电力系统分析学习包

课程的学习目的《电力系统分析理论》是电气工程及自动化专业的必修课；是技术理论课、基础理论课走向专业课学习和工程应用研究的纽带，具有承上启下的作用。通过该课程的学习，使学生掌握电力系统分析的基础理论和基本知识，既为后续专业课程及一些相关专题的学习打下基础，又培养了学生综合运用基础知识解决工程实际问题的能力。第一章电力系统的基本知识1．1电力系统的组成1、来源火电：锅炉－汽轮机－发电机水电：水库－水轮机－发电机核电：核反应堆－汽轮机－发电机其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等2、基本概念（1）电力系统——是由发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。（2）电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。（3）动力系统——在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。（4）总装机容量——指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。（5）年发电量——指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。（6）最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。（7）额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。（8）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。1．2、电力线路一、架空线路架空线路主要由杆塔（基础）、导线、架空地线、绝缘子、横旦、金具、拉线、接地装置及附属设备等组成。二、架空线路各部件的作用1、导线导线的材质一般采用铜、铝、钢和铝合金材料，通过绝缘子固定在杆塔上，主要起传送电流的作用。2、架空地线架空地线又称避雷线，它用1根或2根导线架设在杆塔顶部，用于保护导线和杆塔不受雷击。3、绝缘子绝缘子是用来保持架空导线和杆塔之间电器绝缘的一种瓷质元件。又称瓷瓶。绝缘子应具有良好的绝缘性能、符合线路的电压要求、并具有较好的机械强度、不受温度剧变的影响以及防止水分侵入等特点。架空线路上绝缘子主要有针式绝缘子和悬式绝缘子2种。4、杆塔杆塔是用来支持架空导线和避雷线的，也叫做电杆或铁塔。在铁路供电系统中，使用电杆较多，使用铁塔较少。直线杆安装图跨越杆单横担双绑扎安装图5、横担采用镀锌角钢（规格，三角排列为：∠63mm×∠63mm×6mm×1500mm、水平为∠63mm×∠63mm×6mm×2240mm）和瓷横担两种。6、金具绝缘子与横担连接、绝缘子与导线连接、导线本身的连接等等，都需要一些金属附件，这些金属附件，例如抱箍、线夹、钳接管、垫铁、穿心螺栓、花篮螺栓、直角挂板等，统称为金具。7、拉线平衡导线的拉力差和电力线路的稳定性。拉线一般采用不小于φ25mm2的镀锌钢绞线，拉线底把采用不小于φ16mm2的镀锌圆钢（取消φ4.0镀锌铁线的拉线）。拉线又分为普通拉线、V型拉线、自身拉线和水平拉线。1．3电压等级及其适用范围一、变压器的电压等级1、一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；2、二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。二、电压等级及其适用范围1.取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；2.取线路始端电压为额定电压的105%；3.取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；4.变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。复习题一、填空：1、架空线路主要由（杆塔）、（导线）、（架空地线）、绝缘子、横旦、金具、拉线、接地装置及附属设备等组成。2、绝缘子是用来保持（架空导线）和（杆塔）之间电器绝缘的一种瓷质元件。3、杆塔是用来支持（架空导线）和（避雷线）的，也叫做电杆或铁塔。4、电力系统是由（发电厂）、（变电所）、（输电线）、配电系统及负荷组成的。5、架空线路上绝缘子主要有（针式绝缘子）和（悬式绝缘子）。二、判断题1、避雷器也叫避雷针。（错）2、电容是反映带电线路周围的电场效应。（对）3、三绕组变压器各绕组的电阻与绕组设计制造容量的大小无关。（错）三、简答：1、动力系统、电力系统和电力网的基本构成形式如何？由生产、变换、传送、分配和消耗电能的电气设备（发电机、变压器、电力线路以及各种用电设备等）联系在一起组成的统一整体就是电力系统。动力系统是电力系统和发电厂动力部分的总和。电力网是电力系统中除去发电机和用电设备外的部分。2、电力线路的正序电抗与零序电抗是否相等？不相等。线路零序阻抗比正序阻抗大。3、简述电压等级及其适用范围（1）、取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；（2）、取线路始端电压为额定电压的105%；（3）、取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；（4）、变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。第二章电力系统的等值电路及潮流计算2．