電線路每相導線單位長度的電抗為402(4.6lg0.5) 10 (/)eqrDxfkmr單回線路的等值電路（3）vDeq 為三相導線間的互幾何間距

12、vr 為導線的計算半徑v r 為導線材料的相對導磁系數，有色金屬的相對導磁系數為1v第一項為外電抗，第二項為內電抗3123eqDD D D00.1445lg0.0157(/)eqrDxkmr單回線路的等值電路（4）v導線電抗與r成對數關系。對不同截面的導線，當Deq為常數時，電抗變化不大，工程上常取x0=0.4 /km。00.1445lg(/)eqsDxkmDvDs為導線的自幾何均距非鐵磁材料單股線Ds=0.779r 非鐵磁材料多股線Ds=0.7240.771r 鋼芯鋁線Ds=0.770.9r,計算中常取0.81r單回線路的等值電路（5） 電納由導線間的電容和導線與大地間的電容決定。電容電納電

13、纜線路的電納比架空線路大得多600.02410 (/)lg/eqcF kmDr607.5810 ( /)lg/eqbS kmDr單回線路的等值電路（6） 電導反映由電暈現象和絕緣子泄露引起的有功功率損耗電暈：導線周圍的電場強度超過2.1kv/cm時，導線周圍會發(fā)生空氣電離現象，產生光環(huán)，發(fā)出放電聲。危害：消耗電能、干擾通信、表面腐蝕電暈產生的有功功率損耗稱為電暈損耗。110kv以上線路與電壓有關的有功功率損耗主要由電暈損耗引起。單回線路的等值電路（7） 架空線路產生電暈的臨界線電壓 ， m1 : 導線表面光滑系數。單股線=1，對絞線=0.830.87 m2：氣象系數。干燥晴朗=1，惡劣天氣=0

14、.8 ： 空氣相對密度 b ： 大氣壓力（Pa）(一個大氣壓為101325帕) ： 空氣溫度（） 1249.3lgeqcrDUm mrr3.92 b=1333.22 (273+ )單回線路的等值電路（8） 關于電暈損耗的測量和計算是高電壓技術討論的內容。 輸電線路電暈損耗（包括泄漏損耗）對應的電導為20( /)gPgS kmU單回線路的等值電路（8） 線路方程及等值電路線路每相的等值參數是沿線路均勻分布的。1U2UlxdxxIxU1z dx1y dxxxId IxxUdU111zrjx111ygjb單回線路的等值電路（9） 距離線路末端x處，壓降和電流增量為11xxxxdIU ydxdUI z

15、dx11/xxxxdI dx U ydU dx I z221 1221 1/xxxxd I dxzy Id U dxzyU2222sinhcoshcoshsinhxxcUIxIxZcUUxI Zx單回線路的等值電路（10） 線路的傳播系數實部反映行波振幅的衰減特性，虛部反映行波相位的變化特性 線路的特征阻抗（也稱波阻抗）11/( )cZzy11jz y單回線路的等值電路（11） 無損線路的自然功率自然功率用來衡量線路的輸電能力，一般20kv以上線路的輸電能力大致接近自然功率 行波波長波長時（1500km），兩端相位差9022ecUPZ11112216000kmLCfLC單回線路的等值電路（12

16、） 線路的 型等值電路x=l 時，1U2U z1212coshsinh1sinhcoshclZlUUllIIZc2Y2Y1U2U2Y2Y單回線路的等值電路（13） Z=Z1l， Y=Y1lsinhtanh22lZZllYYl單回線路的等值電路（14） 等值電路 短線路（35kv,100km的架空線路、短電纜線路） 中等長度線路（ 110330kv,100300km架空線路、330kv, 300km架空線路、100km電纜線路）1U2U1U2U2bBjKrxK RjK X2bBjK2112211111211131()6112rxblKx br blKx bxlKx b分裂導線 采用分裂導線可增加

17、導線的等值半徑 電阻減小 電抗減小 電導減小00/brrn00.01570.1445lg0.1445lg( /)eqeqreqsbDDxkmrnD112131neqndd dd20( /)gPgS kmU1nnsbseqDD d分裂導線 電納增大 電暈臨界電壓增大1249.3lgeqcrneqDUm mrfr12(1)sinnnfrndn607.5810 ( /)lg/eqeqbS kmDr1nneqeqrrd2.3 變壓器和電抗器的等值電路 雙繞組三相變壓器等值電路參數歸算到變壓器的一側，用哪一側的額定電壓，結果就歸算到哪一側2220022%1000100%1000100kNkNTTNNNT

