第二章電力系統各元件的特性和數學模型第1頁，課件共98頁，創作于2023年2月第一節發電機組的運行特性和數學模型第2頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、發電機穩態運行時的相量圖和功角特性發電機穩態運行時的相量圖和功角特性隱極式發電機的相量圖和功角特性假設發電機以滯后功率因數運行，其端電壓相量為、定子電流相量為、空載電勢相量，正、交軸同步電抗相等，在不計發電機定子繞組電阻的條件下，則：第3頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、發電機穩態運行時的相量圖和功角特性凸極式發電機的相量圖和功角特性（自學）第4頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、隱極式發電機組運行限額和數學模型

發電機組的運行限額第5頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、隱極式發電機組運行限額和數學模型（續）第6頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、隱極式發電機組運行限額和數學模型（續）第7頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、隱極式發電機組運行限額和數學模型（續）第8頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、隱極式發電機組運行限額和數學模型（續）第9頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、隱極式發電機組運行限額和數學模型（續）第10頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、隱極式發電機組運行限額和數學模型（續）發電機組的數學模型：在穩態條件下，發電機組一般用一對變量表示，即發出的有功功率和端電壓或發出的有功功率和無功功率。采用第一種表示時，應給出無功功率限額，采用第二種表示時，應給出電壓限額。

第11頁，課件共98頁，創作于2023年2月第二節變壓器的參數和數學模型第12頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、升壓變壓器和降壓變壓器對于雙繞組變壓器，兩者的結構并無區別。

對于三繞組變壓器而言，功率由低壓側向中、高壓側輸送，希望低壓側和中、高壓側有緊密的聯系，以減少電壓降落，所以將低壓側繞組放在高、中壓側之間。降壓變壓器功率由高壓側流向中、低壓側，一般中壓側功率大，所以中低壓側對調，使高中壓側有較強的磁耦合.第13頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、雙繞組變壓器的參數和數學模型第14頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、雙繞組變壓器的參數和數學模型第15頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、雙繞組變壓器的參數和數學模型第16頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、雙繞組變壓器的參數和數學模型第17頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、雙繞組變壓器的參數和數學模型第18頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第19頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第20頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第21頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第22頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第23頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第24頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第25頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第26頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第27頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第28頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、三繞組變壓器的參數和數學模型第29頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、自耦變壓器的參數和數學模型自耦變壓器與普通變壓器的主要差別在于：后者只有磁的耦合，沒有電的直接聯系，而前者既有磁的耦合，又有電的耦合。自耦變只能使用接法第30頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、自耦變壓器的參數和數學模型第31頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、自耦變壓器的參數和數學模型第32頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、自耦變壓器的參數和數學模型自耦變壓器的等值電路和參數計算公式與普通變壓器相同，只是由于自耦變壓器均采用星形自耦的接線方式，為了消除鐵芯飽和引起的三次諧波，常加一個三角形聯結的第三繞組作為低壓繞組，給附近的負荷供電，或接調相機和電容器以調節系統的無功功率和電壓。第三繞組在電氣上獨立，容量小，例如容量比為100/100/50或100/100/33.3。所以計算時需要對短路試驗數據進行折算。如果短路電壓百分值也未折算，亦需按下式先折算：第33頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、自耦變壓器的參數和數學模型之所以只乘容量比而不是其平方是因為短路電壓只與電流成正比。第34頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、自耦變壓器的參數和數學模型第35頁，課件共98頁，創作于2023年2月例題第36頁，課件共98頁，創作于2023年2月例題第37頁，課件共98頁，創作于2023年2月例題第38頁，課件共98頁，創作于2023年2月例題第39頁，課件共98頁，創作于2023年2月例題第40頁，課件共98頁，創作于2023年2月第三節電力線路的參數和數學模型第41頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述電力線路分類

架空線

導線避雷線桿塔絕緣子金具電纜

導線

絕緣層

包護層

第42頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述第43頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述架空線的導線和避雷線

