電力系統分析2022/12/101課程簡介課程內容教學進度考查方式聯系方法2022/12/102課程內容電力系統巴西依泰普水電站2022/12/103課程內容電力系統中國三峽電站2022/12/104課程內容電力系統水電機組2022/12/105課程內容電力系統變壓器2022/12/106課程內容電力系統輸電線路2022/12/107課程內容電力系統分析兩個模型電力系統等值電路模型電力系統轉子運動模型三大計算潮流計算短路計算穩定計算2022/12/108課程內容電力系統的基本概念電網等值電力系統潮流計算電力系統運行方式的調整和控制電力系統故障分析電力系統穩定性分析2022/12/109課程內容回答八個問題：什么是電力系統？怎樣將電力系統用一個電網絡表示？怎樣用計算機進行電力系統潮流計算？發電機節點有功功率是已知的，它是怎么確定出來的？變壓器變比是已知的，它是怎么確定出來的？發電機等值電路中，電勢源和電抗怎么計算？任意不對稱的三相相量都可以分解為三組相序不同的分量之和嗎？電力系統在不斷變動中，它能保持穩定運行嗎？2022/12/1010課程內容先修課程電路原理電磁場電機學

2022/12/1011教學進度總學時數：56~64課堂教學：48-52實踐環節：8-12學時分配電力系統的基本概念：2電網等值：8-10電力系統潮流計算：10電力系統運行方式的調整和控制：10電力系統故障分析：10電力系統穩定性分析：8-102022/12/1012考查方式平時成績：20%實驗成績：10%閉卷考試：70%2022/12/1013目錄第一章電力系統的基本概念第二章電網等值第三章電力系統潮流計算第四章電力系統運行方式的調整和控制第五章電力系統故障分析第六章電力系統穩定性分析2022/12/1014第一章電力系統的基本概念1.1電力系統概述1.2我國的電力系統小結2022/12/10151.1電力系統概述1.1.1電力系統的形成和發展1.1.2電力系統的組成1.1.3電力系統的特點和運行的基本要求1.1.4電力系統的基本參量和接線圖1.1.5電力系統的接線方式和中性點接地方式2022/12/10161.1.1電力系統的形成和發展電磁感應定律

法拉第，1831世界上第一個完整的電力系統

1882，法國三相變壓器和三相異步電動機

1891直流電力系統和交流電力系統

愛迪生和西屋2022/12/10171.1.2電力系統的組成電力系統

發電廠、輸電和配電網絡、用戶電網、電力系統和動力系統一次設備和二次設備2022/12/10181.1.3電力系統的特點和運行

的基本要求電力系統的特點

1電能與國民經濟各部門、國防和日常生活之間的關系都很密切

2對電能質量的要求比較嚴格

3電能不能大量儲存

4電力系統中的暫態過程十分迅速運行的基本要求

1可靠性可以滿足用戶的用電需求：不斷電，頻率、電壓、波形

質量符合要求

負荷按供電可靠性要求分為三類

2安全性保證系統本身設備的安全。

要求電源容量充足，電網結構合理

3經濟性

%%4減小對環境的不利影響2022/12/10191.1.4電力系統的基本參量、

接線圖衡量電力系統規模的基本參量

總裝機容量——額定有功功率之和

年發電量

最大負荷

最高電壓等級接線圖

地理接線圖、電氣接線圖2022/12/10201.1.5電力系統的接線方式和中性點接地方式接線方式無備用接線特點：簡單、經濟、運行方便靈活。

供電可靠性差，電能質量差有備用接線特點：供電可靠，電能質量高

運行操作和繼電保護復雜，經濟性差中性點接地方式（小接地方式和大接地方式）不接地供電可靠性高，絕緣成本高。<35kv電網經消弧線圈接地減小接地電流。采用過補償方式直接接地供電可靠性低，絕緣成本低。>110kv電網2022/12/10211.2我國的電力系統（1）4個發展階段

195x：城市電網

196x：省網

1970~1990：區域電網

1990~：區域電網互聯電力系統的規模

2004400GW

2010535GW

2020790GW2022/12/10221.2我國的電力系統（2）電壓等級（KV）發電機

3.15,6.3,10.5,15.75,23.0用電設備

3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再發展）

3企業內部6、10配電電壓（6用于高壓電機負荷）

110、220:高壓。110：區域網，中小電力系統主干線

220：大電力系統主干線

330、500、750:超高壓>750:特高壓提高輸電電壓的利弊：減小載流截面和線路電抗，利于提高線路功率極限和穩定性，增加絕緣成本2022/12/10231.2我國的電力系統（3）電力系統的電壓與輸電容量和輸電距離

線路電壓(kv)輸送容量(MV)輸送距離(km)60.1~0.24~15100.2~2.06~20352~1020~5011010~5050~150220100~500100~300330200~800200~6005001000~1500250~8502022/12/10241.2我國的電力系統（4）額定電壓：發電機、變壓器、用電設備等正常運行時最經濟的電壓在同一電壓等級中，電力系統的各個環節（發電機、變壓器、電力線路、用電設備）的額定電壓各不相同。某一級的額定電壓是以用電設備為中心而定的。用電設備的額定電壓是其他元件的參考電壓。

用電設備端壓允許在額定電壓UN的5%內波動輸電線路的額定電壓為線路的平均電壓

[UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN2022/12/10251.2我國的電力系統（5）發電機的額定電壓UN(1+5%)變壓器的額定電壓為變壓器兩側的額定電壓，以變比表示為k=U1N/U2N一次側

直接與發電機相連：U1N

=UN(1+5%)<35kv

聯絡（相當于用電設備）：U1N

=UN二次側相當于發電機

空載U2N

=UN(1+5%)

