電力系統(tǒng)分析（上）復習資料

電力系統(tǒng)分析（上）復習提綱

（一）概念

1.電力系統(tǒng)的定義。

答：生產、輸送、分配和消費電能的各種電氣設備連接在一起而組成的整體稱為電力系統(tǒng)。

2.電力生產的主要特點（電力系統(tǒng)運行的特點）

答：（1〕電能不能大量存儲；（2）電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常短促；（3）與國民經濟的各部門緊密相關。

3.對電力系統(tǒng)的基本要求。

答：安全、優(yōu)質、經濟地向用戶供電及電能生產還必須符合環(huán)境保護標準。

（1）保證安全可靠的供電：（2）要有合乎要求的電能質量：

（3）要有良好的經濟性；（4）盡可能減小對生態(tài)環(huán)境的有害影響。

4.無備用網絡和有備用網絡分別包括哪幾種接線形式，分別適合什么情況和什么負荷類型的供電。

答：無備用網絡包括：放射式、干線式、樹狀式，無備用接線只適用于向第三類負何供電。

有備用網絡包括：雙回放射式、雙回干線式、環(huán)網、兩端供電式，有備用接線適用于第一類和第二類負荷供電。

5.變壓器的主要參數(shù)包括哪幾個，掌握參數(shù)計算公式和等值電路。

答：變壓器主要參數(shù)包括：電阻&.、可抗X7、電導G『、電納當.、變壓比K7

變壓器的等值電路

V甯X.,X產鬻喈X*冬偌―,斗嚙令皿除之

6.線路的主要參數(shù)包括哪幾個，掌握參數(shù)計算公式和等值電路。

答：線路的主要參數(shù)有：電阻一、電抗X、電納〃、長度/

+j3Lq

?-----1k--------------?

I

g°TJa)co

單位長線路的一相等值電路

r=p/Sx=0.14451g%,,7.58-6

tb=-x-lO--,/="ln2L-1

Dqbi22八D,

?g—

I

7.分裂導線的特點和優(yōu)點。

答：分裂導線可以增大等值半徑，從而提高電暈臨界電壓，減小電暈損耗、減小電抗、增大電納。

8.有名單位制和標幺制的概念。

答：在一般的電路計算中，電壓、電流、功率和阻抗的單位分別用V,A,W,Q表示，這種用實際有名單位表示

物理量的方法稱為有名單位制

所謂標幺制，就是把各個物理量均用標幺制來表示的?種相對單位制。標幺制（perunit）電路計算中各物理量和

參數(shù)均以其有名值與基準值的比值表示的無量綱體制。

9.標幺值的計算公式，為什么要采用標幺制？

次K〃一一實際有名值（任意.單位）

M?憶市IJ—廿、d*~f-I-I不—

基準值（與有名值同單位）

采用標幺制：（1）易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性及參數(shù)。（2）簡化計算公式。（3）簡化計算工作。

10.單相系統(tǒng)和三相系統(tǒng)基準值的選取必須滿足的方程式

V“=Z/B

答：單相電路基準值的選取必須滿足的方程式

SpB-VpB，B

三柞電路基準值的選取必須滿足的方程式

BB

S=?LB

11.單相系統(tǒng)和三相系統(tǒng)標幺值的計算公式

答：單相系統(tǒng)標幺值的計算公式：匕“=Sp.=VpJK；三相系統(tǒng)標幺值的計算公式：匕S.=VJ.

12.同步電機的基本方程包括d,q,0坐標系下同步電機的電勢方程和磁鏈方程。（填空）

13.派克變換的概念和物理意義。

答：從物理意義上理解，它將觀察者的角度從靜止的定子繞組轉移到隨轉子一同旋轉的轉子上一定子繞組自、互感,

定、轉子繞組間互感變成常數(shù)，簡化同步電機的原始方程。

14.節(jié)點導納矩陣的主要特點。

答：（1）節(jié)點導納矩陣的元素很容易根據(jù)網絡接線圖和支路參數(shù)直觀地求得。（2）節(jié)點導納矩陣是稀疏、對稱矩陣

15.節(jié)點導納矩陣中自導納和互導納的物理意義。

Y"節(jié)點i自導納，等于與i相連所有支路導納之和；

節(jié)點3）間的互導納，等于節(jié)點i,川訶支路導納的負值

]6短路的概念。

答：所謂短路是指一切不正常的相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況。

17.短路的類型。

答：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。

18.短路的危險后果。

答：（1）短路點附近的支路中出現(xiàn)大電流：（2）系統(tǒng)電壓大幅度下降，影響用戶；

（3）短路點距電源不遠，持續(xù)時間長；（4）不對稱短路：不平衡電流

19.短路計算的目的。

答：（1）電氣設備的選擇，斷路器，互感器，母線，電纜，瓷瓶等；[2）繼電保護和自動裝置的配置；

（3）設計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線；（4）電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，短路對用戶工作的影響

