電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型-PowerPointP2023/12/27電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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(xué)模型 1.發(fā)電機組 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 重點第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP取

滯后功率因數(shù)為正，感性無功負(fù)荷

運行時，所吸取的無功功率

超前功率因數(shù)為負(fù)，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(fù)，容性無功

復(fù)功率的符號說明：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP第一節(jié)發(fā)電機組的運行特性和數(shù)學(xué)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

q

QP,

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2/p

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Q

圖2-2隱極式發(fā)電機的功角特性曲線圖

～Eq

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圖2-1隱極式發(fā)電機的相量圖

IdIq電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP一、隱極式發(fā)電機功率特性方程：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP二．隱極發(fā)電機組的運行限額和數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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(dāng)發(fā)電機以超前功率因數(shù)運行的場合。綜合為圓弧T。

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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。發(fā)電機組的數(shù)學(xué)模型：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP第二節(jié)變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型雙繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型三繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP一.雙繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型阻抗（短路實驗：在原邊加I1N）U1NRT2jXT2UrIoUx....RT1jXT1IN.銘牌參數(shù)：SN、UIN／UⅡN、Pk、Uk％、P0、I0％短路實驗空載實驗電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP1.電阻變壓器的電阻是通過變壓器的短路損耗Pk，其近似等于額定總銅耗PCu。我們通過如下公式來求解變壓器電阻：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2.電抗在電力系統(tǒng)計算中認(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：

折算時注意問題：①基本側(cè)②功率不變性電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP導(dǎo)納（空載實驗：在原邊加UN）RTjXTUrUxIoU1N....RTjXTIo.U1N.Ig.Ib.BTGT變壓器電導(dǎo)對應(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：電導(dǎo)電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP二.三繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型三繞組變壓器的等值電路132ZT3ZT2ZT1YT三繞組變壓器電氣結(jié)線圖高中低銘牌參數(shù)：SN；UIN／UⅡN／UⅢN；Pk（1－2）、Pk（1－3）、Pk（3－2）；Uk（1－2）％、Uk（1－3）％、Uk（3－2）％；P0、I0％電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP1.電阻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，高壓外注意：如何做短路實驗?比如：Pk(1－2)、Uk(1－2)％：第3繞組開路，在第1繞組中通以額定電流;其它與此類推。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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(dǎo)線截面積”的變壓器的設(shè)計原則：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2.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電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2.電抗然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電抗一般來說，所提供的短路電壓百分比都是經(jīng)過歸算的電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP3.導(dǎo)納求取三繞組變壓器導(dǎo)納的方法和求取雙繞組變壓器導(dǎo)納的方法相同。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP三.自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)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(jìn)行歸算。對于舊標(biāo)準(zhǔn)：對于新標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)行計算。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP第三節(jié)電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型一．電力線路的結(jié)構(gòu)簡述二．電力線路的阻抗三.電力線路的導(dǎo)納電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP第三節(jié)電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型一.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(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等

電纜：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層等架空線路的導(dǎo)線和避雷線

導(dǎo)線：主要由鋁、鋼、銅等材料制成

避雷線：一般用鋼線電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP1.架空線路的導(dǎo)線和避雷線認(rèn)識架空線路的標(biāo)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。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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(dǎo)線

人為擴大導(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。分裂導(dǎo)線

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。但會增加線路電容。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2.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≥3片；60KV≥5片；110KV≥7片；220KV≥13片；330≥19片通?？筛鶕?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(dān)1萬V左右的電壓。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP3.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(dǎo)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ABCAAABBBCCC電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP4、電纜線路電纜有三部分組成：導(dǎo)體、絕緣層、包護(hù)層導(dǎo)體：L或T；單股或多股；單相或三相；圓形或扇形等絕緣材料：橡膠、瀝青、聚氯乙烯、棉麻、綢、紙等。目前大多用浸漬紙。主要是相間絕緣、相與地絕緣。內(nèi)護(hù)層：鉛、鋁，聚乙烯等，保護(hù)絕緣等包護(hù)層外護(hù)層：防止銹蝕電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP電力線路的參數(shù)電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP二.電力線路的阻抗1、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：均大于直流電阻率電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2、有色金屬導(dǎo)線三相架空線路的電抗先看單相線路n＝1×ab首先求外部磁鏈xDdxri磁動勢電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP首先求外部磁鏈電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP再求內(nèi)部磁鏈電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP單相線路的電感：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2、有色金屬導(dǎo)線三相架空線路的電抗

