电力系统分析课 程学习指导资料

《电力系统分析》课程学习指导资料编写刘天琪适用专业：电气工程及自动化适用层次：专升本四川大学网络教育学院二00三年十一月1《电力系统分析》课程学习指导资料编写：刘天琪审稿（签字）：审批（主管教学负责人签字）：本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《电力系统分析》（上下册）（何仰赞主编，华中理工大学出版社，2002年1月第3版）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写，适用于电气工程及自动化专业专科升本科学生。第一部分课程学习目的及总体要求一、课程的学习目的电力系统是一个由大量元件组成的复杂系统。它的规划、设计、建设、运行和管理是一项庞大的系统工程。《电力系统分析》便是这项系统工程的理论基础；是电气工程及自动化专业的必修课；是从技术理论课、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。本课程在整个专业教学和培养高质量学生计划中占有十分重要的地位。该课程充分考虑了电气工程及自动化专业涵盖电力系统及其自动化、继电保护及自动远动、电机与电气，以及工业自动化等专业方向的特点,教学内容的组织力图满足各专业方向的共同需要，为学生进一步学习相关领域的理论和从事相关领域的工作奠定坚实的基础。通过该课程的学习，既可让学生获得有关电力系统规划、设计、建设、运行和管理的一些具体知识，为后续专业课程及相关专题的学习打下基础，又培养学生综合运用基础知识解决工程实际问题的能力。该课程主要内容有电力系统的运行状态和特性及其基本要求；电力系统元件模型及其参数计算；电力系统的稳态分析及运行与调整；电力系统三相短路和简单不对称故障的分析计算；电力系统稳定性的分析计算。二、课程的总体要求2通过该课程的学习要求学生全面掌握电力系统分析计算的基本理论和方法，其中主要内容有：电力系统各元件的基本模型及其参数的计算；电力系统稳态运行分析计算，即电力系统电压和功率分布的计算理论和方法；电力系统稳态运行的电压调整和频率调整；电力系统三相短路和简单不对称故障的分析计算；电力系统暂态稳定和静态稳定的分析计算。第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章电力系统的基本概念1、学习要求（1）应熟悉的内容电力系统的组成；电力系统的额定电压和额定频率；电力系统的运行要求；电力系统的接线方式等。（2）应掌握的内容电力系统的组成和运行要求；电力系统的额定电压和额定频率；电力系统的接线方式。（3）应熟练掌握的内容重点要求熟练掌握电力系统的额定电压，特别是如何确定各元件的额定电压。2、重点难点分析本章的重点是电力系统各元件的额定电压，难点是变压器额定电压的确定。3、作业习题：1-1，1-2习题解题步骤：（1）先确定所给系统包含的各元件的额定电压（2）根据变压器变比的定义式，确定各变压器的额定变比。第二章电力网各元件的等值电路和参数计算31、学习要求本章介绍了电力线路和变压器的等值电路及参数计算。（1）应熟悉的内容构建电力线路和变压器的等值模型的基本原理和理论。（2）应掌握的内容电力线路和变压器的等值电路及参数计算（3）应熟练掌握的内容在给定相关数据和条件下能计算出相应等值参数和其等值电路，如书中例题2-1、2-4和2-5。本章另一个重要概念是标幺制，要求掌握各元件统一基准下标幺值的计算，如例题2-8，掌握平均额定电压的概念和使用场合。2、重点难点分析本章要求重点掌握变压器的等值电路及参数计算；本章的难点在标幺值的概念和制作统一基准标幺值的全网等值电路（含几个电压等级系统的标幺值等值电路）；平均额定电压的概念，制作含理想变压器和不含理想变压器的标幺值等值电路。3、典型例题分析（解）例2-1110kV架空输电线路的导线型号为LG-185，导线水平排列，相间距离为4m。求线路参数。解：线路的电阻km/17.0km/1855.31sr由手册查得LG-185的计算直径为19mm。线路的电抗km/402.0km/5.01988.0400026.1lg1445.0lg1445.0seqDDx线路的电纳km/1078.2km/105.019400026.1lg58.710lg58.7666SSrDbeq例2-4有一台SFL120000/110型向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的试验数4据为：ΔPS=135kW，VS%=10.5，ΔP0=22kW，I0%=0.8。试计算归算到高压侧的变压器参数。解：由型号知，SN=20000kVA，高压侧额定电压VN=110kV。各参数如下：1011110102.1310110200001008.010100%1082.110110221053.6310200001001105.1010100%08.4102000011013510216323206323203232322322NNTNNTNTNNSTNNSTVVkSSVSIBSSVPGSVVXSVPR例2-8试计算图2-15(a)输电系统各元件电抗的标幺值。已知各元件的参数如下：发电机SG(N)=30MVA，VG(N)=10.5kV，XG(N)=0.26；变压器T-1ST1(N)=31.5MVA，VS%=10.5，kT1=10.5/121；变压器T-2ST2(N)=15MVA，VS%=10.5，kT2=110/6.6；电抗器VR(N)=6kV，IR(N)=0.3kA，XR%=5；架空线路长80km，每公里电抗为0.4Ω；电缆线路长2.5km，每公里电抗为0.08Ω。解：首先选择基准值。取全系统的基准功率SB=100MVA。为了使标幺值的等值电路中不出现串联理想变压器，选取相邻段的基准电压比kB(I-II)=kT1，kB(II-III)=kT2。