電力系統(tǒng)分析

1、第一章 電力系統(tǒng)的基本概念一、 什么是電力系統(tǒng)？由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成的，能夠生產(chǎn)、輸送、分配、使用電能的統(tǒng)一整體，稱(chēng)為電力系統(tǒng)（或由電源、電力網(wǎng)和用戶(hù)組成）。二、 電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求1、 保證可靠持續(xù)供電根據(jù)供電可靠性的要求將負(fù)荷分為三類(lèi)（級(jí)）：一類(lèi)負(fù)荷：中斷供電后，將造成人身傷亡、設(shè)備損壞，重要交通樞紐癱瘓，經(jīng)濟(jì)上造成重大損失，政治造成重大影響，社會(huì)秩序嚴(yán)重混亂等，稱(chēng)為一類(lèi)負(fù)荷。二類(lèi)負(fù)荷：中斷供電后，將造成大量停產(chǎn)，停工，經(jīng)濟(jì)上造成較大損失、政治上造成較大影響等，稱(chēng)為二類(lèi)負(fù)荷。三類(lèi)負(fù)荷：除一類(lèi)、二類(lèi)負(fù)荷以外的其他負(fù)荷，如工廠(chǎng)的附屬車(chē)間、小城鎮(zhèn)等。2、 保

2、證良好的電能質(zhì)量電能質(zhì)量包含電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量。電壓質(zhì)量：線(xiàn)路額定電壓正常運(yùn)行電壓允許變化范圍：35KV及以上為±5%；10KV及以下為±7%；低壓照明及農(nóng)業(yè)用電為（+5%-10%）。頻率質(zhì)量：我國(guó)所有交流電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，給定的允許頻率偏移為±0.20.5Hz。波形質(zhì)量：所謂保證波形質(zhì)量，就是限制系統(tǒng)中的電流、電壓的諧波，如更改換流裝置的設(shè)計(jì)、裝設(shè)濾波器、限制不符合要求的非線(xiàn)性負(fù)荷的接入等。3、 保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性三、 電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)發(fā)電機(jī)的額定電壓較線(xiàn)路的額定電壓高5%。變壓器一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備額定電壓（若直接與發(fā)電機(jī)相聯(lián)，

3、則一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機(jī)額定電壓）。變壓器二次側(cè)額定電壓應(yīng)較線(xiàn)路額定電壓高10%，只有漏抗很小的，二次側(cè)直接與用電設(shè)備相聯(lián)的和電壓等級(jí)特別高的變壓器，其二次側(cè)額定電壓才可能較線(xiàn)路額定電壓高5%。如用電設(shè)備額定線(xiàn)電壓為6KV，則交流發(fā)電機(jī)電壓為6.3KV，變壓器一次繞組為6KV（與發(fā)電機(jī)相聯(lián)時(shí)為6.3KV），二次繞組為6.3KV（與線(xiàn)路相聯(lián)時(shí)為6.6KV）。四、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式1、結(jié)線(xiàn)方式：星形連接和三角形連接。星形連接：線(xiàn)電壓等于3倍相電壓，線(xiàn)電流等于相電流。三角形連接：線(xiàn)電壓等于相電壓，線(xiàn)電流等于3倍相電流。2、中性點(diǎn)運(yùn)行方式：直接接地和不接地。（只有星形接線(xiàn)才存在中性點(diǎn)）中性點(diǎn)直接

4、接地：中性點(diǎn)接地是為了降低回路對(duì)地電壓，提高線(xiàn)路的耐壓絕緣性，但中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，非故障相對(duì)地電壓不變，但線(xiàn)路上將流過(guò)較大的短路電流，從而使繼電保護(hù)裝置迅速斷開(kāi)故障部分，供電可靠性降低。中性點(diǎn)直接接地一般使用在電壓等級(jí)較高的系統(tǒng)中（110KV及以上的系統(tǒng)），通過(guò)其他措施來(lái)提高供電可靠性。中性點(diǎn)不接地：不接地系統(tǒng)供電可靠性高，但對(duì)絕緣水平的要求也比較高。在電壓等級(jí)較低的系統(tǒng)中，一般采用中性點(diǎn)不接地方式以提高供電可靠性（60KV及以下的系統(tǒng)：電壓低于500V的裝置（380/220照明裝置除外），36KV電力網(wǎng)，當(dāng)單項(xiàng)接地電流小于30A時(shí)；10KV電力網(wǎng)，當(dāng)單相接地電流小于20A

