電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析課件

第一章電力系統(tǒng)的基本概念一．基本概念二．電力系統(tǒng)的結(jié)線方式三．電壓等級及適用范圍四．電力系統(tǒng)中性點的運行方式五．各類發(fā)電廠的運行特點*一．基本概念

電力系統(tǒng)——是由發(fā)電廠、輸電線、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。電力網(wǎng)絡——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設(shè)備所組成的部分?？傃b機容量——指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。*一．基本概念

年發(fā)電量——指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時（KWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。最大負荷——指規(guī)定時間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。*一．基本概念額定頻率——按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級——是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。

*按對供電可靠性的要求將負荷分為三級

一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷。*二．電力系統(tǒng)的結(jié)線方式

包括單回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡

優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、運行方便

無備用結(jié)線缺點：供電可靠性差

適用范圍：二級負荷

包括雙回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡

優(yōu)點：供電可靠性和電壓質(zhì)量高

有備用結(jié)線

缺點：不經(jīng)濟適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷*三．電壓等級及適用范圍

*三．電壓等級及適用范圍說明：用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為±5%；沿線路的電壓降落一般為10%；在額定負荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%。*三．電壓等級及適用范圍電力網(wǎng)絡中電壓分布采取的措施：取用電設(shè)備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運行；取線路始端電壓為額定電壓的105%；取發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的105%；變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側(cè)接電源，取一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備額定電壓；二次側(cè)接負荷，取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓。

*變壓器的電壓等級升壓變壓器（例如35/121，10.5/242）一次側(cè)（低壓側(cè)）接電源，相當于用電設(shè)備，一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓；直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓；二次側(cè)（高壓側(cè)）接線路始端，向負荷供電，相當于發(fā)電機，應比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110%。*變壓器的電壓等級降壓變壓器（110/38.5，220/38.5）一次側(cè)（高壓側(cè)）接線路末端，相當于用電設(shè)備，一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓；二次側(cè)（低壓側(cè)）向負荷供電，相當于發(fā)電機，應比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110%。*四．電力系統(tǒng)中性點的運行方式

特點：供電可靠性低，比較經(jīng)濟；直接接地故障時：如發(fā)生接地故障，則構(gòu)成短路回路，接地相電流很大；適用范圍：110KV以上系統(tǒng)。

特點：供電可靠性高，絕緣費用高；故障時：如發(fā)生接地故障，不必切不接地

除接地相，但非接地相對 地電壓為

相電壓適用范圍：60KV以下系統(tǒng)

*四．電力系統(tǒng)中性點的運行方式

1.

中性點經(jīng)消弧線圈接地（電抗線圈）中性點不接地方式

2.

中性點經(jīng)非線性電阻接地

過補償（總電流為感性）

欠補償（總電流為容性）

*五．各類發(fā)電廠的分類和運行特點火電廠的分類高溫高壓火電廠中溫中壓火電廠低溫低壓火電廠供熱式火電廠火電廠的運行特點鍋爐（25%-70%）和汽輪機（10%-15%）都有一個技術(shù)最小負荷；鍋爐和汽輪機退出和投入都耗時耗能；負荷變動劇烈變動也耗時耗能。*五．各類發(fā)電廠的分類和運行特點水電廠分類（根據(jù)水庫自然來水量和水庫庫容）固定水頭水電廠變水頭水電廠梯級水電廠徑流式水電廠抽水蓄能式水電廠水電廠的運行特點為了綜合利用水能，必須向下游釋放一定的水量水輪機退出運行和再度投入不需要耗費很多能量和時間，且操作簡單要受水電廠水頭影響

*五．各類發(fā)電廠的分類和運行特點原子能發(fā)電廠的特點：反應堆的負荷基本上沒有限制反應堆和汽輪機退出和投入都耗時耗能原子能發(fā)電廠的一次投資大，運行費用小*第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學模型一．電力系統(tǒng)中生產(chǎn)、變換、輸送、消費電能的四大部分的特性和數(shù)學模型

1.發(fā)電機組 2.變壓器

3.電力線路4.負荷二．電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型

*復功率的符號說明：

取

滯后功率因數(shù)為正，感性無功負荷

運行時，所吸取的無功功率

超前功率因數(shù)為負，容性無功滯后功率因數(shù)為正，感性無功發(fā)電機

運行時，所發(fā)出的無功功率

超前功率因數(shù)為負，容性無功

*第一節(jié)發(fā)電機組的運行特性和數(shù)學模型

一．隱極發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的相量圖和功角特性*隱極式發(fā)電機功率特性方程：

