1、電氣工程基礎匯總1.1.1 電力系統的定義一次能源(primary energy)：自然界提供的動力資源，包括煤炭、石油、天然氣(統稱為化石燃料fossil fuel)，水能，風能，太陽能，地熱能，潮汐能等。二次能源：由一次能源轉換得到易于傳輸和使用的能源，最典型的就是電能。發電廠(power plants/power stations)：將不同種類的一次能源轉換為電能的工廠。電力網(electrical power network/electrical power system)：將電能從發電廠輸送到用電側的網絡，包括變壓器和輸電線路。由變電站和不同電壓等級輸電線路組成的網絡稱為電力網。電力

2、系統(electrical power system/power system)：由發電廠內的發電機、電力網和用電設備按照一定的規律連接組成的統一整體稱為電力系統。動力系統：電力系統加上發電廠內的動力部分統稱為動力系統。1.1.1 電力系統的定義電力網電力系統動力系統1.1.2 電力系統的組成 電力系統就是由各種電壓等級的輸電線路將發電機，變電站和用戶連接成為一體的系統，完成發、輸、變、配、用的完整過程 發電 power generation 輸電 power transmission 變電 power transformation 配電 power distribution 用電 power

3、 utility1.1.2 電力系統的組成 電力網根據電壓等級可以分為： 輸電網(power grid/transmission network)：整個電力網中輸電電壓等級最高的部分，在我國是330kV500kV，輸電距離超過300km。這部分電網將位于偏遠能源產地的發電廠產生的電能輸送到用電負荷中心，并作為不同的大區電網和省網之間的聯絡線。輸電網加上發電機稱為bulk power system(發輸電系統)。 地區電網(subtransmission network)：輸電電壓等級在我國是110kV220kV，輸電線路距離在50km以上，連接發電廠并向用戶負荷中心供電。 配電網(distri

4、bution network)：在我國電壓等級在10kV35kV，輸電距離50km以內，用于從終端變電站向工業用戶、商業、民用和農村用電負荷直接供電的部分。1.1.2 電力系統的組成 變電站根據電壓等級和作用可分為： 樞紐變電站：一般高壓500kV/330kV，中壓220kV，低壓110kV。處于聯系電力系統各部分的中樞位置，地位重要，容量大，一旦出現故障，會產生很嚴重的影響。 中間變電站：一般高壓220kV，中壓110kV，低壓35kV。將發電廠，樞紐變電站和負荷中心聯系起來，處于電源和負荷的中心位置，一般110kV或35kV側可以直接向較大的工業用戶供電。 終端變電站(local subs

5、tation)：一般高壓110kV，中壓35kV，低壓10kV。通常是降壓變電站，將110kV進線功率降壓到35kV供工業用戶，降壓到10kV供商業/民用用戶。1.1.3 電力系統的特點4個 電能不能大量存儲，生產和消費過程同時完成 供需不平衡就會產生系統穩定的破壞 有功需求不平衡導致頻率波動頻率、有功全網統一調整 無功需求不平衡導致電壓波動電壓、無功就地平衡 過渡過程十分短暫 機電暫態過程不超過秒級，必須依靠高度自動化的監測、控制、保護與自動裝置保證電力系統的安全穩定運行1.1.3 電力系統的特點 電力系統有較強的地區性特點 能源集中分布在偏遠地區；負荷中心集中在城市 西電東送，北煤南送 水

6、火協調 與國民經濟關系密切 經濟發展，電力先行 電力發展滯后造成大面積停電，工廠不得不停工或錯峰運行1.1.5 聯合電力系統的優勢 合理利用資源，協調不同一次能源的發電容量 水電跨流域調度 水火協調 可以采用大容量發電機組，提高機組運行效益 系統故障或供需不平衡條件下，區域間可以相互提供支援 減少總備用容量 提高整個電網的供電可靠性和安全穩定性 是不是越大越好？ 復雜的機電磁耦合，過大的電力系統會產生無法控制的振蕩 電網越大，發生聯鎖停電事故波及范圍越廣，事故影響越嚴重 多大合適？熱力網熱力網水水庫庫23kV鍋鍋爐爐10kV35kV工業用戶工業用戶220/380V居民用戶居民用戶反反應應堆堆2

7、3kV220kV110kV500kV樞紐變電站地區電網中間變電站配電網終端變電站輸電網10kV桿上變壓器1.2.1 火力發電廠 火力發電廠的分類 朗肯(Rankine)循環做功流體依次汽化、液化 布雷頓(Brayton)循環做功流體始終保持氣態 1.2.1 火力發電廠 特點 一次性投資比較少，建設周期短，見效快。 可以靠近負荷中心，減少電能的大容量、遠距離傳輸，增強電網的穩定性。 運行費用高：耗煤量大，設備繁多，控制操作復雜，廠用電和運行人員都比較多。 最優單機容量600MW左右，小型火電機組很不經濟。 由于鍋爐本身的物理限制，火電機組爬坡速率有限，從停機到開機到帶滿負荷要8個小時以上，開停機

8、成本高，適宜帶基本負荷。 做調峰、調頻電廠會增加損耗，降低效率，而且增加設備故障率。 對環境還是有一定影響1.2.2 水力發電廠 特點 生產過程簡單，設備少，可以實現高度自動化。 啟停迅速，發電出力調節快速，開機到帶滿負荷不超過1分鐘，極其適合提供調峰、調頻。 運行費用低。 抽水蓄能電廠是目前唯一的可以大規模存儲電能的實用方法。 大型水電工程通常遠離負荷中心，需要高電壓、大容量、遠距離送電，會帶來電網穩定運行方面的問題。 土建規模大，建設費用高昂，建設周期長。 發電量受水流條件影響很大。豐水期為避免棄水，一般宜帶基荷，不宜做調峰調頻使用；枯水期發電量不到豐水期的30%。 環境問題 未來水電如何

