1.第一章 电力系统概述

第一章电力系统(网络)概述复习《电力系统稳态分析》的基本内容，掌握电力网络的基本组成和特点。第一节电力系统的基本概念1、电力系统的概念电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应辅助系统按规定的技术和经济要求组成的，将一次能源转换为电能，并输送到电力用户的一个复杂的、可控的统一系统。2、组成电力系统的设备分类电力系统中的设备分为一次设备和二次设备：一次设备：在电力系统中完成电能的生产、变换、传输、分配、使用等任务的电器设备或系统叫做一次设。一次设备是电能的载体。由一次设备组成的系统叫做一次系统。二次设备：完成对一次设备进行测量、控制、保护或对一次系统进行运行调整、事故处理的设备叫做二次设备。二次设备是信息的载体。由二次设备组成的系统叫做二次系统或装置。3、电力网络的概念电力网络是由变压器、输电线路、电力电抗器、电力电容器等电器设备连接而成，完成电能变换、传输、分配的网络。4、电能的形态三相交流电、单相交流电、直流电。5、电能作为一种商品的特点（1）与国民经济和人民的生活密切相关；（2）电能不能大量存储，产销是同时进行的；（3）任何事件的发生都会非常迅速的影响整个系统；（4）电能质量影响用电设备的效率、寿命、产品的质量。电能质量包括：电压、频率、波形、三相对称度（5）电能生产和使用必须遵循“安全第一”的原则。管理、操作、使用不当，将会危及人身和设备安全。6、对电力系统的要求（1）保证安全可靠供电。设备安全、人员安全、供电不间断。（2）提供合格的电能。电压（±7%~±10%）、频率（±0.2正常时~±0.5Hz故障时）、波形（总谐波畸变率、各次谐波含量）、三相对称度（负序分量与正序分量比值的百分数，正常时2%、短时4%）。（3）提高系统运行的经济性。更新技术和设备、节能降耗、经济调度。（4）符合环保要求。达标排放废气、废渣、废水；减低电磁辐射、噪音。7、电力系统的发展趋势（1）电力系统互联，建立统一大电网或联合电网。（2）超、特高压输电，交、直流混合输电。（3）灵活的交流输电技术。（4）大机组。（5）储能技术。（6）新能源发电。（7）智能电网。（8）电力市场。（9）互联电网的稳定性控制技术。（10）电力系统防灾变技术。（11）电力系统新材料、新工艺、新技术。第二节电压等级和电网的接线方式1、电压等级及划分三相交流是指线电压，直流指对地电压。我国最高交流电压等级是1000KV（长治---荆门线），于2008年12月30日投入运行。我国最高直流电压等级为正负500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有正负50KV（上海---嵊泗群岛线），100KV（宁波---舟山线），南方电网公司将建设正负800KV特高压直流输电线。35kv及以下电压等级称配电电压,(小于500V低压，大于等于1000V高压)110kv~220kv电压等级称高压330kv~500kv电压等级称超高压，直流±500kV1000kv及以上电压等级称特高压，直流±800kV2、我国额定电压等级额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍能能正常运行。（1）电网的额定电压：220V/380V（400V、0.4kV）、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，750kV、1000KV。（2）发电机额定电压：400V、3.15kV、6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、17.5kV、20kV。（3）变压器额定电压：电源侧与发电机或电网额定电压相同，负荷侧较电网额定电压高5%~10%。（4）用电设备额定电压：等于电网额定电压3、电力网络结构的基本形式电源与负荷的连接关系，电力网络接线的基本形式分为有备用和无备用两类：无备用的接线：放射式、干线式、链式。有备用接线：双回路、环形、双电源。4、电力系统中性点接地方式星形接线的中性点与地之间的连接关系。（1）大接地（直接接地、经小电阻接地）方式单相接地短路电流大，必须切除故障部分，供电可靠性差；单相接地时，非故障相对地电压为相电压，对绝缘要求低，响应投资省。（2）不接地方式单相接地时流经故障点的为不大的对地电容电流，负荷各线电压仍为对称，可继续对负荷供电，供电可靠性高；单相接地时，非故障相对地电压升高为线电压，对绝缘要求高，响应投资大。发生单相接地时，非故障相对地电压升高为线电压，对相对地绝缘形成危险，规定和继续运行2小时。当电容电流较大，如10KV系统30A时，在接地点能形成稳定的电弧，危及电气设备的安全。当电容电流较小，将形成间歇性电弧引起过电压，其值可达2.5~3倍的相电压。危及整个系统的绝缘。（3）中性点经消弧线圈接地消弧线圈是一个具有铁芯的可调电抗线圈，电阻很小，电抗很大。中性点经消弧线圈接地，在故障点产生与电容电流相位相反的感性电流，从而使流经短路点的电流减小，消除了短路电弧。在我国规定：3~6kV电压等级，电容电流在30A以上；10kV电压等级，电容电流在20A以上；35~63kV电压等级，电容电流在10A以上均可采用中性点经消弧线圈接地的方式。中性点不接地和经消弧线圈接地统成为小接地。在我国，目前35kV及一下采用不接地或经消弧线圈接地的方式；110kV及以上采用中性点直接接地方式。（图中UBE应为EBE，UCE应为ECE）第三节电网原件的参数和等值电路这里只考虑正序等值电路。一、标幺值电力系统常使用标幺值进行计算。即使用没有单位的阻抗、导纳、电流、电压、功率的相对值进行运算。