*二．隱極發(fā)電機組的運行限額和數(shù)學模型

*決定隱極式發(fā)電機組運行極限的因素：定子繞組溫升約束。取決于發(fā)電機的視在功率。以O(shè)點為圓心，以O(shè)B為半徑的圓弧S。

勵磁繞組溫升約束。取決于發(fā)電機的空載電勢。以O(shè)’點為圓心，以O(shè)’B為半徑的圓弧F。

原動機功率約束。即發(fā)電機的額定功率。直線BC。

其他約束。當發(fā)電機以超前功率因數(shù)運行的場合。綜合為圓弧T。

*發(fā)電機組的數(shù)學模型：

發(fā)電機組在約束的上、下限運行。通常以兩個變量表示，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和無功功率Q的大小。*第二節(jié)變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型雙繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型三繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型*一.雙繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型阻抗電阻

變壓器的電阻是通過變壓器的短路損耗，其近似等于額定總銅耗。我們通過如下公式來求解變壓器電阻：

*電抗

在電力系統(tǒng)計算中認為，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：

*導納電導變壓器電導對應的是變壓器的鐵耗，近似等于變壓器的空載損耗，因此變壓器的電導可如下求解：電納

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：

*二.三繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型按三個繞組容量比的不同有三種不同的類型：

100/100/100、100/50/100、100/100/50按三個繞組排列方式的不同有兩種不同的結(jié)構(gòu)：

升壓結(jié)構(gòu)：中壓內(nèi)，低壓中，高壓外

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，對所提供的短路損耗要做些處理對于100/100/100

然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻*對于100/50/100或100/100/50

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。例如：對于100/50/100

然后，按照100/100/100計算電阻的公式計算各繞組電阻。

*按最大短路損耗求解（與變壓器容量比無關(guān)）

——

指兩個100%容量繞組中流過額定電流，另一個100%或50%容量繞組空載時的損耗。根據(jù)“按同一電流密度選擇各繞組導線截面積”的變壓器的設(shè)計原則：

*2.電抗根據(jù)變壓器排列不同，對所提供的短路電壓做些處理：然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻一般來說，所提供的短路電壓百分比都是經(jīng)過歸算的*三.自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型

就端點條件而言，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，因此需要進行歸算。對于舊標準：對于新標準，也是按最大短路損耗和經(jīng)過歸算的短路電壓百分比值進行計算。

*第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學模型一．電力線路的參數(shù)和數(shù)學模型二．負荷的參數(shù)和數(shù)學模型*第三節(jié)電力線路的參數(shù)和數(shù)學模型電力線路結(jié)構(gòu)簡述

電力線路按結(jié)構(gòu)可分為

架空線：導線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等

電纜：導線、絕緣層、保護層等架空線路的導線和避雷線

導線：主要由鋁、鋼、銅等材料制成

避雷線：一般用鋼線*1.架空線路的導線和避雷線認識架空線路的標號

×××××—×/×

鋼線部分額定截面積主要載流部分額定截面積

J表示加強型，Q表示輕型

J表示多股線表示材料，其中：L表示鋁、

G表示鋼、T表示銅、HL表示鋁合金例如：LGJ—400/50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。*為增加架空線路的性能而采取的措施目的：減少電暈損耗或線路電抗。多股線其安排的規(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，以此類推擴徑導線人為擴大導線直徑，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。分裂導線又稱復導線，其將每相導線分成若干根，相互間保持一定的距離。但會增加線路電容。*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及以上線路通常可根據(jù)絕緣子串上絕緣子的片數(shù)來判斷線路電壓等級，一般一個絕緣子承擔1萬V左右的電壓。3.架空線路的換位問題目的在于減少三相參數(shù)不平衡

整換位循環(huán)：指一定長度內(nèi)有兩次換位而三相導線都分別處于三個不同位置，完成一次完整的循環(huán)。滾式換位換位方式換位桿塔換位*

電力線路的阻抗有色金屬導線架空線路的電阻

有色金屬導線指鋁線、鋼芯鋁線和銅線每相單位長度的電阻：

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.有色金屬導線三相架空線路的電抗最常用的電抗計算公式：

其中：

*進一步可得到：

還可以進一步改寫為：在近似計算中，可以取架空線路的電抗為*分裂導線三相架空線路的電抗分裂導線采用了改變導線周圍的磁場分布，等效地增加了導線半徑，從而減少了導線電抗。可以證明：

*4.鋼導線三相架空線路的電抗鋼導線與鋁、銅導線的主要差別在于鋼導線導磁。

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。*

電力線路的導納三相架空線路的電納

其電容值為：最常用的電納計算公式：

架空線路的電納變化不大，一般為

*分裂導線線路的電納架空線路的電導

線路的電導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：強電場作用下導線周圍空氣的電離現(xiàn)象

導線周圍空氣電離的原因：是由于導線表面的電場強度超過了某一臨界值，以致空氣中原有的離子具備了足夠的動能，使其他不帶電分子離子化，導致空氣部分導電。*

確定由于電暈產(chǎn)生的電導，其步驟如下：1.確定導線表面的電場強度2.電暈起始電場強度

*3.

