第四章 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化

第四章電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)一、電力系統(tǒng)的組成

圖1第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念一、電力系統(tǒng)的組成發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽娔芙?jīng)變壓器和電力線路傳送并分配到用戶，在那里經(jīng)電動(dòng)機(jī)、電爐、電燈等用電設(shè)備又將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能、光能等。由這些生產(chǎn)、變換、傳送、分配、消耗電能的電氣設(shè)備(發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路及各種用電設(shè)備等)聯(lián)系在一起組成的統(tǒng)一整體就是電力系統(tǒng)，如圖1所示。與“電力系統(tǒng)”一詞相關(guān)的還有“電力網(wǎng)”和“動(dòng)力系統(tǒng)”。前者指電力系統(tǒng)中除去發(fā)電機(jī)和用電設(shè)備外的部分；后者指電力系統(tǒng)和發(fā)電廠動(dòng)力部分的總和。所以，電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，而電力系統(tǒng)又是動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，三者的關(guān)系也示于圖l中。

二、發(fā)電廠發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的核心，擔(dān)負(fù)著把不同種類的一次能源轉(zhuǎn)換成電能的任務(wù)。依據(jù)使用的一次能源不同，發(fā)電廠可分為許多類型。例如：燃燒煤、石油、天然氣發(fā)電的火力發(fā)電廠；利用水力能發(fā)電的水力發(fā)電廠；利用核能發(fā)電的核動(dòng)力發(fā)電廠。二、發(fā)電廠

1、火力發(fā)電廠火電廠的主要發(fā)電設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，其輔助設(shè)備有冷凝器、給水加熱器、各種水泵、磨煤機(jī)、除氧器、煙囪及各種量測(cè)與控制設(shè)備。凝汽式燃煤火電廠的生產(chǎn)過(guò)程如圖2所示。

圖2凝汽式火電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖二、發(fā)電廠1、火力發(fā)電廠原煤從煤礦運(yùn)到電廠后，先存入原煤倉(cāng)，隨后由輸煤皮帶運(yùn)進(jìn)原煤斗，從原煤斗落入球磨機(jī)中被磨成很細(xì)的煤粉，再由排粉機(jī)抽出，隨同熱空氣送入鍋爐的燃燒室進(jìn)行燃燒。燃燒放出的熱量一部分被燃燒室四周的水冷壁吸收，一部分加熱燃燒室頂部和煙道入口處的過(guò)熱器中的蒸汽，余下的熱量則被煙氣攜帶穿過(guò)省煤器、空氣預(yù)熱器傳遞給這兩個(gè)設(shè)備內(nèi)的水和空氣。煙氣經(jīng)過(guò)除塵器凈化處理，由吸風(fēng)機(jī)導(dǎo)入煙囪，被排入大氣。燃燒時(shí)生成的灰渣和由除塵器收集下來(lái)的細(xì)灰，用水沖進(jìn)沖灰溝排出廠外。二、發(fā)電廠1、火力發(fā)電廠燃燒用的助燃空氣，經(jīng)送風(fēng)機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器中加熱，加熱后，一部分被送往磨煤機(jī)作為干燥和運(yùn)送煤粉的介質(zhì)，大部分送入燃燒室參與助燃。水、蒸汽是把熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的重要介質(zhì)。凈化后的給水，先送進(jìn)省煤器預(yù)熱，繼而進(jìn)入汽包，由汽包降入水冷壁管中吸收燃燒室的熱能后蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽通過(guò)過(guò)熱器時(shí)，再次被加熱，變?yōu)楦邷馗邏旱倪^(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽經(jīng)主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。做完功的蒸汽在凝結(jié)器中被冷卻凝結(jié)成水。凝結(jié)水經(jīng)除氧器去氧、加熱器加熱后再用給水泵重新送入省煤器預(yù)熱，便可作為工質(zhì)繼續(xù)循環(huán)使用。二、發(fā)電廠

1、火力發(fā)電廠凝結(jié)器需要的冷卻水由循環(huán)水泵送入，冷卻水在凝結(jié)器中吸熱之后，流回冷卻塔散熱，然后，再經(jīng)循環(huán)水泵供給凝結(jié)器。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在發(fā)電機(jī)中又把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)變壓器升高電壓后送入高壓電力網(wǎng)。二、發(fā)電廠

2、水力發(fā)電廠水力發(fā)電廠是利用河流所蘊(yùn)藏的水力能資源來(lái)發(fā)電，水力能資源是最干凈、價(jià)廉的能源。水力發(fā)電廠的容量大小決定于上下游的水位差(簡(jiǎn)稱水頭)和流量的大小。因此，水力發(fā)電廠往往需要修建攔河大壩等水工建筑物以形成集中的較高水位差，并依靠大壩形成具有一定容積的水庫(kù)，以調(diào)節(jié)河水流量。根據(jù)地形、地質(zhì)、水能資源特點(diǎn)等的不同，水力發(fā)電廠的形式是多種多樣的。

2、水力發(fā)電廠水力發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程要比火力發(fā)電廠簡(jiǎn)單，如圖3所示。由攔河壩維持在高水位的水，經(jīng)壓力水管進(jìn)入螺旋形蝸殼，推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將水能變?yōu)闄C(jī)械能。水輪機(jī)轉(zhuǎn)子再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使機(jī)械能變成了電能。而做完功的水則經(jīng)過(guò)尾水管排往下游。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，經(jīng)變壓器升壓后由高壓輸電線送至用戶。圖3水電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖二、發(fā)電廠