性能要求

機械強度高

抗腐蝕能力強

導電性好

構成材料（鋁、鋼、銅）導線和避雷線均采用裸線。導線的作用是傳輸電能，避雷線的作用是將雷電流引入大地保護電力線路免受雷擊，因此它們都應有較好的導電性能。導線和避雷線架設在戶外，除了要承受導線自身重量、風壓、冰雪及溫度變化等產生的機械力作用外，還要受空氣中有害氣體的化學腐蝕作用。所以，導線和避雷線還應有較高的機械強度和抗化學腐蝕能力。導線常用的材料有銅、鉛、鋁合金和鋼等。第44頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述銅是電的良導體之一抗拉強度較高．能抵抗空氣中大部分有害氣體的腐蝕作用，易于焊接，是一種很理想的導線材料。但銅的用途很廣、產量有限，因此，為了節約銅的消耗量，除特殊情況外．架空線路一般不用銅導線。鋁的導電性能雖比銅差，但亦屬良好，是常用的導線材料。鋁的機械強度低、允許應力小，因此，常采用鋁合金來改善其機械強度。鋁雖極易受堿性物質和鹽酸的侵蝕，但能很好地抵抗空氣中一般化學物質的腐蝕作用。鋼的導電性能又比鋁差，且在空氣中易生銹，但其機械強度高。為節約有色金屬，鋼導線經常用于負荷密度較小的地方，如用在農村或小城鎮的電力線路中。避雷線一般采用鋼導線．第45頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述第46頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述架空線的桿塔用于支持導線和避雷線。分類直線桿塔:它又稱為中間桿塔，主要用來懸掛導線，是線路上用得最多的一種桿塔。耐張桿塔:它又稱為承力桿塔，主要用來承擔線路正常及故障（如斷線）情況下導線的拉力，同時使線路分段，便于施工和檢修，限制故障范圍。在耐張用上，絕緣子不象直線搭上那樣與地面垂直，而象是導線的延續。桿塔兩邊同一根導線是通過跳線來接通的。終端桿塔:它是最靠近變電所的一座桿塔，用來承受最后一個耐張檔區導線的單向拉力。如果沒有終端桿塔，則拉力將由變電所建筑物承擔，這將增加變電所的造價。轉角桿塔:它用于線路拐彎處，承受側向拉力。拐角較大時做成耐張塔的型式，拐角較小時也可做成直線塔的型式。特種桿塔:它是在特殊情況下使用的一種桿塔，如導線換位用的換位塔，跨越河流、山谷等跨距很大的跨越桿塔等。第47頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述500kV轉角塔500kV直線塔220kV直線塔220kV海灣大跨越鐵塔220kV單回路組合兀型電桿110kV轉角塔110kV直線塔3.5kV輸電電桿第48頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述架空線的絕緣子

分類

針式

懸式

適用

針式絕緣子用于35kv及以下電壓等級

懸式絕緣子用于35kv及以上電壓等級磁橫擔：既用于絕緣，又用于支撐。

第49頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述高壓線路針式低中壓針式盤形懸式高壓線路耐污盤形懸式高壓線路瓷橫擔有機復合橫擔第50頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述架空線路換位問題

消除三相參數的不平衡

整換位循環

按規定，中性點直接接地系統（可以流過零序電流），長度超過100km的架空線都應該換位，但電壓等級越高，換位的困難越多，500kv線路可能不換位。但必須解決參數不平衡帶來的負面影響。

第51頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述電纜線路優點

占地少供電可靠比較安全缺點造價高檢修困難第52頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、電力線路結構簡述第53頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、電力線路的電磁效應與參數線路通電流：發熱，消耗有功功率→R交流電流→交變磁場→感應電勢(自感、互感)抵抗電流→X電流效應→串聯線路加電壓：絕緣漏電(較小)，一定電壓下發光、放電(電暈)→R′(G)電場→線/線、線/大地電容→交變電壓產生電容電流→X′(B)電壓效應→并聯第54頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、電力線路的電磁效應與參數分別用單位長(每公里)參數r、x、g、b表示架空線受氣候、地理、架設的影響，r、x、g、b要變。電纜線路參數不可解析計算，但尺寸標準化，受外界影響小，由廠家提供參數，一般不變（不予研究）。第55頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、電力線路的阻抗有色金屬導線架空線路的電阻