5、時(shí)；當(dāng)與發(fā)電機(jī)有電器鏈接的310KV電力網(wǎng)的接地電流小于5A時(shí)；以及3560電力網(wǎng)中，單項(xiàng)接地電流小于10A的系統(tǒng)）。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地：也又稱(chēng)為諧振接地，經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的電力網(wǎng)又稱(chēng)為補(bǔ)償電力網(wǎng)或諧振電力網(wǎng)。消弧線(xiàn)圈為電抗線(xiàn)圈，其目的是通過(guò)線(xiàn)圈中的感性電流與系統(tǒng)的容性電流分量抵消，減小接地點(diǎn)電流，提高供電可靠性。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地時(shí)，又有過(guò)補(bǔ)償欠補(bǔ)償之分，過(guò)補(bǔ)償是指系統(tǒng)中線(xiàn)圈的感性電流大于系統(tǒng)的容性電流，反之為欠補(bǔ)償。實(shí)踐中一般都采用過(guò)補(bǔ)償方式。凡不符合中性點(diǎn)不接地條件的663KV的電力網(wǎng)，均可采用諧振接地。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地：適合于架空線(xiàn)路，對(duì)于由瞬間故障引起的單相接地，依靠自動(dòng)重合閘

6、裝置即可很快恢復(fù)供電。但這種接地方式存在絕緣水平較高，可能誘發(fā)倍數(shù)較高的弧光過(guò)電壓或鐵磁諧振過(guò)電壓的可能。在635KV主要電纜線(xiàn)路構(gòu)成的配電系統(tǒng)，單相接地故障電容電流較大時(shí)，可采用經(jīng)小電阻接地。第二章 電力系統(tǒng)參數(shù)一、電力系統(tǒng)中的參數(shù)電阻：導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用叫做導(dǎo)體的電阻。容抗：容抗是電容器對(duì)通過(guò)它的交流電的阻抗能力，即電容器對(duì)交流電源的阻抗。用數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為：XC=12fC 由公式可得：頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大。感抗：當(dāng)交流電通過(guò)電感線(xiàn)圈時(shí)，電路中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，形成感抗阻礙電流的改變。用數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為：XL=2fL有公式可得：感抗隨交流電的頻率增大而增大。當(dāng)f=0時(shí)

7、，XL=0，所以電感起到“通直流，阻交流”的作用，或“通低頻，阻高頻”的作用。電抗X：電容和電感在電路中對(duì)交流電引起的阻礙作用總稱(chēng)為電抗，其表達(dá)式為 X=XC+XL。阻抗Z：電阻與電抗的總稱(chēng)，阻抗為復(fù)數(shù)，實(shí)部為電阻，虛部為電抗，即Z=R+jX，單位：歐姆（）。阻抗與導(dǎo)納互為倒數(shù)。電導(dǎo)G：表示某一種導(dǎo)體傳輸電流能力強(qiáng)弱的程度。在純電阻電路中，電導(dǎo)與電阻互為倒數(shù)，根據(jù)歐姆定律 R=UI 得 G=IU，單位：西門(mén)子，簡(jiǎn)稱(chēng)西（S或1）。在輸電線(xiàn)路輸送功率的過(guò)程中，除了電流在線(xiàn)路電阻產(chǎn)生有功功率損耗之外，在周?chē)慕Y(jié)緣介質(zhì)中還將產(chǎn)生功率損耗，此部分功率損耗與電導(dǎo)有關(guān)。架空線(xiàn)路中的電導(dǎo)，稱(chēng)為泄漏電導(dǎo)，其主要

