1、電力系統分析基礎 目錄穩態部分一 電力系統的基本概念填空題簡答題二 電力系統各元件的特征和數學模型填空題簡答題三 簡單電力網絡的計算和分析填空題簡答題四 復雜電力系統潮流的計算機算法 簡答題五 電力系統的有功功率和頻率調整1電力系統中有功功率的平衡2電力系統中有功功率的最優分配3電力系統的頻率調整六 電力系統的無功功率和頻率調整1電力系統的無功功率平衡2電力系統無功功率的最優分布 3電力系統的電壓調整暫態部分一 短路的基本知識1. 什么叫短路2. 短路的類型3. 短路產生的原因 4. 短路的危害5. 電力系統故障的分類二 標幺制1. 數學表達式2. 基準值的選取3. 基準值改變時標幺值的換算4

2、. 不同電壓等級電網中各元件參數標幺值的計算三 無限大電源1. 特點2. 產生最大短路全電流的條件3. 短路沖擊電流im4. 短路電流有效值Ich四 運算曲線法計算短路電流1 基本原理2.計算步驟3.轉移阻抗4.計算電抗五 對稱分量法1. 正負零序分量2. 對稱量和不對稱量之間的線性變換關系3. 電力系統主要元件的各序參數六 不對稱故障的分析計算1. 單相接地短路2. 兩相短路3. 兩相接地短路4. 正序增廣網絡七 非故障處電流電壓的計算1. 電壓分布規律2. 對稱分量經變壓器后的相位變化穩態部分一一、填空題1、我國國家標準規定的額定電壓有 3kv 、6kv、 10kv、 35kv 、110k

3、v 、220kv 、330kv、 500kv 。2、電能質量包含電壓質量、頻率質量、波形質量三方面。3、無備用結線包括單回路放射式、干線式、鏈式網絡。4、有備用界結線包括雙回路放射式、干線式、鏈式、環式、兩端供電網絡。5、我國的六大電網：東北、華北、華中、華東、西南、西北。6、電網中性點對地運行方式有：直接接地、不接地、 經消弧線圈接地 三種，其中 直接接地 為大接地電流系統。7、我國110kv及以上的系統中性點直接接地，35kv及以下的系統中性點不接地。二、簡答題1、電力網絡是指在電力系統中由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分。2、電力系統是指由發電機、各類變電所和輸電線

4、路以及電力用戶組成的整體。3、總裝機容量是指電力系統中實際安裝的發電機組額定百功功率的總和。4、電能生產，輸送，消費的特點：（1） 電能與國民經濟各個部門之間的關系都很密切（2） 電能不能大量儲存（3） 生產，輸送，消費電能各個環節所組成的統一整體不可分割（4） 電能生產，輸送，消費工況的改變十分迅速（5） 對電能質量的要求頗為嚴格5、對電力系統運行的基本要求（1） 保證可靠的持續供電（2） 保證良好的電能質量（3） 保證系統運行的經濟性6、變壓器額定電壓的確定： 變壓器的一次側額定電壓應等于用電設備額定電壓（直接和發電機相聯的變壓器一次側額定電壓應等于發電機的額定電壓），二次側額定電壓應較線

5、路額定電壓高10%。只有漏抗很小的、二次直接與用電設備相聯的和電壓特別高的變壓器，其二次側額定電壓才可能較線路額定電壓僅高5%。7、所謂過補償是指感性電流大于容性電流時的補償方式，欠補償正好相反，實踐中，一般采用欠補償。 二一、填空題1、按絕緣材料，電纜可分為 紙絕緣 、橡膠絕緣 、塑料絕緣 三種類型。2、架空線路由導線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等構成。3、電纜線路由導線、絕緣層、保護層等構成。4.、導線主要由鋁（Z）、鋼（G）、銅（T）等材料構成。5、線路電壓超過220KV時為減小電暈損耗或線路電抗，采用擴徑導線或分裂導線。6、為了減少三相參數的不平衡采取架空線路的換位。二、簡答題1、 普

6、通鋼芯、鋁線，標號為LGJ,鋁線和鋼線部分截面積的比值為5.36.0。 加強型鋼芯鋁線，標號為LGJT, 鋁線和鋼線部分截面積的比值為4.34.4。 輕型鋼芯鋁線，標號為LGJQ, 鋁線和鋼線部分截面積的比值為8.08.1。2、整換位循環，指一定長度內，有兩次換位而三相導線都分別處于三個不同位置，完成一次完整的循環。3、鋼芯鋁線的電阻，由于可只考慮主要載流部分鋁線部分的載流作用，可認為與同樣額定截面積的鋁線相同。4、分裂導線的采用改變了導線周圍的磁場分布，等效的增長了導線半徑，從而減小了導線電抗。5、單位長度鋼導線的電抗就是單位長度外電抗和內點抗之和。6、電纜線路的電阻路略大于相同面積的架空線