，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

*6.

對于分裂導線在第一步時做些改變

實際上，在設(shè)計線路時，已檢驗了所選導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

*四.電力線路的數(shù)學模型

電力線路的數(shù)學模型是以電阻、電抗、電納和電導來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：中等及中等以下長度線路，對架空線為300km；對電纜為100km。不考慮線路的分布參數(shù)特性，只用將線路參數(shù)簡單地集中起來的電路表示。

*2）長線路的等值電路

長線路：長度超過300km的架空線和超過100km的電纜。精確型根據(jù)雙端口網(wǎng)絡理論可得：

*簡化型*兩個基本概念在超高壓線路中，略去電阻和電導，即相當于線路上沒有有功功率損耗時波阻抗：特性阻抗。自然功率：當負荷阻抗為波阻抗時，該負荷所消耗的功率。*

二．負荷的參數(shù)和數(shù)學模型負荷用有功功率P和無功功率Q來表示。*第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學模型一．電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型標幺值的折算電壓等級的歸算等值變壓器模型電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型

*標幺值基本概念有名制：在電力系統(tǒng)計算時，采用有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算。標幺制：在電力系統(tǒng)計算時，采用沒有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算。基準值：對于相對值的相對基準。三者之間的關(guān)系：

標幺制=有名制/基準值4）基本級：將參數(shù)和變量歸算至同一個電壓級。一般取網(wǎng)絡中最高電壓級為基本級。

*標幺制的優(yōu)點：線電壓和相電壓的標幺值數(shù)值相等，三相功率和單相功率的標幺值數(shù)值相等。選擇基準值的條件：基準值的單位應與有名值的單位相同阻抗、導納、電壓、電流、功率的基準值之間也應符合電路的基本關(guān)系功率的基準值=100MVA

電壓的基準值=參數(shù)和變量歸算的額定電壓*2.電壓級的歸算有名值的電壓級歸算對于多電壓級網(wǎng)絡，都需將參數(shù)或變量歸算至同一電壓級——基本級。標幺值的電壓級歸算將網(wǎng)絡各元件阻抗、導納以及網(wǎng)絡中各點電壓、電流的有名值都歸算到基本級，然后除以與基本級相對應的阻抗、導納、電壓和電流的基準值。將未經(jīng)歸算的各元件阻抗、導納以及網(wǎng)絡中各點電壓、電流的有名值除以由基本級歸算到這些量所在電壓級的阻抗、導納、電壓和電流的基準值。*3.等值變壓器模型優(yōu)點：這種模型可以體現(xiàn)電壓變換，在多電壓等級網(wǎng)絡計算中，可以不必進行參數(shù)和變量的歸算等值變壓器模型推導：*電力網(wǎng)絡中應用等值變壓器模型的計算步驟：有名制、線路參數(shù)都未經(jīng)歸算，變壓器參數(shù)則歸在低壓側(cè)。有名制、線路參數(shù)和變壓器參數(shù)都已按選定的變比歸算到高壓側(cè)。標幺制、線路和變壓器參數(shù)都已按選定的基準電壓折算為標幺值。*一些常用概念實際變比k k=UI/UII UI、UII:分別為與變壓器高、低壓繞組實際匝數(shù)相對應的電壓。標準變比有名制：歸算參數(shù)時所取的變比標幺制：歸算參數(shù)時所取各基準電壓之比非標準變比k*k*=UIINUI/UIIUIN*制定電力網(wǎng)絡等值電路模型的方法分兩大類：有名制標幺制對于多電壓級網(wǎng)絡，因采用變壓器模型不同分兩大類：

1）

應用等值電路模型時，所有參數(shù)和變量都要作電壓級歸算

2）應用等值變壓器模型時，所有參數(shù)和變量可不進行歸算4.電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型*

