电力系统稳态分析知识点汇总

1电力系统稳态分析知识点汇总第一章电力系统的基本概念一、电力系统组成（*）电力系统由发电厂、变电站、输电线、配电系统及负荷组成的有机的整体。电力网络是由电力线路、变压器等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。在电力系统中，发电机、变压器、线路和受电器等直接参与生产、输送、分配和使用电能的电力设备常称为主设备或称一次设备，由他们组成的系统又称为一次系统。在电力系统中还包含各种测量、保护和控制装置，习惯上将它们称为二次设备和二次系统。二、电力系统基本参量总装机容量系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，其单位用千瓦（KW）、兆瓦（MW）或吉瓦（GW）。年发电量指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，其单位用兆瓦时，吉瓦时或太瓦时。最大负荷电力系统总有功夫和在一年内的最大值，以千瓦，兆瓦或吉瓦计。年发电量与最大负荷的比成为年最大负荷利用小时数Tmax额定频率按国家标准规定，我国所有交流电系统的额定功率为50HZ。最高电压等级是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。三、电力系统的结线方式对电力系统接线方式的基本要求：1、保证供电可靠性和供电质量；2、接线要求简单、明了，运行灵活，操作方便；3、保证维护及检修时的安全、方便；4、在满足以上要求的条件下，力求投资和运行费用低；5、满足扩建的要求。无备用结线包括单回路放射式、干线式和链式网络。优点：简单、经济、运行方便。缺点：供电可靠性差。适用范围：供电可靠性要求不高的场合。有备用结线包括双回路放射式、干线式和链式网络。优点：供电可靠性和电压质量高。缺点：不经济。适用范围：电压等级较高或重要的负荷。四、电压等级及适用范围（*）2制定标准电压的依据：1、三相功率正比于线电压及线电流S=3UI。当输送功率一定时，输电电压越高，则输送电流越小，因而所用导线截面积越小。2、电压越高对绝缘的要求越高，杆塔、变压器、断路器的绝缘投资也越大。因而对应于一定的输送功率与输送距离应有一最佳的输电电压、3、从设备制造的经济性以及运用时便于代换，必须规格化、系列化，且等级不宜过多。750/500KV为输电远距离输电网络电压，及区域网之间的互联线路电压330、220KV多半用于大电力系统的主干线，330KV电压等级是西北网的特有电压等级，也用于省网之间的联络110KV既用于中小电力系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络35KV用于大城市或大工业企业内部网络，也广泛用于农村网络10KV则是常用的更低一级配电电压，只有负荷中高压电动机的比重很大时，才考虑以6KV配电的方案如何确定额定电压线路（电网）额定电压=用电设备额定电压发电机额定电压=105%线路额定电压升压变压器额定电压：一次侧=线路额定电压=发电机额定电压（与发电机相关联105%）二次侧=110%（或105%）线路额定电压3五、电力系统中性点的运行方式（*）直接接地特点：供电可靠性低，比较经济；故障时：如发生接地故障，构成短路回路，接地相电流很大；适用范围：110KV以上系统不接地特点：供电可靠性高，绝缘费高；故障时：如发生接地故障，不必切除；接地相，但非接地相对地电压为相电压3倍。适用范围：35KV以下系统中性点经消弧线圈接地1、中性点绝缘故障后相电压升高3倍，但线电压不变，供电可靠性高，适用于35KV及以下的网络。2、110KV及以上网络，考虑到绝缘投资与运行维护费用常采用中性点直接接地系统。3、在中性点不接地系统，当接地电流超过以下数值时，中性点经消弧线圈接地。3—6KV网络30A10KV网络20A35-60KV网络10A中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿和欠补偿之分。过补偿，感性电流小于容性电流。