7、路，而電抗則小得多，電抗不是因為電纜三相導體間的距離遠小于同樣電壓級的架空橋路。7、所謂長線路是指在長度100300km之間的架空線路。8、一般線路，指中等及中等以下長度線路，對架空線路，對長度大約為300km,對電纜線路，大約為100km。9、短線路是指長度超過100km的架空線路，線路電壓不高時，這種線路電納的影響一般不大，可略去。10、電力系統負荷的運行特性廣義分為負荷曲線和負荷特性，負荷曲線是指負荷隨時間而變化的規律，負荷特性是指負荷隨電壓或頻繁變化的規律。11、綜合用電負荷是將工業、農業、郵電交通、市政、商業以及城鄉居民所消耗的相加功率，因而稱電力系統的供電負荷；12、供電負荷再加各

8、發電廠本身所消耗的功率廠用電，是系統中各發電機應發的功率，稱電力系統中的發電負荷。13、平均額定電壓是約定的，較線路額定電壓約高5的電壓系列。14、各個量基準值的關系：SB=UBIB，UB=IBZB。三一、填空題1、調整潮流的手段有：串聯電容、串聯電抗、附加串聯加壓器。2、串聯電容的作用是以其電抗抵償線路的感抗。3、串聯電抗的作用與串聯電容相反，主要在限流，將其串聯在重載線段上可避免該線段過載。4、附加串聯加壓器的作用在于產生一環流或強制循環功率，使強制循環功率與自然分布功率的疊加可達到理想值。5、輻射形配電網的接線方式分為輻射式、鏈式、干線式三種網絡。二、簡答題1、電壓降落是指線路始末兩端電

9、壓的相量差。2、電壓損耗是指線路始末兩端電壓的數量差。3、電壓調整是指線路末端空載與負載時的數量差。4、最大負荷利用小時數Tmax指一年中負荷消費的電能W除以一年中的最大負荷Pmax。5、年負荷率指一年中負荷消費的電能w除以最大負荷Pmax與一年的8760h的乘積。6、年負荷損耗率指全年電能損耗除以最大負荷時的功率損耗與一年8760h的乘積。7、最大負荷損耗時間是指全年電能損耗除以最大負荷時的功率損耗。8、線損率或網損率是指線路上損耗的電能與線路始端輸入電能的比值。9、等值負荷功率，即負荷從網絡吸取的功率，就可看作為具有負值的變電所節點注入功率。10、高壓輸電線路的組空往往遠小于電抗，改變電力

10、網絡中節點電壓的大小，所能改變的主要是網絡中無功功率的分布；改變電壓的相位，所能改變的主要是網絡中有功功率的分布。11、輻射形網絡中的潮流是不加控制也無法控制的，它們完全取決于各負荷點的負荷，環形網絡中，環式網絡的潮流，如不采取附加措施，就按阻抗分布，因而也是無法控制的。 兩端供電網絡的潮流雖可借調整兩端電源的功率或電壓適當控制，但由于兩端電源容量有一定的限制，而電壓調整的范圍又要服從對電壓質量的要求，調整幅度都不可能大。12、輻射形配電網潮流計算的特點： （1）輻射形配電網支路數一定小于節點數。因此，網絡節點導納矩陣稀疏度很高。 （2）低壓配電網由于線路阻抗大，一般不滿足RX，因此通常不能采

11、用P-Q解耦法進行網絡潮流計算。 （3）對于末端負荷節點前的支路功率就是末端運算負荷功率，所以可以直接求支路功率損耗和電壓損耗。13、進行環形網絡潮流計算時，有功功率分點和無功功率分點不一致，應以哪一分點作計算的起點？ 答：鑒于較高電壓級網絡中，電壓損耗主要系無功功率流動所引起，無功功率分點電壓往往低于有功功率分點，一般可以無功功率分點為計算的起點。14、進行環形網絡潮流計算時，如果已知的是電源端電壓而不是功率分點電壓，應按什么電壓算起？答：要設網絡中各點電壓均為額定電壓，先計算各線段功率損耗，求得電源端功率后，再運用已知的電源端電壓和求得的電源端功率計算各線段電壓降落。15、任意輻射形網絡潮