基准值有名值标幺值（1-1）通常选定三相功率和线电压的基准值BS和BU，其它各量的基准值也就确定了。三相功率的基准一般选为一个整数，如100或1000MVA，电压的基准往往取电网中被定为基本级的额定电压或平均额定电压。当功率、电压的基准值选定后，其它基准值按电路基本关系确定：BBBBBBBBBBBBBBZYSUIUIUZUUUSI133332（1-2）各级电压等级元件，参数标幺值计算，两种方法：①将各元件阻抗、导纳以及各电流、电压有名值归算到基本级，然后除以基本级各量的基准值。②将基本级基准值归算到各电压级，然后将各级元件阻抗、导纳以及各电流、电压有名值除以归算到所在级的基准值。叫做“就地归算”。常用第二种方法。两种算法得到的结果是相同的。容量基准硅酸后是不变的。采用标幺值计算完成后，还需把标幺值换算为有名值。二、变压器等值电路1、双绕组变压器等值电路串联阻抗参数由短路试验数据计算：TNkRIP23（1-3）1003%NNTkUIXU（1-4）由（1-3）、（1-4）得等值电路串联参数：2222333NNkNNkNkTSUPUSPIPR（1-5）NNkNNNkNNkTSUUUSUUIUUX100%33100%3100%2（1-6）上两式中：额定容量的单位为VA，短路损耗的单位为W，电压的单位为V，电流的单位为A，阻抗的单位为Ω。若额定容量的单位为MVA，短路损耗的单位为KW，电压的单位为KV，电流的单位为KA，阻抗的单位仍为Ω，上两式变为：22221000)10001000()1000(1000NNkNNkTSUPSUPR（1-7）NNkNNkTSUUSUUX100%)10001000(100)1000%(22（1-8）并联电导由空载数据计算：22033NTNTUGUGP（1-9）1003%0NNTIUBI（1-10）由（1-9）、（1-10）得等值电路并联参数：20NTUPG（1-11）2000100%1003%3100%3NNNNNNNTUSIUUSIUIIB（1-12）上两式中：额定容量的单位为VA，空载损耗的单位为W，电压的单位为V，电流的单位为A，电导的单位为S。若额定容量的单位为MVA，空载损耗的单位为KW，电压的单位为KV，电流的单位为KA，电导的单位为S，上两式变为：220100010001000NNTUPUPG（1-13）2020100%)1000(100)10001000%(NNNNTUSIUSIB（1-14）用上式变压器的参数时，若NU用高压侧额定电压，得到的是归算到高压测的有名值；若NU用低压侧额定电压，得到的是归算到低压测的有名值。还可看出，如果以变压器额定容量和额定电压作为基准值，则等值电路参数的标幺值为：NKTSPR（1-15）100%KTUX（1-16）NTSPG0（1-17）100%0IBT（1-18）2、三绕组变压器等值电路由32)32(31)31(21)21(KKKKKKKKKPPPPPPPPP及%%%%%%%%%32)32(31)31(21)21(KKKKKKKKKUUUUUUUUU得：)(21)(21)(21)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1KKKKKKKKKKKKPPPPPPPPPPPP（1-19）%)%%(21%%)%%(21%%)%%(21%)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1KKKKKKKKKKKKUUUUUUUUUUUU（1-20）与双绕组变压器同样的方法得三绕组变压器等值电路串联参数：2211NNkTSUPR（1-21）NNkTSUUX100%211（1-22）2222NNkTSUPR（1-23）NNkTSUUX100%222（1-24）2233NNkTSUPR（1-25）NNkTSUUX100%233（1-26）上六式中：额定容量的单位为VA，短路损耗的单位为W，电压的单位为V，电流的单位为A，阻抗的单位为Ω。并联参数的计算与双绕组变压器相同。如过三绕组变压器容量比不是100/100/100，做短路试验流过绕组的电流受限与容量小的绕组，短路损耗和短路电压需折算为流过额定电流时的值。如容量比为100/100/50的绕组变压器短路试验实际的损耗和电压为)31(KP、)32(KP和%)31(KU、%)32(KU，应按下四式折算：)31(2)31()31(42/KNNKKPIIPP（1-27）)32(2)32()32(42/KNNKKPIIPP（1-28）%22/%%)31()31()31(KNNKKUIIUU（1-29）%22/%%)32()32()32(KNNKKUIIUU（1-30）3、端部条件完全等值的变压器模型——等值变压器模型以上变压器模型中总有一段（双绕组变压器）或两端（三绕组变压器）的参数（电流、电压）与实际电路不同，因而为非端部条件完全等值的模型。用这样的模型进行电路计算，必须再进行反归算才能得到参数的实际值。在多电压级的复杂电力网络中，常有环网变压器变比不匹配的问题，使按变压器变比归算的方法无法进行。（1）等值双绕组变压器变压器模型（a）为一实际变压器，1:k为两侧绕组的电压比（匝数比）。（b）的左端为归算到1侧的形等值电路，可由空载和短路试验数据求得，（b）的右端为一理想变压器（无损耗、无漏磁、无需励磁电流）。显然，对端部参数（1U、1I、2U、2I）而言，（a）和（b）完全等值。在电网计算中，一般将图（b）中变压器等值并联之路看做节点的接地之路就可以了。下面推导图（b）中端口（1,1）右侧两端口网络的形等值电路，条件是端口参数（1U、1I、2U、2I）对应相等。为此写出上述两端口网络的节点电压方程。由图可得kII12