18、TNNPUUURXSSPISGBUU2.3 變壓器和電抗器的等值電路 三繞組三相變壓器用等值的Y/Y接線來分析，并用一相等值電路來反映三相運行情況額定容量比有三類：100/100/100， 100/100/50， 100/50/100各繞組的容量比按電壓從高到低排列。三繞組變壓器的容量指容量最大的繞組的容量。其他繞組的容量是相對于該繞組的容量而言。2.3 變壓器和電抗器的等值電路 電阻額定容量比為100/100/100時1(1 2)(1 3)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 2)3(1 3)(2 3)(1 2)()/2()/2()/2kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP2221

19、23123222,100010001000KNKNKNTTTNNNP UP UP URRRSSS2.3 變壓器和電抗器的等值電路v上述的Pk與額定容量相對應。額定容量比為100/100/50，100/50/100時，廠方給出的各繞組間銅耗指容量較小的繞組達到本身的額定電流時的損耗，需歸算到額定容量下。2.3 變壓器和電抗器的等值電路v額定容量比為 100/50/100 100/100/50(1 2)(1 2)22(2 3)(2 3)321(3 1)(3 1)3()()KKNKKNNKKNPPSPPSSPPS21(1 2)(1 2)222(2 3)(2 3)3(3 1)(3 1)()()NKKN

20、NKKNKKSPPSSPPSPP2.3 變壓器和電抗器的等值電路 電抗（廠方一般提供已折算數據）1(1 2)(1 3)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 2)3(1 3)(2 3)(1 2)%(%)/2%(%)/2%(%)/2kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU222123123%,100100100KNKNKNTTTNNNUUUUUUXXXSSS2.3 變壓器和電抗器的等值電路 激磁支路導納與雙繞組三相變壓器計算方法一樣0022%1000100NTTNNPISGBUU例 一臺三相三繞組降壓變壓器的額定電壓為一臺三相三繞組降壓變壓器的額定電壓為220/121/11kV,額定容量為

21、額定容量為120/120/60MVA。 短路損耗短路損耗 短路電壓百分數短路電壓百分數 空載損耗空載損耗 空載電流百分數空載電流百分數 求變壓器歸算到求變壓器歸算到220KV側的參數側的參數(1 2)601SPKW(1 3)182.5SPKW(2 3)132.5SPKW(1 2)%14.85Su(1 3)%28.25Su(2 3)%7.96Su0%0.663I0135PKW2.3 變壓器和電抗器的等值電路 雙繞阻單相變壓器銘牌給出的容量、損耗 都是一相的數值，計算參數時，要乘以3，UN仍用線電壓。 三繞阻單相變壓器與雙繞阻單相變壓器一樣，SN ,PK，P0都乘以3，UN仍用線電壓。2.3 變壓

22、器和電抗器的等值電路 自耦變壓器等值電路與三繞阻變壓器相同。第三繞阻容量較小，一般短路數據未經折算。(1 2)(1 2)2(2 3)(2 3)32(3 1)(3 1)3()()KKNKKNNKKNPPSPPSSPPS(1 2)(1 2)(2 3)(2 3)3(3 1)(3 1)3%()%()%KKNKKNNKKNUUSUUSSUUS2.3 變壓器和電抗器的等值電路 電抗器3%100100%1003rNRrrrNrNrRrNIXXXUUXXI2.4 發(fā)電機等值電路 忽略定子繞組的電阻 用電勢源與電抗串聯表示2.5 負荷模型 綜合負荷:變電所用戶的等值負荷 負荷模型靜態(tài)模型動態(tài)模型2.6電力網的等

23、值電路 基本級多電壓級網中各元件處于不同的電壓等級，元件參數在所處電壓等級求得，需歸算到同一個電壓等級稱為基本級K:向基本級一側的電壓/待歸算一側的電壓例（教案25頁)2212122212121212()()/()/()()/()RR K KXXK KGGK KBBK KUU K KIIK K2.6電力網的等值電路 有名制與標么制標么值=有名值/基準值基準值：4個基準值中只有兩個可以任選線電壓和三相功率相電壓和單相功率3333ppUZIUSUIS.333331/BBBB Bp B BpBB BpBBSU IUISUZ IUZY2.6電力網的等值電路 ZB是一相阻抗的基準相值 不同基準下，阻抗標