9、發展？ 我國的水電廠多了嗎？1.2.6 儲能技術 常見儲能技術 抽水蓄能 壓縮空氣儲能 飛輪儲能 化學儲能蓄電池 鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池 氫氣儲能 超導磁體儲能 超級電容器 可再生能源基本上都是間斷性能源，功率輸出不穩定，必須和儲能技術配合，因此可再生能源發電的發展大大促進了儲能技術的發展。1.2.6 儲能技術 常見儲能技術的比較 不同的應用場景適合不同的儲能方案 長時間，大容量：抽水蓄能、壓縮空氣適合于大電網 長時間，中等容量：氫氣儲能，鉛酸電池適合于分布式發電、中低壓電網 短時間，大容量：飛輪，超導磁體，超級電容器適合于分布式發電、中低壓電網 短時間，小容量：鎳氫電池、鋰電池適合于便攜

10、、小功率應用，也許會被超級電容取代 放開思路，還有其它儲能方法： 儲熱：家庭中可以通過熱水器，熱泵等設備儲熱；前面講過太陽能熱電廠中通過熔融硝酸鹽作為介質儲熱 相變儲能 1.3.2 負荷曲線日負荷曲線1.3.2 負荷曲線 年負荷曲線 年持續負荷曲線 橫坐標范圍是8760小時。將1年內系統負荷的數值大小從大到小按照其持續小時數依次排列 安排發電生產計劃的重要依據 確定發電報價策略的重要依據1.4.3 波形質量指標 諧波 正弦的電流流經非線性電路時會產生非正弦的電壓 電力電子設備會產生諧波電流，成為電網中的諧波電流注入源 電流和電壓的諧波畸變會產生無功功率，降低功率因數，增大系統損耗并影響電氣設備

11、的正常運行 什么是諧波？ 諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數倍1.3.1 負荷的分類 按供電可靠性分類 一類用戶 絕不允許出現供電中斷 2路以上獨立電源，自身備用電源 二類用戶 盡量保證供電連續性 2路以上電源 三類用戶 允許短時停電 單路電源1.5.2 電力系統電壓等級 高壓電壓等級 6、10、35、（60）、110、（154）、220、330和500KV 制定電壓等級的基本假設 用電設備的容許電壓偏移一般為5% 沿線路的電壓降落一般為10% 在額定負荷下，變壓器內部的電壓降落約為5%1.5.2 電力系統電壓等級 根據以上假設規定電壓等級 線路額定電壓就是電壓等級規定的

12、額定電壓UN 用電設備額定電壓為線路額定電壓UN 發電機額定電壓為線路額定電壓的105%UN 變壓器額定電壓 一次側(算用電設備) 額定電壓等于用電設備額定電壓UN 直連發電機的升壓變等于發電機的額定電壓1.05 UN 二次側(算電源1.05UN ，加變壓器內耗5%) 額定電壓等于用電設備額定電壓的110% UN1.5.2 電力系統電壓等級示例：1.6.1 接地的概念 如何實現工作接地 ？ 電氣設備（電力變壓器、電壓互感器或發電機）的中性點接地 又稱為電力系統中性點接地。 電力系統的中性點：星形連接的變壓器或發電機的中性點。 中性點接地方式的分類非直接接地系統直接接地系統大電流接地系統大電流接

13、地系統小電流接地系統小電流接地系統中性點直接接地中性點直接接地經小阻抗接地經小阻抗接地中性點不接地中性點不接地經消弧線圈接地經消弧線圈接地1.6.2 小電流接地系統 中性點經消弧線圈接地補償方式 全補償 IL=IC，電容電流全部被補償，接地點電流為零 電網將產生串聯諧振，中性點電壓可能會達到很高的數值，不能采用 欠補償 ILIC，補償后的殘余電流呈電感性1.4.2 頻率質量指標 我國規定的電網標準頻率為50Hz 頻率的波動對電動機等設備會造成嚴重影響，頻率過低會導致頻率崩潰，引起電網瓦解 規定限值 大容量系統允許頻率偏差0.2Hz 中小容量系統允許頻率偏差0.5Hz1.5.1 電力系統接線方式

14、 輸電網接線方式雙端電源輸電線路并架雙回線1.5.1 電力系統接線方式 輸電網接線方式環網結構本章小結 電力系統的組成 電力系統：發、輸、變、配、用(牢記) 電網：輸電網、地區電網、配電網(牢記) 變電站：樞紐、中間、終端 發電生產過程 3種電廠的發電生產過程和各自的優缺點(熟悉，尤其是水電、火電) 負荷 3類負荷 日負荷曲線、年負荷曲線的作用 電能質量指標 電壓、頻率允許的波動范圍(牢記)電壓等級的規定(牢記)1.6.4 中性點接地方式的確定2.1.2 架空線路 架空線路的換位ABCAAABBBCCC目的在于減少三相參數不平衡目的在于減少三相參數不平衡 整換位循環：指一定長度內有兩次換位而三

15、相導線整換位循環：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。都分別處于三個不同位置，完成一次完整的循環。 滾式換位滾式換位 換位方式換位方式 換位桿塔換位換位桿塔換位2.2.1 架空線路的等值參數 有哪些參數？ 電阻：反映線路通過電流產生的有功功率損失效應 電抗：反映載流導線周圍產生的磁場效應 電導：反映線路帶電時絕緣介質中產生泄漏電流以及導線附近空氣游離產生的有功功率損失 電納：反映帶電導線周圍的電場效應假定每單位長度的電阻為假定每單位長度的電阻為r1(/km)，電抗為，電抗為x1 (/km)，電導為，電導為g1 (S/km)，電納為，電納為b1 (S/km