20.同步發(fā)電機發(fā)生短路電流最大的時間和條件。

答：短路電流的最大瞬時值在短路發(fā)生后約半個周期出現(xiàn)，若頻率為50HZ時，這個時間約為短路發(fā)生后0.01s。

條件：（1）電路原來處于于空載狀態(tài)，短路恰好發(fā)生在短路周期電流取幅值的時刻。（2）相當于短路發(fā)生在電源電勢

剛好過零值。

21.短路沖擊系數(shù)的選取范圍和取值。

答：短路沖擊系數(shù)的變化范圍是1W2加工2。發(fā)電機電壓母線：1.9,發(fā)電廠高壓側母線：1.85,其它地點：1.8

22.互阻抗（節(jié)點阻抗矩陣）和轉移阻抗的概念有何區(qū)別

答：節(jié)點i單獨注入電流L時，在節(jié)點j產生的電壓V,與L電流之比即等于節(jié)點i、j之間的互阻抗Zji；

節(jié)點i單獨施加電勢Ei時，該電勢與其節(jié)點j產生的短路電流L之比即等于節(jié)點i、j之間的轉移阻抗

它們的區(qū)別是：確定互阻抗時，采用的是某節(jié)點的注入電流和另一節(jié)點的電壓。確定轉移阻抗時，采用的是某節(jié)點的

施加電勢和另一節(jié)點的短路電流。

（二）計算

習題1-2電力系統(tǒng)的部分接線示于題圖1-2,各電壓級的額定電壓及功率輸送方向已標明在圖中.

試求：

（I）發(fā)電機及各變壓器高、低壓繞組的額定電壓；

（2）各變壓器的額定變比；

（3）設變壓器T-1工作于+5%抽頭、T-2、T-4工作于主抽頭，T-3工作于-2.5%抽頭時，各變壓器的實際變比。

圖1-2系統(tǒng)接線圖

解（1）發(fā)電機：vGN=IO.5kV,比同電壓級網絡的額定電壓高5%

變壓器T-1為升壓變壓器：VN2=10.5kV,等于發(fā)電機額定電壓；VN1=242kV，比同電壓級網絡的額定電壓高10%

變壓器T-2為降壓變壓器：VNI=220kV,等于同電壓及網絡的額定電壓；V^HZlkV和K3=38.5kV,分別比

同電壓級網絡的額定電壓高10%o

同理，變壓器T-3：VNI=35kV和丫m=UkV。變壓器T-4：VN1=220kV和=121kV。

（2）T-1：k.rm=242/10.5=23.048

T-2：1!—J=220/⑵=1.818，?心IJf二220/38.5=5.714,右1一出14⑶Jf二口1/38.5=3.143

T-3：ArT3N=35/11=3.182,T-4：ZrT4N=220/121=1.818

(3)T-1：ArTI=(1+0.05)x242/10.5=24.2

2

v%4仲八SB_10.51O.510()

x-X-Z-2s---XXX八x---------x入.........c..-(U).JSOx

100Sy2（N2）V；（n）100151212

VR%VR(N)xSB=56100.

r-V

X5-“RIB)*一人1—A—1.Ux

100師N)v嬴10075x0.37.26-

X-4^-=0.08X2.5X

Xc

XQB)*==().38

6=V嬴)7溫

例6?2在例2?8的電力系統(tǒng)中，電纜線路的未端發(fā)生三相短路，已知發(fā)電機電勢為10.5kV。試分別按元件標幺值計算

短路點的電流的有名值。「

解：取SB=100MV.A,VB=Vav(VaI)=10.5kV,V明n)=115kV,VB(1D)=6.3kV)