24、幺值的換算*2()*2/NN BNNBBBZZ ZZSUZZ ZZSU*22/(/)/(/)BNBBNNZZ ZZS USU答疑 什么是變壓器的容量?變壓器的容量指容量最大的那個繞組的容量2.6電力網的等值電路 建立標幺值電路的兩種方法（方法方法1）先歸算到一個電壓級，再用 一組基準值得到標幺值電路（方法方法2）計算各個電壓等級的基準 值，然后直接用有名值計算 標幺值電路共同點：都要先確定電壓基準和功率基準2.6電力網的等值電路（方法方法2）計算各個電壓等級的基準 值，然后直接用有名值計算 標幺值電路 每一級的基準值為2122121212/()()/()()BBBBBBBBBBZZK KYYK

25、 KUUK KIIK KSS2.6電力網的等值電路 （方法方法2）確定每一級基準電壓的依據是什么?非標準變比的概念：變比的標幺值確定每一級基準電壓的依據：變比的標幺值=1例（教案28頁）2.6電力網的等值電路問題： 圖：電網中出現閉環(huán) 解決辦法：用線路的平均額定電壓作為基準電壓，相應的，變壓器的變比稱為平均額定變比平均額定電壓（教案24頁）例：采用平均額定變比計算網絡等值電路（教案25頁）2.6電力網的等值電路這是一種近似計算方法,誤差較小.用線路的平均額定電壓作為基準電壓以后,不需要知道其它變壓器的信息,只根據局部電網的電壓等級就可以計算出本地電網中各個元件的標幺值了.2.6電力網的等值電路

26、作業(yè)：對上例中的系統(tǒng)，以6KV為基本級，功率基準為100MVA，計算（1）采用額定變比的等值電路和標幺值電路（2）采用平均額定變比的等值電路和標幺值電路第二章小結 單位長度電力線路電阻、電抗、電導、電納的物理意義和計算方法。 線路的電暈臨界電壓。 三類線路的單相等值電路。 變壓器等值電路參數。 多電壓級網絡參數和變量的歸算方法。 標么值的定義和計算方法。第三章電力系統(tǒng)潮流計算 3.1電力網的電壓降落和功率損耗 3.2輸電線路的運行特性 3.3簡單網絡的潮流計算 3.4 電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 小結3.1電力網的電壓降落和功率損耗潮流計算：確定電網的電壓和功率分布3.1.1 電壓降落元件兩端電

27、壓的相量差。U1=U2+dU2 U2=U1-dU1222222222P RQ XP XQ RdUjUUUU 111111111PRQ XPXQ RdUjUUUU 縱分量和橫分量3.1電力網的電壓降落和功率損耗 電壓損耗 兩端電壓的數值差電壓偏移 實際電壓與額定電壓之差(百分比)電壓調整 線路末端空載電壓與負載電壓之差 功率損耗阻抗支路對地支路 線路 變壓器222222ZPQPQSRjXUU22111122YLSGUjBU22YTTTSG UjB U3.2輸電線路的運行特性 空載運行特性忽略電阻和電導時線路末端電壓高于始端電壓 輸電線路的傳輸功率極限1222BXUUU2222222P RQ XP

28、 XQ RdUjUU3.2輸電線路的運行特性因為沒有有功功率損耗沒有有功功率損耗，所以線路輸送的有功功率無功功率（忽略第一式的橫分量）22122211cossinQ XP XUUjUUUjU1212sinU UPPX1222()UU UQX3.2輸電線路的運行特性 提高線路輸送能力的途徑提高線路的電壓等級v原因:阻抗基準值增大,電抗標幺值減小v代價大減小線路的電抗v分裂導線v串聯電容器3.3簡單網絡的潮流計算 輻射型網絡電壓降落公式中用到同一點的電壓和功率,實際電網中往往只知道負荷功率和供電節(jié)點的電壓,這時怎樣確定各點電壓和功率呢?運算負荷的概念:節(jié)點電壓用線路額定電壓計算。例3.3簡單網絡的

