電力系統(tǒng)分析

;1.綜合負(fù)荷的定義答：系統(tǒng)中所有電力用戶(hù)的用電設(shè)備所消耗的電功率總和就是電力系統(tǒng)的負(fù)荷，亦稱(chēng)電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷。它是把不同地區(qū)、不同性質(zhì)的所有的用戶(hù)的負(fù)荷總加起來(lái)而得到的。2.綜合負(fù)荷、供電負(fù)荷和發(fā)電負(fù)荷的區(qū)別及關(guān)系答：綜合用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)的功率損耗就是各發(fā)電廠(chǎng)應(yīng)該供給的功率，稱(chēng)為電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷。供電負(fù)荷再加上發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電消耗的功率就是各發(fā)電廠(chǎng)應(yīng)該發(fā)出的功率，稱(chēng)為電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷。1.負(fù)荷曲線(xiàn)的定義答：反映一段時(shí)間內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間而變化的規(guī)律用負(fù)荷曲線(xiàn)來(lái)描述2.日負(fù)荷曲線(xiàn)和年負(fù)荷曲線(xiàn)的慨念答：負(fù)荷曲線(xiàn)按時(shí)間長(zhǎng)短分，分為日負(fù)荷曲線(xiàn)和年負(fù)荷曲線(xiàn)。日負(fù)荷曲線(xiàn)描述了一天24小時(shí)負(fù)荷的變化情況；年負(fù)荷曲線(xiàn)描述了一年內(nèi)負(fù)荷變化的情況。3.日負(fù)荷曲線(xiàn)中最大負(fù)荷、最小負(fù)荷、平均負(fù)荷、負(fù)荷率、最小負(fù)荷系數(shù)的慨念24Pdt；負(fù)荷率k是日平均負(fù)荷P與日最大負(fù)荷P之mP P;最小負(fù)荷系數(shù)a是日最小負(fù)荷P跟日最大負(fù)荷P之比，即a=P P4.日負(fù)荷曲線(xiàn)的作用答：日負(fù)荷曲線(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行非常重要，它是調(diào)度部門(mén)安排日發(fā)電計(jì)劃和確定系統(tǒng)運(yùn)行方式的重要依據(jù)。5.年最大負(fù)荷曲線(xiàn)的定義和作用答：年最大負(fù)荷曲線(xiàn)描述一年內(nèi)每月（或每日）最大有功功率負(fù)荷變化的情況，它主要用來(lái)安排發(fā)電設(shè)備的檢修計(jì)劃，同時(shí)也為制訂發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠(chǎng)的擴(kuò)建或新建計(jì)劃提供依據(jù)。6.年持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)的定義、最大負(fù)荷利用時(shí)數(shù)的慨念、年持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)的用途答：年持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)是按一年中系統(tǒng)負(fù)荷的數(shù)值大小及其持續(xù)小時(shí)數(shù)順序排列而繪制成，作用是安排發(fā)電計(jì)劃和進(jìn)行0答：當(dāng)頻率維持額定值不變時(shí)，負(fù)荷功率與電壓的關(guān)系稱(chēng)為負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性；負(fù)荷模型ZIP是指在電力系統(tǒng)分析計(jì)算中對(duì)負(fù)荷特性所作的物理模擬或數(shù)學(xué)描述，負(fù)荷模型分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。P2.負(fù)荷頻率靜態(tài)特性的線(xiàn)性模型.;maxminmax9-2若題圖9-1作為系統(tǒng)全年平均日負(fù)荷曲線(xiàn)，試作出系統(tǒng)年待續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)，并求出年平均負(fù)荷及最大負(fù)荷利用小有功功率有功功率/MW持續(xù)時(shí)間/h（3）最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)(y)9-3某工廠(chǎng)用電的年待續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)如題圖9-3所示。試求：工廠(chǎng)全年平均負(fù)荷，全年耗電量及最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax。av(y);0（3）最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)1P0WP8 )2V)2)2δV2.電壓降落、電壓損耗、電壓偏移的定義有所不同答：網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落是指元件首末端兩點(diǎn)電壓的相量差，即V一V=(R+jX)I；把兩點(diǎn)間電壓絕對(duì)值之差稱(chēng)為表示，也可以用額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。若某點(diǎn)的實(shí)際電壓為V，該處的額定電壓為V，則用百分?jǐn)?shù)表示的電壓偏移NVN3.電壓降落公式的分析（為何有功和相角密切相關(guān)，無(wú)功和電壓密切相關(guān)？）；答：從電壓降落的公式可見(jiàn)，不論從元件的哪一端計(jì)算，電壓降落的縱、橫分量計(jì)算公式的結(jié)構(gòu)都是一樣的，元件兩端的電壓幅值差主要由電壓降落的縱分量決定，電壓的相角差則由橫分量確定。高壓輸電線(xiàn)的參數(shù)中，電抗要比電阻;量是因傳送無(wú)功功率而產(chǎn)生，電壓降落的橫分量則因傳送有功功率產(chǎn)生。換句話(huà)說(shuō)，元件兩端存在電壓幅值差是傳送無(wú)功功率的條件，存在電壓相角差則是傳送有功功率的條件。4.網(wǎng)絡(luò)元件功率損耗的計(jì)算公式﹝分串聯(lián)支路和并聯(lián)支路的兩種情況﹞答：網(wǎng)絡(luò)元件主要是指輸電線(xiàn)路和變壓器。電流在線(xiàn)路的電阻和電抗上產(chǎn)生的功率損耗為222222210LoLoT5.輸電線(xiàn)路何時(shí)作為無(wú)功電源、何時(shí)作為無(wú)功負(fù)荷oI% I%N傳輸功率較大時(shí)，電抗中消耗的無(wú)功功率將大于電納中產(chǎn)生的無(wú)功功率，線(xiàn)路成為無(wú)功負(fù)載，當(dāng)傳輸功率較小（小于00（2）線(xiàn)路阻抗的功率損耗和輸電效率3）線(xiàn)路首端和未端的電壓偏移。LDLDLD2LDRLDLDVLDLD輸電線(xiàn)路等效電路LD?V1??VLDjδ?VLD2;222LD222V22LDDX22xV22LDLD10-2若上題的負(fù)荷功率因數(shù)提高到0.95，試作同樣計(jì)算，并比較兩題的計(jì)算結(jié)果。LDLDLD2LDRLDLD222222222V22LD222222V22LDLDc②知V，算Vc②知V，算V22cbbcbcd|cdd;1.已知供電點(diǎn)電壓和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率時(shí)的計(jì)算方法（逆功率傳輸方向計(jì)算功率損耗，順功率傳輸方向計(jì)算電壓降落，看NL32=33V2NL22=22V2N222L12=11V2N|cd|cd21.兩端供電網(wǎng)絡(luò)功率分布的計(jì)算公式﹝掌握假設(shè)的條件和兩個(gè)功率分量式11-7﹞;答：①第一部分由負(fù)荷功率和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定，阻抗共軛值成反比的關(guān)系分配；②第二部分與負(fù)荷無(wú)關(guān)，它可以在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷切除的情況下，由兩個(gè)供電點(diǎn)的電壓差和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定。2.什么是循環(huán)功率的定義答：由兩端電壓不等而產(chǎn)生的功率叫循環(huán)功率，它與負(fù)荷無(wú)關(guān)，當(dāng)兩電源點(diǎn)電壓相等時(shí)，循環(huán)功率為零。3.兩臺(tái)變壓器BYQ并聯(lián)的功率分布計(jì)算例11-411-8P764.功率自然分布和經(jīng)濟(jì)分布的慨念答：功率在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中是與阻抗成反比分布的，這種分布稱(chēng)為功率的自然分布。功率在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中與電阻成反比分布時(shí)，功率損耗為最小，這種功率分布為經(jīng)濟(jì)分布。iΣ待求量；③平衡節(jié)點(diǎn)在潮流分布算出以前，網(wǎng)絡(luò)中的功率損失是這個(gè)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)了系統(tǒng)的有功功率平衡。3.潮流方程中平衡節(jié)點(diǎn)存在的必要性﹝潮流計(jì)算前有功網(wǎng)損未知,且電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電源的相角須有參考軸﹞點(diǎn)電壓相位的參考，這個(gè)節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)。