16、)，則長度為，則長度為l的架空線路參數為：的架空線路參數為：lrR1lxX1lgG1lbB1() () (S) (S) 2.1.2 架空線路 架空線路 導線：主要由鋁、鋼、銅等材料制成 避雷線：一般用鋼線例如：LGJ400/50表示載流額定截面積為400mm2、鋼線額定截面積為50mm2的普通鋼芯鋁線。 架空線路的標號： 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *2.1.2 架空線路 導線為增加架空線路的性能而采取的措施 目的：減少電暈損耗或線路電抗 多股線 其安排的規律為：中心一股芯線，由內到外，第一層為6股，第二層為12股，第三層為18股，以此類推 擴徑導線 人為擴大導線直徑，但不增加

17、載流部分截面積。不同之處在于支撐層僅有6股，起支撐作用 分裂導線 將每相導線分成若干根，相互間保持一定的距離2.1.2 架空線路 桿塔 按用途分 直線桿塔 耐張桿塔 終端桿塔 轉角桿塔 換位桿塔 按材質分 鋼筋混凝土桿(水泥桿) 鐵塔2.2.1 架空線路的等值參數 電阻Sr1導線材料的電阻率導線材料的電阻率(mm2/km)S導線的截面積導線的截面積(mm2)鋁鋁=31.5(mm2/km)；銅；銅=18.8(mm2/km)考慮隨溫度的變化考慮隨溫度的變化)20(1 20trrt電阻的溫度系數，鋁電阻的溫度系數，鋁0.0036(1/)，銅，銅0.00382(1/) 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件

18、 page *2.3.1 變壓器的等值參數 變比：變比k指原方、副方空載線電壓的比值Y/Y型和型和/型接法的變壓器型接法的變壓器21wwk Y/型接法的變壓器型接法的變壓器213wwk 變壓器在高壓側一般有多個分接頭變壓器在高壓側一般有多個分接頭：變壓器的實際運行變比，是兩側繞組實際工作抽頭的變壓器的實際運行變比，是兩側繞組實際工作抽頭的空載線電壓之比空載線電壓之比2.2.1 架空線路的等值參數 電抗三相線路，每相導線有自感，導線之間有互感。三相線路，每相導線有自感，導線之間有互感。假設三相線路對稱排列，或經過完全換位，單位長度的電抗為：假設三相線路對稱排列，或經過完全換位，單位長度的電抗為：

19、)/( 0157. 0lg1445. 01kmrDxge近似計算：近似計算：x1=0.4/km3bcacabgeDDDD三相對稱排列三相對稱排列 : Dge=D三相水平排列三相水平排列 : Dge=1.26D2.2.1 架空線路的等值參數 電抗分裂導線：分裂導線：近似計算：近似計算：2分裂導線分裂導線 x1=0.33/km；3分裂導線分裂導線 x1=0.30/km；4分裂導線分裂導線 x1=0.28/km)/( 0157. 0lg1445. 01kmmrDxeqgemkmkeqdrr12正常運行時不允許產生正常運行時不允許產生電暈，計算中電導總是電暈，計算中電導總是取取0，即，即g=02.2.

20、1 架空線路的等值參數 電納三相導線之間以及相與地之間具有分布電容三相導線之間以及相與地之間具有分布電容當線路上有電壓時，這些分布電容形成電納當線路上有電壓時，這些分布電容形成電納(S/km) 10lg58. 72611eqgerDfCb2.2.2 等值電路100300km之間的輸電線路采用之間的輸電線路采用型等值電型等值電路路100km以下線路可忽略線路電納。以下線路可忽略線路電納。300km以上線路用多個以上線路用多個型等值電路串聯等值。型等值電路串聯等值。2.3.1 變壓器的等值參數電力系統中變壓器大部分是三相變壓器，計算時采用單相等值電力系統中變壓器大部分是三相變壓器，計算時采用單相等

21、值電路。雙繞組變壓器采用電路。雙繞組變壓器采用型等值電路表示：型等值電路表示：l電阻表示電流流過變壓器原方、副方繞組產生的有功損耗電阻表示電流流過變壓器原方、副方繞組產生的有功損耗(銅損銅損)，銘牌上，銘牌上通過短路損耗通過短路損耗Ps(Pk)表示表示;l電抗表示變壓器自感、繞組互感當電流流過時產生的電壓降，銘牌上通電抗表示變壓器自感、繞組互感當電流流過時產生的電壓降，銘牌上通過短路電壓百分比過短路電壓百分比Us%(uk%)表示表示;l電導表示激磁電流流過變壓器鐵芯產生的有功損耗電導表示激磁電流流過變壓器鐵芯產生的有功損耗(鐵損鐵損)，銘牌上通過空，銘牌上通過空載損耗載損耗P0表示。表示。l電

22、納表示變壓器的激磁無功功率，銘牌上通過空載電流值電納表示變壓器的激磁無功功率，銘牌上通過空載電流值I0%表示。表示。2.3.4 變壓器的型等值電路 雙繞組變壓器實際電力系統計算中，必須同時計入變壓器的變比：實際電力系統計算中，必須同時計入變壓器的變比：忽略激磁支路：忽略激磁支路： 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *2.3.4 變壓器的型等值電路 雙繞組變壓器kIIUkZIUT2121122122111) 1()()()1 (UkkUUkYIUUkYUYkITTT阻抗歸算到一次側的等值電路：阻抗歸算到一次側的等值電路：2.3.4 變壓器的型等值電路 雙繞組變壓器如果阻抗歸算到二次側：