29、潮流計算 例：輻射型網絡1234SL1SL2SL3已知節(jié)點1的電壓，節(jié)點2、3、4的負荷功率， 求： 節(jié)點2、3、4 的電壓， 各條線路的功率損耗， 以及節(jié)點1的注入功率。3.3簡單網絡的潮流計算 計算例：V1=10.5KV234P2+jQ2求： 節(jié)點1的注入功率。1P3+jQ3P4+jQ4Z12Z23Z24S2=0.3+j0.2MVA, S3=0.5+j0.3MVA, S4=0.2+0.15MVA, Z12=1.2+j2.4, Z23=1.0+j2.0, Z24=1.5+j3.03.3簡單網絡的潮流計算 閉式電力網電氣連接圖中存在閉合環(huán)路簡單環(huán)形網兩端供電網3.3簡單網絡的潮流計算簡單環(huán)形網

30、GT-1T-2T-3L-1L-2L-31234563.3簡單網絡的潮流計算 簡單環(huán)形網絡計算步驟(1)網絡的簡化(2)用計算負荷計算功率分布(3)電壓損耗的計算(4)功率損耗的計算例3.3簡單網絡的潮流計算兩端供電網T-1T-2T-3L-1L-2L-3123456G1G23.3簡單網絡的潮流計算 兩端供電網1、概念:循環(huán)功率2、兩端供電網計算步驟(1)網絡的簡化(2)求功率分點(3)計算功率分布(4)電壓損耗的計算(5)功率損耗的計算例3.3簡單網絡的潮流計算例 已知VA1,VA2，計算不計功率損耗和電壓損耗時的初始功率分布A1S2A2I2S1I1ZIZIIZIIISIIISIIIIISIII

31、IIII123.3簡單網絡的潮流計算 例 簡單環(huán)形網可以看作特殊的兩端供電網3.3簡單網絡的潮流計算例110KVZ3SBABGCZ2Z1SC Z1=2+j4歐，Z2=3+j6歐，Z3=4+j8歐SB=10+j5MVA，SC=30+j15MVA，求潮流分布和B點電壓3.3簡單網絡的潮流計算作業(yè) Z1=1.7+j3.8歐，Z2=0.68+j1.52歐，Z3=0.51+j1.14歐，Z4=0.9+j0.8歐SC=2.6+j1.6MVA，SD=0.6+j0.2MVASE=0.3+j0.16MVA 求潮流分布和最低的節(jié)點電壓。ABSEEZ1Z2Z3SCCDSD10.5 0KV10.4 0KVZ43.4電

32、力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.1 網絡方程式節(jié)點類型： PQ,PV,平衡節(jié)點節(jié)點電壓方程：方程個數少于回路個數節(jié)點導納矩陣：n節(jié)點系統(tǒng) nxn矩陣功率平衡方程：求有功、無功功率偏差3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.1 網絡方程式電壓降落公式：知道同一點的電壓和功率開式電力網：知道供電點電壓和負荷功率 數據不配套，需要反復計算實際的電力系統(tǒng)：節(jié)點已知量的類型有三種節(jié)點類型： PQ節(jié)點 m個 PV節(jié)點 n-m-1個 平衡節(jié)點 1個 哪些量需要計算？共n個節(jié)點3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.1 網絡方程式物理量總個數: 4 n已知量個數 : 2 n PQ節(jié)點 PV節(jié)點 平衡節(jié)點 V

33、0 n-m-1 1 0 0 1 P m n-m-1 0 Q m 0 03.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.1 網絡方程式未知量個數: 2 n PQ節(jié)點 PV節(jié)點 平衡節(jié)點 V m 0 0 m n-m-1 0 P 0 0 1 Q 0 n-m-1 13.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.1 網絡方程式節(jié)點電壓方程：共n個，方程個數少于回路個數 I=YVI : n個節(jié)點的凈注入電流V: n個節(jié)點的電壓Y:節(jié)點導納矩陣, n n維 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法例: n=4TL1L3L2123SG14G1G2SG2SL4SL13.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法等值電路和節(jié)點電壓方程Ty121234I

34、1I2I3I4y120y210y13y23y130y310y230y320y34y340y403.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法簡化電路y121234I1I2I3I4y13y23y10y20y34y30y403.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法節(jié)點電壓方程1110121312132212201213231323301323343433344034440000IUyyyyyyyyyyIUyyyyyyyIUyyyIU 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法節(jié)點導納矩陣 對角元: 與節(jié)點相連的所有導納之和 非對角元: 支路導納的負值1012131213122012132313233013233434344034000