1电力系统的等值电路电力系统运行状态的分析研究，主要有两种方法：一种是物理模拟方法，即通过实测或等效模拟系统的实验来进行分析研究；另一种是数学模拟方法，其主要步骤为：①建立描述电力系统各种运行状态的数学模型（即数学方程）；②用数学方法和计算工具求解所建立的数学模型，求得在各种状态下的运行参数；③对求得的结果进行验证分析。随着计算机技术的发展，用数学模拟的方法进行电力系统分析研究，已越来越精确和全面。本课程主要介绍的是用数学模拟的方法来分析和研究电力系统。不论是根据电路理论的基本关系来推算电力系统的运行参数（通常指的“手算”方法），还是使用计算机来进行电力系统的分析计算，电力系统元件及其连接方式，都必须用等值电路来表示。因此，在进行电力系统分析研究时，首先要研究电力系统各元件的电气参数和等值电路，以及整个电力系统的等值电路。在进行电力系统各元件参数计算时，认为系统的频率保持不变，即不计参数的频率特性。2．2电力线路的等值电路一、单位长度的线路参数一，电阻1rS（/Km）（1-1）式中---导线电阻率，kmmm/2S----导线载流部分截面积，2mm。二，电抗单导线：10.1445lg0.0157(/)mDXkmr（1-2）分裂导线：10.01570.1445lg(/)meDXkmrn式中mD----三相导线重心几何均距，m；r----导线半径，mer----等效半径，m，1nnerrd。三，电纳617.5810(/)lg(/)mbskmDr（1-3）四，电导12(/)gLPgskmU（1-4）式中gP----三相线路单位长度电晕损耗；LU----线路运行电压。工程计算中常忽略电导，即1g=0二、输电线路参数及等值电路各种电压等级的输电线路，可以采用集中参数表示的型等值电路，如图2-1所示。2-1输电线路等值电路1111()()()()ZrjxlRjxYgjblGjBSZYKK、称为阻抗、导纳修正系数。在工程计算中，可以根据输电线路的电压等级和长度，选取不同的修正系数。（1）750km以上架空线（通常330kV以上电压等级）或300km以上的电缆线路2(1)ZYshZYKZYchZYKZYshZY（2）300～750km以上架空线（通常220kV以上电压等级）或100~300km的电缆线路。图1-1中2112211111211;222131()60112ZrxYgbxgbYGBKZKRjKXKKjKlxbrblKxbxKlKxbr。此时取K（3）一般35～220kV的架空线，或100km以下的电缆线路11ZYKK（4）35kV以下的架空线，可以近似略去导纳支路1ZYKK2．3变压器等值电路及参数一、双绕组变压器。1）归算到一个电压等级的等值电路，如图1-2所示。2220022%()1000100%()1000100KNkNTTTNNNTTTNNPUUUZRjXjSSPISYGjBjSUU式中单位为：kWPPMVASkVUKNN0,,,。2-2双绕组变压器等值电路2）多电压等级（保留原电压等级）的等值电路，如图2-3所示K为理想变压器变比。2-3双绕组变压器多电压级等值电路（2）三绕组变压器1）归算到一个电压等级的等值电路，如图2-4所示。2-4三绕组变压器等值电路)81()(100%1000)71()3,2,1()(100%10002020222SUSIjUPjBGYiSUUjSUPjXRZNNNTTTNNkiNNkiTiTiTi其中)21()32()13(1)13()32()21(2)32()13()21(1212121PPPPPPPPPPPPkkkkkkkkk%%%21%%%%21%%%%21%)12()32()13(3)13()32()21(2)32()13()21(1kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU注意，当三绕组变压器容量比不同时，要进行容量换算。231)13()13(2321)32()32(221)21()21(,minNNkkNNNkkNNkkSSPPSSSPPSSPP2）多电压等级的等值的电路，如图2-5、图2-6所示（1312,KK为理想变压器变比）2-5三绕组变压器用理想变压器表示的多电压等级的等值电路2-6三绕组变压器用阻抗表示的多电压等级等值电路2．4电力系统的等值电路电力系统是由发电机、变压器、输电线路、负荷等元件连接而成的，并具有多个电压等级。在电力系统分析计算中，通常可以用两类等值电路表示：一类是对应于一个电压等级的等值电路(“手算”时常采用)；另一类是对应于多个电压等级的等值电路(“计算机计算”时常采用)。1．对应于一个电压等级的等值电路将电力系统各元件的等值电路按其接线的形式连接起来，即得到该系统的等值电路。其参数有两种表示形式：有名值表示和标幺值表示。(1)有名值表示的等值电路。首先确定一个基本电压级(等值电路对应的电压级)，而后将所有元件的参数均归算到对应于该电压级(归算时，变压器的变比取基本级与待归算级电压之比)。)111()()111()(2121221221nnnnKKKIIKKKUUKKKYYKKKZZ(2)标幺值表示的等值电路位）基准值（与有名值同单）实际有名值（任意单位标幺值计算用标幺值表示的电力系统等值电路中的参数，可以有两种途径。1)将各元件参数的有名值先归算到基本级，再除以对应基本级的基准值。其特点是：有统一的基准值，但众多参数的归算较繁。另外，计算得到各支路电流、各节点电压的标幺值后，还必须归回原电压等级。2)在确定了基本级的基准值之后，按变压器的实际变比归算，求出对应于各电压级的基准值，然后再将未经归算的各元件有名值参数除以自身电压级的基准值。其特点是：各电压级的基准值不同，但参数不必归算。计算结果化成有名值时只要将标幺值乘以自身电压级的基准值即可。2．对应于多个电压等级的等值电路此种等值电路在将各元件等值电路连接起来时，只需将变压器等值电路采用多电压级的等值电路表示(即π型等值电路)即可。此时，所有电压等级的参数均不必进行归算。3．近似计算时电力系