第三章簡單電力網(wǎng)絡的計算和分析電力線路和變壓器的運行狀況的計算和分析簡單電力網(wǎng)絡的潮流分布和控制*電力網(wǎng)絡特性計算所需的原始數(shù)據(jù)：用戶變電所的負荷功率及其容量電源的供電電壓和樞紐變電所的母線電壓繪制等值電路所需的各元件參數(shù)和相互之間的關(guān)聯(lián)、關(guān)系等等*第一節(jié)電力線路和變壓器運行狀況的計算和分析

一.電力線路運行狀況的計算和分析

電力線路功率的計算已知條件為：末端電壓U2，末端功率S2=P2+jQ2，以及線路參數(shù)。求解的是線路中的功率損耗和始端電壓和功率。解過程：從末端向始端推導。1）*阻抗支路末端功率阻抗支路中損耗的功率阻抗支路始端功率始端導納支路的功率*始端功率電力線路電壓的計算同樣的問題其幅值為：

*相角為：簡化為：從始端向末端推導 已知條件為：始端電壓U1，始端功率S1=P1+jQ1，以及線路參數(shù)。求解的是線路中的功率損耗和末端電壓和功率。*功率的求取與上相同電壓的求取應注意符號電壓質(zhì)量指標電壓降落：指線路始末兩端電壓的相量差。為相量。電壓損耗：指線路始末兩端電壓的數(shù)值差。為數(shù)值。標量以百分值表示：*電壓偏移：指線路始端或末端電壓與線路額定電壓的數(shù)值差。為數(shù)值。標量以百分值表示：電壓調(diào)整：指線路末端空載與負載時電壓的數(shù)值差。為數(shù)值。標量以百分值表示：*電力線路上的電能損耗最大負荷利用小時數(shù)Tmax：指一年中負荷消費的電能W除以一年中的最大負荷Pmax，即：年負荷率：一年中負荷消費的電能W除以一年中的最大負荷Pmax與8760h的乘積，即：年負荷損耗率：全年電能損耗除以最大負荷時的功率損耗與8760h的乘積，即：*最大負荷損耗時間：全年電能損耗除以功率損耗，即：求取線路全年電能損耗的方法有以下兩個：根據(jù)最大負荷損耗率計算：根據(jù)最大負荷損耗時間計算：*電能經(jīng)濟指標輸電效率：指線路末端輸出有功功率與線路始端輸入有功功率的比值，以百分數(shù)表示：線損率或網(wǎng)損率：線路上損耗的電能與線路始端輸入的電能的比值*電力線路運行狀況的分析空載：末端電壓可能高于始端，即產(chǎn)生電壓過高現(xiàn)象。有載：與發(fā)電機極限圖相類似。*二.變壓器運行狀況的計算和分析變壓器中的電壓降落、功率損耗和電能損耗 用變壓器的型電路功率變壓器阻抗支路中損耗的功率*變壓器勵磁支路損耗的功率變壓器始端功率電壓降落（為變壓器阻抗中電壓降落的縱、橫分量）

注意：變壓器勵磁支路的無功功率與線路導納支路的無功功率符號相反*電能損耗與線路中的電能損耗相同（電阻中的損耗，即銅耗部分）電導中的損耗，即鐵耗部分，近似取變壓器空載損耗P0與變壓器運行小時數(shù)的乘積，變壓器運行小時數(shù)等于8760h減去因檢修等而退出運行的小時數(shù)。根據(jù)制造廠提供的試驗數(shù)據(jù)計算其功率損耗*進一步簡化：要注意單位間的換算。*第二節(jié)輻射形網(wǎng)絡中的潮流計算

功率的計算電力網(wǎng)絡的功率損耗由各元件等值電路中不接地支路阻抗損耗和接地支路導納損耗構(gòu)成。阻抗損耗導納損耗輸電線變壓器

*電壓的計算當功率通過元件阻抗（Z=R+jX）時，產(chǎn)生電壓降落

注意：要分清楚從受電端計算還是從送電端計算潮流的計算已知條件往往是送電端電壓U1和受電端負荷功率S2以及元件參數(shù)。求解各節(jié)點電壓、各元件流過的電流或功率。計算步驟：根據(jù)網(wǎng)絡接線圖以及各元件參數(shù)計算等值電路，并將等值電路簡化。*

根據(jù)已知的負荷功率和網(wǎng)絡額定電壓，從受電端推算到送電端，逐一近似計算各元件的功率損耗，求出各節(jié)點的注入和流出的功率，從而得到電力網(wǎng)絡的功率分布。

注意：第二步只計算功率分布，第三步只計算電壓分布，因此，這是一種近似計算方法，若要計算結(jié)果達到精度要求，可反復上列步驟，形成一種迭代算法，直到精度滿足要求為止，只是在迭代計算中，第二步不再用額定電壓，而用在上次計算中得到的各點電壓近似值進行計算。*