欠补偿，感性电流大于容性电流六、电力系统运行的特点、要求（*）电能的特点电能不能大量储存，电力系统在任何时刻的电能必须满足∑PG=∑PL+∑Ploss对电力系统的要求1、最大限度的满足用户的用电需求2、保证安全可靠的供电，按对供电的可靠性的哟求讲负荷分为三级：一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷，如学校，工厂的附属车间，农电等保证电能的良好质量（*）衡量电能质量的的指标为：电压、频率、波形4电压质量和频率质量一般都以偏移是否超过给定值来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定值的%5，给定的允许频率偏移为Hz5.0~2.0。波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。我国电力系统的额定频率规定为50HZ，f=Hz2.0保证系统运行的经济性降低一次能源在国民经济一次能源总消耗中的比例，减少煤耗率和线损率，厂用电率等。5第二章电力系统各元件的特性和数学模型一、电力线路的参数和数学模型电力线路按结构可分架空线路和电缆线路。架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等构成。导线、传输电能；避雷线、讲雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击；杆塔、支持导线和避雷线；绝缘子、使导线和杆塔间保持绝缘；金具、支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。电缆线路由导线、绝缘层、保护层等构成。导线、传输电能；绝缘层、使导线与导线、导线与保护层互相绝缘；保护层、保护绝缘层，并有防止绝缘油外溢的作用。架空线路的绝缘子分针式和悬式两种，针式绝缘子使用在电压不超过35KV的线路上，悬式绝缘子是成串实用的绝缘子，用于电压为35KV及以上的线路上。架空线路的换位为减少三项参数的不平衡，输电线路进行换位循环，使三项线路参数尽量平衡。整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。二、电力线路的物理现象热效应电流流过导线时会因电阻损耗而产生热量，电流越大，损耗越大，发热也越厉害。用电阻R描述磁场效应当交流电流通过电力线路时，在三相导线内部和三相导线的周围都要产生交变的磁场，而交变磁通匝链导线后，将在导线中产生感应电势。用电感L描述。电场效应当交流电流加在电力线路上时，在三相导线的周围会产生交变的电场，在它的作用下，不同相的导线之间和导线与大地之间将产生位移电流，从而形成容性电流和容性功率。用电容C描述。电晕现象和电流泄漏在高电压的作用下，当导线表面的电场强度过高时，当导致输电线周围的空气游离放电（在电力系统中常称这种现象为电晕现象）；而且由于绝缘的不完善，可能引起少量的电流泄漏等。用电导G描述。6三、波阻抗和自然功率如果令线路的r1=0和g1=0，则成为一条无损耗的线路，相应的11Ljz，11Cjy，它的波阻抗11/CLZc为纯电阻，传播系数则仅有虚部，称为相位系数。在无损线路中，当线路末端所接负荷等于波阻抗Zc时,线路末端的功率为纯有功功率。这个功率成为线路的自然功率。自然功率常用来衡量长距离输电线路的输电能力，一般220kV及以上电压等级架空线路的输电能力大致接近于自然功率。四、负荷的运行特性和数学模型1、负荷和负荷曲线1.1电力系统的负荷电力系统总负荷就是系统中千万个用电设备消耗功率的总和。他们大致分异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备、照明设备若干类。电力系统综合用电负荷工业、农业、邮电、交通、市政、商业及城乡居民锁消耗的功率综合。电力系统的供电负荷综合用电负荷加网络中损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功率。电力系统的发电负荷供电负荷再加各发电厂本身消耗的功率—厂用电，就是系统中各发电机应发的功率电力系统负荷的运行特性分为两大类：1、负荷曲线：负荷随时间而变化的规律；2、符合特性：负荷随电压或频率而变化的规律1.2负荷曲线按负荷种类分，可分为有功功率负荷和无功功率负荷曲线；按照时间段长短分，可分为日负荷和年负荷曲线。按计量地点分，可分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂、乃至整个系统的负荷曲线。