这样，只要选出三段中某一段的基准电压，其余两段的基准电压就可以由基准变比确定了。我们选第Ⅰ段的基准电压VB(Ⅰ)=10.5kV，于是kV26.76.6/1101121kV)6.6/110()121/5.10(15.1011kV121kV121/5.1015.101III)(IIII)(I(I)III)(II(II)(II)II)(I(I)(II)kkVkVVkVVBBBBBBBBB各元件电抗的标幺值为87.05.10100305.1026.0222)1()(2)()*()*(1BBNGNGNGBGVSSVXXX33.05.101005.315.101005.101002222)1()(12)1(%)*(12BBNTNTSBTVSSVVXX22.0121100804.022)()*(3BBLBLVSXXX58.0121100151101005.10100%222)()(22II)()*(24BBNTNTSBTVSSVVXX509.126.71003.03610053100%22(III))()()*(5BBNRNRRBRVSIVXXX38.026.71005.208.022)()*(6BBCBCVSXXX4、作业习题：2-4，2-5，2-10，2-112-4，2-5解题步骤：（1）由给定的变压器铭牌参数，换算TR、TX、TG、TB的标幺值；（2）根据给定的额定变比35/11，可以换算得到高压侧和低压侧的各值。2-10，2-11的解题步骤：（1）换算在同一额定电压或者同一平均额定电压下各电路元件的标幺值。（2）作出等值电路。第三章同步发电机的基本方程1、学习要求（1）应熟悉的内容同步发电机是电力系统的最重要的元件，它的运行特性对电力系统的运行状态起决定性的影响。电力系统的电磁和机电暂态分析几乎都要始涉及同步电机的暂态过程。通过本章的学习应熟悉根据理想同步电机内部的各电磁量的关系建立的同步电机比较精确而完整的数学模型，为电力系统的暂态研究准备必要的基础知识。（2）应掌握的内容本章应掌握派克变换的基本原理和同步电机稳态运行的电势方程、相量图（图3-12）及等值电路；已知发电机机端电压和电流（或功率）确定空载电势qE。（3）应熟练掌握的内容本章重点熟练掌握同步电机稳态运行的电势方程、相量图（图3-12）及等值电路；已知发电机机端电压和电流（或功率）确定空载电势qE，如例题3-2。62、重点难点分析理解派克变换的实质；同步电机稳态运行的电势方程、相量图（图3-12），已知发电机机端电压和电流（或功率）确定空载电势qE。3、典型例题分析例3-2已知同步电机的参数为：Xd=1.0,Xq=0.6,85.0cos。试求在额定满载运行时的电势Eq和EQ。解：用标幺值计算，额定满载时V=1.0,I=1.0。(一)先计算EQ。由图3-14的相量图可得41.1)85.06.0()53.06.01()cos()sin(2222IXIXVEqqQ(二)确定QE的相位。相量QE和V间的相角差2153.06.0185.06.0sincos11tgIXVIXtgqq也可以直接计算QE同I的相位差)(5385.06.053.0cossin11tgVIXVtgq(三)计算电流和电压的两个轴向分量6.053cos)cos(,8.053sin)sin(IIIIIIqd93.021coscos,36.021sinsinVVVVVVqd(四)计算空载电势Eq73.18.0)6.01(41.1)(dqdQqIXXEE4、作业习题：3-8习题涉及知识点：（1）QE与V、I之间的关系，式（3-70）图3-14电势相量图7（2）qE和QE之间的关系，式（3-69）。3-8解题思路：（1）作出相量图，由相量图求得QE和；（2）计算QE与I的相位差，由此可计算dI、qI和dV；（3）由已经得到的QE与dI，可计算得到qE。第五章电力系统三相短路的暂态过程1、学习要求（1）应熟悉的内容电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象。通过本章的学习应熟悉突然短路时的电磁暂态现象，恒定电势源电路短路过程的分析，同步发电机突然短路暂态过程的物理分析，以及同步电机常用暂态参数的意义及其应用。（2）应掌握的内容重点掌握三相短路的基本概念：短路冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率；以及同步电机常用暂态参数的意义及其应用，特别是相量图5-11和图5-23，已知发电机机端电压和电流（或功率）确定空载电势、暂态电势和次暂态电势，如例题5-1和5-3。（3）应熟练掌握的内容应熟练掌握短路冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率的计算公式；以及同步电机常用暂态参数的意义及其应用，特别是相量图5-11和图5-23，已知发电机机端电压和电流（或功率）确定空载电势、暂态电势和次暂态电势，如例题5-1和5-3。2、重点难点分析无阻尼和有阻尼绕组发电机的短路电流；暂态参数和次暂态参数的意义及其8应用；短路冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率。3、典型例题分析例5-1就例3-2的同步电机及所给运行条件，再给出3.0dX，试计算电势EEq和。解：例3-2中已算出EQ=1.41和Id=0.8，因此dqdQqIXXEE)(17.18.0)6.03.0(41.1根据相量图5-12，可知22)cos()sin(IXIXVEdd187.1)85.03.0()53.03.01(22电势E同机端电压V的相位差为4.1253.03.0185.03.0sincos11tgIXVIXtgdd例5-3同步发电机有如下的参数：0.1dX，6.0qX，3.0dX，21.0dX，31.0qX，85