第三章簡單電力網(wǎng)絡的計算和分析電力線路和變壓器的運行狀況的計算和分析簡單電力網(wǎng)絡的潮流分布和控制*第三節(jié)環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流計算介紹的是最簡單的單一環(huán)網(wǎng)，主要由一個電源供電第一步：將單一環(huán)網(wǎng)等值電路簡化為只有線路阻抗的簡化等值電路。根據(jù)網(wǎng)絡接線圖以及各元件參數(shù)計算等值電路；以發(fā)電機端點為始端，并將發(fā)電廠變壓器的勵磁支路移至負荷側(cè)；將同一節(jié)點下的對地支路合并，并將等值電路圖重新編號；在全網(wǎng)電壓為額定電壓的假設(shè)下，計算各變電所的運算負荷和發(fā)電廠的運算功率，并將它們接在相應節(jié)點。**第二步：用簡化的回路電流法解該簡化等值電路通過近似方法，從功率中求取相應的電流，電壓近似認為是額定電壓：*第三步：用相同的方法求解第四步：計算整個網(wǎng)絡的功率分布*由此，擴展到相應的多節(jié)點網(wǎng)絡的計算當中：*重要概念功率分點：網(wǎng)絡中某些節(jié)點的功率是由兩側(cè)向其流動的。分為有功分點和無功分點。在環(huán)網(wǎng)潮流求解過程中，在功率分點處將環(huán)網(wǎng)解列。當有功分點和無功分點不一致時，將在哪一個分點解列？在無功分點處解列，因為電網(wǎng)應在電壓最低處解列，而電壓的損耗主要為由無功功率流動引起的，無功分點的電壓往往低于有功分點的電壓。*2.兩端供電網(wǎng)絡中的功率分布

回路電壓為0的單一環(huán)網(wǎng)等值于兩端電壓大小相等、相位相同的兩端供電網(wǎng)絡。同時，兩端電壓大小不相等、相位不相同的兩端供電網(wǎng)絡，也可等值于回路電壓不為0的單一環(huán)網(wǎng)。*

以回路電壓不為0的單一環(huán)網(wǎng)為例，其求解過程為：設(shè)節(jié)點1、4的電壓差為：用簡化的回路電流法解簡化等值電路通過近似方法，從功率中求取相應的電流，電壓近似認為是額定電壓：*流經(jīng)阻抗Z12功率為：流經(jīng)阻抗Z43功率為：*計算各線段的電壓降落和功率損耗，過程為：求得網(wǎng)絡功率分布后，確定其功率分點以及流向功率分點的功率，在功率分點即網(wǎng)絡最低電壓點將環(huán)網(wǎng)解開，將環(huán)形網(wǎng)絡看成兩個輻射形網(wǎng)絡，由功率分點開始，分別從其兩側(cè)逐段向電源端推算電壓降落和功率損耗。*第四節(jié)電力網(wǎng)絡的簡化方法及其應用有三種簡化方法：

等值電源法兩個或兩個以上有源支路向同一節(jié)點供電時，可用一個等值有源支路替代。替代后，網(wǎng)絡中其他部分的電壓、電流、功率保持不變。*從等值電源支路功率還原求各原始支路功率：*負荷移置法將一個負荷移置兩處**將兩個負荷移置一處**

消去節(jié)點法消去節(jié)點法實際由兩部分組成，即負荷移置和星-網(wǎng)變換。*第五節(jié)電力網(wǎng)絡潮流的調(diào)整控制調(diào)整控制潮流的手段主要有：串聯(lián)電容作用：抵償線路的感抗，將其串聯(lián)在環(huán)網(wǎng)中阻抗相對過大的線路上，可起轉(zhuǎn)移其他重載線路上流通功率的作用。串聯(lián)電抗 作用：限流，將其串聯(lián)在重載線路上可避免該線路過載。*附加串聯(lián)加壓器 作用：產(chǎn)生一環(huán)流或強制循環(huán)功率，使強制循環(huán)功率與自然分布功率的疊加可達到理想值。*第四章復雜電力系統(tǒng)潮流的計算機算法*第五章P-Q分解法

P-Q分解法是牛頓-拉夫遜法潮流計算的一種簡化方法。

牛頓-拉夫遜法的缺點：牛頓-拉夫遜法的雅可比矩陣在每一次迭代過程中都有變化，需要重新形成和求解，這占據(jù)了計算的大部分時間，成為牛頓-拉夫遜法計算速度不能提高的主要原因。

