電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)課件 電力系統(tǒng)分析

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析課程歡迎參加電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析課程。本課程將深入探討電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和分析方法，為學(xué)生提供全面的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。課程大綱1基礎(chǔ)知識(shí)回顧電力系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行概念2系統(tǒng)建模負(fù)荷、發(fā)電設(shè)備、輸電線路和變壓器建模3系統(tǒng)分析潮流計(jì)算、故障分析和穩(wěn)態(tài)分析4系統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)、方法和案例研究課程目標(biāo)理解基本概念掌握電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的核心理論和概念建模能力學(xué)習(xí)各種電力系統(tǒng)組件的建模方法分析技能掌握潮流計(jì)算、故障分析和穩(wěn)態(tài)分析的方法優(yōu)化應(yīng)用學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)優(yōu)化的原理和實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)回顧1電力系統(tǒng)基本概念回顧電力系統(tǒng)的基本定義和組成部分2電力系統(tǒng)運(yùn)行原理復(fù)習(xí)發(fā)電、輸電和配電的基本原理3電力系統(tǒng)分析方法介紹常用的電力系統(tǒng)分析工具和技術(shù)電力系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)發(fā)電廠將各種能源轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)施輸電網(wǎng)絡(luò)高壓輸電線路和變電站組成的網(wǎng)絡(luò)配電系統(tǒng)將電能分配給最終用戶的設(shè)施電力系統(tǒng)運(yùn)行基本概念電壓調(diào)節(jié)維持系統(tǒng)電壓在允許范圍內(nèi)的過(guò)程頻率控制保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的措施功率平衡確保發(fā)電量與負(fù)荷需求相匹配的機(jī)制系統(tǒng)保護(hù)防止系統(tǒng)故障和異常狀況的設(shè)備和策略負(fù)荷模型負(fù)荷定義電力系統(tǒng)中用電設(shè)備的總和負(fù)荷特性負(fù)荷隨時(shí)間和條件變化的規(guī)律負(fù)荷建模用數(shù)學(xué)模型描述負(fù)荷行為模型應(yīng)用在電力系統(tǒng)分析中使用負(fù)荷模型負(fù)荷的概念有功功率實(shí)際消耗的電能，單位為瓦特（W）無(wú)功功率維持電磁場(chǎng)所需的功率，單位為乏（var）視在功率有功功率和無(wú)功功率的矢量和，單位為伏安（VA）功率因數(shù)有功功率與視在功率的比值，反映用電效率負(fù)荷建模方法1靜態(tài)模型描述負(fù)荷在穩(wěn)態(tài)條件下的特性2動(dòng)態(tài)模型描述負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的響應(yīng)3綜合模型結(jié)合靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的復(fù)雜負(fù)荷模型負(fù)荷模型的應(yīng)用負(fù)荷預(yù)測(cè)預(yù)估未來(lái)電力需求系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和容量運(yùn)行控制實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)故障分析評(píng)估系統(tǒng)故障影響發(fā)電設(shè)備建模1發(fā)電機(jī)模型2勵(lì)磁系統(tǒng)模型3調(diào)速系統(tǒng)模型4原動(dòng)機(jī)模型發(fā)電機(jī)模型同步發(fā)電機(jī)主要發(fā)電設(shè)備，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能數(shù)學(xué)模型使用微分方程描述發(fā)電機(jī)的電磁和機(jī)械特性等值電路簡(jiǎn)化的電路模型，便于系統(tǒng)分析和計(jì)算勵(lì)磁系統(tǒng)模型自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機(jī)端電壓的裝置勵(lì)磁機(jī)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁電流穩(wěn)定器改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的附加控制裝置限制器防止發(fā)電機(jī)超出安全運(yùn)行范圍的保護(hù)裝置調(diào)速系統(tǒng)模型1測(cè)速裝置檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器2控制器根據(jù)測(cè)速信號(hào)計(jì)算控制量3執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入功率的裝置輸電線路模型參數(shù)確定測(cè)量或計(jì)算線路的電氣參數(shù)等值電路建立線路的π型或T型等值電路數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)線路的數(shù)學(xué)方程模型應(yīng)用在潮流計(jì)算和故障分析中使用模型輸電線路參數(shù)電阻R導(dǎo)線的歐姆電阻，造成有功功率損耗電感L線路的自感，影響無(wú)功功率傳輸電容C線路對(duì)地電容，影響無(wú)功功率平衡電導(dǎo)G絕緣損耗，通?？