35、0yyyyyyyyyyYyyyyyyyyyy3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法節(jié)點i的凈注入功率 *iiiGLiiiiijijjiSSSPjQUIUYU3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法節(jié)點i的凈注入功率 ()()(cossin)(cossin)(sincos)jijjiijijjj iijijijijijj iijijijijijj iijijijijijj iUeGjB U eUU GjBjUU GBjUU GB3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法節(jié)點i的凈注入功率問題: 功率是用節(jié)點電壓的幅值和相角表示的, 共含有多少個未知量?(cossin)(sincos)iijijijijijj iiijijij

36、ijijj iPUU GBQUU GB3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法未知量12112,.,.,nmV VV 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法功率平衡方程組 * 對PQ節(jié)點和PV節(jié)點可列出n-1個有功 功率方程*對PQ節(jié)點可列出m個無功功率方程 n+m-1個方程聯立,求解n+m-1個未知量.(cossin),11(sincos),1iijijijijijj iiijijijijijj iPUU GBinQUU GBim 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法功率平衡方程組求出n-1個節(jié)點的電壓幅值和相角以后，所有節(jié)點的電壓幅值和相角都已確定，然后計算 * n-m-1個PV節(jié)點的無功功率*平衡節(jié)點的有功功率

37、和無功功率.(cossin),(sincos),1iijijijijijj iiijijijijijj iPUU GBinQUU GBmin 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法功率平衡方程組：有功功率 .11211211111111( ,.,.,)(cossin)0nmjjjjjjfV VVPPUUGB 21211222222222( ,.,.,)(cossin)0nmjjjjjjfV VVPPUUGB 1121121111,1,1,1,1( ,., ,.,)(cossin) 0nnmnnnjnjnjnjnjj nfV VVPPUU GB 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法功率平衡方程組：無功功率 .

38、1211211111111( ,.,.,)(sincos)0nnmjjjjjjfV VVQQUUGB 11211222222222( ,.,.,)(sincos)0nnmjjjjjjfV VVQQUUGB 112112,1,( ,., ,.,)(cossin) 0n mnmmmmjm jm jnjm jj mfV VVQQUU GB 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法功率平衡方程組計算機計算潮流就是求解這個方程組.1112212111000000nnnnn mmfPfQfPfQfPfQ 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法功率平衡方程組方程組簡記為 f(x)=0,12112,nmxVVVV12112()

39、nmPPPPfxQQQQ3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法在解附近二次收斂單變量非線性方程的求解多變量非線性方程組的求解Jacobi矩陣修正方程：求節(jié)點電 壓修正量3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解f(x)0 xx(0)x(1)x(2)x(3)f(x(0)f(x(1)f(x(2)f(x(3)3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解初值：x(0)(0)(0)(0)(0)2(0)(0)x(0)(0)xf(x*)=0 =f(x+ x)df(x)(0) = f(x)+ xdxdf(x)f(x)

40、+ xdxxO3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解(0)-1(0)(0)xdf(x)xf(x) dx (1)(0)(0)xxx3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解k=0,1,2,.中止條件:|x(k+1)-x(k)|(k)-1(k)(k)xdf(x)xf(x) dx (k+1)(k)(k)xxx3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解初值：x(0)=x1(0) ，x2(0) ， xn+m-1(0) T(0)(0)(0)i(0)(0)i(0)(0)(0)iii1212x

41、x2(0)in+m-1n+m-1xf (x*)=0i=1,2,.,n+m-1 =f (x+ x)f (x)f (x) = f (x)+ x+ xxxf (x)(0)+. xxxO3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解(0)n+m-1(0)(0)iijj=1jxf (x)f (x)+ x0,x1,2,.,1inm3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解(0)11112n+m-1(0)(0)11222(0)(0)2212n+m-1(0)n+m-1n+n+m-1n+m-1n+m-112n+m-1xf (x)f (x)f

42、 (x)xxxf (x)xf (x)f (x)f (x)f (x)xxxx+f(x)xf(x)f(x)f(x)xxx(0)m-103.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解(0)(0)(0)xf(x)+Jx03.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解(0)(0)-1(0)xxJf(x) (1)(0)(0)xxx3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解 k=0,1,2,. 中止條件:|x(k+1)-x(k)|(k)(k)-1(k)xxJf(x) (k+1)(k)(k)xxx3.4電

43、力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法修正方程：求節(jié)點電 壓修正量（功率平衡方程組見106頁）(k)(k)-1(k)xxJf(x) (k+1)(k)(k)xxx3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法修正方程：求節(jié)點電 壓修正量J矩陣：(n-1) (n-1)(n-1) m(n+m-1) (n+m-1)m (n-1)m mHNJ=KL,PPHNVQQKLV3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法修正方程：求節(jié)點電 壓修正量222,(sincos)()/,(cossin),(cossin),(iiiiiiiiijijijijijijijiiiiiii