P-Q分解法利用了電力系統(tǒng)的一些特有的運行特性，對牛頓-拉夫遜法做了簡化，以改進和提高計算速度。*牛頓-拉夫遜法簡化形成P-Q分解法的過程牛頓-拉夫遜法修正方程展開為：根據(jù)電力系統(tǒng)的運行特性進行簡化：考慮到電力系統(tǒng)中有功功率分布主要受節(jié)點電壓相角的影響，無功功率分布主要受節(jié)點電壓幅值的影響，所以可以近似的忽略電壓幅值變化對有功功率和電壓相位變化對無功功率分布的影響，即：*根據(jù)電力系統(tǒng)的正常運行條件還可作下列假設(shè)：電力系統(tǒng)正常運行時線路兩端的電壓相位角一般變化不大（不超過10~20度）；電力系統(tǒng)中一般架空線路的電抗遠大于電阻；節(jié)點無功功率相應的導納Q/U*U遠小于該節(jié)點的自導納的虛部。用算式表示如下：*由以上假設(shè)，可得到雅可比矩陣的表達式為：修正方程式為：U為節(jié)點電壓有效值的對角矩陣，B為電納矩陣（由節(jié)點導納矩陣中各元素的虛部構(gòu)成）*根據(jù)不同的節(jié)點還要做一些改變：在有功功率部分，要除去與有功功率和電壓相位關(guān)系較小的因素，如不包含各輸電線路和變壓器支路等值Π型電路的對地電納。在無功功率部分，PV節(jié)點要做相應的處理。則修正方程表示為：一般，由于以上原因，B’和B’’是不相同的，但都是對稱的常數(shù)矩陣。*P-Q分解法的特點：以一個n-1階和一個n-m-1階線性方程組代替原有的2n-m-1階線性方程組；修正方程的系數(shù)矩陣B’和B”為對稱常數(shù)矩陣，且在迭代過程中保持不變；P-Q分解法具有線性收斂特性，與牛頓-拉夫遜法相比，當收斂到同樣的精度時需要的迭代次數(shù)較多；P-Q分解法一般只適用于110KV及以上電網(wǎng)的計算。因為35KV及以下電壓等級的線路r/x比值很大，不滿足上述簡化條件，可能出現(xiàn)迭代計算不收斂的情況。*第六章直流法潮流計算直流法的特點：簡單、計算工作量小、沒有收斂性問題，易于快速地處理投入或斷開線路等操作。廣泛應用于電力系統(tǒng)規(guī)劃、靜態(tài)安全分析以及牛頓-拉夫遜法潮流的初值計算等需要大量計算或運行條件不十分理想的場合。直流法的適用范圍：110KV以上的超高壓線路。直流法的經(jīng)常處理的問題：處理開斷問題，例如，在電力系統(tǒng)規(guī)劃和電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析時，需要進行一種所謂N-1校核計算，即對于某一種運行方式要逐一開斷系統(tǒng)中的線路或變壓器，檢查是否存在支路過載情況。*直流法計算潮流的過程電力網(wǎng)中每條支路i-j中通過的有功功率為：根據(jù)電力系統(tǒng)的實際條件可做如下假設(shè)：實際電力系統(tǒng)中輸電線路（或變壓器）的電阻遠小于其電抗，對地電導可忽略不計在正常運行時線路兩端相位差很少超過20°節(jié)點電壓值的偏移很少超過10%，且對有功功率分布影響不大*用式子表示：從而可得：各節(jié)點的注入功率為與該節(jié)點相連各支路功率之和：*令B0表示正常運行時電力網(wǎng)節(jié)點導納矩陣的負數(shù)，則所有節(jié)點注入功率可用矩陣表示為：解方程求出各節(jié)點的相角后，可利用前面的式子求出各支路的有功潮流。直流法稱呼的說明。*