QIfY)堂

%=%=0.26x3-=0.26x—=().87,WX.=3x121=0.33

2Tl

SGN死100ST1(N)10031.5

S](￥)

x,=X.=^-=0.4x80x-^i-=0.24,寸X一型=吧=0.7

2

VB(II)V11512J100ST210015

V%vS56100

X=iRxx''、>xr>Bxx=1.46,

5XR"ioo"折R(N)V嬴)V3x0.3631

Q1(Y)

r=XC=XC^-=0.08x2.5x-^=0.504

V?632

Xs=0.87+0.33+0.24+0.7+1.46+0.5(M=4.104

廠，10.510.511100

E=------=-------=1，I/*=--------x-j=--------=2.24kA

Xy4.KM二°”…土4.104V3X6.3

VBI10.5

例3?2已知同步電機的參數(shù)為：xd=1.0,=0.6,cos。=0.85。試求在額定滿載運行時的電勢Eq和4。

解：用標幺值計算，額定滿載時V=1O1=1.0

（1）先計算EQ。由圖的相量圖可得

EQ=小(V+jvjsin>)2+(xjCoss):=+0.6x0.53)2+(0.6x0.85)2

（2）確定EQ的相位，相量4和VI互的相角差

6=…上空"=〃颼一'。八臼。

V+x/sin^1+0.6x0.53

Vsin(p+x?I0.53+06

EQ和I的相位差為：6+(p=arctg——匕」:=arctg———-=53°

Vcos(p0.85

⑶計算電流和電壓的兩個軸向分量

〃=/sin(5+/)=/sin530=0.8,If=/cos(^+^)=/cos53°=0.6

V.=Vsin6=Vsin21°=0.36,V=Vcosnc)=Vcos21°=0.93

(4)計算空載電勢1：Eq=+(xd-)7^=L41+(1-0.6)x0.8=1.73

例4?1某電力系統(tǒng)的等值網絡示于。各元件阻抗、導納均以標幺值標于圖中，求節(jié)點導納矩陣。

3

008+j0.3

jO.01511051.05：1j0.03

--CD

=!=jO,25==jO.25ZZI-oi

4-

jO.25寧0.04+j0.25//o.l+jO.35

j0.25

解：X,=------=-J33.3

1J0.03

3一/曾5.7

Y-,——J66.67

2yO.015

7;1

=,63.49

；().()15x1.05

11

4=j().25+---------------------1-----------------------1---------z--------------=1.58-/35.7

0.08+J0.30.1+J0.351.05“xJ0.03

%=兀

-----!——=-0.83+J3.11

0.08+；0.3

-----!-----=-0.75+/2.64

0.1+J0.35

120.03/01.050'

