电力系统稳态分析知识点汇总文档格式.docx
《电力系统稳态分析知识点汇总文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统稳态分析知识点汇总文档格式.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
750/500KV为输电远距离输电网络电压，及区域网之间的互联线路电压
330、220KV多半用于大电力系统的主干线，330KV电压等级是西北网的特有电压等级,也用于省网之间的联络
110KV既用于中小电力系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络
35KV用于大城市或大工业企业内部网络，也广泛用于农村网络
10KV则是常用的更低一级配电电压，只有负荷中高压电动机的比重很大时，才考虑以6KV配电的方案
如何确定额定电压
线路（电网）额定电压=用电设备额定电压
发电机额定电压=105%线路额定电压
升压变压器额定电压：
一次侧=线路额定电压=发电机额定电压（与发电机相关联105%）
二次侧=110%（或105%）线路额定电压
五、电力系统中性点的运行方式（*）
直接接地特点:
供电可靠性低，比较经济；
故障时：
如发生接地故障,构成短路回路，接地相电流很大；
适用范围:
110KV以上系统
不接地特点:
供电可靠性高，绝缘费高；
如发生接地故障，不必切除；
接地相,但非接地相对地电压为相电压
倍。
适用范围：
35KV以下系统
中性点经消弧线圈接地
1、中性点绝缘故障后相电压升高
倍，但线电压不变，供电可靠性高，适用于35KV及以下的网络。
2、110KV及以上网络，考虑到绝缘投资与运行维护费用常采用中性点直接接地系统。
3、在中性点不接地系统,当接地电流超过以下数值时,中性点经消弧线圈接地.
3—6KV网络30A
10KV网络20A
35-60KV网络10A
中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿和欠补偿之分。
过补偿，感性电流小于容性电流。
欠补偿，感性电流大于容性电流
六、电力系统运行的特点、要求（＊）
电能的特点
电能不能大量储存，电力系统在任何时刻的电能必须满足∑PG=∑PL+∑Ploss
对电力系统的要求
1、最大限度的满足用户的用电需求
2、保证安全可靠的供电,按对供电的可靠性的哟求讲负荷分为三级：
一级负荷:
对这一级负荷中断供电，将造成人身事故,经济严重损失,人民生活发
生混乱。
二级负荷:
对这一级负荷中断供电，将造成大量减产,人民生活受影响.
三级负荷：
所有不属于一、二级的负荷，如学校,工厂的附属车间，农电等
保证电能的良好质量（*）
衡量电能质量的的指标为：
电压、频率、波形
电压质量和频率质量一般都以偏移是否超过给定值来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定值的
，给定的允许频率偏移为
.波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。
我国电力系统的额定频率规定为50HZ，
=
保证系统运行的经济性降低一次能源在国民经济一次能源总消耗中的比例，减少煤耗率和线损率，厂用电率等。
第二章电力系统各元件的特性和数学模型
一、电力线路的参数和数学模型
电力线路按结构可分架空线路和电缆线路.
架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等构成。
导线、传输电能；
避雷线、讲雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击；
杆塔、支持导线和避雷线;
绝缘子、使导线和杆塔间保持绝缘；
金具、支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子.
电缆线路由导线、绝缘层、保护层等构成。
绝缘层、使导线与导线、导线与保护层互相绝缘；
保护层、保护绝缘层，并有防止绝缘油外溢的作用。
架空线路的绝缘子分针式和悬式两种，针式绝缘子使用在电压不超过35KV的线路上,悬式绝缘子是成串实用的绝缘子，用于电压为35KV及以上的线路上。
架空线路的换位为减少三项参数的不平衡,输电线路进行换位循环，使三项线路参数尽量平衡。
整换位循环：
指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置,完成一次完整的循环。
二、电力线路的物理现象
热效应电流流过导线时会因电阻损耗而产生热量,电流越大,损耗越大,发热也越厉害.用电阻R描述
磁场效应当交流电流通过电力线路时，在三相导线内部和三相导线的周围都要产生交变的磁场，而交变磁通匝链导线后，将在导线中产生感应电势.用电感L描述.