為了計(jì)算上的方便，常將平衡節(jié)點(diǎn)和基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)選為同一個(gè)節(jié)點(diǎn)。4.潮流計(jì)算的約束條件（問(wèn)答必考）iminiimaxGiminGiGimaxGiminGiminGiGimaxijijmaxijijmax1.用單變量非線(xiàn)性方程解釋牛頓-拉遜法的一般思路的交點(diǎn)。如果第k次迭代中得到x(k)，則過(guò)x(k),y(k)=f(x(k))點(diǎn)作一切線(xiàn)，此切線(xiàn)同x軸的交點(diǎn)便確定了下一個(gè)近似解x(k+1)。由此可見(jiàn)，牛頓-拉夫遜法實(shí)質(zhì)上就是切線(xiàn)法，是一種逐步線(xiàn)性化的方法。f(x(k))迭代計(jì)算的通式：x(k+1)=x(k)-f,(x(k))=x(k)+Δx(k)牛頓法的幾何解釋;2.潮流方程雅可比短陣的慨念(k)(k)i,j個(gè)元素Jij=ij是第i個(gè)函數(shù)f(x,x,...,x)對(duì)第j個(gè)變量x的偏導(dǎo)數(shù)；上角標(biāo)（k）表示J陣的每一個(gè)元素都在點(diǎn)(x(k),x(k),...,x(k))處取值。3.潮流方程的直角坐標(biāo)和極坐標(biāo)的表達(dá)式,了解節(jié)點(diǎn)和電壓相量的表示形式,潮流方程存在不同的形式表達(dá)式：答：潮流方程的直角坐標(biāo)iiiijijijΣiij=1ijjijjij=1ijjijj|Qi=fiΣn(Gijej-Bijfj)-eiΣn(GijiiiiiiΣijijijj=1lj=1jijlj=1i,j兩節(jié)點(diǎn)電壓的相角差。ijij4.潮流計(jì)算的基本步驟（問(wèn)答必考）答1）形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。（2）設(shè)定節(jié)點(diǎn)電壓的初值。（3）將各節(jié)點(diǎn)電壓初值代入求得修正方程式中的不平衡量。（4）將各節(jié)點(diǎn)電壓初值代入求雅可比矩陣的各元素。（5）求解修正方程式，求得各節(jié)點(diǎn)電壓的增量。（6）計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓的新值，返回第3步進(jìn)入下一次迭代，直到滿(mǎn)足收斂判據(jù)為止。（7）最后計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)功率和線(xiàn)路功率、損耗。4.用牛頓-拉遜法進(jìn)行潮流計(jì)算的基本步驟lj=1j=1ijlj=1j=10;ijiijij|δfjδejijiijijδfjk-Bikfk)-Giiei-Biifiiiei-GiifiiΣ|ikiiii=-2fiiijijijiijii0iijijV1ZS2S3ZSZ4;22N22NN(2)用已知的電壓及第一步求得的功率分布，求出線(xiàn)路各點(diǎn)電壓。(3)根據(jù)求得的電壓分布，重算功率分布。232322b.;解：輸電線(xiàn)路采用簡(jiǎn)化Π型等值電路，變壓器采用勵(lì)磁回路11-10.簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)如圖11-10所示，已知各段線(xiàn)路阻抗和節(jié)點(diǎn)功率為：Z12=10+j16Ω,Z13=13.5+j21Ω,Z23=24+j22Ω,.;22223 2 233+=+ZZGZZ1122e(0)=3(0)=03(0)(0)(0))0)(0)(0)(0)))J=2=2-Σ3(G2jfj2jj222(1)(1)|f1)23;(0)+Δe(0)=f(0)+Δf(0)(0)+Δe(0)=f(0)+Δf(0)1.無(wú)功負(fù)荷的無(wú)功特性：分串聯(lián)之路和并聯(lián)之路（填空）V2mmσ值時(shí)，無(wú)功功率主要由漏抗中的無(wú)功損耗決定，因此，隨電壓下降反而具有上升的性質(zhì)。2.變壓器的無(wú)功特性答：變壓器的無(wú)功損耗Q包括勵(lì)磁損耗ΔQ和漏抗中的損耗ΔQ，勵(lì)磁功率大致與電壓平方成正比，當(dāng)通過(guò)變壓器的視在功率不變時(shí)，漏抗中損耗的無(wú)功功率與電壓平方成反比，因此，變壓器的無(wú)功損耗電壓特性也與異步電動(dòng)機(jī)的3.輸電線(xiàn)路的無(wú)功特性功率較小時(shí)，線(xiàn)路成為無(wú)功電源。4.無(wú)功電源的種類(lèi)（填空）5.無(wú)功功率平衡的含義答：系統(tǒng)中的無(wú)功電源可能發(fā)出的無(wú)功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無(wú)功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功損耗之和。為了保證運(yùn)行可靠性和適應(yīng)無(wú)功負(fù)荷的增長(zhǎng)，系統(tǒng)還必須配置一定的無(wú)功備用容量。