第五章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整有功功率的最優(yōu)分布頻率調(diào)整*概述電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。如何保證正常、穩(wěn)態(tài)運行時的電能質(zhì)量和經(jīng)濟性問題，是我們考慮的重點問題之一。衡量電能質(zhì)量的指標包括：頻率質(zhì)量、電壓質(zhì)量和波形質(zhì)量，分別以頻率偏移、電壓偏移和波形畸變率表示。衡量運行經(jīng)濟性的主要指標為：比耗量和線損率有功功率的最優(yōu)分布包括：有功功率負荷預計、有功功率電源的最優(yōu)組合、有功功率負荷在運行機組間的最優(yōu)分配等。*第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度：是在滿足安全和一定質(zhì)量要求的條件下盡可能提高運行的經(jīng)濟性，即合理地利用現(xiàn)有的能源和設(shè)備，以最少的燃料消耗量（或燃料費用或運行成本），保證對用戶可靠而滿意地供電。最優(yōu)潮流：滿足各節(jié)點正常功率平衡及各種安全性不等式約束條件下，求以發(fā)電費用（耗量）或網(wǎng)損為目標函數(shù)的最優(yōu)的潮流分布。最優(yōu)潮流的優(yōu)點：將安全性運行和最優(yōu)經(jīng)濟運行等問題綜合地用統(tǒng)一的數(shù)學模型來描述。*一.負荷預測的簡要介紹電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的第一個問題就是研究用戶的需求，即進行電力負荷預測，按照調(diào)度計劃的周期，可分為日負荷預測，周負荷預測和年負荷預測。不同的周期的負荷有不同的變化規(guī)律：第一種變動幅度很小，周期又很短，這種負荷變動有很大的偶然性；第二種變動幅度較大，周期也較長，屬于這種負荷的主要有：電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性的負荷變動；第三種變動基本上可以預計，其變動幅度最大，周期也最長，是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負荷變動。*負荷預測的精度直接影響經(jīng)濟調(diào)度的效益，提高預測的精度就可以降低備用容量，減少臨時出力調(diào)整和避免計劃外開停機組，以利于電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和安全性。負荷預測分類：安全監(jiān)視過程中的超短期負荷預測；日調(diào)度計劃；周負荷預測；年負荷預測；規(guī)劃電源和網(wǎng)絡發(fā)展時需要用1~20年的負荷預測值。*根據(jù)負荷變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為：一次調(diào)頻：由發(fā)電機調(diào)速器進行；二次調(diào)頻：由發(fā)電機調(diào)頻器進行；三次調(diào)頻：由調(diào)度部門根據(jù)負荷曲線進行最優(yōu)分配。前兩種是事后的，第三種是事前的。一次調(diào)頻是所有運行中的發(fā)電機組都可參加的，取決于發(fā)電機組是否已經(jīng)滿負荷發(fā)電。這類發(fā)電廠稱為負荷監(jiān)視廠。二次調(diào)頻是由平衡節(jié)點來承擔。 *二.一些名詞性解釋有功功率電源：可投入發(fā)電設(shè)備的可發(fā)功率之和，不應小于包括網(wǎng)損和廠用電在內(nèi)的系統(tǒng)（總）發(fā)電負荷。系統(tǒng)的備用容量：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟備用等。*第二節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配

經(jīng)濟調(diào)度的第二個問題是有功功率的最優(yōu)分配，包括有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負荷的最優(yōu)分配。一.有功功率電源的最優(yōu)組合有功功率電源的最優(yōu)組合：是指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合。通常所說的機組的合理開停，大體上包括三個部分：機組的最優(yōu)組合順序機組的最優(yōu)組合數(shù)量機組的最優(yōu)開停時間*二.有功功率負荷的最優(yōu)分配最優(yōu)化：是指人們在生產(chǎn)過程或生活中為某個目的而選擇的一個“最好”方案或一組“得力”措施以取得“最佳”效果這樣一個宏觀過程。有功功率負荷的最優(yōu)分配：是指系統(tǒng)的有功功率負荷在各個正在運行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準則進行分配。電力系統(tǒng)最優(yōu)運行是電力系統(tǒng)分析的一個重要分支，它所研究的問題主要是在保證用戶用電需求（負荷）的前提下，如何優(yōu)化地調(diào)度系統(tǒng)中各發(fā)電機組或發(fā)電廠的運行工況，從而使系統(tǒng)發(fā)電所需的總費用或所消耗的總?cè)剂虾牧窟_到最小這樣決策問題。*數(shù)學模型一般非線性規(guī)劃問題可描述為滿足非線性約束條件是非線性函數(shù)的最小值問題，其標準形式為：

即在滿足h(x)=0的等式約束條件下和g(x)不等式的條件下，求取目標函數(shù)f(x)值最小。*2.電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的數(shù)學模型目標函數(shù)：系統(tǒng)發(fā)電所需的總費用或所消耗的總?cè)剂虾牧繉τ诩兓痣娤到y(tǒng)，發(fā)電廠的燃料費用主要與發(fā)電機輸出的有功功率有關(guān)，與輸出的無功功率及電壓等運行參數(shù)關(guān)系較小。這種反映單位時間內(nèi)發(fā)電設(shè)備的能量消耗與發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系稱為耗量特性。其函數(shù)關(guān)系式為：單位：噸/小時上述函數(shù)可用試驗數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合而成，根據(jù)前人經(jīng)驗，階數(shù)為2比較合適，即*2.電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的數(shù)學模型