1.2.1有功功率日负荷曲线日负荷曲线描述一日内负荷随时间（以小时为单位）变化的曲线。反映一段时间内负荷随时间而变化的规律用负荷曲线来描述。最大、最小值之差，即所谓峰谷差。日负荷曲7线它是制订各发电负荷计划的依据。日负荷率24小时平均负荷与该时间段内的最高负荷的百分比。1.2.2有功功率年负荷曲线一般指年最大负荷曲线，即表示一年内每月最大有功功率负荷变化的曲线。有功功率年负荷曲线常用语制订发电设备检修计划及计算全年的发电量。2、负荷的静态特性和数学模型2.1负荷的静态特性负荷特性指负荷功率随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律，因而有电压特性和频率特性之分，进一步可分为静态特性和动态特性。静态特性：指电压或频率变化后进入稳态时负荷功率与电压或频率的关系。动态特性：指电压或频率急剧变化过程中负荷功率与电压或频率的关系。由于负荷有功功率和无功功率的变化规律不同，负荷特性还应分为有功功率特性和无功功率特性两种。8第三章简单电力网络的计算和分析一、潮流计算潮流计算的目标针对系统正常稳态运行状态的计算：给定运行方式下的负荷和某些发电机功率及某些节点电压，求整个系统的电压和功率分布。潮流计算的用途检查各元件是否过负荷各节点电压是否满足要求、计算功率损耗功率的分布和分配是否合理潮流计算的重要性——电力系统最基本的计算现有系统的运行和扩建新系统的规划设计系统的安全估计、静态和暂态稳定分析潮流计算结果：各节点电压（大小、相位）、各支路电流及功率分布（功率的传输和功率损耗）首先从简单网络潮流计算入手，掌握手算潮流的方法和了解系统稳态运行下的物理现象，然后学习复杂网络的潮流计算（侧重于基本的计算机算法）二、电压降落、电压损耗和电压偏移电压降落或称线路阻抗中的电压降落，是指线路始末两端电压的向量差，电压降落也是向量，有纵分量和横分量电压损耗在电力系统中，关心较多的是线路两端电压的数值差，并将这一差值21UU称为电压损耗。常用百分数表示为电压损耗%=%100)(21NUUU在近似计算中，常用电压降落的纵分量来代替电压损耗2222)(UXQRPU电压偏移是指线路始端电压和末端电压与线路额定电压之间的差值，即NUU1和NUU2，分别用他们来衡量两端电压偏离额定电压的程度。电压偏移常用百分数表示，有始端电压偏移%=%100)(1NNUUU末端电压偏移%=%100)(2NNUUU9电压调整是指线路末端空载与负载时电压的数值差)(220UU。电压调整也仅有数值。不计线路对地导纳时，220UU，电压调整等于电压损耗，即21220UUUU，电压调整也常以百分值表示，即电压调整%=%100)(20220UUU式中的为线路末端空载时电压。输电功率是指线路末端输出有功功率P2与线路始端输入有功功率P1的比值，常以百分值表示，即输电效率%=%10012PP因为线路始端输出有功功率P1总大于末端有功功率P2，输电效率总小于100%可得出以下结论三、电力线路上的电能损耗有功功率损耗伴随着电能损耗，从而使电力系统一次能源消耗增加。对于无功功率损耗虽然它并不直接引起电能损耗，但无功损耗需要由发电机和无功补偿设备供给，从而也增大了他们的容量和所需要的费用。当无功功率流过线路和变压器时，使总电流增大，因而增大了电阻中的有功功率损耗。显然系统中不希望无功功率远距离输送，希望用户提高功率因素，无功功率分层控制，就地平衡。线路等值电抗消耗的无功：与负荷平方成正比。对地等值电纳发出的无功：充电功率，与所加电压平方成正比，与通过负荷无直接关系。轻载时，线路消耗很少的无功，甚至发出无功。对于超高压线路，可能引起线路末端电压升高，导致绝缘设备损坏，故线路末端常设并联电抗器，在线路空载或轻载时抵消充电功率，避免线路上出现过电压。四、电力线路上的电能损耗最大负荷利用小时数Tmax指一年中负荷消费的电能A除以一年中的最大负荷Pmax，即：maxmax/PAT年负荷率一年中负荷消费的电能A除以一年中的最大负荷Pmax与8760h的乘积，即：8760/)8760/()8760/(maxmaxmaxmaxmaxTPTPPA年负荷率10年负荷损耗率全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗与8760h