230.08+0.3/0.5/10

Y=340.015/01.051

250.1+0.35/010

350.04+0.25/0.5/10

習題4?1系統(tǒng)接線示于題圖4-1,已知各元件參數(shù)如下：

發(fā)電機GJ：SN=120MV.A,X"=0.23：G-2：SN-60MV.A,%；=0.14。

變壓器T-l：SN=120MV.A,匕=10.5%；T-2：SN=60MV.A,匕=10.5%。

6

線路參數(shù)：玉=0.4Q/km,b,=2.8xl0S/kmo線路長度L-l：120km,L-2：80km,L-3：70km。?SB=120MV.A,

VB=Vav,試求標幺制下的節(jié)點導納矩陣。

G-11T-lT22小2

解：選SB=120MV-A,VB=Vav,采用標幺參數(shù)的近似算法，即忽略各元件的額定電壓和相應電壓級的曠知的差

別，并認為所有變壓器的標幺變比都等于1。

(I)計算各元件參數(shù)的標幺值

si?os

Yn一、』-B丫"_丫"DB_

八#一A.JG1q-=0.23x—=0.23,A（12-XdG2?0.14x—=0.28

u1203G2N60

八su

X_"%xSKR—10.5x120—0IOSX.v“%SR10.5120

XTL100'八T,一A=0.21

STIN100120100ST2卜.10060

s婚.1152

Y-i_DB-=0.4x120上120■=0.43554,6

AAy!加=-x2.8xl0xl20x^-=0.01852

/I-ii-ZT2

115SB2120

?（）上?（）

X/2=X］、=十=0.43554x——=0.2904，綱=駟：0.01852x——=0.01235

120120

7070

X/3=X=Y=0.43554x——=0.2541,-Bl.=-BZ10.01852x——=0.0108

I}1202J2'/.120

（2）計算各支路導納。

必產品=-j瘍-此3^

3六"忌f.7514

%=e=一片1=e524

%=—=-j—5—=T3.444

、jX/20.2904

%=~■-=T——■——=-j3.936

45jX/30.2541

)\)=j-B/i+j-B/2=j(0.1852+0.01235)=j0.03087

22

加=j]B”+j；B/3)=j(0.1852+0.0108)=j0.02932

>50=j(-B/2+j-B/3)=j(0.01235+0.0108)=j0.02315

(3)計算導納矩陣元素。

(a)對角元

Y11=y10+yi3=-j4.3478-j9.524=-jl3.872

Y22=必0+),24=T3.5714-j4.762=-J8.333

Y33=)1+y3I+j、+y34=j0.03087-j9.524-j2.296-j3.444=-jl5.233

Y44=j%+j3+y45=j0.02932-j4.762-j2.296-j3.936=J10.965

V55=)4+%3+y54=202315-j3.444-j3.936=-j7.357

(b)非對角元

X-o

3YD"j9.524

Y14=%=0.0

Y15=Y51=-O.O

Y24=Y42=->-24=j4.762

丫34=工3=-)3=J2.296

丫35=工3=一/5=」3.444

Y45=Y54=-y45=j3.936

導納矩陣如下

--jl3.8720.0j9.5240.00.0

0.0-j8.3330.0j4.7620.0

Y=j9.5240.0-jl5.233j2.296j3.444

0.0j4.762j2.296-jl0.965j3.936

().00.0j3.444j3.936-j7.357

習題5-1供電系統(tǒng)如圖5-1所示，各元件參數(shù)如下。

線路長變壓器假定供電點電壓為保持恒

L：50km,x=0.4Q/km；T：SN=100MVA,VS=10.5%,kT=110/llo106.5kV,

定，當空載運行進變壓器低壓母線發(fā)生三相短路。試計算：（1）短路電流周期分量，沖擊電流，短路電流最大有效值

及短路立率等的有名值;

解：按有名值計算

V%V21IO2

X.=x/=0.4x50Q=20Q,XT=-^x—=127.05Q

100STN10

Xv=XL+XT=(20Q+127.05Q)=147.05Q

(1)短路電流和短路功率計算

(a)基頻分量K=「V。)——㈠二04181kA

V3xl47.05

短路點的電流/〃=/%/=0.4184x—kA=4.181kA

(b)沖擊電流取Aimp=1.8

iimp=WpL=V2x4.181xl.8kA=10.644kA

(c)短路電流最大有效值

/imp=IpJl+2(%—1)2=4.181X^1+2(1.8-1)2kA=6.314kA

(d)短路功率S/=V5VN。=V3x1.0x4.181MV-A=72.424MV-A

習題?臺無阻尼繞組同步發(fā)電機，已知：

53PN=50MW,COS°N=0.8,VN=15.75kV,x.=1.04,xa-0.69,

<=0.31o發(fā)電機額定滿載運行，試計算電勢居，耳和￡,并畫出相量圖。

解：已知VG=1.0,IG=1Acos^=0.85,=31.79°,sin^N=0.52678,設VG=1.0N0。，則

IG=1.0Z-31.79°=().85-j0.5268，EQ=VG+jIG%=1.0+j(0.85-j0.5268)x0.69=1.4827Z23.275°

5=23.275。，L=1G)=I-0xsin(23.275°+31.79°)=0.81

Eq=EQ+Id(xd-^)=1.48427+0.8197855x(1.04-0.69)=1.7712

E'q耳)=1.48427-0.819785x(0.69-0.31)=1.17275

,,0

E=NG+\IGxd=1.0Z0+j(0.85-j0.52678)x0.31=1.193/12.769。

￡=1.193,=12.763°

習題6-3系統(tǒng)接線示于題圖6-3,已知各元件參數(shù)如卜.：

發(fā)電機G：SN=60MV.A,x"f=0.14；變壓器T：SN=30MV.A,匕=18%:線路L：/=20km,x=0.38Q/km。

試求f點三相相短路時的起始次暫態(tài)電流，沖擊電流、短路電流最大有效值和短路功率等的有名值。

r

]0MJL22FA

解：選SB=60MV-A,VB=Vav,則

60Vs%SB860

1BSB

kA=0.936kA,取七"=1.05,Xj=0.14,XT—x—=——x—=0.16

100S10030

V3VBV3