令Q為電源供應(yīng)的無(wú)功功率之和，Q為無(wú)功負(fù)荷之和，LDQ為網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率損耗之和，LQ為無(wú)功功率備用，則系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡關(guān)系式是：允許電壓偏移的范圍（填空）及以下三相供電電壓允許偏移為額定電壓的±7%；220V單相供電電壓允許偏移為額定電壓的+7%和-10%。答1）調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓VG2）適當(dāng)選擇變壓器的變比；（3）改變線(xiàn)路的參數(shù)4）改變無(wú)功功率的分布2.電力系統(tǒng)三種調(diào)壓方式及含義（填空必考）（1）逆調(diào)壓：在大負(fù)荷時(shí)升高電壓(1.05UN)，小負(fù)荷時(shí)降低電壓(UN)。.;答：對(duì)應(yīng)額定電壓V的稱(chēng)為主接頭，改變變壓器的變比調(diào)壓實(shí)際上就是根據(jù)調(diào)壓要求適當(dāng)選擇分接頭。N==1TV2V;②升壓變壓器分接頭的選擇：V;②升壓變壓器分接頭的選擇：2解：先計(jì)算最大/最小負(fù)荷時(shí)變壓器的電壓損耗SSS31.5MVA31.5MVA選最接近的分接頭V1t=107.25kV并校驗(yàn)低壓母線(xiàn)的實(shí)際電壓2tmax2tmin可見(jiàn)所選分接頭是能滿(mǎn)足電壓要求的。答：思路：合理的配置無(wú)功功率補(bǔ)償容量，以改變電力網(wǎng)的無(wú)功潮流分布，可以減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗和電壓損①補(bǔ)償設(shè)備為靜電電容器：原則：在最大負(fù)荷時(shí)電容器應(yīng)全部投入，在最小負(fù)荷時(shí)全部退出。②補(bǔ)償設(shè)備為同步調(diào)相機(jī)：原則：調(diào)相機(jī)在最大負(fù)荷時(shí)按額定容量過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行，在最小負(fù)荷時(shí)按（0.5~0.65）額定容量欠勵(lì)磁運(yùn)行。1.有功負(fù)荷的三種分量已及它們的各調(diào)整方法（填空）的負(fù)荷分量；第三種：變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷。調(diào)整方法：①頻率的一次調(diào)整（發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整②二次調(diào)整（調(diào)頻器參與調(diào)整③聯(lián)合調(diào)整（調(diào)度安.;1.負(fù)荷的頻率特性DDK=Kf/P，K、K稱(chēng)為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或簡(jiǎn)稱(chēng)為負(fù)D*DNDNDD*D*2.發(fā)電機(jī)的頻率特性（靜態(tài)調(diào)差系數(shù)，單位調(diào)節(jié)功率）PDββfNf有功負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性答：當(dāng)調(diào)速器的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，建立新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)的有功出力同頻率之間的關(guān)系稱(chēng)為發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的功率—Δf/fPΔf/fP NΔP/Pf*NN表明某臺(tái)機(jī)組負(fù)荷改變時(shí)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速（頻率）偏移。例如，當(dāng)δ=0.05，*②調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率（或稱(chēng)發(fā)電機(jī)組功頻靜特性系*GNK的數(shù)值表示頻率發(fā)生單位變化時(shí)，發(fā)電機(jī)組輸出功率的變化量。調(diào)差系GPPGf0fNf發(fā)電機(jī)組的功頻靜特性數(shù)的大小對(duì)頻率偏移的影響很大，調(diào)差系數(shù)愈?。磫挝徽{(diào)節(jié)功率愈大），**G*G*3.電力系統(tǒng)的有功功率—頻率靜態(tài)特性值越大，負(fù)荷增減引起的頻率變化就越小，頻率也就越穩(wěn)定。電力系統(tǒng)功率-頻率靜態(tài)特性P5.負(fù)荷的頻率特性和發(fā)電機(jī)的頻率特性的分合成，發(fā)電機(jī)的滿(mǎn)載PDDPDPAPA.GN;答：當(dāng)n臺(tái)裝有調(diào)速器的機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)各機(jī)組的調(diào)差系數(shù)和單位調(diào)節(jié)功率算出其等值調(diào)差系數(shù)δ(δ*)，或算出等值單位調(diào)節(jié)功率KG(KG*)。