帶負載U2N

=UN(1+10%)（內部壓降約5%）

Us%<7.5或直接連負載時U2N

=UN(1+5%)額定電壓指主接頭的空載電壓2022/12/10261.2我國的電力系統（6）我國電力工業的發展方針繼續續發展煤電廠，提高能源效率，減小環

境污染加速水力資源的開發利用和水電廠的建設發展核電技術并適度發展核電廠開發風力和潮汐等可再生能源加速建設輸、配、變電工程，西電東送，促

進區域電網互聯，并最終形成全國電力系統2022/12/1027例題確定圖中電力系統各元件的額定電壓GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vXG:10.5kvT1:10.5/121kvT2:110/38.5/11kv

T3:35/6.3kvT4:10kv/400vM:6kvL:220v2022/12/1028第一章小結電力系統由發電機、電網和用戶組成，是動力系統的一部分。由于電能不能大量儲存、暫態過程迅速，為保證可靠性、安全性和經濟性要求，需要合理地對電力系統進行規劃、設計、運行調度和故障恢復。在同一電壓等級中，電力系統的各個環節的額定電壓各不相同。某一級的額定電壓是以用電設備為中心而定的。電力系統分析的任務是建立電力系統

的等值模型，計算穩態潮流，并確定

故障和擾動對系統的影響。2022/12/1029第二章電網等值2.1概述2.2輸電線路的等值電路2.3變壓器和電抗器的等值電路2.4發電機等值電路2.5負荷模型2.6電力網的等值電路小結2022/12/10302.1概述本章計算電力線路和變壓器的等值電路假定系統的三相結構和三相負荷都完全對稱，即討論三相電流和電壓的正序分量。2022/12/10312.2輸電線路的等值電路

2.2.1輸電線路的種類架空線路

由導線、避雷線、桿塔、絕緣子、金具組成電力電纜

包括三部分：導體、絕緣層、保護層2.2.2架空線路的等值電路

分布參數與集中參數單導線線路分裂導線2022/12/1032單回線路的等值電路（1）有效電阻

交流電阻，一般大于直流電阻。

原因：集膚效應和臨近效應電力網計算中常采用較大的電阻率。

原因：絞線長度比導線長度大2~3%，

實際截面小于額定截面，

交流電阻略大于直流電阻。電阻（20℃）銅0.00382/℃鋁0.0036/℃

2022/12/1033單回線路的等值電路（2）電抗導線流過交流電流時，由于導線的內部和外部交變磁場的作用而產生電抗。循環換位的三相輸電線路每相導線單位長度的電抗為2022/12/1034單回線路的等值電路（3）Deq

為三相導線間的互幾何間距r

為導線的計算半徑μr

為導線材料的相對導磁系數，有色金屬的相對導磁系數為1第一項為外電抗，第二項為內電抗2022/12/1035單回線路的等值電路（4）導線電抗與r成對數關系。對不同截面的導線，當Deq為常數時，電抗變化不大，工程上常取x0=0.4Ω/km。Ds為導線的自幾何均距

非鐵磁材料單股線Ds=0.779r

非鐵磁材料多股線Ds=0.724~0.771r

鋼芯鋁線Ds=0.77~0.9r,計算中常取0.81r2022/12/1036單回線路的等值電路（5）電納由導線間的電容和導線與大地間的電容決定。電容電納

電纜線路的電納比架空線路大得多2022/12/1037單回線路的等值電路（6）電導反映由電暈現象和絕緣子泄露引起的有功功率損耗電暈：導線周圍的電場強度超過2.1kv/cm時，導線周圍會發生空氣電離現象，產生光環，發出放電聲。

危害：消耗電能、干擾通信、表面腐蝕電暈產生的有功功率損耗稱為電暈損耗。110kv以上線路與電壓有關的有功功率損耗主要由電暈損耗引起。2022/12/1038單回線路的等值電路（7）架空線路產生電暈的臨界線電壓，m1:導線表面光滑系數。單股線=1，對絞線=0.83~0.87m2：氣象系數。干燥晴朗=1，惡劣天氣=0.8δ

：空氣相對密度b：大氣壓力（Pa）(一個大氣壓為101325帕)

θ

：空氣溫度（℃）2022/12/1039單回線路的等值電路（8）關于電暈損耗的測量和計算是《高電壓技術》討論的內容。輸電線路電暈損耗（包括泄漏損耗）對應的電導為2022/12/1040單回線路的等值電路（8）線路方程及等值電路

線路每相的等值參數是沿線路均勻分布的。lxdx2022/12/1041單回線路的等值電路（9）距離線路末端x處，壓降和電流增量為2022/12/1042單回線路的等值電路（10）線路的傳播系數

實部反映行波振幅的衰減特性，

虛部反映行波相位的變化特性線路的特征阻抗（也稱波阻抗）2022/12/1043單回線路的等值電路（11）無損線路的自然功率

自然功率用來衡量線路的輸電能力，一般20kv以上線路的輸電能力大致接近自然功率行波波長

?波長時（1500km），兩端相位差90°2022/12/1044單回線路的等值電路（12）線路的Π

型等值電路

x=l時，2022/12/1045單回線路的等值電路（13）Z=Z1l，Y=Y1l

2022/12/1046單回線路的等值電路（14）等值電路短線路（<35kv,<100km的架空線路、短電纜線路）

中等長度線路（110~330kv,100~300km架空線路、<100km電纜線路）2022/12/1047單回線路的等值電路（15）長線路（>330kv,>300km架空線路、>100km電纜線路）2022/12/1048分裂導線采用分裂導線可增加導線的等值半徑電阻減小電抗減小

電導減小2022/12/1049分裂導線電納增大

電暈臨界電壓增大2022/12/10502.3變壓器和電抗器的等值電路雙繞組三相變壓器

等值電路參數歸算到變壓器的一側，用哪一側的額定電壓，結果就歸算到哪一側2022/12/10512.3變壓器和電抗器的等值電路三繞組三相變壓器用等值的Y/Y接線來分析，并用一相等值電路來反映三相運行情況額定容量比有三類：