計算用電阻率大于直流電阻率的原因

計及集膚效應

絞線每股長度略長于導線長度

計算額定截面積略大于實際截面積

鋼芯鋁線的電阻只考慮鋁線部分

電阻的溫度修正

有色金屬導線單相架空線路的電抗

考察單根導線所產生的磁場，計算電感

運用迭加原理考察單相線路產生的磁場，計算電感

第56頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、電力線路的阻抗有色金屬導線三相架空線路的電抗運用迭加原理考察三相線路產生的磁場

運用三相換位和三相電流平衡，簡化磁場表達式，計算電感

互幾何均距：幾何平均半徑：結論

線路電抗與導線半徑成減函數關系

線路電抗與相間距成增函數關系

總的來說，由于對數的關系，使得線路電抗與導線半徑、線路布置關系不大，架空線的電抗一般為第57頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、電力線路的阻抗分裂導線三相架空線路的電抗

計算公式

等值半徑：當二分裂時，當三分裂時，當四分裂時，分裂間距：結論

分裂導線電抗與分裂根數成減函數關系

分裂導線電抗與分裂導線間的幾何均距成減函數關系

第58頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、電力線路的阻抗鋼導線三相架空線路阻抗：由于鋼導線導磁，使得參數與導線所流過的電流有關，難于分析，只能實測。

幾點說明

同桿線路的阻抗：兩回線路相互影響，存在互感，但如果三相電流對稱，則可以忽略。

不換位線路的阻抗：相與相之間存在互感，但如果三相電流對稱，則可以忽略。

電纜線路的電阻略大于相同截面積的架空線路，電抗則小得多，這是因為三相導體間的距離遠小于同樣電壓等級的架空線。

第59頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、電力線路的導納三相架空線路的電納

電納與導體周圍電場有關，與導線是否導磁無關，因此，各類導線線路電納計算方法相同。

計算公式

結論

線路電納與導線半徑成增函數關系

線路電納與相間距成減函數關系總的來說，由于對數的關系，使得線路電納與導線半徑、線路布置關系不大，架空線的電納一般為

第60頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、電力線路的導納分裂導線三相架空線路的電納

計算公式

結論

分裂導線電納與分裂根數成增函數關系

分裂導線電納與分裂導線間的幾何均距成增函數關系

第61頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、電力線路的導納架空線路的電導：

線路電導取決于沿絕緣子串的泄漏和電暈，不能嚴格分析在計算時，一般選擇電導為0架空線路的電暈臨界電壓：電暈臨界電壓就是能發生電暈的最低電壓，與以下因素有關：材料表面光滑程度，天氣，空氣密度，材料半徑，三相排列位置，分裂情況等。計算公式第62頁，課件共98頁，創作于2023年2月四、電力線路的導納導線三相水平排列時，邊相導線的電暈臨界電壓比中間相高

線路結構方面，能夠影響電暈臨界電壓的只有相間距和導線半徑。增大相間距會大大增加線路投資因此可以采用分裂導線或擴徑導線來提高電暈臨界電壓。第63頁，課件共98頁，創作于2023年2月例題第64頁，課件共98頁，創作于2023年2月例題第65頁，課件共98頁，創作于2023年2月五、電力線路數學模型一般線路的等值電路（中、短距離線路，架空線300km，電纜100km）

短線路可以只考慮阻抗

中等長度線路要考慮導納，形成П型或T型等值電路

П型或T型等值電路相互不等值，不能用Δ—Y變換

長線路的等值電路

要考慮線路的分布特性

分布特性的近似計算和精確計算。第66頁，課件共98頁，創作于2023年2月五、電力線路數學模型π型等值電路與等值參數令：(z：單位長度串聯阻抗、y：單位長度并聯導納、L：線路總長)第67頁，課件共98頁，創作于2023年2月五、電力線路數學模型L>750km：750≥L≥300km：第68頁，課件共98頁，創作于2023年2月五、電力線路數學模型L≤300km：L≤100km，電壓等級≤35kv

