电力系统分析课程总结.doc
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1、电力系统分析课程总结电力系统分析课程总结报告学院(部): 电气学院 专业班级: 电气工程 学生姓名: * 指导教师: * 2014年 6 月 28 日I目录1电力系统概述和基本概念11。1电力系统概述11。2电力系统中性点的接地方式32电力系统元件参数和等值电路32。1电力线路参数和等值电路42。2变压器、电抗器的参数和等值电路42。3发电机和负荷的参数及等值电路52。4电力网络的等值电路53简单电力网络潮流的分析与计算63。1电力线路和变压器的功率损耗和电压降落63.2开式网络的潮流计算73.3环形网络的潮流分布74电力系统潮流的计算机算法74。1电力网络的数学模型84.2等值变压器模型及其
2、应用84。3节点导纳矩阵的形成和修改84。4功率方程和变量及节点分类94。5高斯-塞德尔法潮流计算94。6牛顿-拉夫逊法潮流计算94.7P-Q分解法潮流计算95电力系统有功功率的平衡和频率调整105。1电力系统中有功功率的平衡105。2电力系统的频率调整116电力系统的无功功率平衡和电压调整116。1电力系统中无功功率的平衡126。2电力系统的电压管理126。3电力系统的几种调压方式136.4电力线路导线截面的选择137电力系统各元件的序参数和等值电路147。1对称分量法147.2同步发电机的负序电抗和零序电抗147。3异步电动机的参数和等值电路157。4变压器的零序参数和等值电路157。5电
3、力系统的序网络158电力系统故障的分析与实用计算158.1由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算168.2电力系统三相短路的实用计算168。3电力系统不对称短路的分析与计算168.4电力系统非全相运行的分析179机组的机电特性179。1电力系统运行稳定性的基本概念179。2同步发电机组的运动方程式179.3发电机的功-角特性方程式189。4异步电动机的机电特性189.5自动调节励磁系统对功-角特性的影响1810电力系统的静态稳定性1910。1电力系统静态稳定性的基本概念1910.2小扰动法的基本原理和分析在电力系统静态稳定性中的应用1910.3电力系统电压、频率及负荷的稳定性2010.4调
4、节励磁对电力系统静态稳定性的影响2010.5保证和提高电力系统静态稳定性的措施2011电力系统的暂态稳定性2111。1电力系统暂态稳定性概述2111。2简单电力系统暂态稳定性的定性分析2211。3简单电力系统暂态稳定性的定量分析2211.4发电机转子运动方程的数值解法2211。5提高电力系统暂态稳定性额措施23致谢23211电力系统概述和基本概念通过本章的学习,对电力系统的各种概念和各种接线方式有了一定的了解,本章主要学习了:电力系统是由实现电能生产、输送、分配和消费的各种设备组成的统一整体。电能生产过程的最主要特点是,电能的生产、输送和消费在同一时刻实现。对电力系统运行的基本要求是,安全、优
5、质、经济地向用户供电。电能生产还必须符合环境保护标准。 电力系统中各种电气设备的额定电压和额定频率必须同电力系统的额定电压和额定频率相适应。要了解电源设备和用电设备的额定电压同电力网的额定电压等级的关系。各种不同电压等级的电力线路都有其合理的供电容量和供电范围。电力网的接线方式反映了电源和电源之间,电源盒负荷之间的联接关系。不同功能的电力网对其接线方式有不同的要求。发电厂把别种形式的能量转换成电能,电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户,再通过各种电气设备转换成适合用户需要的别种能量。这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。火电厂的汽轮
6、机、锅炉、供热管道和热用户,水电厂的水轮机和水库等则属于与电能生产相关的动力部分。电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路.在交流电力系统中,发电机、变压器、输配电设备都是三相的,这些设备之间的连接状况,可以用电力系统接线图来表示。为简单起见,电力系统接线图一般画成单线的。主要知识点如下总结所示。1.1电力系统概述一、电力系统概述1、电力系统的基本概念(1)电力系统:是指由生产、输送、分配电能的设备,使用电能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。(2)动力系统:在电力系统的基础上又加上动力设备,统称为动力系统.(3)电力