44、iiijiijijijijijiiiiiiiiijijijijijijijiiiiPPHQB VHVV GBPPNPG VVNV GBVVQQKPG VKVV GBQLQV 2)/,(sincos)iiiiiiijiijijijijjPB VVLV GB 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法功率平衡方程組取每次迭代的修正量為1211122,/nmmxVVVVVV3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.2 牛頓-拉夫森法修正方程：求節(jié)點電壓修正量J矩陣各塊的維數不變：(n-1) (n-1)(n-1) m(n+m-1) (n+m-1)m (n-1)m mHNJ=KL3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4

45、.2 牛頓-拉夫森法元素在形式上較相似：222,(sincos),(cossin),(cossin),iiiiiiiiijijijijijijijiiiiiiiiijijijijijijijiiiiiiiiijijijijijijijiiiiiiPPHQB VHVV GBPPNPG VNVV GBVVQQKPG VKVV GBQLQBV 2,(sincos)iiiijijijijijijjPVLVV GB 3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法計算步驟：開始電網等值，形成節(jié)點導納矩陣置電壓幅值、相位初值計算J矩陣和電壓修正量最大不平衡功率足夠小？計算平衡節(jié)點功率，PV節(jié)點無功功率和線路損耗功率YN3.

46、4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 3.4.3 大作業(yè)任務:用牛頓-拉夫森法計算一個4機系統(tǒng)的 潮流編寫計算程序完成程序調試給出計算結果交上程序和結果（可以是電子文件）總成績中大作業(yè)占10分第三章小結本章的重點內容為電壓降落、電壓損耗、電壓偏移、電壓調整、運算負荷功率、運算電源功率等概念電力線路和變壓器中電壓降落和功率損耗的計算輻射型網、簡單環(huán)網和兩端供電網的潮流計算牛頓-拉夫森法計算復雜電力系統(tǒng)潮流第四章 電力系統(tǒng)運行方式的調整和控制 問題電力系統(tǒng)中各臺發(fā)電機發(fā)出的有功功率怎么確定出來?確定變壓器變比的依據是什么?第四章 電力系統(tǒng)運行方式的調整和控制 4.1電力系統(tǒng)有功功率和頻率調整 4.2電力系統(tǒng)

47、無功功率和電壓調整 小結4.1電力系統(tǒng)有功功率和頻率調整 有功功率和頻率調整的基本概念 電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)的頻率調整 各類發(fā)電廠的合理組合 電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配4.1.1有功功率和頻率調整的基本概念 頻率變化對電力系統(tǒng)的影響用戶側v 異步電動機的空載轉速v 恒轉矩負荷的電動機功率v 電子設備的計時供電側v 電廠鍋爐與水泵、風機v 汽輪機的額定轉速與共振v 變壓器的勵磁電流增加4.1.1有功功率和頻率調整的基本概念 頻率與有功功率平衡MT角速度：原動機的機械功率ME 角速度：發(fā)電機的電磁功率MTME4.1.1有功功率和頻率調整的基本概念v允許的頻率偏差范圍 |f|0.5Hzv有功

48、功率平衡GLDLPPP4.1.1有功功率和頻率調整的基本概念 有功負荷的變化及其調整第一種負荷變化由調速器調整：頻率的一次調整第二種負荷變化由調頻器調整：頻率的二次調整第三種負荷變化電力系統(tǒng)的經濟運行調整4.1.1有功功率和頻率調整的基本概念 有功負荷的變化及其調整第一種負荷曲線第一種負荷曲線第二種負荷曲線第二種負荷曲線第三種負荷曲線第三種負荷曲線實際負荷曲線實際負荷曲線4.1.1有功功率和頻率調整的基本概念 備用容量：電源容量大于發(fā)電負荷的部分最大負荷PM備用： 負荷備用：25% 事故備用：510% 檢修備用：45% 國民經濟備用：35%總備用總備用：1520% PM熱備用冷備用4.1.2電