电场效应当交流电流加在电力线路上时，在三相导线的周围会产生交变的电场，在它的作用下，不同相的导线之间和导线与大地之间将产生位移电流，从而形成容性电流和容性功率。
用电容C描述。
电晕现象和电流泄漏在高电压的作用下,当导线表面的电场强度过高时，当导致输电线周围的空气游离放电（在电力系统中常称这种现象为电晕现象）；
而且由于绝缘的不完善，可能引起少量的电流泄漏等。
用电导G描述。
三、波阻抗和自然功率
如果令线路的r1=0和g1=0，则成为一条无损耗的线路，相应的
，
，它的波阻抗
为纯电阻，传播系数则仅有虚部
称为相位系数。
在无损线路中，当线路末端所接负荷等于波阻抗Zc时，线路末端的功率为纯有功功率。
这个功率成为线路的自然功率。
自然功率常用来衡量长距离输电线路的输电能力,一般220kV及以上电压等级架空线路的输电能力大致接近于自然功率.
四、负荷的运行特性和数学模型
1、负荷和负荷曲线
1。
1电力系统的负荷
电力系统总负荷就是系统中千万个用电设备消耗功率的总和.他们大致分异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备、照明设备若干类。
电力系统综合用电负荷工业、农业、邮电、交通、市政、商业及城乡居民锁消耗的功率综合。
电力系统的供电负荷综合用电负荷加网络中损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功率。
电力系统的发电负荷供电负荷再加各发电厂本身消耗的功率—厂用电，就是系统中各发电机应发的功率
电力系统负荷的运行特性分为两大类：
1、负荷曲线:
负荷随时间而变化的规律;
2、符合特性：
负荷随电压或频率而变化的规律
1.2负荷曲线
按负荷种类分,可分为有功功率负荷和无功功率负荷曲线；
按照时间段长短分,可分为日负荷和年负荷曲线。
按计量地点分，可分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂、乃至整个系统的负荷曲线。
1.2。
1有功功率日负荷曲线
日负荷曲线描述一日内负荷随时间（以小时为单位）变化的曲线。
反映一段时间内负荷随时间而变化的规律用负荷曲线来描述。
最大、最小值之差，即所谓峰谷差。
日负荷曲线它是制订各发电负荷计划的依据。
日负荷率24小时平均负荷与该时间段内的最高负荷的百分比。
2.2有功功率年负荷曲线
一般指年最大负荷曲线，即表示一年内每月最大有功功率负荷变化的曲线。
有功功率年负荷曲线常用语制订发电设备检修计划及计算全年的发电量.
2、负荷的静态特性和数学模型
2。
1负荷的静态特性
负荷特性指负荷功率随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律，因而有电压特性和频率特性之分，进一步可分为静态特性和动态特性.
静态特性：
指电压或频率变化后进入稳态时负荷功率与电压或频率的关系。
动态特性：
指电压或频率急剧变化过程中负荷功率与电压或频率的关系。
由于负荷有功功率和无功功率的变化规律不同，负荷特性还应分为有功功率特性和无功功率特性两种。
第三章简单电力网络的计算和分析
一、潮流计算
潮流计算的目标
针对系统正常稳态运行状态的计算：
给定运行方式下的负荷和某些发电机功率及某些节点电压，求整个系统的电压和功率分布。
潮流计算的用途
检查各元件是否过负荷
各节点电压是否满足要求、计算功率损耗
功率的分布和分配是否合理
潮流计算的重要性-—电力系统最基本的计算
现有系统的运行和扩建
新系统的规划设计
系统的安全估计、静态和暂态稳定分析
潮流计算结果：
各节点电压（大小、相位）、各支路电流及功率分布（功率的传输和功率损耗）
首先从简单网络潮流计算入手,掌握手算潮流的方法和了解系统稳态运行下的物理现象,然后学习复杂网络的潮流计算（侧重于基本的计算机算法）
二、电压降落、电压损耗和电压偏移
电压降落或称线路阻抗中的电压降落，是指线路始末两端电压的向量差，电压降落也是向量，有纵分量和横分量
电压损耗在电力系统中，关心较多的是线路两端电压的数值差，并将这一差值
称为电压损耗。
常用百分数表示为电压损耗％=
在近似计算中，常用电压降落的纵分量来代替电压损耗
电压偏移是指线路始端电压和末端电压与线路额定电压之间的差值，即
和
，分别用他们来衡量两端电压偏离额定电压的程度。
电压偏移常用百分数表示，有始端电压偏移%=
末端电压偏移％=
电压调整是指线路末端空载与负载时电压的数值差
。
电压调整也仅有数值。
不计线路对地导纳时，
，电压调整等于电压损耗,即
电压调整也常以百分值表示，即电压调整％=
式中的为线路末端空载时电压。
输电功率是指线路末端输出有功功率P2与线路始端输入有功功率P1的比值,常以百分值表示,即输电效率％=
因为线路始端输出有功功率P1总大于末端有功功率P2，输电效率总小于100％
可得出以下结论
三、电力线路上的电能损耗
有功功率损耗伴随着电能损耗，从而使电力系统一次能源消耗增加。
对于无功功率损耗虽然它并不直接引起电能损耗，但无功损耗需要由发电机和无功补偿设备供给,从而也增大了他们的容量和所需要的费用.