7、网络:电力系统中,各种电压等级的输配电力线路及升降压变压器所成为的部分称为电力网络。2、电力系统的发展概况(1)1882年,英国建成第一座发电厂,原始线路输送的是低压直流电。(2)同年,法国人德普列茨提高了直流输电电压,被认为是世界上第一个电力系统。(3)1891年,第一条三相交流输电线路在德国运行,三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。(4)目前,大电力系统不断涌现,甚至出现全国性和国际性电力系统。(5)我国已建成华东、东北、华中、华北、西北、华南六个跨省电力系统,独立的省属电力系统还有山东、福建、海南、四川和台湾系统。3、电力接线图(1)地理接线图:按比例显示电力系统中各发电
8、厂和变电所相对地理位置,它反映电力线路的路径和相互间的联接,但不能完全显示各电力元件间的连接情况。(2)电气接线图:显示系统中各电力元件之间的电气联系,但不能反映发电厂和变电所的相对地理位置。二、对电力系统运行的基本要求根据电能生产、输送、消费的特殊性,对电力系统运行有如下三点要求。1、保证可靠地持续供电根据用户对用电可靠性的要求,将负荷分为三个等级:第一级负荷 第二级负荷 第三级负荷 电力系统供电的可靠性,就是要保证一级负荷在任何情况下都不停电,二级负荷尽量不停电,三级负荷可以停电.2、保证良好的电能质量良好的电能质量有三个指标:电压质量、频率质量和波形质量。(1)电压偏移:一般不超过用电设
9、备额定电压的5%。(2)频率偏移:一般不超过0。2 0.5Hz。(3)波形畸变率:指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。3、提高系统运行的经济性电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以及电厂的厂用电率和电力网的网损率等.中性点经消弧线圈接地方式中性点不接地方式中性点有效接地方式中性点全接地方式中性点经低电抗、中低电阻接地方式1.2电力系统中性点的接地(需要断路器遮断单 相接地故障电流的)(单相接地电弧能够瞬间熄灭的)方式1、大接地电流方式的电力系统 优点:快速切除故障,安全性好;经济性好 缺点:供电可靠性差2、小接地电流方式的电力系统 优点:供电可靠性高;安全性好 缺点:经济性差;
10、易出现谐振电压2电力系统元件参数和等值电路本章主要讲述了电力系统元件参数和等值电路,三相交流电力系统常用星形等值电路来模拟,对称运行时,可用一相等值电路进行分析计算。本章讲的是一相等值电路的参数.架空线路的一相等值参数的计算公式是在三相对称运行状态下导出的。在一相等值电感中考虑了相间互感的影响。架空线路的换位可使各相的等值参数接近相等.采用分裂导线相当于扩大了导线的等效半径,因而能减小电感,增大电容。双绕组变压器等值电路中的电阻、电抗、电导和电纳,可根据变压器铭牌中给出的短路损耗、短路电压、空载损耗和空载电流这四个数据分别算出。对于三绕组变压器,要了解三个绕组的容量比,对于绕组容量不等的变压器
11、,如果给出的短路损耗和短路电压尚未折算为变压器额定容量下的值,先要进行折算,并将折算值分配给各个绕组,然后再按有关公式计算各绕组的电阻和电抗。电力系统中习惯采用标幺制,一个物理量的标幺值是指该物理量的实际值与所选基准值的比值。采用标幺制,首先必须选择基准值。基准值的选择,原则上不应有什么限制。实际上基准值的选择总是希望有利于简化计算和对计算结果的分析评价。在多级电压的电力网中,基准功率是全网统一的,基准电压则按不同电压等级分别选定,一般选为各级的平均额定电压。2.1电力线路参数和等值电路一、电力线路结构简述1、架空线路 (1)导线 (2)避雷线 (3)杆塔 (4)绝缘子 (5)金具2、电缆线路
12、二、电力线路的参数三、电力线路的等值电路由于正常运行的电力系统三相是对称的,三相参数完全相同,三相电压、电流的有效值相同,所以可用单相等值电路代表三相。因此,对电力线路只作单相等值电路即可。严格地说,电力线路的参数是均匀分布的,但对于中等长度以下的电力线路可按集中参数来考虑.这样,使其等值电路可大为简化,但对于长线路则要考虑分布参数的特性.2.2变压器、电抗器的参数和等值电路一、双绕组变压器的参数和等值电路1、阻抗(1)电阻。变压器的短路损耗Pk可近似地等于额定电流通过变压器时,高低压绕组总电阻中的三相有功功率损耗Pr,即Pk=Pr.而三相电阻中的有功功率损耗为所以(2)电抗。在电力系统计算中