100/100/100，100/100/50，100/50/100

各繞組的容量比按電壓從高到低排列。三繞組變壓器的容量指容量最大的繞組的容量。其他繞組的容量是相對于該繞組的容量而言。2022/12/10522.3變壓器和電抗器的等值電路電阻

額定容量比為100/100/100時2022/12/10532.3變壓器和電抗器的等值電路上述的Pk與額定容量相對應。額定容量比為100/100/50，100/50/100時，廠方給出的各繞組間銅耗指容量較小的繞組達到本身的額定電流時的損耗，需歸算到額定容量下。2022/12/10542.3變壓器和電抗器的等值電路額定容量比為

100/50/100100/100/502022/12/10552.3變壓器和電抗器的等值電路電抗（廠方一般提供已折算數據）2022/12/10562.3變壓器和電抗器的等值電路激磁支路導納

與雙繞組三相變壓器計算方法一樣2022/12/1057例一臺三相三繞組降壓變壓器的額定電壓為

220/121/11kV,額定容量為120/120/60MVA。

短路損耗短路電壓百分數

空載損耗空載電流百分數求變壓器歸算到220KV側的參數2022/12/10582.3變壓器和電抗器的等值電

路雙繞阻單相變壓器

銘牌給出的容量、損耗都是一相的數值，計算參數時，要乘以3，UN仍用線電壓。三繞阻單相變壓器

與雙繞阻單相變壓器一樣，SN,PK，P0都乘以3，UN仍用線電壓。2022/12/10592.3變壓器和電抗器的等值電路自耦變壓器

等值電路與三繞阻變壓器相同。第三繞阻容量較小，一般短路數據未經折算。2022/12/10602.3變壓器和電抗器的等值電路電抗器2022/12/10612.4發電機等值電路忽略定子繞組的電阻用電勢源與電抗串聯表示2022/12/10622.5負荷模型綜合負荷:變電所用戶的等值負荷負荷模型靜態模型動態模型2022/12/10632.6電力網的等值電路基本級

多電壓級網中各元件處于不同的電壓等級，元件參數在所處電壓等級求得，需歸算到同一個電壓等級——稱為基本級

K:向基本級一側的電壓/待歸算一側的電壓

例（教案25頁)2022/12/10642.6電力網的等值電路有名制與標么制

標么值=有名值/基準值基準值：4個基準值中只有兩個可以任選線電壓和三相功率

相電壓和單相功率2022/12/10652.6電力網的等值電路ZB是一相阻抗的基準相值不同基準下，阻抗標幺值的換算2022/12/1066答疑什么是變壓器的容量?

變壓器的容量指容量最大的那個繞組的容量2022/12/10672.6電力網的等值電路建立標幺值電路的兩種方法（方法1）先歸算到一個電壓級，再用

一組基準值得到標幺值電路（方法2）計算各個電壓等級的基準

值，然后直接用有名值計算

標幺值電路共同點：都要先確定電壓基準和功率基準2022/12/10682.6電力網的等值電路（方法2）計算各個電壓等級的基準

值，然后直接用有名值計算

標幺值電路

每一級的基準值為2022/12/10692.6電力網的等值電路（方法2）確定每一級基準電壓的依據是什么?

非標準變比的概念：變比的標幺值

確定每一級基準電壓的依據：變比的標幺值=1

例（教案28頁）2022/12/10702.6電力網的等值電路問題：

圖：電網中出現閉環

解決辦法：用線路的平均額定電壓作為基準電壓，相應的，變壓器的變比稱為平均額定變比

平均額定電壓（教案24頁）

例：采用平均額定變比計算網絡等值電路（教案25頁）2022/12/10712.6電力網的等值電路這是一種近似計算方法,誤差較小.用線路的平均額定電壓作為基準電壓以后,不需要知道其它變壓器的信息,只根據局部電網的電壓等級就可以計算出本地電網中各個元件的標幺值了.2022/12/10722.6電力網的等值電路作業：對上例中的系統，以6KV為基本級，功率基準為100MVA，計算（1）采用額定變比的等值電路和標幺值電路（2）采用平均額定變比的等值電路和標幺值電路2022/12/1073第二章小結單位長度電力線路電阻、電抗、電導、電納的物理意義和計算方法。線路的電暈臨界電壓。三類線路的單相等值電路。變壓器等值電路參數。多電壓級網絡參數和變量的歸算方法。標么值的定義和計算方法。2022/12/1074第三章電力系統潮流計算3.1電力網的電壓降落和功率損耗3.2輸電線路的運行特性3.3簡單網絡的潮流計算3.4電力系統潮流的計算機算法小結2022/12/10753.1電力網的電壓降落和功率損耗潮流計算：確定電網的電壓和功率分布3.1.1電壓降落

元件兩端電壓的相量差。

U1=U2+dU2

U2=U1-dU1縱分量和橫分量2022/12/10763.1電力網的電壓降落和功率損耗電壓損耗兩端電壓的數值差

電壓偏移實際電壓與額定電壓之差(百分比)

電壓調整線路末端空載電壓與負載電壓之差功率損耗

阻抗支路

對地支路

線路

變壓器2022/12/10773.2輸電線路的運行特性空載運行特性

忽略電阻和電導時線路末端電壓高于始端電壓

輸電線路的傳輸功率極限

2022/12/10783.2輸電線路的運行特性因為沒有有功功率損耗，所以線路輸送的有功功率

無功功率（忽略第一式的橫分量）2022/12/10793.2輸電線路的運行特性提高線路輸送能力的途徑提高線路的電壓等級原因:阻抗基準值增大,電抗標幺值減小代價大減小線路的電抗分裂導線串聯電容器2022/12/10803.3簡單網絡的潮流計算輻射型網絡

電壓降落公式中用到同一點的電壓和功率,實際電網中往往只知道負荷功率和供電節點的電壓,這時怎樣確定各點電壓和功率呢?