PKPGi*fGi*fNΣG*P;等值調(diào)差系數(shù)：*1KG*P=GNGiNΣGiNΣδi=1i*D*解1）計(jì)算系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，令系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的總額定容量等1，即發(fā)電機(jī)組的等值單位調(diào)節(jié)功率為G*D*K答：當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)引起頻率變化時(shí)，利用同步器平行移動(dòng)機(jī)組功頻靜特性來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率和分配機(jī)組間的有功功率，系統(tǒng)負(fù)荷的初始增量：系統(tǒng)負(fù)荷的初始增量：K3.互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整獨(dú)立性：各自進(jìn)行二次調(diào)頻可實(shí)現(xiàn)交換功率增量等于零。相互性：為對(duì)方系統(tǒng)進(jìn)行二次調(diào)頻。ABDAGAKAKABBAB-DGK=ADBGBBDAGAAB; DAGA=DBGBKKAB,則聯(lián)絡(luò)線(xiàn)上的交換功率增量ΔP便等于零，若B不進(jìn)行二次調(diào)整，則ΔP=0，其負(fù)荷變化量ΔP將由系統(tǒng)A的二次調(diào)整來(lái)承擔(dān)，這時(shí)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的功率增量BKDAB荷增量全由聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的功率增量來(lái)平衡，這時(shí)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的功率增量最大。4.主調(diào)頻廠(chǎng)的慨念和選擇原則原則：①應(yīng)擁有足夠的調(diào)整容量及調(diào)整范圍；②調(diào)頻機(jī)組具有與負(fù)荷變化速度相適應(yīng)的調(diào)整速度；③調(diào)整出力時(shí)符5.頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的關(guān)系或它們的調(diào)節(jié)順序答：當(dāng)系統(tǒng)由于有功不足和無(wú)功不足因而頻率和電壓都偏低時(shí)，應(yīng)該首先解決有功功率平衡的問(wèn)題，因?yàn)轭l率的提高因而無(wú)助于改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件。GxGN=x*N每臺(tái)發(fā)電機(jī)承擔(dān)P=MW=80MW，因此，增加MW負(fù)荷后，每臺(tái)發(fā)電機(jī)可承擔(dān)=G1=K=GΣ==一G1=K相同的K下，Δf變大4倍。1.網(wǎng)損，網(wǎng)損率的慨念.;量占供電量的百分比，稱(chēng)為電力網(wǎng)的損耗率，簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)損率或線(xiàn)損率。電力網(wǎng)損耗率=電力網(wǎng)損耗電量÷供電量×100%2.降低網(wǎng)損的技術(shù)措施（問(wèn)答必考）答：①提高用戶(hù)的功率因數(shù)，減少線(xiàn)路輸送的無(wú)功功率；②改善網(wǎng)絡(luò)中的功率分布；③合理地確定電力網(wǎng)的運(yùn)行電壓水平；④組織變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；⑤對(duì)原有電網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造。3.通過(guò)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低網(wǎng)損的基本原理答：當(dāng)總負(fù)荷功率為S時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行的k臺(tái)變壓器的總損耗為ΔPT(k)NN當(dāng)變壓器輕載運(yùn)行時(shí)，繞組損耗所占比重相對(duì)減小，鐵芯損耗的比重相對(duì)增大，在某一負(fù)荷下，減少變壓器臺(tái)數(shù)，就能降低總的功率損耗。為了求得這一臨界負(fù)荷值，我們先寫(xiě)出負(fù)荷功率為S時(shí)，k—1臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的總損耗使NT(k)T(k-1)cr=SN0scrcrFθ耗量特性PηηληλPG效率曲線(xiàn)和微增率曲線(xiàn)這就是著名的等微增率準(zhǔn)則。F