当无功功率流过线路和变压器时,使总电流增大，因而增大了电阻中的有功功率损耗。
显然系统中不希望无功功率远距离输送，希望用户提高功率因素,无功功率分层控制,就地平衡。
线路等值电抗消耗的无功：
与负荷平方成正比。
对地等值电纳发出的无功：
充电功率,与所加电压平方成正比,与通过负荷无直接关系。
轻载时，线路消耗很少的无功，甚至发出无功。
对于超高压线路，可能引起线路末端电压升高，导致绝缘设备损坏，故线路末端常设并联电抗器,在线路空载或轻载时抵消充电功率,避免线路上出现过电压.
四、电力线路上的电能损耗
最大负荷利用小时数Tmax指一年中负荷消费的电能A除以一年中的最大负荷Pmax,即：
年负荷率一年中负荷消费的电能A除以一年中的最大负荷Pmax与8760h的乘积，即：
年负荷损耗率全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗与8760h的乘积，即:
最大负荷损耗时间全年电能损耗除以功率损耗,即:
求取全年电能损耗的方法有以下两个:
根据最大负荷损耗率计算：
根据最大负荷损耗时间计算：
最大负荷损耗时间
与
和功率因素
均有关系，通过书中表3—1利用
可得到
五、电能经济指标
输电效率指线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值，以百分数表示
线损率或网损率线路上损耗的电能与线路始端输入的电能的比值
六、线路分析结论
1、输电线路的最大传输功率与两端电压的乘积成正比,而与线路的电抗呈反比。
2、增加始端或末端的电压可以提高线路的传输功率极限，但是由于受设备绝缘等因素的限制，其最高电压通常不允许超过一定的容许值，除非提高线路的电压等级,采用更高一级的额定电压。
3、减少线路的电抗比提高电压等级容易和经济得多。
其中,线路采用分裂导线便是减少的措施之一，另一个措施是在线路上串联电容器,用电容器的容抗来补偿线路的一部分感抗.
输电线路功率与电压之间的定性关系
在输电系统，特别是超高压输电系统中，由于线路和变压器的电阻远小于电杭，其结果是有功功率与两端电压相位差之间,无功功率与电压损耗之间呈比较紧密的关系,而有功功率与电压损耗之间、无功功率与电压相位差之间的关系较弱.
有功功率一般是由电压相位相对超前的一端向电压相位相对滞后的一端传送（相当于
）。
对于线路所传输的无功功率，在忽略线路的电阻时有
下式可以得出无功功率与两端电压的关系.
可见，线路传输的无功功率与线路两端电压差即电压损耗成正比。
而且，无功功率一般由电压高的一端向电压低的一端流动。
如果要增加线路始端送到末端的无功功率，需要设法提高始端电压或降低末端电压。
七、辐射形网络中的潮流计算
辐射形电网特点:
线路有明确的始端和末端辐射形电网的分析计算利用已知的负荷、节点电压求取未知节点电压、线路功率分布、功率损耗及始端输出功率。
按已知条件的不同，一般可以分为两种:
已知末端功率、电压:
根据前述方瘩，从末端逐级往上推算已知末端功率、始端电压：
迭代法求解
第四章复杂电力系统潮流的计算机算法
潮流计算中节点的分类
在潮流计算中，给定的量应该是负荷吸收的功发电机发出的功率或者发电机的电压和具有电压调整能力的变电所母线电压。
这样，按照给定量种类的不同，可以将节点分为以下三类：
（1）PQ节点。
给定节点的注入有功功率P和注入无功功率Q，这类节点对应于实际系统中的纯负荷节点（如变电所母线）、有功和无功出力都给定的发电机节点（包括节点上带有负荷卜以及联络节点（注入有功和无功功率都等于零）。
这类节点占系统中的绝大多数，它们的节点电压有效值和相位未知.