——運算負荷的概念:節點電壓用線路額定電壓計算。

例2022/12/10813.3簡單網絡的潮流計算例：輻射型網絡

1234SL1SL2SL3已知節點1的電壓，節點2、3、4的負荷功率，

求：節點2、3、4

的電壓，

各條線路的功率損耗，

以及節點1的注入功率。

2022/12/10823.3簡單網絡的潮流計算計算例：

V1=10.5KV234P2+jQ2求：節點1的注入功率。

1P3+jQ3P4+jQ4Z12Z23Z24S2=0.3+j0.2MVA,S3=0.5+j0.3MVA,S4=0.2+0.15MVA,Z12=1.2+j2.4,Z23=1.0+j2.0,Z24=1.5+j3.0

2022/12/10833.3簡單網絡的潮流計算閉式電力網

電氣連接圖中存在閉合環路

簡單環形網兩端供電網2022/12/10843.3簡單網絡的潮流計算簡單環形網GT-1T-2T-3L-1L-2L-31234562022/12/10853.3簡單網絡的潮流計算簡單環形網絡

計算步驟

(1)網絡的簡化

(2)用計算負荷計算功率分布

(3)電壓損耗的計算

(4)功率損耗的計算

例2022/12/10863.3簡單網絡的潮流計算兩端供電網T-1T-2T-3L-1L-2L-3123456G1G22022/12/10873.3簡單網絡的潮流計算兩端供電網

1、概念:循環功率

2、兩端供電網計算步驟

(1)網絡的簡化

(2)求功率分點

(3)計算功率分布

(4)電壓損耗的計算

(5)功率損耗的計算

例2022/12/10883.3簡單網絡的潮流計算例已知VA1,VA2，計算不計功率損耗和電壓損耗時的初始功率分布A1S2A2I2S1I1ZIZIIZIIISIIISIIIIISIIIIIII122022/12/10893.3簡單網絡的潮流計算例簡單環形網可以看作特殊的兩端供電網2022/12/10903.3簡單網絡的潮流計算例110KVZ3SBABGCZ2Z1SCZ1=2+j4歐，Z2=3+j6歐，Z3=4+j8歐

SB=10+j5MVA，SC=30+j15MVA，

求潮流分布和B點電壓2022/12/10913.3簡單網絡的潮流計算作業

Z1=1.7+j3.8歐，Z2=0.68+j1.52歐，Z3=0.51+j1.14歐，Z4=0.9+j0.8歐

SC=2.6+j1.6MVA，SD=0.6+j0.2MVA

SE=0.3+j0.16MVA

求潮流分布和最低的節點電壓。ABSEEZ1Z2Z3SCCDSD10.5∠0°KV10.4∠0°KVZ42022/12/10923.4電力系統潮流的計算機算法3.4.1網絡方程式節點類型：PQ,PV,平衡節點節點電壓方程：方程個數少于回路個數節點導納矩陣：n節點系統nxn矩陣功率平衡方程：求有功、無功功率偏差2022/12/10933.4電力系統潮流的計算機算法3.4.1網絡方程式電壓降落公式：知道同一點的電壓和功率

開式電力網：知道供電點電壓和負荷功率

數據不配套，需要反復計算

實際的電力系統：節點已知量的類型有三種節點類型：

PQ節點m個

PV節點n-m-1個

平衡節點1個

哪些量需要計算？}共n個節點2022/12/10943.4電力系統潮流的計算機算法3.4.1網絡方程式物理量總個數:4×

n已知量個數:2×

n

PQ節點PV節點平衡節點

V0n-m-11

θ001

Pmn-m-10

Qm002022/12/10953.4電力系統潮流的計算機算法3.4.1網絡方程式未知量個數:2×

n

PQ節點PV節點平衡節點

Vm00

θmn-m-10

P001

Q0n-m-112022/12/10963.4電力系統潮流的計算機算法3.4.1網絡方程式節點電壓方程：

共n個，方程個數少于回路個數

I=Y×V

I:n個節點的凈注入電流

V:n個節點的電壓

Y:節點導納矩陣,n×n維2022/12/10973.4電力系統潮流的計算機算法例:n=4TL1L3L2123SG14G1G2SG2SL4SL12022/12/10983.4電力系統潮流的計算機算法等值電路和節點電壓方程Ty121234I1I2I3I4y120y210y13y23y130y310y230y320y34y340y402022/12/10993.4電力系統潮流的計算機算法簡化電路y121234I1I2I3I4y13y23y10y20y34y30y402022/12/101003.4電力系統潮流的計算機算法節點電壓方程2022/12/101013.4電力系統潮流的計算機算法節點導納矩陣對角元:與節點相連的所有導納之和

非對角元:支路導納的負值2022/12/101023.4電力系統潮流的計算機算法節點i的凈注入功率

2022/12/101033.4電力系統潮流的計算機算法節點i的凈注入功率

2022/12/101043.4電力系統潮流的計算機算法節點i的凈注入功率問題:

功率是用節點電壓的幅值和相角表示的,共含有多少個未知量?2022/12/101053.4電力系統潮流的計算機算法未知量2022/12/101063.4電力系統潮流的計算機算法功率平衡方程組*對PQ節點和PV節點可列出n-1個有功