23、如果阻抗歸算到二次側：對應等值電路為對應等值電路為:2.3.1 變壓器的等值參數 電阻)( 10322NNSTSUPRlPS是短路損耗，單位是短路損耗，單位kW；UN是額定電壓，單位是額定電壓，單位kV；SN是變壓器額定容是變壓器額定容量，單位量，單位kVA。l若若UN取一次側額定電壓，取一次側額定電壓，RT歸算到一次側；歸算到一次側；l若若UN取二次側額定電壓，取二次側額定電壓，RT歸算到二次側。歸算到二次側。n電抗電抗)( 10100%32NNSTSUUXn電導電導n電納電納)( 10320SUPGNT)( 10100%320SUSIBNNT2.3.2 三繞組變壓器的參數型等值電路：型等值

24、電路：2.3.2 三繞組變壓器的參數 電阻銘牌上給定短路損耗銘牌上給定短路損耗:一個繞組開路時，另一個繞組開路時，另2個繞組的短路損耗個繞組的短路損耗Ps1-2，Ps2-3，Ps3-1131332322121sssssssssPPPPPPPPP211332313322123213211212121ssssssssssssPPPPPPPPPPPP每個繞組的電阻：每個繞組的電阻：)( 10)( 10)( 10322333222232211NNSTNNSTNNSTSUPRSUPRSUPR2.3.2 三繞組變壓器的參數 電阻三繞組變壓器三個繞組的額定容量可能不等，按規定有三繞組變壓器三個繞組的額定容量

25、可能不等，按規定有100/100/100，100/50/100,100/100/50(高高/中中/低壓低壓)三種。銘牌上的額定容量是高壓繞組的容三種。銘牌上的額定容量是高壓繞組的容量。后量。后2種情況下，銘牌上的短路損耗還要先進行一次折算。種情況下，銘牌上的短路損耗還要先進行一次折算。132131332232322122121450100450100100100sssssssssPPPPPPPPP132131332232322122121100100450100450100sssssssssPPPPPPPPP容量比為容量比為100/100/50，折算公式：折算公式：容量比為容量比為100/50

26、/100，折算公式：折算公式：假設高壓繞組為編號假設高壓繞組為編號1，2.3.2 三繞組變壓器的參數 電抗電抗計算過程與電阻相同：電抗計算過程與電阻相同：計算電抗不需要容量比折算計算電抗不需要容量比折算(Us%是相對值，銘牌數據已折算是相對值，銘牌數據已折算)實際變壓器中，排列在鐵芯中間的繞組電抗值會比較小，或實際變壓器中，排列在鐵芯中間的繞組電抗值會比較小，或者是負值。者是負值。%21%21%21%213231321322123231211ssssssssssssUUUUUUUUUUUU)( 10100%)( 10100%)( 10100%322333222232211NNsTNNsTNNs

27、TSUUXSUUXSUUXn其它參數其它參數電導、電納、變比和雙繞組相同電導、電納、變比和雙繞組相同2.3.4 變壓器的型等值電路 三繞組變壓器2.4 發電機的等值參數發電機采用帶有一定內阻抗的電壓源表示，等值電路為：發電機采用帶有一定內阻抗的電壓源表示，等值電路為：2.6.1 標幺制的概念 幺就是1，標幺就是以1為基準(per unit) 基準值有名值標幺值 2.6.2 基準值的選擇 選擇額定值作為基準值 電力系統的電氣量：電壓、電流、功率、阻抗 4個量中只要設置2個基準值 推算另外2個基準值 按照習慣：選定電壓UB和功率的基準值SBBBBBBBBSUIUUSI2B3 Z3這樣選擇基準值，三

28、相電路中計算功率、阻抗時就不用再考慮這樣選擇基準值，三相電路中計算功率、阻抗時就不用再考慮 的系數的系數 32.6.3 不同基準值下電氣量的換算以變壓器為例，變壓器的以變壓器為例，變壓器的US%實際上就是以變壓器額定容量實際上就是以變壓器額定容量SN和額定電壓和額定電壓UN為基準值的電抗標幺值，假設要把該電抗值換算為基準值的電抗標幺值，假設要把該電抗值換算到全網統一的基準電壓到全網統一的基準電壓UB和基準容量和基準容量SB下，應該如何換算？下，應該如何換算？先算成有名值：先算成有名值：NNSNSSUuZu2T100%100%X(UN單位單位kV，SN單位單位MVA)再換算成新基準值下的標幺值再

29、換算成新基準值下的標幺值222T*100%XBBNNSBBTBTUSSUuUSXZX同類除以同類2.6.4 多級電壓電網中電氣元件標幺值的計算 基準容量全網統一取值，一般是100MVA 近似計算法 每個電壓等級取本等級的平均電壓作為基準值 按我國規定，平均電壓取額定電壓的1.05倍，忽略變壓器的變比2.6.5 標幺制的優缺點 優點 直觀：所有電氣量都以額定值為基準，正常值都應該在1左右浮動，很容易判別運行參數是否偏高或偏低 例題見課本P169頁注意：最終計算結果必須換算為有名值有名值 = 標幺值基準值 要記得換算3f23.1.1 基礎知識復習 基本概念 功率(power) 設備發出或吸收能量隨