最常用的電抗計算公式：其中：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP進(jìn)一步可得到：還可以進(jìn)一步改寫為：在近似計算中，可以取架空線路的電抗為電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP3.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：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP4.鋼導(dǎo)線三相架空線路的電抗鋼導(dǎo)線與鋁、銅導(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。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP三.電力線路的導(dǎo)納1.三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，一般為電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP3.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：強電場作用下導(dǎo)線周圍空氣的電離現(xiàn)象

導(dǎo)線周圍空氣電離的原因：是由于導(dǎo)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(dǎo)致空氣部分導(dǎo)電。2.分裂導(dǎo)線線路的電納電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP

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

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP3.，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)

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP6.對于分裂導(dǎo)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(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

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP四.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。

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP1.一般線路的等值電路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。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2）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(luò)理論可得：

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP兩個基本概念在超高壓線路中，略去電阻和電導(dǎo)，即相當(dāng)于線路上沒有有功功率損耗時波阻抗：特性阻抗。自然功率：當(dāng)負(fù)荷阻抗為波阻抗時，該負(fù)荷所消耗的功率。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP第四節(jié)負(fù)荷的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型負(fù)荷用有功功率P和無功功率Q來表示。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP第五節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型標(biāo)幺值的折算電壓等級的歸算等值變壓器模型電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型

電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP標(biāo)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(dǎo)納、電壓、電流和功率等進(jìn)行計算。標(biāo)幺制：在電力系統(tǒng)計算時，采用沒有單位的阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流和功率等進(jìn)行計算。基準(zhǔn)值：對于相對值的相對基準(zhǔn)。三者之間的關(guān)系：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP4）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(luò)中最高電壓級為基本級。標(biāo)幺制的優(yōu)點：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。選擇基準(zhǔn)值的條件：基準(zhǔn)值的單位應(yīng)與有名值的單位相同阻抗、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)系電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP功率的基準(zhǔn)值=100MVA

電壓的基準(zhǔn)值=參數(shù)和變量歸算的額定電壓電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP2.電壓級的歸算有名值的電壓級歸算對于多電壓級網(wǎng)絡(luò)，無論是標(biāo)么制還是有名制，都需將參數(shù)或變量歸算至同一電壓級——基本級。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP變比分子為基本級一側(cè)的電壓，分母為待歸算級一側(cè)的電壓。220KV10KV35KV110KV500KV500KV242:52535:11110:38.5500:121T-4T-3T-2T-1多電壓級網(wǎng)絡(luò)如需將10KV側(cè)的參數(shù)和變量歸算至500KV側(cè)，則變壓器T-1、T-2、T-3、的變比k1、k2、k3應(yīng)分別取35/11、110/38.5、500/121電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP標(biāo)幺值的電壓級歸算將網(wǎng)絡(luò)各元件阻抗、導(dǎo)納以及網(wǎng)絡(luò)中各點電壓、電流的有名值都?xì)w算到基本級，然后除以與基本級相對應(yīng)的阻抗、導(dǎo)納、電壓和電流的基準(zhǔn)值。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP將未經(jīng)歸算的各元件阻抗、導(dǎo)納以及網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)納、電壓和電流的基準(zhǔn)值。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP3.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(luò)計算中，可以不必進(jìn)行參數(shù)和變量的歸算等值變壓器模型推導(dǎo)：電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP電力網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)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(biāo)幺制、線路和變壓器參數(shù)都已按選定的基準(zhǔn)電壓折算為標(biāo)幺值。電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP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(yīng)的電壓。標(biāo)準(zhǔn)變比有名制：歸算參數(shù)時所取的變比標(biāo)幺制：歸算參數(shù)時所取各基準(zhǔn)電壓之比非標(biāo)準(zhǔn)變比k*k*=UIINUI/UIIUIN電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP4.電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型制定電力網(wǎng)絡(luò)等值電路模型的方法分兩大類：有名制標(biāo)幺制對于多電壓級網(wǎng)絡(luò)，因采用變壓器模型不同分兩大類：

1）

應(yīng)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(yīng)用等值變壓器模型時，所有參數(shù)和變量可不進(jìn)行歸算電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型PowerPointP本章小結(jié)一、發(fā)電機參數(shù)及數(shù)學(xué)模型1、發(fā)電機參數(shù)與等效電路發(fā)電機電抗的計算公式：2、發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行向量圖及等效電路；3、發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行極限圖及功率因數(shù)角特性

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