13、,对于大容量的变压器其电抗数值近似等于其阻抗的模的数值,它的电阻可以忽略不计。于是变压器短路电压的百分数为 所以二、三绕组变压器的参数和等值电路 由书中介绍的方法求得电阻、电抗、导纳,可得三绕组变压器的等值电路。三、自耦变压器的参数和等值电路自耦变压器和普通变压器的端点条件相同,二者的短路试验、参数的求法和等值电路的确定也完全相同.2.3发电机和负荷的参数及等值电路此节讲了两部分内容,一是发电机的电抗和电动势,讲解了发电机电抗和电动势的求法,并可得出发电机的等值电路;第二部分讲了负荷的功率、阻抗和导纳,详细讲述了负荷的功率、阻抗和导纳的求法。2。4电力网络的等值电路为了调压的需要,双绕组变压器
14、的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组,除主分接头外,还有若干分接头可供使用。例如,对于无载调压变压器容量一般为6300kVA以下者,有三个分接头,分别对应电压为1.05UN、UN、0.95UN,调压范围为5UN;容量为8000kVA以上的变压器有五个分接头,分别从1.05UN、1.025UN、UN、0。975UN、0。95UN处引出,调压范围为22.5UN。而变压器低压绕组没有分接头。变压器的额定变比就是主分接头电压与低压绕组额定电压之比。变压器实际变比是运行中变压器的高、中压绕组实际使用的分接头电压与低压绕组的额定电压之比。在电力系统计算中,有时采用平均额定电压之比,此时变压器各绕组的额定
15、电压被看作是其所连电力线路的平均额定电压。因此变压器的变比将为变压器两侧电力线路平均额定电压之比。此节讲了三部分主要内容,一是以有名制表示的等值网络,主要采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算;二是以标幺制表示的等值网络,主要采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算;三是等值网络的使用和简化。3简单电力网络潮流的分析与计算潮流计算是电力系统分析中一种罪基本的计算,它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态,如各母线上的电压、网络中的功率分布及功率损耗等。开式网络一般是指由一个电源点通过树状(辐射状)网络向若干个负荷节点供电的网络.潮流计算的已知条件通常是电源点的电压和
16、负荷点的功率,待求的是电源点以外的各节点电压和网络中的功率分布.可以采用逐步逼近的方法,将每一轮的计算分两个步骤进行,第一步,从负荷点开始,逆着功率传送的方向,计算各支路的功率损耗和功率分布;第二步,从电源点开始,顺着功率传送的方向,计算各支路的电压降落。支路计算顺序的确定和两个步骤的迭代计算都可以很方便的用计算机来完成。不计网络损耗时,两端供电网络中每个电源点送出的功率都由两部分组成,第一部分是负荷功率,可按照类似于力学中的力矩平衡公式算出;第二部分是由两端电压不等而产生的循环功率.利用节点功率平衡条件找出功率分点后,就可在该点将原网络拆开,形成两个开式网络.实际电力系统的潮流计算主要采用牛
17、顿拉夫逊法。按电压的不同表示方法,牛顿拉夫逊法潮流计算分为直角坐标形式和极坐标形式两种.牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性,但要求有合适的初值。P-Q分解法是极坐标形式的牛顿拉夫逊法潮流计算的一种简化算法。3.1电力线路和变压器的功率损耗和电压降落本节主要讲了四部分主要内容.一是电力线路的功率损耗和电压降落,详细介绍了各个损耗和电压降落的计算方法。对于电力线路的功率损耗和电压降落的计算,可用标么制,也可以用有名制。用有名制计算时,每相阻抗、导纳的单位分别为、S;功率和电压的单位为MVA、MW、Mvar和kV,功率角为(o)。而以标么制计算时,为rad,所以用rad表示的功率角已是标么值。二是变压器的