30、時間的變化率 功率 ，單位W(VA) 關聯正向：當電壓和電流取關聯正向的時候，乘積取正號。若功率為正，表示設備是一個負載，從外部電路吸收功率。 由能量守恒，任何電路中功率代數和為0： 能量(energy) 能量最終的目的是用來做功，做功的結果是能量的轉換 能量是功率的積分 ，單位Whivdtdwp 0pttttidtvpdtw003.1.1 基礎知識復習 相量 電力系統中，總是假設電流和電壓波形是正弦波，頻率恒定（工頻50Hz） 電力系統穩態分析中，總是使用相量(phasor)描述正弦的電壓和電流波形正弦波正弦波)cos(2)(utUtutjjeUetuu2Re)(用復數用復數uUU表示正弦波

31、表示正弦波u(t)電力系統分析穩態計算中，所有的計算都是復數運算電力系統分析穩態計算中，所有的計算都是復數運算 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.1.2 電氣元件的電壓降落和功率損耗 線路的電壓降落一段輸電線路：一段輸電線路：單相等值電路單相等值電路: 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *輸電線路的電壓降落輸電線路的電壓降落:221)(IjXRUUUd分解為同向和垂直的分解為同向和垂直的2個分量個分量:2222222222sincossincosRIXIUXIRIU線路末端的復功率：線路末端的復功率：222222*222sincosIjUIUIUS22222222 U

32、RQXPUUXQRPU可得線路首端的電壓為：可得線路首端的電壓為：已知線路末端電壓，求首端電壓已知線路末端電壓，求首端電壓2221222221122222222221 )()(UUUtgUUUUUURQXPjUXQRPUUUUU 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *已知線路首端電壓，求末端電壓已知線路首端電壓，求末端電壓11121111 URQXPUUXQRPU可得線路末端的電壓為：可得線路末端的電壓為：1111212112211111111112 )()(UUUtgUUUUUURQXPjUXQRPUUUUU以上都是同一電壓等級里的計算 例題見P1513.1.3 開式電力網的潮流計算

33、開式電力網開式電力網：只有一端有電源的電力網一個由一個由3段線路組成的單電壓等級開式電力網段線路組成的單電壓等級開式電力網已知：供電電源點已知：供電電源點A的電壓的電壓UA，節點，節點b，c，d的功率的功率要求節點要求節點b，c，d的電壓的電壓LDdLDcLDbSSS和,單電壓等級開式電力網單電壓等級開式電力網潮流計算的基本要求：已知部分節點的功率（一般是負荷節點）和部分節點的電壓（一般是電源點），求全網所有節點的電壓1. 輸電線路輸電線路型等值電路的導納支路用額定電壓下充電功率代替型等值電路的導納支路用額定電壓下充電功率代替 212NiBUBQi2. 充電功率與負荷功率合并，成為節點的運算負

34、荷充電功率與負荷功率合并，成為節點的運算負荷 33221BLDddBBLDccBBLDbbQjSSQjQjSSQjQjSS負荷功率是消耗有功和無功為正，而線路電容是產生無功功率，所以是減法等值電路等值電路3. 從最后一段線路開始，利用線路額定電壓，計算每段線路的功從最后一段線路開始，利用線路額定電壓，計算每段線路的功率損耗：率損耗：2222222232333332333 ),( , ),( ,LNLcLNLdSSSjXRUSSSSSSSSjXRUSSSS 一直推算到首端一直推算到首端1S4. 根據前述公式，已知首端電壓和功率，計算第根據前述公式，已知首端電壓和功率，計算第1段線路的電壓段線路的

35、電壓降落，得到降落，得到Ub，再依次推算，再依次推算Uc和和Ud例例3-1：開式電力網如下圖所示，線路參數標于圖中，線路額開式電力網如下圖所示，線路參數標于圖中，線路額定電壓為定電壓為110kV，如電力網首端電壓為，如電力網首端電壓為118kV，試求運行中全電，試求運行中全電網的功率和電壓分布。各點負荷為：網的功率和電壓分布。各點負荷為：SLDb=(20.4+j15.8)MVA, SLDc=(8.6+j7.5)MVA, SLDd=(12.2+j8.8)MVA。MVAjjUBjUBjSSMVAjjjjUBjUBjSSMVAjjjUBjSSNNLDbbNNLDccNLDdd)62.144 .20(

36、 )11010213. 11101020.82j-j15.8(20.422)53. 66 . 8( )11010277. 011010282. 05 . 76 . 8( 22)33. 82 .12( )11010277. 08 . 82 .12(224242122242423222423P151頁簡化計算：簡化計算：在在35kV以下線路中，可以忽略電納支路以下線路中，可以忽略電納支路；計算每段線路的功率；計算每段線路的功率損耗時，可以忽略后面線路功率損耗的影響，并用額定電壓代損耗時，可以忽略后面線路功率損耗的影響，并用額定電壓代替實際負荷點電壓，計算公式簡化為：替實際負荷點電壓，計算公式簡化為

37、：1,2,3)( ),(2iUXQRPUjXRUSSNiiiiiiiNiLibcdcddSSSSSSSSS123 3.1.3 開式電力網的潮流計算多電壓等級開式電力網多電壓等級開式電力網手算：手算：采用有名值，每段線路按自己的額定電壓計算采用有名值，每段線路按自己的額定電壓計算線路采用線路采用型等值電路；型等值電路；變壓器采用阻抗串聯非標準變比，勵磁支路表示為節點注入功率變壓器采用阻抗串聯非標準變比，勵磁支路表示為節點注入功率如第二章標幺值一節所述即使在標準檔位，變比也不為13.1.3 開式電力網的潮流計算多電壓等級開式電力網多電壓等級開式電力網計算機算法：計算機算法：采用標幺值采用標幺值線路

