電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)第1頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)元件及其參數(shù)1概述

2輸電線路

3電力變壓器

4負(fù)荷第2頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)元件、參數(shù)、數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)元件——構(gòu)成電力系統(tǒng)的各組成部件電力系統(tǒng)分析和計(jì)算一般只需要計(jì)及主要元件或?qū)λ治鰡?wèn)題起較大作用的元件概述第3頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月元件參數(shù)——表述元件電氣特征的參量元件特征不同，其表述特征的參數(shù)亦不同。根據(jù)元件的運(yùn)行狀態(tài)，可分為靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)、定參數(shù)和變參數(shù)電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型——元件或系統(tǒng)物理模型（物理特性）的數(shù)學(xué)描述。元件的數(shù)學(xué)模型描述了元件的特性由各種元件構(gòu)成的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型則反映了各元件的有機(jī)組合和相互作用第4頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)分析計(jì)算的一般過(guò)程簡(jiǎn)化—等效電路—數(shù)學(xué)模型—求解－結(jié)果分析例如某輸電線路，其元件參數(shù)為R、X，其等效電路如下：第5頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其數(shù)學(xué)模型為：

直流穩(wěn)態(tài)交流穩(wěn)態(tài)暫態(tài)第6頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路第7頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路結(jié)構(gòu)

電力線路結(jié)構(gòu)：架空線路、電纜線路、混合線路架空線路：導(dǎo)線、避雷線（架空地線），絕緣子，金具和桿塔等主要部件組成電纜線路：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層等主要部件組成架空線路采用的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)型式主要有單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線三種對(duì)于220kV以上輸電線路，為減少線路的電抗和導(dǎo)線電暈，常用分裂導(dǎo)線導(dǎo)線布置：水平、垂直、三角第8頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LGJ-400/50普通鋼芯鋁線LGJJ加強(qiáng)型鋼芯鋁線 LGJQ輕型鋼芯鋁線第9頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路常用線路的穩(wěn)態(tài)參數(shù)有三類：

1.單位長(zhǎng)度基本參數(shù)

電阻－決定線路上有功功率損耗和電能損耗的參數(shù)，是串聯(lián)參數(shù)。電導(dǎo)－用來(lái)描述絕緣子表面泄漏損耗和導(dǎo)線電暈損耗的參數(shù)，是線路并聯(lián)參數(shù)。（電暈－輸電線在高壓情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)線附近地空氣產(chǎn)生電離從而發(fā)生放電現(xiàn)象）

第10頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電抗－導(dǎo)線通過(guò)交流電流時(shí)，在導(dǎo)線及其周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，因而有電感和電抗，電抗是串聯(lián)參數(shù)。電納－導(dǎo)線通過(guò)交流電流時(shí)，在其周圍存在電場(chǎng)，使得輸電線相間及相對(duì)地之間有一定電容存在，因而存在容性電納，電納是并聯(lián)參數(shù)。2.集中參數(shù)和分布參數(shù)3.不對(duì)稱運(yùn)行參數(shù)第11頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路單位長(zhǎng)度電阻

由電路理論:

考慮以下因素：交流電的集膚效應(yīng)，使交流電阻略大于直流電阻；絞線每股長(zhǎng)度略大于導(dǎo)線長(zhǎng)度；導(dǎo)線實(shí)際截面比額定截面略小；修正后電阻率：鋁——31.5Ω㎜2/㎞

銅——18.8Ω㎜2/㎞第12頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月考慮實(shí)際溫度的修正：

：環(huán)境溫度為ｔ°時(shí)導(dǎo)體單位長(zhǎng)度電阻：環(huán)境溫度為２０°時(shí)導(dǎo)體單位長(zhǎng)度電阻：電阻溫度系數(shù)第13頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路單位長(zhǎng)度電抗思路：電抗—電感—磁鏈第14頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路結(jié)構(gòu)架空線路的換位問(wèn)題