8、與沿絕緣子串及金具的泄漏損耗以及電暈損耗有關(guān)，通常情況下，泄漏損耗的值很小，可忽略不計(jì)。（電暈：電暈放電是指當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)的表面電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)周?chē)目諝夥肿颖挥坞x而產(chǎn)生放電。電暈的產(chǎn)生需要消耗功率和能量，這就形成電暈損耗。）電納B：電納時(shí)交流電流經(jīng)電容或電感的簡(jiǎn)稱(chēng)。簡(jiǎn)單來(lái)講，交流電中的電納相當(dāng)于直流電中的電導(dǎo)。電納與電抗互為倒數(shù)。導(dǎo)納Y：導(dǎo)納是電導(dǎo)和電納的統(tǒng)稱(chēng)，在電力電子學(xué)中定義為阻抗的倒數(shù)，導(dǎo)納為復(fù)數(shù)，實(shí)部為電導(dǎo)，虛部為電納，即Y=G+jB，單位：西門(mén)子，簡(jiǎn)稱(chēng)西（S）。二、變壓器試驗(yàn)1、變壓器短路試驗(yàn)：將變壓器的一組線(xiàn)圈短路，在另一組線(xiàn)圈加上額定頻率的交流電壓，使變壓器線(xiàn)圈內(nèi)的電

9、流為額定值，此時(shí)測(cè)得的損耗為短路損耗（銅損Pk），其值與電流的平方成正比（銘牌上所標(biāo)的千瓦數(shù)，是指線(xiàn)圈在75攝氏度時(shí)通過(guò)額定電流的銅損，也稱(chēng)額定負(fù)載損耗）。所加的電壓為短路電壓，短路電壓是以被加電壓線(xiàn)圈的額定電壓百分?jǐn)?shù)表示的（Uk%），短路電壓百分?jǐn)?shù)又稱(chēng)為短路阻抗百分?jǐn)?shù)。變壓器的短路電阻可由如下公式計(jì)算 Rk=PkUN2×103SN2 （）變壓器的短路電抗可由如下公式計(jì)算 Xk=Ukx%UN2×10SN （）2、變壓器空載試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)將變壓器的高壓側(cè)開(kāi)路，低壓側(cè)加壓，試驗(yàn)電壓是低壓側(cè)的額定電壓，該試驗(yàn)主要用來(lái)測(cè)量空載損耗，空載損耗主要是鐵損耗，且鐵損與負(fù)載的大小無(wú)關(guān)，試驗(yàn)電

10、流為額定電流的百分之幾或千分之幾，根據(jù)空載試驗(yàn)的結(jié)果，可以計(jì)算出變壓器的勵(lì)磁電導(dǎo)和勵(lì)磁電納。變壓器的勵(lì)磁電導(dǎo)可由如下公式計(jì)算 Gm=P0×10-3UN2 （S）變壓器的勵(lì)磁電納可由如下公式計(jì)算 Bm=I0%SN×10-5UN2 （S）三、電力網(wǎng)絡(luò)的電壓電壓降落 U：線(xiàn)路首端電壓與末端電壓的向量差（主要由無(wú)功功率引起），分為橫向分量U和縱向分量U，滿(mǎn)足向量關(guān)系U=U2+U2。（對(duì)于110KV及以下電壓等級(jí)的電力網(wǎng)，可以忽略電壓降落的橫向分量，此時(shí)電壓損耗就等于電壓降落的縱向分量）。電壓損耗：輸電線(xiàn)路首端和末端電壓的絕對(duì)值之差。電壓偏移：網(wǎng)絡(luò)實(shí)際電壓與額定電壓的數(shù)值之差，只計(jì)算

11、其大小，常用百分?jǐn)?shù)表示。如：首（末）端電壓偏移=U-UNUN×100%四、有功功率與無(wú)功功率有功功率P：是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率。也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的電功率。無(wú)功功率Q：用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率，凡是有電磁線(xiàn)圈的設(shè)備，都要建立磁場(chǎng)，需要消耗無(wú)功功率，由于它對(duì)外不做功，所以稱(chēng)之為“無(wú)功”。（無(wú)功的用處：電機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率所建立的；變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能是變壓器的一次線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線(xiàn)圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變