38、和變壓器都采用線路和變壓器都采用型等值電路。型等值電路。3.1.3 開式電力網的潮流計算多電壓等級開式電力網多電壓等級開式電力網例例3-2：兩級電壓開式網如下圖所示。兩級電壓開式網如下圖所示。變壓器參數：變壓器參數：SN=16000kVA, Po=21kW, I0(%)=0.85, Pk=85kW, Uk(%)=10.5，變比，變比K=110kV/11kV; 110kV線路參數：線路參數：r0=0.33/km, x0=0.417/km, b0=2.7510-6s/km；10kV線路參數：線路參數：r0=0.65/km，x0=0.33/km；110kV線路首端供電電壓為線路首端供電電壓為117k

39、V；負荷：負荷：SLDc=（11+j4.8）MVA, SLDd=（0.7+j0.5）MVA。求網絡的電壓和功率分布。求網絡的電壓和功率分布。1. 計算元件參數計算元件參數110kV線路：線路： R1 = r0l1 = 0.3340 = 13.2 X1 = x0l1 = 0.41740 = 16.68 B1 = b0l1 = 2.7510-640 = 1.110-4S10kV線路：線路： R2 = r0l2 = 0.655 = 3.25 X2 = x0l2 = 0.335 = 1.65變壓器：變壓器：11/110)136. 0021. 0( )1600010086. 021(100(%)41.7

40、910160001001105 .1010100(%)02. 410160001108510 0003232322322KMVAjjSIjPSSUUXSUPRNNNkTNNkT2. 功率分布計算功率分布計算MVAjjjXRUSSkVNLDd)012. 0024. 0()65. 125. 3(105 . 07 . 0)(10222222222線路阻抗功率損耗：MVAjjjjSSSSLDcLDdc)312. 5724.11()8 . 411012. 0024. 05 . 07 . 0( 2：變壓器二次側送出功率j1.088)MVA(0.055 )41.7902. 4(110312. 5724.11

41、 )( 222212jjXRUSSTTNcT耗：變壓器阻抗支路功率損MVAjjjjjUBjSSSSkVNTcb)87. 58 .11()666. 0136. 0021. 0088. 1055. 0312. 5724.11(2 1102110線路末端功率：j0.239)MVA(0.189)68.162 .13(11087. 58 .11 )( 11022211212jjXRUSSkVNbl線路阻抗功率損耗：MVAjjjjUBjSSSNlba)443. 5989.11( )666. 0239. 0189. 087. 58 .11( 2 211首端輸入功率：3. 電壓分布計算電壓分布計算j6.109

42、)MVA(11.989)666. 0443. 5989.11(2211jjUBjSQjPSNaaaakVUXQRPUUUUbaaaaab78.114 11768.16109. 62 .13989.11117 111點電壓：MVAjjjSSQjPSTcbbb)4 . 6779.11()088. 1055. 0312. 5724.11(kVKUXQRPUKUUUcbTbTbbTbc994.1011110/94.109 )11/110/(78.11441.794 . 602. 4779.1178.114 / )(/ )( 點電壓：MVAjjjSSQjPSdddd)512. 0724. 0()012.

43、 0024. 05 . 07 . 0(210.7kV)994.1065. 1512. 025. 3724. 0994.10( 222cddccdUXQRPUUUUd點電壓：計及變壓器的變比 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.2.1有功和頻率調整的基本概念 頻率變化的原因（考察概念） 頻率由全網發電機的轉速決定，所有發電機必須同步旋轉 失步機組必須被盡快從系統中切除 剛開機的機組，必須在頻率和電壓接近電網頻率和電壓的條件下并網，通過電網強大的慣性拖入同步(準同期并網) 作用在發電機轉子上的動力矩和阻力矩的平衡使得發電機穩定旋轉 動力矩是原動機的力矩(機械轉矩) 阻力矩是發電機端電

44、磁功率產生的轉矩(電磁轉矩) 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.2.1有功和頻率調整的基本概念 頻率變化的原因 發電機 發電機開機加勵磁以后，機端就會感應產生電壓 發電機并網以后才有定子電流，有電壓和電流才有電磁功率 能量守恒，任何時刻發電機的電磁功率都與負荷功率加上電網損耗平衡： 負荷 負荷功率發生改變時，全網的功率分布就會發生變化 電磁波以接近光速傳播，發電機機端的電磁功率會由于全網的功率重新分布瞬時發生變化(這種功率的變化通過潮流計算得到) 頻率波動 由于原動機的機械慣性，原動機產生的動力矩不可能馬上跟上電磁轉矩的變化，發電機的轉速就會產生變化，因此電網的頻率也會產生變化

45、 結論：頻率全網調節，通過調節原動機的輸出功率進行調節lossLDiGiPPP 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.2.4 電力系統的頻率特性假設發電機和負荷穩定運行在假設發電機和負荷穩定運行在A點點，此時頻率為，此時頻率為f0，功率為，功率為P0假設負荷功率從假設負荷功率從PLD增加到增加到 ,新的穩定運行點由負荷和發電機新的穩定運行點由負荷和發電機的頻率特性共同決定，即的頻率特性共同決定，即B點點發電機增加的輸出功率發電機增加的輸出功率fKPPPGG01負荷減少的功率負荷減少的功率fKPPPDD12負荷功率的變化引起的頻率變化為負荷功率的變化引起的頻率變化為fKKPPPPPD