18、功率损耗和电压降落,变压器的功率损耗和电压降落的计算与电力线路的不同之处在于:变压器以形等值电路表示,电力线路以形等值电路表示;变压器的导纳支路为电感性,电力线路的导纳支路为电容性;近似计算中,取,可将变压器的导纳用不变的负荷代替,即三是电力网络的电能损耗,四是运算负荷和运算功率。3。2开式网络的潮流计算一、简单开式网络的潮流计算,其计算的步骤和内容如下:1、计算网络的元件参数2、潮流计算。二、变电所较多的开式网络的潮流分布当已知末端电压时,可以用已知末端电压及末端功率的方法逐段推算至始端,从而算出各支中功率及各点电压。 当已知始端电压时,就相当于已知始端电压和末端负荷的情况: 开始由末端向始
19、端推算时,设全网电压都为网络的额定电压,仅计算各元件中的功率损耗而不用计算电压,从而求出全网的功率分布;然后由始端电压及计算所得的始端功率向末端逐段推算出电压降落,从而求出各点电压。此时不必重新计算功率损耗与功率分布.3.3环形网络的潮流分布本节主要讲解了环形网络的潮流分布、两端供电网络的潮流分布、环形网络的潮流计算、网络变换法、环形网络中的经济功率分布。为了降低网络的功率损耗,可采用的调整控制潮流的手段主要有三种: (1)串联电阻.其作用是以其容抗抵偿线路的感抗。将其串联在环式网络中阻抗相对过大的线段上,可起转移其他重载线段上流通功率的作用。 (2)串联电抗。其作用与串联电容相反,主要是限流
20、。将其串联在重载线段上可避免该线段过载。但由于其对电压质量和系统运行的稳定性有不良影响,这一手段未曾推广。(3)附加串联加压器。其作用在于不但可以调电压大小,还可调电压的相位角,使环网产生一环流功率,可使强制循环功率与自然分布功率的叠加达到理想值.4电力系统潮流的计算机算法第三章讨论简单电力网络的潮流分布计算,理解了与之相关的各种物理现象。对于复杂电力网络的潮流计算,一般必须借助电子计算机进行。运用电子计算机,一般要完成以下步骤: 1、建立电力网络的数学模型 2、确定解算方法 3、制定计算流程和编制计算程序 本章将着重讨论前两项,主要阐述在电力系统潮流的实际计算中常用的、基本的方法。实际电力系
21、统的潮流计算主要采用牛顿拉夫逊法。按电压的不同表示方法,牛顿拉夫逊法潮流计算分为直角坐标形式和极坐标形式两种。牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性,但要求有合适的初值。P-Q分解法是极坐标形式的牛顿拉夫逊法潮流计算的一种简化算法。4.1电力网络的数学模型 电力网络的数学模型指的是将网络有关参数及其相互关系归纳起来,组成可以反映网络性能的数学方程式组。也就是对电力系统的运行状态、变量和网络参数之间相互关系的一种数学描述。有:1、节点电压方程2、回路电流方程3、割集电压方程等 节点电压方程又分为以节点导纳矩阵表示的节点电压方程和以节点阻抗矩阵表示的节点电压方程。4.2等值变压器模型及其应用一、变压器为非标
22、准变比时的修正 无论采用有名制或标么制,凡涉及多电压级网络的计算,在精确计算时都必须将网络中所有参数和变量按市价变比归算到同一电压等级。实际上,在电力系统计算中总是有些变压器的实际变比不等于变压器两侧所选电压基准值之比,也就是不等于标准变比,而且变压器的变比在运行中是可以改变的。这将使每改变一次变比都要从新计算元件参数,很不方便.下面将介绍另一种可等值地体现变压器电压变换功能的模型。二、等值变压器模型三、等值变压器模型的应用4.3节点导纳矩阵的形成和修改一、节点导纳矩阵的形成节点导纳矩阵的计算归纳总结如下:1、 节点导纳矩阵的阶数等于电力网络中除参考点(一般为大地)以外的节点数。2、 节点导纳
23、矩阵是稀疏矩阵,其各行非对角非零元素的个数等于对应节点所连的不接地支路数。3、 节点导纳矩阵的对角元素,即各节点的自导纳等于相应节点所连支路的导纳之和,即4、节点导纳矩阵的非对角元素 等于节点 和 间支路导纳的负值,即5、节点导纳矩阵是对称方阵,因此一般只需要求取这个矩阵的上三角或下三角部分。6、对网络中的变压器,采用计及非标准变比时以导纳表示的等值电路,并将之接入网络中。然后按此等值电路用前述方法很方便地形成节点导纳矩阵。在实际程序中,往往直接计算变压器支路对节点导纳矩阵的影响。二、第二部分介绍节点导纳矩阵的修改。4。4功率方程和变量及节点分类该节主要介绍了功率方程、变量的分类和节点的分类。
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