第69頁，課件共98頁，創作于2023年2月第四節負荷的運行特性和數學模型第70頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、負荷和負荷曲線電力系統負荷

負荷構成

負荷運行特性分類

負荷曲線

負荷靜態特性

負荷曲線分類

用途

峰谷差

最大負荷

年最大負荷曲線

典型民用負荷曲線

典型三班負荷曲線

第71頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、負荷和負荷曲線最大負荷最小負荷峰谷差第72頁，課件共98頁，創作于2023年2月二、負荷特性負荷靜態特性：電壓或頻率變化后進入穩態時負荷功率與電壓或頻率的關系。與電壓的關系在電壓額定值附近，有功隨電壓的升高而增大在電壓額定值附近，無功隨電壓的升高而增大與頻率的關系

在頻率額定值附近，有功隨頻率的升高而增大

在頻率額定值附近，無功隨頻率的升高而減小負荷動態特性：電壓或頻率急劇變化過程中負荷功率與電壓或頻率的關系。第73頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、負荷模型恒定功率：恒定阻抗：RDjXDGDjBD第74頁，課件共98頁，創作于2023年2月三、負荷模型函數關系表示：線性表示：二次表示：第75頁，課件共98頁，創作于2023年2月第四節電力網絡的數學模型第76頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用有名制和標么制

標么制的優點：

便于比較、分析元件特性與參數；各級電壓標么值都接近于1；對稱三相電路的計算與單相計算一致；多電壓級網絡，基準電壓選擇恰當可消除變壓器。

標么制的缺點：無量綱、物理概念不如有名值清楚。標么值、有名值和基準值之間的關系標么值=有名值/基準值注意：在三相系統中，線電壓為相電壓的倍，三相功率為單相功率的3倍，如果取線電壓的基準值為相電壓基準值的倍，三相功率的基準值為單相功率基準值的3倍，則線電壓和相電壓的標么值相等，三相功率和單相功率的標么值相等。第77頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用基準值的選取

基準值的單位和有名值相同

阻抗、導納、電壓、電流、功率的基準值之間符合電路的基本關系，如阻抗、導納基準值為每相阻抗、導納；電壓、電流的基準值為線電壓、線電流；功率的基準值為三相功率

第78頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用因此，五個基準值中只有兩個可以任選，其余三個派生而得。通常，先選定，再求出其他基準值。

功率的基準值全網一個，一般為100MVA或1000MVA，如果進行電壓級歸算，則電壓的基準值取基本級的額定電壓。

有名值的電壓級歸算

基本級的選取：通常取網絡中的最高電壓級為基本級

歸算公式：注：歸算中各變壓器的變比為靠近基本級一側的空載電壓與靠近需要歸算一側的空載電壓之比。第79頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用因為，所以功率歸算后不變。歸算中各變壓器的變比為靠近基本級一側的空載電壓與靠近需要歸算一側的空載電壓之比。以下圖為例，設選擇220kV級為基本級，則變壓器T-1的變比為220／121，T-2的變比為110／37。第80頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用標么值的電壓級歸算歸算途徑一，先用有名值向基本級歸算，然后在基本級換算成標么值

歸算途徑二，選定基本級的基準值，通過實際變比，將基本級的基準值歸算到各自電壓級的基準值，再在各自的電壓級換算成標么值

第81頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用[例2-6]電力網絡結線如圖2-51所示，圖中各元件的技術數據見表2-4。試分別作以有名制和標么制表示的歸算至220kV側的該網絡等值電路或數學模型。作等值電路時，變壓器的電阻、導納，線路l—1、l—2的電導，線路l—3、l—4的導納都可略去。第82頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第83頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第84頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第85頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第86頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第87頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第88頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第89頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第90頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第91頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第92頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用第93頁，課件共98頁，創作于2023年2月一、標幺值及其應用平均額定（標稱）電壓不同電壓等級的電網通過變壓器的高（中）低壓繞組之間的磁耦合（自耦變壓器還有部分電耦合）進行電功率