功率方程

*對PQ節點可列出m個無功功率方程

n+m-1個方程聯立,求解n+m-1個未知量.2022/12/101073.4電力系統潮流的計算機算法功率平衡方程組

求出n-1個節點的電壓幅值和相角以后，所有節點的電壓幅值和相角都已確定，然后計算*n-m-1個PV節點的無功功率

*平衡節點的有功功率和無功功率.2022/12/101083.4電力系統潮流的計算機算法功率平衡方程組：有功功率…………..2022/12/101093.4電力系統潮流的計算機算法功率平衡方程組：無功功率…………..2022/12/101103.4電力系統潮流的計算機算法功率平衡方程組

計算機計算潮流就是求解這個方程組.2022/12/101113.4電力系統潮流的計算機算法功率平衡方程組

方程組簡記為f(x)=0,2022/12/101123.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法在解附近二次收斂單變量非線性方程的求解多變量非線性方程組的求解

Jacobi矩陣修正方程：求節點電壓修正量2022/12/101133.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解f(x)0xx(0)x(1)x(2)x(3)f(x(0))f(x(1))f(x(2))f(x(3))2022/12/101143.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解

初值：x(0)2022/12/101153.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解2022/12/101163.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法單變量非線性方程的求解

k=0,1,2,…..

中止條件:|x(k+1)-x(k)|<?2022/12/101173.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解

初值：x(0)=[x1(0)，x2(0)，…，xn+m-1(0)]T2022/12/101183.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解2022/12/101193.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解2022/12/101203.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解2022/12/101213.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解2022/12/101223.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法多變量非線性方程的求解

k=0,1,2,…..

中止條件:|x(k+1)-x(k)|<?2022/12/101233.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法修正方程：求節點電壓修正量

（功率平衡方程組見106頁）2022/12/101243.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法修正方程：求節點電壓修正量

J矩陣：2022/12/101253.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法修正方程：求節點電壓修正量2022/12/101263.4電力系統潮流的計算機算法功率平衡方程組

取每次迭代的修正量為2022/12/101273.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法修正方程：求節點電壓修正量

J矩陣各塊的維數不變：2022/12/101283.4電力系統潮流的計算機算法3.4.2牛頓-拉夫森法元素在形式上較相似：2022/12/101293.4電力系統潮流的計算機算法計算步驟：開始電網等值，形成節點導納矩陣置電壓幅值、相位初值計算J矩陣和電壓修正量最大不平衡功率足夠小？計算平衡節點功率，PV節點無功功率和線路損耗功率YN2022/12/101303.4電力系統潮流的計算機算法3.4.3大作業

任務:用牛頓-拉夫森法計算一個4機系統的

潮流編寫計算程序完成程序調試給出計算結果交上程序和結果（可以是電子文件）總成績中大作業占10分2022/12/10131第三章小結本章的重點內容為電壓降落、電壓損耗、電壓偏移、電壓調整、運算負荷功率、運算電源功率等概念電力線路和變壓器中電壓降落和功率損耗的計算輻射型網、簡單環網和兩端供電網的潮流計算牛頓-拉夫森法計算復雜電力系統潮流2022/12/10132第四章電力系統運行方式

的調整和控制問題電力系統中各臺發電機發出的有功功率怎么確定出來?確定變壓器變比的依據是什么?2022/12/10133第四章電力系統運行方式

的調整和控制4.1電力系統有功功率和頻率調整4.2電力系統無功功率和電壓調整小結2022/12/101344.1電力系統有功功率和頻率調整有功功率和頻率調整的基本概念電力系統的頻率特性電力系統的頻率調整各類發電廠的合理組合電力系統有功功率的經濟分配2022/12/101354.1.1有功功率和頻率調整的基本概念頻率變化對電力系統的影響用戶側異步電動機的空載轉速恒轉矩負荷的電動機功率電子設備的計時供電側電廠鍋爐與水泵、風機汽輪機的額定轉速與共振變壓器的勵磁電流增加2022/12/101364.1.1有功功率和頻率調整的基本概念頻率與有功功率平衡MT×角速度：原動機的機械功率ME×角速度：發電機的電磁功率MTME2022/12/101374.1.1有功功率和頻率調整的基本概念允許的頻率偏差范圍

|Δf|<0.5Hz有功功率平衡2022/12/101384.1.1有功功率和頻率調整的基本概念有功負荷的變化及其調整第一種負荷變化

由調速器調整：頻率的一次調整第二種負荷變化

由調頻器調整：頻率的二次調整第三種負荷變化

電力系統的經濟運行調整2022/12/101394.1.1有功功率和頻率調整的基本概念有功負荷的變化及其調整第一種負荷曲線第二種負荷曲線第三種負荷曲線實際負荷曲線2022/12/101404.1.1有功功率和頻率調整的基本概念備用容量：電源容量大于發電負荷的部分

最大負荷PM

備用：負荷備用：2~5%

事故備用：5~10%

檢修備用：4~5%

國民經濟備用：3~5%

總備用：15~20%PM

}熱備用}冷備用2022/12/101414.1.2電力系統的頻率特性負荷的P-f靜態特性

f=fN時，系統總有功負荷PDN

頻率為f時：穩態時，稱為負荷的靜態頻率特性2022/12/101424.1.2電力系統的頻率特性負荷靜態頻率特性的線性表示|

負荷的頻率調節效應系數

β

PDNfN2022/12/101434.1.2電力系統的頻率特性負荷的P-f靜態特性

標幺值形式

一般為1~32022/12/101444.1.2電力系統的頻率特性負荷的P-f靜態特性

例：系統負荷中30%與頻率無關，

40%與頻率一次方成正比，

10%與頻率二次方成正比，

20%與頻率三次方成正比。

求系統頻率從額定頻率50Hz降到48Hz時，負荷功率變化的百分值，以及負荷的頻率調節效應系數。2022/12/101454.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性——調速器蒸汽AOBDE2022/12/101464.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性蒸汽AOBDE2022/12/101474.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性蒸汽AOBDE2022/12/101484.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性fPGfNf0PGN122022/12/101494.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性