49、力系統(tǒng)的頻率特性 負荷的P-f靜態(tài)特性f=fN時，系統(tǒng)總有功負荷PDN頻率為f時： 穩(wěn)態(tài)時，稱為負荷的靜態(tài)頻率特性201233()()().DDNDNDNDNNNNfffPaPaPa PaPfff0123.1aaaa4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 負荷靜態(tài)頻率特性的線性表示|負荷的頻率調節(jié)效應系數DDPKftg PDNfN4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 負荷的P-f靜態(tài)特性標幺值形式 一般為13201233.DPaa fa fa fDDDNDNPPKffPf4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 負荷的P-f靜態(tài)特性例：系統(tǒng)負荷中30%與頻率無關， 40%與頻率一次方成正比， 10%與頻率二次方成正比， 2

50、0%與頻率三次方成正比。求系統(tǒng)頻率從額定頻率50Hz降到48Hz時，負荷功率變化的百分值，以及負荷的頻率調節(jié)效應系數。4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性調速器蒸汽AOBDE4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性fPGfNf0PGN124.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性靜態(tài)調差系數（調差率） 物理意義：機組負荷改變時，頻率的偏移2121GGGfffPPP NGGNGfffPPP 4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性

51、 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性機組的單位調節(jié)功率（發(fā)電機組的功頻靜特性系數） 物理意義：頻率發(fā)生單位變化時，機組輸出功率的變化量，1GGPKf 1GGPKf 4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性調頻器蒸汽AOBDE4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性fPGfNf0PGN124.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)的P-f靜態(tài)特性fPGf1f2P112P2PDPD0()DGDGDPPPKKfK f 4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)的P-f靜態(tài)特性 系統(tǒng)的功頻靜特性系數(單位調節(jié)功率)備用系數0()DGDGDPPPKKfK f 0DGDGNDNGDNNPKfKK

52、PPKKff 0/DDNNGNGDDNrGDPPKffPKKPk KK 4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組滿載時的P-f靜態(tài)特性：KG=0fPGf1f2PGmax124.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整 頻率的一次調整: n臺發(fā)電機例 系統(tǒng)一半機組已滿載.火電機組占總容量的1/4,有10%的備用容量,單位調節(jié)功率為16.6;水電機組占總容量的1/4,有20%的備用容量,單位調節(jié)功率為25;負荷的頻率調節(jié)效應系數為1.5.求(1)系統(tǒng)的單位調節(jié)功率(2)負荷功率增加5%時的穩(wěn)態(tài)頻率(3)如果頻率允許降低0.2Hz,系統(tǒng)能增加多少負荷功率4.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整 頻率的二次調整主調頻廠的選擇頻率的

53、二次調節(jié)過程4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 頻率的二次調節(jié)過程fPGf1f0PG112PG2PG3PDPD34.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性 頻率的二次調節(jié)過程fPGf1f0PG112PG2PG3PDPD34.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整 互聯系統(tǒng)的頻率調整ABABPDAPGAPDBPGBPKAKB4.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整 互聯系統(tǒng)的頻率調整 A系統(tǒng)的單位調節(jié)功率 B系統(tǒng)的單位調節(jié)功率 A系統(tǒng)的負荷增量 B系統(tǒng)的負荷增量 A系統(tǒng)發(fā)電機的二次 B系統(tǒng)發(fā)電機的二次 調整增量 調整增量 AB系統(tǒng)聯絡線上的交換功率ABPDAPGAPDBPGBPKAKB4.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整 互聯系統(tǒng)的頻率調整()()

54、ADBGBBDAGAABABKPPKPPPKK()()DADBGAGBDGABABPPPPPPfKKKK 4.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整 互聯系統(tǒng)的頻率調整: 例ABABPKGA*=25KGB*=20KDA*=1.5KDB*=1.31500MW1000MW4.1.4各類發(fā)電廠的合理組合 各類發(fā)電廠的特點火電廠水電廠核電廠 各類發(fā)電廠在日負荷曲線上的負荷分配4.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配 發(fā)電機組的耗量特性FP比耗量比耗量發(fā)電廠的效率發(fā)電廠的效率耗量微增率耗量微增率F PP FtandF dP4.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配 經濟分配的目標函數和約束條件目標:能耗F最小約束條件:有功功率

55、平衡考慮網損忽略網損1()iniGiFF P11nmGLDjLijPPP11nmGLDjijPP4.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配 經濟分配的目標函數和約束條件約束條件:機組的最大和最小功率minmaxGiGiGiPPP4.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配 多個發(fā)電廠間的負荷經濟分配 忽略網損時的有功負荷經濟分配等微增量準則iiGFP1212GGdFdFdPdP12120GGdFdFFPPdPdP 4.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配 多個發(fā)電廠間的負荷經濟分配 考慮時的有功負荷經濟分配經過網損修正后的等微增量準則:(負荷經濟分配的協(xié)調方程式)11iiiLGGFPPP4.1.5電力系統(tǒng)有功功