（2）PV节点.给定节点的注入有功功率尸和节点电压已知效值,待求量是节点的注入无功功率Q和电压的相位e。
这类节点通常为发电机节点，其有功出力给定而且具有比较大的无功容量,它们能依靠自动电压调节器的作用使母线电压保持为给定值。
有时将一些装有无功补偿设备的变电站母线也处理为PV节点.
（3｝平衡节点。
在潮流计算中，必须设置一个平衡节点，其电压有效值为给定值,电压相位为B—D,即系统其它各节点的电压相位都以它为参考；
而其注入的有功功率和无功功率都是待求量。
第五章电力系统的有功功率和频率调整
一、电力系统的有功平衡
频率偏移对电能用户的影响
电力设备在额定频率下设计:
好技术经济性能,是电能质量的另一重要指标。
用户观点：
要求提供合格哪优质电能商品。
影响举例:
电动机:
变化,转速改变,影响产品质量。
电子设备:
对
敏感，要求更高，现代投资环境。
火电厂主要设备：
水泵、风机、磨煤机都是异步电机，
下降，输出下降,有功发电下降，
进一步下降,恶性循环.
有功功率和系统频率的关系
1.电力系统的频率与发电机的转速的关系
在稳态运行情况下，全系统各点的频率都相等,所有发电机都保持同步运行。
每一台发电机的转速与系统频率之间的关系为
Hz
n：
发电机转速
p:
发电机极对数
发电机的转速取决于其转轴上的原动机的机械功率
和发电机输出的电磁功率
电网
：
的体现当发电机
.平衡时，
不变负荷
随机变化引起
随机变化，
无法突变，引起
随机变化。
结论：
频率偏移不可避免
·
为了保持系统的频率在额定值附近，需要不断调整原动机的输入功率，使发电机的偷出功率与系统负荷有功功率的变化相适应，从而使发电机的稳态转速变化不致过大。
因此，系统频率的控制，与负荷有功功率的变化及其在发电机间的分配以及发电机组功
率的控制密切相关。
2.有功负荷的变动及控制
实际的负荷变化比图中的曲线1要复杂得多，除了在总体上呈连续变化的趋势以外还包含呈随机变化的部分,在随机变化的部分中，主要是变化幅度较小、变化周期较短（以几秒钟为周期）的随机分量；
有的还具有变化幅度稍大、变化周期稍长的（以几分钟为周期）脉动分量。
另外一种负荷变动基本上可以预计,其变动幅度最大，周期也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动，有规率的。
电力系统频率的一次调整对变化幅度较小、变化周期较短（以几秒钟为周期）的随机分量，由发电机组的调速器来调整，当调速器的测速系统感受到发电机转速变化时（如转速下降），调速器的执行机构会自动调节发电机的功率（增加发电机功率）,由调速器来平衡负荷变动的方式常称为电力系统频率的一次调整;
一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。
电力系统频率的二次调整对变化幅度稍大、变化周期稍长的（以几分钟为周期）脉动分量，只由发电机组的调速器动作不能满足频率偏差的要求，由系统中指定发电机组的调频器来调整，这种调整称为电力系统频率的二次调整;
二次调频厂往往是系统的平衡节点.
电力系统频率的三次调整对变动可以预计的负荷,根据预测负荷采用有功功率经济分配，由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。
这种调整称为电力系统频率的三次调整。
负荷预测的简要介绍
电力系统经济调度的第一个问题就是研究用户的需求，即进行电力负荷预测，按照调度计划的周期，可分为日负荷预测，周负荷预测和年负荷预测.不同的周期的负荷有不同的变化规律：
1.第一种变动幅很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性
2。
第二种变动幅度较大，周期也较长,属于这种负荷的主要有:
电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动;
3.第三种变动基本上可以预计,其变动幅度最大，周期也最长,是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动.
负荷预测的精度直接影响经济调度的效益,提高预测的精度就可以降低备用容量,减少临时出力调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的经济性和安全性。
负荷预测分类:
1.安全监视过程中的超短期负荷预测;
日调度计划；
3.周负荷预测；
4。
年负荷预测；
5。
规划电源和网络发展时需要用10-20年的负荷预测值.
有功功率电源和系统的备用容量
1.有功功率电源
电力系统中有功功率电源是各众电厂的发电机.