目的：在于減少三相參數(shù)不平衡

整換位循環(huán)：一定長(zhǎng)度內(nèi)有兩次換位而三相導(dǎo)線都分別處于三個(gè)不同位置，完成一次完整的循環(huán)。

AAABCCCBB第15頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

經(jīng)一次完整換位后，A相總磁鏈：幾何均距Dm=?第16頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同理，導(dǎo)線ｂ相和ｃ相的磁鏈為：三相導(dǎo)線之間的幾何均距：各相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度等效電感相間單位長(zhǎng)度等效電感各相單位長(zhǎng)度等效電感：第17頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單位長(zhǎng)度架空輸電線路等效電抗：對(duì)分裂導(dǎo)線：鋁、銅適用分裂導(dǎo)線的等效半徑：第18頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分裂導(dǎo)線三相架空線路的電抗

分裂根數(shù)每公里電抗（Ω）

20.3330.3040.28

第19頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路并聯(lián)電導(dǎo)電暈起始電壓（臨界電壓）Ucrm1－粗糙系數(shù)；單股線，m1=1；絞線m1=0.9；m2－氣象系數(shù)；干燥或晴朗天氣，m2=1；霧、雨、霜、暴風(fēng)雨，m2<1；最惡劣情況，m2=0.8；δ－空氣相對(duì)密度；第20頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分裂導(dǎo)線電暈臨界電壓n－分裂導(dǎo)線根數(shù)；km－分裂導(dǎo)線表面的最大電場(chǎng)強(qiáng)度第21頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路并聯(lián)電導(dǎo)：

(S/km)

——三相線路單位長(zhǎng)度電暈損耗（kW/km）。

一般計(jì)算中，取。第22頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路并聯(lián)電容和電納每相架空導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電容為：每千米的電納為：對(duì)分裂導(dǎo)線：

第23頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路參數(shù)小結(jié)增大導(dǎo)線半徑線路電阻減少電暈臨界電壓增大線路單位長(zhǎng)度電感和電容與幾何均距Dm和導(dǎo)線半徑r之比的對(duì)數(shù)成比例對(duì)各類導(dǎo)線x1≈0.4Ω/km

b1≈2.8×10-6S/km高壓輸電線電抗與電阻比值較大第24頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月采用分裂導(dǎo)線，等效增加了導(dǎo)線半徑，可以

減少線路電抗增大電暈臨界電壓減少線路電阻增加線路電納

第25頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路的數(shù)學(xué)模型1.集中參數(shù)：(架空線路300km，電纜100km）第26頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

型等效電路的二端口網(wǎng)絡(luò)方程：A、B、C、D為輸電線路常數(shù)，滿足A=D，AD-BC=1第27頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

型等效電路的二端口網(wǎng)絡(luò)方程：第28頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.分布參數(shù)(架空線路300km以上，電纜100km以上）

第29頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分布參數(shù)：則：γ為線路傳播系數(shù)第30頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第31頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線路首端：線路特征阻抗:線路傳播系數(shù)：第33頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月某500kV輸電線路，r1=0.0262Ω/km，x1=0.281Ω/km,g1=0,b1=3.956×10-6S/km。當(dāng)線路長(zhǎng)度為200km時(shí)集中參數(shù)：

Z=(5.24+j56.2)Ω,Y=j0.7912×10-3S精確計(jì)算分布參數(shù)：

Z’=(0.9924∠-0.06°)·Z≈Z，Y’≈Y第34頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線路長(zhǎng)度600km集中參數(shù)：

Z=(15.75+j168.6)Ω,Y=j2.374×10-3S精確計(jì)算分布參數(shù)：

Z=(13.70+j157.56)Ω,Y=j2.456×10-3S分布參數(shù)與集中參數(shù)相比電阻差13.3%，電抗差6.6%,電納差3.3%第35頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線路長(zhǎng)度1200km集中參數(shù)：

Z=(31.44+j337.2)Ω,Y=j4.75×10-3S精確計(jì)算分布參數(shù)：

Z=(16.6+j254.48)Ω,Y=j5.55×10-3S當(dāng)線路很長(zhǎng)時(shí)，必須使用精確計(jì)算法。第36頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月短線路——<100km的架空線集中參數(shù)，忽略電納B；中等長(zhǎng)度線路——100～300km的架空線、