12、壓器也不能變壓，交流接觸器也不會(huì)吸合等。）無(wú)功功率不足的危害：增加線(xiàn)路損失；增加線(xiàn)路的電壓降；使系統(tǒng)的電壓降低；降低發(fā)電、供電設(shè)備的利用率。通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓，來(lái)使系統(tǒng)中的無(wú)功功率達(dá)到平衡，調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的方法如下所示：1、 改變發(fā)電機(jī)的端電壓來(lái)進(jìn)行調(diào)壓（調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流）。2、 改變變壓器的分接頭或采用專(zhuān)門(mén)的調(diào)壓變壓器來(lái)調(diào)壓（只有在電力系統(tǒng)無(wú)功電源充足的條件下才有效）。3、 改變電力網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功功率分布。4、 改變輸電線(xiàn)路的參數(shù)進(jìn)行調(diào)壓。（如R、X等）電力系統(tǒng)中的無(wú)功電源：1、 同步發(fā)電機(jī)（系統(tǒng)唯一的有功功率電源，同時(shí)又是系統(tǒng)最基本的無(wú)功功率電源）2、 同步補(bǔ)償機(jī)（調(diào)相機(jī)）：通過(guò)改變勵(lì)磁，即

13、可達(dá)到調(diào)節(jié)無(wú)功的效果，過(guò)勵(lì)磁：發(fā)出感性無(wú)功，欠勵(lì)磁：吸收感性無(wú)功。3、 電力電容器：只能從系統(tǒng)吸收容性的無(wú)功功率，適合補(bǔ)償感性無(wú)功負(fù)載的系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是只能發(fā)出無(wú)功功率的發(fā)電機(jī)。4、 靜止無(wú)功補(bǔ)償器5、 并聯(lián)電抗器：用以吸取輕載或空載線(xiàn)路過(guò)剩的感性無(wú)功功率，面對(duì)高壓遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路而言，他還有提高輸送能力，降低過(guò)電壓等作用。五、系統(tǒng)的無(wú)功損耗系統(tǒng)的無(wú)功損耗主要是輸電線(xiàn)路與變壓器內(nèi)的無(wú)功損耗。1、 輸電線(xiàn)路的無(wú)功損耗：（1） 輸電線(xiàn)路的電抗所產(chǎn)生的無(wú)功損耗與線(xiàn)路的平方成正比，即 Q=I2XL ，功率損耗與導(dǎo)線(xiàn)的截面積成正比。（2） 輸電線(xiàn)路的電納中的容性功率又稱(chēng)為線(xiàn)路的充電功率，其大小與線(xiàn)路電壓的平

14、方成正比，即 Q=U2Bm ，當(dāng)充電功率看作為無(wú)功損耗時(shí)，應(yīng)帶負(fù)號(hào)。充電功率將引起“長(zhǎng)線(xiàn)路的電容效應(yīng)”而導(dǎo)致“工頻電壓升高”的現(xiàn)象產(chǎn)生，即由于容性無(wú)功使電壓升高，使得線(xiàn)路末端的電壓高于首端電壓，為了減弱這種“工頻電壓升高”，常在遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路的中途或末端裝設(shè)并聯(lián)電抗器。依靠電抗器的感性無(wú)關(guān)來(lái)補(bǔ)償線(xiàn)路的容性無(wú)功，從而達(dá)到降低“工頻電壓升高”的目的。2、 變壓器的無(wú)功損耗：變壓器無(wú)功損耗包括兩個(gè)部分，一部分是勵(lì)磁損耗，這部分損耗與鐵芯有關(guān)而與負(fù)荷無(wú)關(guān)，通常為不變損耗，這部分損耗所占額定容量的百分?jǐn)?shù)，基本上等于空載電流的百分?jǐn)?shù)I0%。另一部分無(wú)功功率損耗是由于變壓器的漏電抗所產(chǎn)生的，它與負(fù)荷電流平方成正比，稱(chēng)為可變損耗。第三章 電力系統(tǒng)的潮流分布及計(jì)算一、 電力系統(tǒng)的潮流電力系統(tǒng)中的潮流是指，電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)電壓、線(xiàn)路上有功功率、無(wú)功功率的分布；潮流計(jì)算是通過(guò)給定一些條件，來(lái)計(jì)算電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)電