靜態調差系數（調差率）

物理意義：機組負荷改變時，頻率的偏移2022/12/101504.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性

機組的單位調節功率（發電機組的功頻靜特性系數）

物理意義：頻率發生單位變化時，機組輸出功率的變化量，2022/12/101514.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性—調頻器蒸汽AOBDE2022/12/101524.1.2電力系統的頻率特性發電機組的P-f靜態特性fPGfNf0PGN122022/12/101534.1.2電力系統的頻率特性電力系統的P-f靜態特性fPGf1f2P112P2PDPD’2022/12/101544.1.2電力系統的頻率特性電力系統的P-f靜態特性系統的功頻靜特性系數(單位調節功率)

備用系數2022/12/101554.1.2電力系統的頻率特性發電機組滿載時的P-f靜態特性：KG=0fPGf1f2PGmax122022/12/101564.1.3電力系統的頻率調整頻率的一次調整:n臺發電機例系統一半機組已滿載.火電機組占總容量的1/4,有10%的備用容量,單位調節功率為16.6;水電機組占總容量的1/4,有20%的備用容量,單位調節功率為25;負荷的頻率調節效應系數為1.5.求

(1)系統的單位調節功率

(2)負荷功率增加5%時的穩態頻率

(3)如果頻率允許降低0.2Hz,系統能增加多少負荷功率2022/12/101574.1.3電力系統的頻率調整頻率的二次調整主調頻廠的選擇頻率的二次調節過程2022/12/101584.1.2電力系統的頻率特性頻率的二次調節過程fPGf1f0PG112PG2PG3PDPD’32022/12/101594.1.2電力系統的頻率特性頻率的二次調節過程fPGf1f0PG112PG2PG3PDPD’32022/12/101604.1.3電力系統的頻率調整互聯系統的頻率調整ABKAKB2022/12/101614.1.3電力系統的頻率調整互聯系統的頻率調整

A系統的單位調節功率B系統的單位調節功率

A系統的負荷增量B系統的負荷增量

A系統發電機的二次B系統發電機的二次

調整增量調整增量

AB系統聯絡線上的交換功率KAKB2022/12/101624.1.3電力系統的頻率調整互聯系統的頻率調整2022/12/101634.1.3電力系統的頻率調整互聯系統的頻率調整:例ABKGA*=25KGB*=20KDA*=1.5KDB*=1.31500MW1000MW2022/12/101644.1.4各類發電廠的合理組合各類發電廠的特點火電廠水電廠核電廠各類發電廠在日負荷曲線上的負荷分配2022/12/101654.1.5電力系統有功功率的經濟分配發電機組的耗量特性FP比耗量發電廠的效率耗量微增率2022/12/101664.1.5電力系統有功功率的經濟分配經濟分配的目標函數和約束條件目標:能耗F最小約束條件:有功功率平衡考慮網損忽略網損2022/12/101674.1.5電力系統有功功率的經濟分配經濟分配的目標函數和約束條件約束條件:機組的最大和最小功率2022/12/101684.1.5電力系統有功功率的經濟分配多個發電廠間的負荷經濟分配忽略網損時的有功負荷經濟分配

等微增量準則2022/12/101694.1.5電力系統有功功率的經濟分配多個發電廠間的負荷經濟分配考慮時的有功負荷經濟分配

經過網損修正后的等微增量準則:

(負荷經濟分配的協調方程式)2022/12/101704.1.5電力系統有功功率的經濟分配例某電廠有三臺發電機組并聯運行。已知各機組的耗量特性和功率約束。不計網損。計算總負荷為600MW、400MW、700MW時的有功功率經濟分配。2022/12/101714.1.5電力系統有功功率的經濟分配解2022/12/101724.1.5電力系統有功功率的經濟分配問題電力系統中各臺發電機發出的有功功率怎么確定出來?

實現系統有功功率平衡,使系統頻率維持在允許范圍之內,并且滿足一定的經濟性確定變壓器變比的依據是什么?2022/12/101734.2電力系統無功功率和電壓調整電壓調整的必要性電力系統的無功功率平衡電力系統的電壓管理與調整電力系統綜合調壓電力系統無功功率的最優分配2022/12/101744.2.1電壓調整的必要性額定電壓2022/12/101754.2.2電力系統的無功功率平衡電壓水平取決于無功功率的平衡無功功率負荷和無功功率損耗無功功率電源無功功率平衡無功平衡與電壓水平2022/12/101764.2.3電力系統的電壓管理與調整電力系統允許的電壓偏移中樞點的電壓管理

電壓中樞點的概念電力系統的電壓調整

三種方式：順調壓

逆調壓

常調壓2022/12/101774.2.3電力系統的電壓調整改變發電機端電壓調壓變壓器調壓固定變比變壓器雙繞組變壓器的分接頭選擇

（1）降壓變壓器例

（2）升壓變壓器例三繞組變壓器的分接頭選擇例2022/12/101784.2.4電力系統綜合調壓例:降壓變壓器分接頭的選擇、

一個變電所由35KV線路供電。線路送電點電壓恒為36KV.變壓器10KV母線上的最大負荷為8+j5MVA，最小負荷為4+j3MVA。要使10KV母線電壓在最大、最小負荷時的偏差不超過5%，試選擇變壓器的分接頭。2022/12/101794.2.4電力系統綜合調壓例:升壓變壓器分接頭的選擇。

系統結構如圖所示.最大負荷時母線2電壓為120KV,最小負荷時母線2電壓為114KV,發電機電壓調節范圍為6~6.6KV.試選擇變壓器分接頭.2022/12/101804.2.5電力系統無功功率的最優分配例:三繞組變壓器分接頭的選擇