梢院雎缘戎惦娐范叹€模型適用于50公里以下的短距離線路中等長(zhǎng)度線路模型適用于50-250公里的中等長(zhǎng)度線路長(zhǎng)線模型適用于250公里以上的長(zhǎng)距離線路潮流方程節(jié)點(diǎn)功率方程描述節(jié)點(diǎn)注入功率與電壓的關(guān)系線路功率方程描述線路傳輸功率與兩端電壓的關(guān)系功率平衡方程表示系統(tǒng)總發(fā)電功率與總負(fù)荷功率的平衡電壓約束方程限定節(jié)點(diǎn)電壓幅值的允許范圍變壓器模型1理想變壓器2實(shí)際變壓器3自耦變壓器4三繞組變壓器變壓器參數(shù)變比初級(jí)繞組與次級(jí)繞組匝數(shù)之比繞組電阻變壓器繞組的直流電阻漏抗表示變壓器漏磁通的等效電抗鐵損鐵心中的渦流損耗和磁滯損耗變壓器等值電路T型等值電路適用于精確分析變壓器特性π型等值電路便于與輸電線路模型結(jié)合簡(jiǎn)化等值電路忽略勵(lì)磁支路，適用于大多數(shù)工程計(jì)算變壓器潮流計(jì)算1模型選擇根據(jù)計(jì)算精度要求選擇合適的等值電路模型2參數(shù)轉(zhuǎn)換將變壓器參數(shù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的基準(zhǔn)值3方程建立根據(jù)等值電路建立變壓器的潮流方程4迭代求解將變壓器方程納入系統(tǒng)潮流計(jì)算過(guò)程系統(tǒng)潮流計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)備收集系統(tǒng)拓?fù)浜蛥?shù)信息模型建立構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型方程求解使用數(shù)值方法求解非線性方程組結(jié)果分析評(píng)估計(jì)算結(jié)果的合理性和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)潮流計(jì)算原理節(jié)點(diǎn)功率平衡每個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入功率等于流出功率基爾霍夫定律電流和電壓滿足基爾霍夫定律非線性方程組潮流方程是關(guān)于節(jié)點(diǎn)電壓的非線性方程組迭代求解通過(guò)迭代方法求解非線性方程組牛頓-拉夫森法1初始值設(shè)定為未知變量賦予初始估計(jì)值2雅可比矩陣計(jì)算計(jì)算方程組的雅可比矩陣3線性化求解求解線性化方程組得到修正量4迭代更新更新變量值并檢查收斂性快速解耦法P-θ分解有功功率主要受相角影響Q-V分解無(wú)功功率主要受電壓幅值影響系數(shù)矩陣簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化雅可比矩陣，提高計(jì)算速度交替迭代分別求解P-θ和Q-V子問(wèn)題系統(tǒng)故障分析1故障類型識(shí)別2故障模型建立3故障計(jì)算4結(jié)果分析與應(yīng)用故障類型三相短路最嚴(yán)重的對(duì)稱故障單相接地最常見(jiàn)的非對(duì)稱故障兩相短路兩相之間的直接接觸兩相接地兩相同時(shí)接地的故障故障計(jì)算原理對(duì)稱分量法將不對(duì)稱系統(tǒng)分解為對(duì)稱序分量疊加原理將故障前狀態(tài)與故障量疊加網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化使用戴維寧等效簡(jiǎn)化故障點(diǎn)外的網(wǎng)絡(luò)矩陣計(jì)算利用矩陣方法進(jìn)行大規(guī)模系統(tǒng)計(jì)算故障計(jì)算步驟1故障前分析計(jì)算故障發(fā)生前的系統(tǒng)狀態(tài)2故障建模根據(jù)故障類型建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型3序網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗4故障量計(jì)算求解故障點(diǎn)電壓和電流5系統(tǒng)響應(yīng)計(jì)算故障對(duì)系統(tǒng)各部分的影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)定義系統(tǒng)在擾動(dòng)后達(dá)到的新平衡狀態(tài)穩(wěn)定性評(píng)估分析系統(tǒng)在擾動(dòng)后保持穩(wěn)定的能力穩(wěn)定裕度計(jì)算量化系統(tǒng)距離不穩(wěn)定點(diǎn)的距離優(yōu)化控制提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制策略穩(wěn)態(tài)概念角度穩(wěn)定發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行的能力電壓穩(wěn)定系統(tǒng)維持正常電壓水平的能力頻率穩(wěn)定系統(tǒng)保持額定頻率的能力穩(wěn)定裕度分析靜態(tài)穩(wěn)定裕度系統(tǒng)在小擾動(dòng)下保持穩(wěn)定的能力暫態(tài)穩(wěn)定裕度系統(tǒng)在大擾動(dòng)下保持同步的能力電壓穩(wěn)定裕度系統(tǒng)維持可接受電壓水平的能力頻率穩(wěn)定裕度系統(tǒng)在功率不平衡下維持頻率的能力電壓穩(wěn)定性分析1P-V曲線法分析負(fù)荷功率與節(jié)點(diǎn)電壓的關(guān)系2Q-V曲線法分析無(wú)功功率與節(jié)點(diǎn)電壓的關(guān)系3模態(tài)分析法利用雅可比矩陣特征值分析穩(wěn)定性4連續(xù)潮流法追蹤系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)的電壓變化系統(tǒng)優(yōu)化1目標(biāo)定義2約束條件3優(yōu)化算法選擇4結(jié)果驗(yàn)證與實(shí)施優(yōu)化目標(biāo)經(jīng)濟(jì)性最小化系統(tǒng)運(yùn)行成本可靠性提高系統(tǒng)供電可靠性環(huán)保性減少溫室氣體排放效率提高能源利用效率優(yōu)化方法線性規(guī)劃求解線性目標(biāo)函數(shù)和約束