12、流計算的步驟：網絡中變電站較多時，先求出等值負荷功率或運算負荷，然后在計算線路各支路的電壓降落和功率損耗。而對既給定末端負荷有給定始端電壓的情況，開始時由末端向始端推算時，設全網電壓都為額定電壓，僅計算各元件中的功率損耗而不計算電壓降落，待求得始端功率后，再運用給定的始端電壓和求得的始端功率由始端向末端逐段推算電壓降落，但這時不再重新計算功率損耗。四簡答題1節點導納矩陣的特點（1）、節點導納矩陣是方陣，其階數就等于網絡中除參考節點外的節點數n. (2)、節點導納矩陣是稀疏矩陣，其各行非零非對角元數就等于與該行相對應節點所連接的不接地支路數。（3）、節點導納矩陣的對角元就等于各該節點所連接導納的

13、總和。（4）、節點導納矩陣的非對角元Yij等于連接節點i、j支路的導納的負值。（5）、節點導納矩陣一般是對稱矩陣，這是網絡的互易特性所決定的。2變量的分類及各自概念根據各個節點的已知量的不同，將節點分為三類：PQ節點、PV節點、平衡節點。（1）、PQ節點：注入功率Pi和Qi已知，節點電壓的大小Ui和相位角待求，負荷節點或發固定功率的發電機節點，數量最多。（2）、PV節點：Pi和Ui已知，Qi和相位角待求，對電壓有嚴格要求的節點，如電壓中樞點。（3）、平衡節點：Ui和相位角已知，Pi、Qi待求，只設一個。3設置平衡節點的目的（1）、在結果未出來之前，網損是未知的，至少需要一個節點的功率不能給定，

14、用來平衡全網功率。（2）、電壓計算需要參考節點。：點、平衡節點。（是對稱矩陣，這事于網絡中除參考哦4雅可比矩陣的特點 （1）、雅可比矩陣各元素均是節點電壓相量的函數，在迭代過程中，各元素的值將隨著節點電壓相量的變化而變化。因此，在迭代的過程中要不斷重新計算雅可比矩陣各元素的值； （2）、雅可比矩陣各非對角元素均與Yij=Gij+jBij有關，當Yij=0，這些非對角元素也為0，將雅可比矩陣進行分塊，每塊矩陣元素均為2*2階子陣，分塊矩陣與節點導納矩陣有相同的稀疏性結構； （3）、非對稱矩陣。 5牛頓拉夫遜法潮流計算的基本步驟 （1）、形成節點導納矩陣YB。 （2）、設各節點電壓的初值。 （3）

15、、將各節點電壓的初值代入修正方程式求不平衡量。 （4）、計算雅可比矩陣各元素。 （5）、解修正方程式，求各節點電壓的變化量。 （6）、計算各節點電壓的新值。 （7）、運用各節點電壓的新值自第三步開始進入下一步迭代。 （8）、計算平衡節點功率和線路功率。 6PQ分解法潮流計算的基本步驟 (1)、形成系數矩陣B、B，并求其逆陣。 （2）、設各節點電壓的初值。 （3）、按式計算有功功率的不平衡量。 （4）、解修正方程式，求各節點電壓相位角的變化量。 （5）、求各節點電壓相位角的新值。 （6）、按式計算無功功率的不平衡量。（7）、解修正方程式，求各節點電壓大小的變化量。（8）、求各節點電壓大小的新值。

16、（9）、運用各節點電壓的新值自第三步開始進入下一次迭代。（10）、計算平衡節點功率和線路功率。 五一電力系統中有功功率的平衡1電力系統的負荷構成第一種，變動幅度很小，周期很短，這種負荷變動有很大偶然性。第二種，變動幅度較大，周期較長，屬于這一種的主要有電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性的負荷變動。第三種，變動幅度最大，周期最長，這一種是由于生產、生活、氣象等變化引起的負荷變動。2電力系統的有功功率和頻率調整分類及各自概念可分為一次、二次、三次調整三種：一次調整：發電機的調速器進行的、對第一種負荷變動引起的頻率偏移的調整。二次調整：發電機的調頻器進行的、對第二種負荷變動引起的頻率偏移的調整。三