圖中所示為三繞組變壓器的最大負荷功率。最小負荷功率為最大功率的一半。高壓母線在最大負荷時的電壓為112KV，最小負荷時的電壓為115KV。中、低壓母線在最大、最小負荷時的允許電壓偏移分別為0與+7.5%。試選擇高、中壓繞組的分接頭。2022/12/101814.2.3電力系統的電壓調整有載調壓變壓器加壓調壓變壓器2022/12/101824.2.3電力系統的電壓調整無功功率補償調壓并聯補償串聯補償2022/12/101834.2.3電力系統的電壓調整無功功率的經濟分配

等網損微增率準則

例2022/12/101844.2.3電力系統的電壓調整例兩發電廠聯合向負載供電。有功功率由兩個發電廠平均分擔。試確定無功功率的最優分配。2022/12/10185第四章小結頻率特性電壓中樞點功率的經濟分配2022/12/10186第五章電力系統故障分析故障類型：簡單故障/復合故障

短路故障/斷路故障5.1電力系統短路的基本知識5.2電力系統對稱故障分析5.3電力系統不對稱故障分析小結第五章電力系統故障分析2022/12/101875.1電力系統短路的基本知識5.1.1短路短路的類型短路的主要原因短路的危害5.1.2計算短路電流的目的選擇電器設備繼電保護的設計和整定比較和選擇系統主接線圖確定限制短路電流的措施2022/12/101885.2電力系統對稱故障分析5.2.1同步電機的等值電路同步電機的基本方程同步發電機模型電勢方程和磁鏈方程:派克方程無阻尼繞阻同步電機的等值電路暫態電抗和暫態電勢有阻尼繞阻同步電機的等值電路次暫態電抗和次暫態電勢2022/12/101895.2電力系統對稱故障分析同步發電機axbycz.dqabcDfQ六個繞組2022/12/101905.2電力系統對稱故障分析電路iaibicvavavcRRRLaaLccLbbLffLDDLQQvf+_2022/12/101915.2電力系統對稱故障分析電路方程2022/12/101925.2電力系統對稱故障分析電壓方程2022/12/101935.2電力系統對稱故障分析磁鏈方程2022/12/101945.2電力系統對稱故障分析磁鏈方程

由轉子繞組磁鏈方程推導出Park變換2022/12/101955.2電力系統對稱故障分析Park變換2022/12/101965.2電力系統對稱故障分析Park變換2022/12/101975.2電力系統對稱故障分析Park方程：磁鏈方程2022/12/101985.2電力系統對稱故障分析Park方程：磁鏈方程2022/12/101995.2電力系統對稱故障分析Park方程：磁鏈方程2022/12/102005.2電力系統對稱故障分析Park方程：電壓方程2022/12/102015.2電力系統對稱故障分析Park方程：電壓方程2022/12/102025.2電力系統對稱故障分析Park方程：電壓方程2022/12/102035.2電力系統對稱故障分析Park方程：電壓方程2022/12/102045.2電力系統對稱故障分析Park變換的物理意義dqabc2022/12/102055.2電力系統對稱故障分析Park變換的物理意義2022/12/102065.2電力系統對稱故障分析Park變換的物理意義

a,b,c三相定子繞組等效成兩個繞組，相對于轉子靜止不動，也就是說與轉子一起旋轉。

由于定轉子繞組都是靜止的，所有的磁路都固定不變，所以所有的電感系數都是常數。2022/12/102075.2電力系統對稱故障分析Park變換

的物理意義idiqudifufiQiD繞組dd繞組qq2022/12/102085.2電力系統對稱故障分析Park變換的物理意義

i0:不對稱系統

不平衡系統2022/12/102095.2電力系統對稱故障分析Park變換的物理意義與轉子角度有關。是一種線性變換。把靜止的三個定子繞組用兩個與轉子同步旋轉的等效繞組代替。

2022/12/102105.2電力系統對稱故障分析Park方程的標幺值

2022/12/102115.2電力系統對稱故障分析Park方程（選擇適當的基準值使系數矩陣對稱，參見夏道止著《電力系統分析》，第168頁）2022/12/102125.2電力系統對稱故障分析同步發電機的穩態電勢方程假定（1）轉速為額定轉速，電感與電

抗標幺值相等

（2）

并記2022/12/102135.2電力系統對稱故障分析同步發電機

方程可寫為2022/12/102145.2電力系統對稱故障分析同步發電機的穩態電勢方程穩態時：定子等效繞組與轉子繞組相對靜止，變壓器電勢為零。阻尼繞組電流為零。定子電勢方程為略去定子繞組電阻2022/12/102155.2電力系統對稱故障分析同步發電機的穩態電勢方程（等值隱極機法）等值電路2022/12/102165.2電力系統對稱故障分析同步發電機的穩態電勢方程

相量圖dEqEQIVjXqIjXqIdjXdIdjXqIq02022/12/102175.2電力系統對稱故障分析同步發電機的穩態電勢方程

例凸極機處于穩

態，已知

計算空載電勢

和計算電勢dEqEQIVjXqIjXqIdjXdIdjXqIq0EqEQ2022/12/102185.2電力系統對稱故障分析三相短路分析應當使用什么樣的同步發電機等值電路？