56、率的經濟分配 例 某電廠有三臺發(fā)電機組并聯運行。已知各機組的耗量特性和功率約束。不計網損。計算總負荷為600MW、400MW、700MW時的有功功率經濟分配。21111222222333340.30.0007/ ,10020030.320.0004/ ,1202503.50.30.00045/ ,150300GGGGGGGGGFPPt hMWPMWFPPt hMWPMWFPPt hMWPMW4.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配 解 21111222222333340.30.0007/ ,10020030.320.0004/ ,1202503.50.30.00045/ ,150300GGGGGG

57、GGGFPPt hMWPMWFPPt hMWPMWFPPt hMWPMW11110.30.0014GGFPP22220.320.0008GGFPP33330.30.0009GGFPP1231233214.290.5720.64322.220.889GGGGGPPPPP4.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配 問題電力系統(tǒng)中各臺發(fā)電機發(fā)出的有功功率怎么確定出來?實現系統(tǒng)有功功率平衡,使系統(tǒng)頻率維持在允許范圍之內,并且滿足一定的經濟性確定變壓器變比的依據是什么?4.2電力系統(tǒng)無功功率和電壓調整 電壓調整的必要性 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電力系統(tǒng)的電壓管理與調整 電力系統(tǒng)綜合調壓 電力系統(tǒng)無功功率的最優(yōu)

58、分配4.2.1電壓調整的必要性 額定電壓4.2.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電壓水平取決于無功功率的平衡無功功率負荷和無功功率損耗無功功率電源無功功率平衡無功平衡與電壓水平4.2.3電力系統(tǒng)的電壓管理與調整 電力系統(tǒng)允許的電壓偏移 中樞點的電壓管理電壓中樞點的概念 電力系統(tǒng)的電壓調整三種方式：順調壓 逆調壓 常調壓4.2.3電力系統(tǒng)的電壓調整 改變發(fā)電機端電壓調壓 變壓器調壓固定變比變壓器 雙繞組變壓器的分接頭選擇（1）降壓變壓器 例（2）升壓變壓器 例 三繞組變壓器的分接頭選擇 例4.2.4電力系統(tǒng)綜合調壓 例: 降壓變壓器分接頭的選擇、 一個變電所由35KV線路供電。線路送電點電壓恒為36K

59、V.變壓器10KV母線上的最大負荷為8+j5MVA，最小負荷為4+j3MVA。要使10KV母線電壓在最大、最小負荷時的偏差不超過5%，試選擇變壓器的分接頭。4.2.4電力系統(tǒng)綜合調壓 例: 升壓變壓器分接頭的選擇。 系統(tǒng)結構如圖所示.最大負荷時母線2電壓為120KV,最小負荷時母線2電壓為114KV,發(fā)電機電壓調節(jié)范圍為66.6KV.試選擇變壓器分接頭.4.2.5電力系統(tǒng)無功功率的最優(yōu)分配 例: 三繞組變壓器分接頭的選擇 圖中所示為三繞組變壓器的最大負荷功率。最小負荷功率為最大功率的一半。高壓母線在最大負荷時的電壓為112KV，最小負荷時的電壓為115 KV。中、低壓母線在最大、最小負荷時的允

60、許電壓偏移分別為0與+7.5%。試選擇高、中壓繞組的分接頭。4.2.3電力系統(tǒng)的電壓調整有載調壓變壓器加壓調壓變壓器4.2.3電力系統(tǒng)的電壓調整 無功功率補償調壓并聯補償串聯補償4.2.3電力系統(tǒng)的電壓調整 無功功率的經濟分配等網損微增率準則例4.2.3電力系統(tǒng)的電壓調整 例 兩發(fā)電廠聯合向負載供電。有功功率由兩個發(fā)電廠平均分擔。試確定無功功率的最優(yōu)分配。第四章小結 頻率特性 電壓中樞點 功率的經濟分配第五章電力系統(tǒng)故障分析 故障類型：簡單故障/復合故障 短路故障/斷路故障 5.1電力系統(tǒng)短路的基本知識 5.2電力系統(tǒng)對稱故障分析 5.3電力系統(tǒng)不對稱故障分析 小結第五章電力系統(tǒng)故障分析5.1