17、次調整：按最優化準則分配第三種有規律變動的負荷。3系統電源容量和備用容量的概念系統電源容量：可投入發電設備的可發功率之和。備用容量：系統電源容量大于發電負荷的部分。4備用容量的分類及各自概念 按作用分：.（1）負荷備用：指調整系統中短時的負荷波動并擔負計劃外的負荷增加而設置的備用（2%5%）。（2）事故備用：使電力用戶在發電設備發生偶然性事故時不受嚴重影響，維持系統正常供電所需的備用(5%10%)。（3）檢修備用：使系統中的發電設備能定期檢修而設置的備用。（4）國民經濟備用：計及負荷的超計劃增長而設置的備用。 按存在形式分：（1） 熱備用：指運轉中的發電設備可能發的最大功率與系統發電負荷之差。

18、（2） 冷備用：指未運轉的發電設備可能發的最大功率。二電力系統中有功功率的最優分配1電力系統中的有功功率最優分配包括的內容及各自概念包括：有功功率電源的最優組合和有功功率負荷的最優分配。有功功率電源的最優組合概念：系統中發電設備和發電廠的合理組合。包括：機組的最優組合順序，機組的最優組合數量，機組的最優開停時間。有功功率負荷的最優分配概念：系統中的有功負荷在各個正在運行的發電設備或發電廠之間的合理分配。2 發電機組的耗量特性(1).概念：反映發電機組單位時間內能量輸入和輸出關系的曲線。(2).比耗量：耗量特性曲線上某點的縱坐標和橫坐標之比，及輸入和輸出之比：u=F/P(3).效率：比耗量倒數：

19、n=P/F(4).耗量微增率：耗量特性曲線上某點切線的斜率，表示在該點的輸入增量和輸出增量之比： a=dF/dP3 目標函數和約束條件有功負荷最優分配的目的：在滿足對一定量負荷持續供電的前提下，使發電設備在生產電能的過程中單位時間內消耗的能源最少。滿足條件： 等式約束 f(x、u、d)=0 不等式約束 g(x、u、d)=0使： 目標函數 F=F(x、u、d)最優(1).目標函數系統單位時間內消耗的燃料（火電機組）F =F1(PG1)+F2(PG2)+Fn(PGn)= Fi(PGi)，式中,Fi(PGi)表示某發電設備發出有功功率PGi時單位時間內所需消耗的能源。(2).約束條件等式約束：PGi

20、(min)= PLDj+PL 為網絡總損耗 不計網損時：PGi(min)= PLDj不等式約束：PGi(min)=PGi=PGi(max) QGi(min)=QGi=QGi(max) Ui(min)=Ui=Ui(max)4.等耗量微增率準則 dF1/dPG1=dF2/dPG25.多個發電廠間的負荷經濟分配(不計網損的有功最優分配) （1）目標函數：F=Fi(PGi) 最小 （2）等式約束條件：PGi-PLD=0 構造拉格朗日函數： L=F-a(PGi-PLD) 求拉格朗日函數的無條件極值得：dFi/dPGi=a (i=1,2,，n) （3）功率上下限約束條件：PGi(min)=PGi0表示系統

21、中的無功功率可以平衡且有適量的備用；Qres0表示系統中的無功功率不足，應考慮加設無功補償裝置。其中：電源供應的無功功率QGC由兩部分構成，即發電機供應的無功功率QG和補償設備供應的無功功率Qc。即QGC=QG+Qc無功功率損耗Q包括三部分：變壓器中的無功功率損耗Qt，線路電抗中的無功功率損耗Qx，線路電納中的無功功率損耗Qb，由于Qb屬容性，將其作為感性無功功率損耗論處，則應具有負值。即Q=Qt+Qx-Qb5無功不足應采取的措施：（1）、要求各類用戶將負荷的功率因數提高到現行規程規定的數值。（2）、挖掘系統的無功潛力。例如將系統中暫時閑置的發電機改作調相機運行；動員用戶的同步電動機過勵磁運行

22、等。（3）、根據無功平衡的需要，增添必要的無功補償容量，并按無功功率就地平衡的原則進行補償容量的分配。小容量的、分散的無功補償可采用靜電電容器；大容量的、配置在系統中樞點的無功補償則宜采用同步調相機或靜止補償器。二電力系統無功功率的最優分布1無功功率的最優分布包括：無功功率電源的最優分布和無功功率負荷的最優補償2無功功率電源的最優分布優化無功電源分布的目的：在有功負荷分布已確定的前提下，調整無功電源之間的負荷分布，使有功網損達到最小。其中，網絡的有功網損可表示為節點注入功率的函數。目標函數：網絡的有功網損P=P(P1,P2,Pn ,Q1,Q2,Qn)最小等約束條件：QGi-QLi-Q= 0不等