系统中的总装机容量=所有发电机额定容量之和
但系统中的电源容量并不一定始终等于所有发电机额定容量之的电和，这是因为并不是所有发电机组不间断地全部投入运行（停运、检修等）,且投入运行的发电机组也不是全部按额定容量发电。
系统中电源容量=可投入发电设备的可发率之和投入运行的发电设备可发功率之和是真正可供调度的系统电源容量.其不应小于包括网损和厂用电在内的系统（总）发电负荷。
2.系统的备用容量
系统电源容量大于发电负荷的部分，可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。
（1）负荷备用容量。
负荷备用容量是为了适应系统中短时的负荷波动，以及因负荷预测不准而产生的计划外负荷增加，一般取负荷的2％-5%
（2）事故备用容量。
事故备用容量是为了防止因机组发生事故使有功产生缺额而设置的备用容量,其大小应根据系统容量、发电机台数、单位机组容量、机组的事故概率以及系统的可靠性指标等确定.一般取为系统最大负荷的5％-—｝｝0％，且应大于系统中最大机组的容量.
（3）检修备用。
检修备用是为系统中的发电设备能进行定期检修而设置的备用容量。
通常机组的检修安排在系统负荷较低的季节和节假日进行，如果这些时间不够安排，则需设置专门的检修备用容量。
（4）国民经济备用。
国民经济备用指适应负荷的超计划增长而设置的备用。
负荷备用和事故备用是在系统每天的运行过程中都必须加以考虑和安排的，检修备用在安排每年运行方式时加以考虑,而国民经济备用则属于电力系统规划和设计考虑的内容。
热备用热备用是指所有投入运行的发电机组可能发出的最大功率之和与全系统发电负荷之差，因而也称运转备用或旋转备用。
负荷备用必须以热备用的形式存在于系统之中。
事故备用中一部分应为热备用,另一部分可以冷备用的形式存在于系统之中。
冷备用冷备用容量是指系统中处于停止运行状态，但可以随时待命启动的发电机组最大出力的总和。
冷备用可以作为检修备用和国民经济备用及一部分事故备用。
要保证电力系统运行过程中的频率质量,首先必须满足在额定频率下系统有功功率平衡的要求，除了满足有功功率平衡要求以外,在系统中还必须安排适当的备用容量，有功功率平衡和备用要求可以归纳为：
一发电机i的可用有功出力，g为系统中发电机的总数
一全系统总的最大负荷；
一全系统的最大有功功率损耗和厂用电；
一全系统总有功功率备用容量.
二、电力系统中有功功率的最优分配
电力系统中有功功率的最有分配有两个主要内容，包括有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。
有功功率电源的最优组合
是指系统中发电设备或发电厂的合理组合.通常所说的机组的合理开停，包括三个部分：
1。
机组的最优组合顺序
2.机组的最优组合数量
3。
机组的最优开停时间
涉及的是系统中冷备用容量的合理分布问题。
各类发电厂的运行特点和合理组合
只对各类发电机的运行特点及对它们承担负荷的合理顺序作一说明
1.各类发电厂的运行特点
火力发电厂的特点有
（1）火力发电厂的锅炉和汽轮机都有一个技术最小负荷，也就是约束条件，锅炉的技术最小负荷取决于锅炉燃烧的稳定性，其值约为额定负荷的25％～70％，因锅炉类型和燃料种类而异。
汽轮机的技术最小负荷约为额定负荷的10％～15％
（2）火力发电厂锅炉和汽轮机的退出运行和再度投入不仅要耗费能量，而且要花费时间,又易于损坏设备.
（3）火力发电厂的锅炉和汽轮机承担急剧变动的负荷时,也是既要额外耗费能量，又花费时间。
（4）火力发电厂锅炉和汽轮机的高温高压设备效率高，可以灵活调节的范围窄.中温中压设备效率较前者低，但可以灵活调节的范围较前者宽。
低温低压设备效率最低，技术经济指标最差。
（5）热电厂（供热式火力发电厂）与一般火电厂的区别在于热电厂的技术最小负荷取决于其热负荷,因而称强迫功率.由于热电厂抽气供热，其效率较高。
原子能发电厂的特点有:
（1）原子能发电厂反应堆的负荷基本上没有限制，因此，其技术最小负荷主要取决于汽轮机，也约为额定负荷的10%15%。
（2）原子能发电厂的反应堆和汽轮机退出运行和再度投入皆承担急剧变动负荷时，也要耗费能量、花费时间，且易于损坏设备.
（3）原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。
水力发电厂的特点有：
（1）为综合利用水能，保证河流下游的灌溉、通航，水电厂必须向下游释放一定水
升级会员 