短路前后，電勢與電抗應當保持不變暫態過程：假定轉速不變定子電流轉子電流正常狀態短路狀態改變2022/12/102195.2電力系統對稱故障分析短路前后，電勢與電抗應當保持不變忽略變壓器電勢2022/12/102205.2電力系統對稱故障分析短路前后，電勢與電抗應當保持不變忽略定子繞組電阻沒有阻尼繞組D、Q2022/12/102215.2電力系統對稱故障分析沒有阻尼繞組D、Q消去If2022/12/102225.2電力系統對稱故障分析短路前后，電勢與電抗應當保持不變2022/12/102235.2電力系統對稱故障分析沒有阻尼繞組D、Q時的相量圖dEqEQIVjXqIjXqIdjXdIdjXqIq0jXd’IjXd’Id2022/12/102245.2電力系統對稱故障分析例dEqEQIVjXqIjXqIdjXdIdjXqIq0jXd’IjXd’Id2022/12/102255.2電力系統對稱故障分析有阻尼繞組D、Q次暫態電勢與次暫態電抗2022/12/102265.2電力系統對稱故障分析相量圖dEqEQIVjXqIjXqIdjXdIdjXqIq0jXd’IjXd’IdE’’E’Eq’2022/12/102275.2電力系統對稱故障分析例2022/12/102285.2電力系統對稱故障分析5.2.2恒定電勢源電路的三相短路暫態過程三相短路時，只有周期分量是對稱的，各項短路電流的非周期分量不等。非周期分量為最大值或零值的情況只可能在一相出現。非周期電流越大，短路電流最大瞬時值越大。非周期電流有最大初值的條件：Im-Ipm在t=0時與t軸平行，且有最大可能值。2022/12/102295.2電力系統對稱故障分析5.2.2恒定電勢源電路的三相短路~~~eaeceb~~~eaeceb~e2022/12/102305.2電力系統對稱故障分析5.2.2恒定電勢源電路的三相短路短路時刻，電源電壓的相位：

電流的大小：~e2022/12/102315.2電力系統對稱故障分析5.2.2恒定電勢源電路的三相短路短路電流：2022/12/102325.2電力系統對稱故障分析5.2.2恒定電勢源電路的三相短路暫態過程三相短路時，只有周期分量是對稱的，各項短路電流的非周期分量不等。非周期分量為最大值或零值的情況只可能在一相出現。非周期電流越大，短路電流最大瞬時值越大。非周期電流有最大初值的條件：Im-Ipm在t=0時與t軸平行，且有最大可能值。2022/12/102335.2電力系統對稱故障分析短路沖擊電流：短路電流的最大可能瞬時值，用于檢驗電器設備的電動力穩定度。短路后回路阻抗角一般約90度，因此非周期電流有最大初值的條件為：空載，合閘角為0。概念：沖擊系數短路電流有效值和最大有效值

用于檢驗電氣設備的斷流能力和耐力強度短路容量：用于檢驗開關的切斷能力。常只用電流的周期分量來計算，是一個求解穩態正弦交流電路的問題。2022/12/102345.2電力系統對稱故障分析5.2.3三相短路的實用計算基本假設短路前后系統都是三相對稱的短路是金屬性的電源電壓同相位起始次暫態電流和沖擊電流的計算靜止元件的次暫態參數與穩態相同旋轉元件的次暫態參數與穩態不同2022/12/102355.2電力系統對稱故障分析5.2.3三相短路的實用計算起始次暫態電流和沖擊電流的計算例：G-1:100MW,E1’’=1.08,xd’’=0.183,cos=0.85G-2:50MW,E2’’=1.08,xd’’=0.141,cos=0.8T-1:120MVA,us%=14.2T-2:63MVA,us%=14.5L-1:170KM,0.427/KmL-2:120Km,0.432/KmL-3:100KM,0.432/KmLD:160MVA,xd’’=0.35,ED’’=0.8Kim=1.8，KimLD=12022/12/102365.2電力系統對稱故障分析5.2.3三相短路的實用計算短路電流的近似計算（周期分量）缺乏整個系統的詳細數據時，短路電流的計算（1）取UB=Uav，E*=1;計算電源對短路點的電抗xf*；短路電流周期分量的標幺值為1/xf*；短路功率的標幺值也等于1/xf*。（2）節點的短路功率可以用來計算電源對短路點的電抗xf*。2022/12/102375.2電力系統對稱故障分析5.2.3三相短路的實用計算短路電流的近似計算（周期分量）例:L:40KM,0.4/KM;T:30MVA,us%=10.5（1）a處電壓恒定，計算短路電流周期分量（2）a處短路功率=1000MVA，計算短路電流周期分量~a115KV6.3KVLT2022/12/102385.2電力系統對稱故障分析5.2.3三相短路的實用計算短路電流的近似計算（周期分量）例:G1:60MVA,xd’’=0.3;G2:480MVA,xd’’=0.4;L-1:10KM,0.4/KML-2:6KM,0.4/KML-3:3*24KM,0.4/KM

母線C連往電力系統的電抗未知。斷路器容量為2500MVA。求f點三相短路時的起始次暫態電流和沖擊電流2022/12/102395.3電力系統簡單不對稱故障分析5.3.1對稱分量法正序分量、負序分量、零序分量2022/12/102405.3電力系統簡單不對稱故障分析5.3.1對稱分量法正序分量、負序分量、零序分量2022/12/102415.3電力系統簡單不對稱故障分析序阻抗三相參數對稱時，各序對稱分量具有獨立性元件的序阻抗，指元件的三相參數對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件同一序電流的比值。三相參數不對稱時，序阻抗矩陣不是對角矩陣：正序電流產生的電壓降中，不是只含正序分量，還可能含負序和零序分量。對稱分量法將故障點的不對稱表示為電壓/電流的不對稱。2022/12/102425.3電力系統簡單不對稱故障分析例：單相短路（空載）2022/12/102435.3電力系統簡單不對稱故障分析例：單相短路2022/12/102445.3電力系統簡單不對稱故障分析例：單相短路2022/12/102455.3電力系統簡單不對稱故障分析例：單相短路2022/12/102465.3電力系統簡單不對稱故障分析例：單相短路(正序網絡)2022/12/102475.3電力系統簡單不對稱故障分析例：單相短路(負序網絡)2022/12/102485.3電力系統簡單不對稱故障分析例：