23、約束條件：PGi(min)=PGi=PGi(max) QGi(min)=QGi=QGi(max) Ui(min)=Ui=Ui(max)構造拉格朗日函數L=P-a (QGi-Q-QLi)=0分別對QGi和a并令其等于零得到結果。三 電力系統的電壓調整1電壓調整的必要性：（1）.電壓偏移過大對電力系統本身及用電設備會帶來不良的影響。a.效率下降，經濟性變差。b.電壓過高，照明設備壽命下降，影響絕緣。c.電壓過低，電機變熱。d.系統電壓崩潰。（2）不可能使所有節點電壓都保持為額定值。a.設備及線路壓降。b.負荷波動。c.運行方式改變。d.無功不足或過剩。2我國規定的允許電壓偏移 35kv及以上電壓供

24、電負荷：-5%+5% 10kv及以下電壓供電負荷：-7%7% 低壓照明負荷：-10%+5% 農村電網：-10%+7.5% 注：故障情況下，電壓偏移較正常時再增大5%，但正偏移不能超過10%。3中樞點的電壓管理 (1)什么是電壓中樞點？ 電壓中樞點系值那些可反映系統電壓水平的主要發電廠或樞紐變電所母線。因很多負荷都由這些中樞點供電，如能控制住這些點的電壓偏移，也就控制住了系統中中大部分負荷的電壓偏移。于是，電力系統的電壓調整問題也就轉化為保證各電壓中樞點的電壓偏移不越出給定范圍的問題。(2)如何選擇電壓中樞點？ 一般可選擇下列母線作為電壓中樞點: a.大型發電廠的高壓母線；b.樞紐變電所的二次母

25、線；c.有大量地方性負荷的發電廠低壓母線。(3)中樞點電壓的允許波動范圍 中樞點i電壓應滿足不等約束條件：Ui(min) =Ui=Ui(max) 中樞點i的在最低電壓Ui(min)等于在地區負荷最大時某用戶允許的最低電壓U(min)加上到中樞點的電壓損耗U (max)。Ui(min)= U(min)+ U (max)中樞點i的在最高電壓Ui(max)等于在地區負荷最小時某用戶允許的最高電壓U(max)加上到中樞點的電壓損耗U (min)。Ui(max)= U(max)+ U (min)(4)。中樞點電壓調整的方式及各自定義 中樞點電壓調整方式一般分為三類：逆調壓，順調壓和常調壓。 逆調壓：最大

26、負荷時升高電壓，但不超過線路額定電壓的105%，即1.05UN；最小負荷時降低電壓，但不低于線路的額定電壓，即UN。供電線路較長、負荷變動較大的中樞點往往采用這種調壓方式。 逆調壓：最大負荷時降低電壓，但不低于線路額定電壓的2.5%，即1.025UN；最小負荷時降低電壓，但不超過線路額定電壓的7.5%，即1.075UN。供電線路不長、負荷變動不大的中樞點，允許采用順調壓。 常調壓：在任何負荷的情況下都保持中樞點電壓為一基本不變的數值，即1.02UN1.05UN。介于上述兩種情況之間的中樞點，還可采用常調壓。4電壓調整的措施 (1)、調節發電機勵磁電流以改變發電機機端電壓，適合于由孤立發電廠不經

27、升壓直接供電的小型供電網。在大型電力系統中發電機調壓一般只作為一種輔助性的調壓措施； (2)、改變變壓器的變比，只有當系統無功功率電源容量充足時這種方法才有效； (3)、改變功率分布P+jQ，使電壓損耗變化，例如無功功率補償調壓；(4)、改變網絡參數R+jX，使電壓損耗變化。5 無功功率補償調壓的措施 （1）利用并聯補償調壓 a補償設備為靜電電容器；.b補償設備為同步調相機；（2）線路串聯電容補償改善電壓質量。暫態部分一 短路的基本知識1. 什么叫短路？所謂短路，是指電力系統正常運行情況以外的相與相之間或相與地之間連接。2. 短路的類型 ：三相短路、二相短路、二相接地短路和單相接地短路3. 短路產生的原因是什么？ 絕緣被破壞（過電壓、雷擊；風、雪、鳥、獸等；絕緣老化、污染；設計、安裝、維護不當，人為因素）4. 短路的危害有哪些？ 引起發熱：1020倍額定電流，達幾萬甚至幾