總的目標函數(shù)為：

關(guān)于目標函數(shù)的一些重要的概念：耗量微增率：單位時間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值。為耗量特性曲線上某一點切線的斜率。比耗量

：單位時間內(nèi)輸入能量與輸出功率之比。為耗量特性曲線上某一點縱坐標和橫坐標的比值。發(fā)電設(shè)備的效率：為比耗量的倒數(shù)。*2.電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的數(shù)學模型等式約束條件：有功功率必須保持平衡的條件。對于每個節(jié)點：對于整個系統(tǒng)：若不計網(wǎng)損：*2.電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的數(shù)學模型不等式約束條件：為系統(tǒng)的運行限制。變量：各發(fā)電設(shè)備輸出有功功率。*3.電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題的求解

一般用拉格朗日乘數(shù)法?，F(xiàn)用兩個發(fā)電廠之間的經(jīng)濟調(diào)度來說明，問題略去網(wǎng)絡損耗。建立數(shù)學模型。*3.電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題的求解根據(jù)給定的目標函數(shù)和等式約束條件建立一個新的、不受約束的目標函數(shù)——拉格朗日函數(shù)。對拉格朗日函數(shù)求導，得到最小值時應有的三個條件：（1）*3.電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題的求解求解（1）得到：這就是著名的等耗量微增率準則，表示為使總耗量最小，應按相等的耗量微增率在發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間分配負荷。對不等式約束進行處理對于有功功率限制，當計算完后發(fā)現(xiàn)某發(fā)電設(shè)備越限，則該發(fā)電設(shè)備取其限制，不參加最優(yōu)分配計算，而其他發(fā)電設(shè)備重新進行最優(yōu)分配計算。無功功率和電壓限制和有功功率負荷的分配沒有直接關(guān)系，可暫時不計，當有功功率負荷的最優(yōu)分配完成后計算潮流分布在考慮。*4.用迭代法求解電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題設(shè)耗量微增率的初值；求與對應的各發(fā)電設(shè)備應發(fā)功率；校驗求得的是否滿足等式約束條件：如不能滿足，則如，取；如，取，自2）開始重新計算。直到滿足條件。*例題*5.等耗量微增率準則的推廣運用用于解決火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題。其目標函數(shù)不變，不等式約束不變等式約束中加水量特性方程：

wj：單位時間內(nèi)水力發(fā)電設(shè)備的水量消耗。另外還有所不同的是須各時段聯(lián)立求解。解P212（5-21），得到：*5.等耗量微增率準則的推廣運用即：實際可看作是一個換算系數(shù)，也稱為水價系數(shù)。在枯水季節(jié)，水電廠承擔調(diào)頻任務，比較小，λ比較大；在洪水季節(jié)，水電廠承擔基荷任務，比較大，λ比較小。*5.等耗量微增率準則的推廣運用根據(jù)給定的可消耗水量K2，設(shè)換算系數(shù)的初值；求與相對應的，各個不同時刻的有功功率負荷最優(yōu)分配方案；計算與這最優(yōu)分配方案對應的消耗水量；校驗求得的是否與給定的K2相等；當時，?。划?，取。自第二步開始重復計算；繼續(xù)計算，直到求得的與給定的K2相等為止。*第三節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一.概述頻率是電力系統(tǒng)運行的一個重要的質(zhì)量指標，直接影響著負荷的正常運行。負荷要求頻率的偏差一般應控制在（±0.2~±0.5）Hz的范圍內(nèi)。一般而言，系統(tǒng)綜合負荷的有功功率與頻率大致呈一次方關(guān)系。要維持頻率在正常的范圍內(nèi)，其必要的條件是系統(tǒng)必須具有充裕的可調(diào)有功電源。*頻率不穩(wěn)定給運行中的電氣設(shè)備帶來的危害：對用戶的影響產(chǎn)品質(zhì)量降低生產(chǎn)率降低對發(fā)電廠的影響汽輪機葉片諧振輔機功能下降

對系統(tǒng)的影響互聯(lián)電力系統(tǒng)解列發(fā)電機解列*二.自動調(diào)速系統(tǒng)及其特性

關(guān)鍵在于利用杠桿的作用調(diào)整汽輪機或水輪機的導向葉片，使其開度增大，增加進汽量或進水量。

P224*三.頻率的一次調(diào)整概念介紹發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率：發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率。標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或增加的多寡。*1.概念介紹發(fā)電機是調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的