46、GDGLDLDLD)(K表示引起單位頻率變化需要的負荷變化量。K越大，表示系統的慣性越大，頻率越穩定。電力系統的功頻特性系數DGKKKLDP發電機 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.2.5 電力系統頻率調整 頻率二次調整頻率二次調整通過發電機的轉速控制機構同步器實現。同步器的作用是調節整定點的位置實現發電機功頻特性的平移，使頻率回到額定頻率。初始穩定運行點為初始穩定運行點為A，負荷功率從，負荷功率從PLD增加到增加到僅依靠發電機的一次調頻，頻率會降到僅依靠發電機的一次調頻，頻率會降到f1。如果人工進行二次調頻，調整調速器的如果人工進行二次調頻，調整調速器的整定位置，向上平移發電

47、機功頻特性到整定位置，向上平移發電機功頻特性到新的穩定運行點為新的穩定運行點為C。二次調頻引起的發電機功率輸出增加為二次調頻引起的發電機功率輸出增加為GGGPPP0(線段線段AD)一次調頻引起的發電機功率輸出增加為一次調頻引起的發電機功率輸出增加為DE負荷減少的功率為負荷減少的功率為EF頻率僅從頻率僅從f0減小到減小到f2 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.2.5 電力系統頻率調整 頻率二次調整選擇主調頻廠二次調頻的過程不是自動完成，而是由調度下令，由調頻廠的運行人員手動調整發電機的調速器整定點完成，將系統頻率恢復到額定頻率。一般一個電網只設置一個主調頻廠，如果主調頻廠的可調容

48、量不夠，則輔助調頻廠在調度命令下參與調整。枯水期可以選擇大型的水電廠作為主調頻廠。豐水期可以選擇中溫中壓的火電廠作為調頻廠。 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.2.5 電力系統頻率調整 頻率的三次調整 電網的自動發電控制功能AGC和經濟調度功能ED ED每5分鐘計算一次，根據復雜的算法以全網煤耗最小為優化目標將發電出力分配到每臺機組 AGC根據電網頻率的變化在ED計算的基礎上再疊加一個調整增量 AGC和ED將目標出力值通過通信通道下達到機組 機組通過一個自動的控制回路自動調整發電機調速器的整定點來調整發電機的出力到給定目標值 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.2

49、.6 有功功率平衡和系統負荷在各類發電廠間的合理分配 各類發電廠負荷的合理分配不同類型的發電廠有不同的技術經濟特性和運行條件，必須根據其具體特點安排它們在負荷曲線中承擔的負荷。核電廠：帶基本負荷水電廠：豐水期盡量利用，滿開機，減少棄水，適宜帶基本負荷，此時火電廠可以安排計劃檢修水電廠：枯水期，有調節能力的水電廠適宜做調峰調頻火電廠：大容量，高溫高壓機組宜帶基本負荷火電廠：中等容量、中溫中壓機組用于調峰調頻 頻率由全網發電機的轉速決定，所有發電機必須同步旋轉 頻率全網調節，通過調節原動機的輸出功率進行調節 我國規定：頻率偏差范圍為0.20.5Hz3.2.6 有功功率平衡和系統負荷在各類發電廠間的

50、合理分配 有功平衡和備用容量任何時刻，電力系統中的發電出力都與負荷和損耗平衡：任何時刻，電力系統中的發電出力都與負荷和損耗平衡：plantlossLDiGiPPPP全網總發電出力全網總負荷功率網損廠用電n為保證電網正常運行，電網中必須保留一定的備用容量，為保證電網正常運行，電網中必須保留一定的備用容量，備用容量包括：備用容量包括：l負荷備用：為適應電網中每天負荷波動設置的備用容量。負荷備用：為適應電網中每天負荷波動設置的備用容量。l檢修備用：保證機組和輸電設備計劃性檢修而保留的備用容量。檢修備用：保證機組和輸電設備計劃性檢修而保留的備用容量。l事故備用：防止電網故障產生功率缺額保留的備用容量。

51、事故備用：防止電網故障產生功率缺額保留的備用容量。l國民經濟備用：防止負荷超計劃增長保留的備用容量。國民經濟備用：防止負荷超計劃增長保留的備用容量。n備用形式包括：備用形式包括：l熱備用熱備用(旋轉備用旋轉備用)：運行機組不滿載，保留一部分容量。：運行機組不滿載，保留一部分容量。l冷備用冷備用(停機備用停機備用)：未開機但可以正常運行的機組。：未開機但可以正常運行的機組。3.3.1 基本概念 如何保證電壓的穩定性 電力系統的運行電壓水平由電力系統中的無功平衡決定 無功輸出過多會導致電壓過高燒毀設備，無功供給不足會導致電壓過低 輸電線路電抗遠大于電阻，因此無功功率不能遠距離傳輸，只能就地平衡 結

52、論：調電壓就是調無功，無功就地平衡，通過調節無功電源的輸出調節電壓水平3.3.2 無功功率平衡 無功電源同步調相機 同步調相機相當于空載運行的發電機，不輸出有功功率，只輸出(過勵磁)或吸收(欠勵磁)無功功率，從而調節系統電壓 無功電源電容器 電容器通常并聯在供電母線上作為無功電源為負荷點提供電壓支撐無功電源靜止無功補償器3.3.2 無功功率平衡 無功功率平衡電力系統的電壓無功特性以一臺發電機經過一段線路向負荷供電為例以一臺發電機經過一段線路向負荷供電為例sincosXEUUIPXUXEUUIQ2cossinLdXXXP為一定值時為一定值時XUPXEUQ222假設負荷的假設負荷的Q-V特性是曲線