<100km的電纜線路集中參數(shù)，Π形等值電路；長(zhǎng)線路——>300km的架空線、>100km的電纜線路分布參數(shù)。第37頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻長(zhǎng)線：當(dāng)輸電線路末端負(fù)荷等于zc時(shí)的線路成為均勻長(zhǎng)線。此時(shí)，所以第38頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻長(zhǎng)線的特點(diǎn)：1、無(wú)反射波，，即輸電線路上任一點(diǎn)的電壓、電流之比均等于波阻抗，或者說(shuō)，從輸電線路上任一點(diǎn)看去的入端阻抗均等于特性阻抗。2、，即電能沿線路每傳播一個(gè)單位距離（x=1），則電壓、電流變化：幅值衰減為原來(lái)的，相角滯后β（單位rad），但各點(diǎn)電壓、電流間相位差不變()。因此稱γ為傳播系數(shù)，α為衰減系數(shù)，β為相位系數(shù)。第39頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、忽略電阻和電導(dǎo)，則,為純電阻特性波阻抗

，為純虛數(shù)。表明各點(diǎn)的電壓、電流同相位，電壓、電流在傳輸中幅值不衰減。線路傳輸中既沒(méi)有有功損耗，也沒(méi)有無(wú)功損耗，因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)電抗消耗的無(wú)功恰好等于電納發(fā)出的無(wú)功，從而輸電線路各點(diǎn)的電壓均相等，稱這樣的線路為無(wú)損線路。無(wú)損線路末端帶波阻抗負(fù)荷時(shí)的功率稱為自然功率超高壓第40頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自然功率220kV(1):127MW，330kV(2):353MW，500kV(4):625MW。輸送功率等于自然功率，末端電壓=首端電壓波阻抗單導(dǎo)線385~415歐；

兩分裂導(dǎo)線285~305歐；

四分裂導(dǎo)線255~265歐；第41頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力變壓器第42頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力變壓器2.3.1雙繞組變壓器第43頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙繞組變壓器1.變壓器的二次側(cè)參數(shù)歸算到一次側(cè)的方法：歸算的原則：保證變壓器功率分布不變第44頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.由變壓器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定變壓器參數(shù)

1）短路試驗(yàn)測(cè)定電阻、電抗

變壓器短路電壓百分比為：變壓器短路損耗功率為：第46頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歸算到一次側(cè)的電阻、電抗分別為：

第47頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月２）空載試驗(yàn)測(cè)定電導(dǎo)、電納-變壓器的空載電流百分比為：

-變壓器的空載損耗為：第48頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歸算到一次側(cè)的變壓器電導(dǎo)、電納為：第49頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月某110kV變電站裝有一臺(tái)降壓變壓器，其銘牌參數(shù)為：額定容量20MVA；額定變比為110/11kV；短路電壓us％＝10.5；短路損耗Ps=135kW；空載電流I0％＝2.8；空載損耗P0=22kW。試分別計(jì)算歸算至1、2側(cè)時(shí)變壓器的參數(shù)及其等效電路。第50頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

解：歸算至一次側(cè)，U1N=110kV電阻電抗電導(dǎo)電納第51頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歸算至2次側(cè)，U2N=11kV

第52頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三繞組變壓器三繞組變壓器等效電路：第53頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.空載實(shí)驗(yàn)測(cè)定電導(dǎo)和電納：2.短路實(shí)驗(yàn)測(cè)定各繞組阻抗：變壓器短路實(shí)驗(yàn)測(cè)得的功率損耗和短路電壓百分比分別為：第54頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因此各繞組的短路損耗和短路電壓百分比為：第55頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由此可得三繞組變壓器等效電阻、等效電抗分別為：第56頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月容量比為100/100/50和100/50/100的Ⅱ、Ⅲ類三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)需折算第57頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例2-4有一容量比為100/100/50，額定電壓為220/38.5/11kV，額定容量為90MVA的三繞組變壓器，I0%＝0.856，P0＝187kW，短路電壓及短路損耗見(jiàn)下表。試求歸算至高壓側(cè)的變壓器參數(shù)。

高壓－中壓

中壓－低壓

高壓－低壓

是否折算

短路損耗560kW178kW263kW未折算至SN

短路電壓(%)13.155.720.4

已折算第58頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：設(shè)高、中、低壓側(cè)編號(hào)為1、2、3側(cè)，歸算至高壓側(cè)勵(lì)磁支路導(dǎo)納

第59頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.各繞組電阻，先進(jìn)行短路損耗折算

各繞組短路損耗

第60頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各繞組電阻為

第61頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.各繞組電抗,短路電壓已折算

第62頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于20