53、特性是曲線2，電源的，電源的Q-V特性特性是曲線是曲線1，在，在A點穩定運行，電壓為點穩定運行，電壓為VA負荷增加時，負荷負荷增加時，負荷Q-V特性向上平移到特性向上平移到2，穩，穩定運行點為定運行點為B，電壓下降到，電壓下降到VB如果發電機有無功備用，增大勵磁電流增加無如果發電機有無功備用，增大勵磁電流增加無功輸出，將功輸出，將Q-V特性上移到特性上移到1，穩定運行點為，穩定運行點為C，就可以把電壓恢復到就可以把電壓恢復到VA的水平的水平 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.3.3 電力系統的電壓管理 中樞點的調壓范圍假設中樞點假設中樞點O向負荷點向負荷點A、B供電，供電，VA

54、和和VB的允許變化范圍為的允許變化范圍為(0.951.05)VN假設負荷假設負荷A、B的日負荷的日負荷曲線為：曲線為：電壓損耗曲線為：電壓損耗曲線為： 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.3.3 電力系統的電壓管理 中樞點的調壓方式 逆調壓 負荷大時保持中樞點電壓比線路額定電壓高5% 負荷小時保持為線路額定電壓 可以改善電壓質量，但調節難度大 適用于輸電線路長，負荷變動大的中樞點 順調壓 負荷大時允許中樞點電壓不低于線路額定電壓102.5% 負荷小時中樞點電壓不高于線路額定電壓107.5% 用于線路短，負荷波動小的中樞點 常調壓 任何負荷下，保持中樞點電壓為線路額定電壓的102%

55、105% 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.3.4 電力系統的電壓調整措施 調壓措施 改變發電機勵磁電流，調節發電機輸出無功和機端電壓。 改變變壓器變比。（選擇變壓器檔位） 并聯無功補償調壓。（選擇并聯補償電容器容量） 串聯電容補償改變線路參數。 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.4.2 電能損耗 定義 供電量：在給定的時間內(日、月、季或年)內，系統中所有發電廠的總發電量減去廠用電稱為供電量 電網損耗電量：所有輸電、變電、配電環節損耗的電量，稱為電網損耗電量 網損率：在同一時間內，電網損耗占供電量的百分比稱為電網的損耗率，簡稱網損率%100供電量電網損耗電量網

56、損率 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *3.4.2 電能損耗 電能損耗的計算最大負荷損耗時間法假定線路向一個集中負荷供電，時間假定線路向一個集中負荷供電，時間T內線路電能損耗為：內線路電能損耗為：8760 0 32203-2)( 10103hkWdtRUSdtRIALTL簡化，假設線路輸送功率始終保持最大負荷簡化，假設線路輸送功率始終保持最大負荷Smax，經過時間，經過時間，消耗的能量，消耗的能量恰好等于全年實際消耗的能量：恰好等于全年實際消耗的能量：)( 10322maxhkwRUSALL2max8760 0 2SdtS變壓器的電能損耗：變壓器的電能損耗：)( 10322max0

57、hkWRUSTPATTn臺變壓器時臺變壓器時：)( )(2max0hkWSSnPTPnANST和負荷曲線形狀有關，最大負荷利用小時數Tmax和負荷曲線形狀也有關，通過對各種典型負荷曲線預先計算，可以得到和Tmax之間的關系 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *例例3-3：額定電壓為額定電壓為110kV，長度為，長度為100km的雙回輸電線路向變電所供電，線的雙回輸電線路向變電所供電，線路單位長度參數為路單位長度參數為Z0=(0.17+j0.409)/km，b0=2.7910-6S/km，兩臺變壓器每，兩臺變壓器每臺的額定容量為臺的額定容量為31.5MVA，變比為，變比為110/11，

58、P0+jQ0=(0.03+j0.22)MVA，PS=190kW，US % =10.5%，最大負荷為，最大負荷為(40+j30)MVA，Tmax=4500h，試計，試計算電力網全年的電能損耗。算電力網全年的電能損耗。解：解：1. 計算電力網的潮流分布計算電力網的潮流分布 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *變壓器阻抗：變壓器阻抗：17.2010315001101005 .102110100(%)2116. 110315001101902110213232322322NNkTNNkTSUUXSUPR變壓器繞組中的功率損耗：變壓器繞組中的功率損耗：MVAjMVAjjXRUSSTTNLDT)

59、17. 424. 0( )17.2016. 1 (1103040)(2222雙回線路電容充電功率：雙回線路電容充電功率：MVAUlBQNb38. 32220線路阻抗末端的功率：線路阻抗末端的功率：MVAjjjjjQSSSSbjTLD)23.313 .40( 38. 3)22. 003. 0(217. 424. 0304002 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *2. 計算變壓器全年的電能損耗計算變壓器全年的電能損耗當當Tmax=4500h, cos = 0.8時，查表得時，查表得=3150h)(1028. 1 87603023150)5 .3150(2190)(6202maxhkWh

60、kWTPnSSnPANkT3. 計算線路全年的電能損耗計算線路全年的電能損耗線路阻抗末端負荷的功率因數線路阻抗末端負荷的功率因數79. 023.313 .403 .40cos2222222QPP)(1075. 5 10315010017. 02111031230403001063222322maxhkWhkWhkWRUSALNL4. 計算電力網全年總電能損耗計算電力網全年總電能損耗)(1003. 76hkWAAALT 電氣工程基礎課件電氣工程基礎課件 page *等微增率準則等微增率準則假設假設2臺機組向負荷供電，要求確定負荷功率在臺機組向負荷供電，要求確定負荷功率在2臺機組之間的臺機組之間的