2、水力發(fā)電廠水利發(fā)電廠的優(yōu)勢(shì)：首先，水利發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程較簡(jiǎn)單，故所需的運(yùn)行維護(hù)人員較少，且易于實(shí)現(xiàn)全盤自動(dòng)化。其次，水力發(fā)電廠不消耗燃料，故電能成本要比火力發(fā)電廠低得多。此外，水力機(jī)組的效率較高，承受變動(dòng)負(fù)載的性能較好，故在系統(tǒng)中的運(yùn)行方式較為靈活。水力機(jī)組啟動(dòng)迅速，在事故時(shí)能有力地發(fā)揮其后備作用。再者，隨著水力發(fā)電廠的興建往往還可以同時(shí)解決發(fā)電、防洪、灌溉、航運(yùn)等多方面的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)河流的綜合利用，使國(guó)民經(jīng)濟(jì)取得更大效益。水力發(fā)電廠的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不像火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠那樣存在環(huán)境污染問(wèn)題。二、發(fā)電廠

2、水力發(fā)電廠水利發(fā)電廠的劣勢(shì)：由于水力發(fā)電廠需要建設(shè)大量的水工建筑物，所以相對(duì)于火電廠來(lái)說(shuō)，建設(shè)投資大，工期較長(zhǎng)，使用勞力也較多。特別是水庫(kù)還將淹沒(méi)一部分土地，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一定不利影響。水力發(fā)電廠的運(yùn)行方式還受到氣象、水文等條件的影響，有豐水期、枯水期之別，發(fā)電出力不如火電廠穩(wěn)定，也給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)一定不利因素。

二、發(fā)電廠3、核能發(fā)電廠核能是一種新的能源，也是可望長(zhǎng)期使用的能源。所以，自1954年世界上第一座核電廠投入運(yùn)行以來(lái)，許多國(guó)家紛紛建設(shè)核電廠。核電廠建設(shè)的速度最快。核能發(fā)電的基本原理：核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生核裂變，即所謂鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放出大量熱能，由冷卻劑(水或氣體)帶出，在蒸汽發(fā)生器中將水加熱為蒸汽。然后，同一般火力發(fā)電廠一樣，用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。冷卻劑在把熱量傳給水后，又被泵打回反應(yīng)堆里去吸熱，這樣反復(fù)使用，就可以不斷地把核裂變釋放的熱能引導(dǎo)出來(lái)。核能發(fā)電廠與火力發(fā)電廠在構(gòu)成上最主要區(qū)別是前者用核一蒸汽發(fā)電系統(tǒng)來(lái)代替后者的蒸汽鍋爐，所以核電廠中的反應(yīng)堆又被稱為原子鍋爐

。

二、發(fā)電廠

3、核能發(fā)電廠核能發(fā)電廠的特點(diǎn)和問(wèn)題：核能發(fā)電廠的主要優(yōu)點(diǎn)之一是可以大量節(jié)省煤、石油等燃料。核能發(fā)電廠的另一個(gè)特點(diǎn)是燃燒時(shí)不需要空氣助燃，所以核能電廠可以建設(shè)在地下、山洞里、水下或空氣稀薄的高原地區(qū)。核能發(fā)電廠的主要問(wèn)題是放射性污染。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)變得越來(lái)越安全。

二、發(fā)電廠

3、核能發(fā)電廠目前大多數(shù)商業(yè)運(yùn)行的核電廠屬于水堆型，包括壓水堆、沸水堆和重水堆。正在研究開發(fā)中的有快中子增殖堆和高溫氣冷堆核電廠。壓水堆核電廠的構(gòu)成和生產(chǎn)過(guò)程如圖4所示。

(a)壓水堆核電廠(b)壓水堆核電廠系統(tǒng)示意圖

圖4核電廠第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念

二、發(fā)電廠4、其他能源發(fā)電新能源發(fā)電主要有風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、潮汐能發(fā)電等。風(fēng)力發(fā)電：風(fēng)力發(fā)電是通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)能發(fā)電：太陽(yáng)能發(fā)電方式主要可分為光熱發(fā)電和光電發(fā)電兩種方式。光熱發(fā)電是用反光鏡集熱產(chǎn)生蒸汽，再用汽輪機(jī)來(lái)發(fā)電；光電發(fā)電是用光電池直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。地?zé)崮馨l(fā)電：通過(guò)熱流體將地下熱能攜帶到地上，經(jīng)過(guò)專門的裝置將熱能轉(zhuǎn)換為電能。潮汐發(fā)電：利用潮汐具有的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化成電能。此外還有生物能、波浪能、海洋溫差能等。從遠(yuǎn)景發(fā)展來(lái)看，還有聚變能、氫能等。

三、輸配電系統(tǒng)（一）三相交流輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖5電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)電力網(wǎng)由輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)組成。大型電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)通常以電壓等級(jí)進(jìn)行分層見圖5。

三、輸配電系統(tǒng)（一）三相交流輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)輸電網(wǎng)的作用：輸電網(wǎng)主要是將遠(yuǎn)離負(fù)載中心的發(fā)電廠的大量電能經(jīng)過(guò)變壓器升高電壓，通過(guò)高壓輸電線，送到鄰近負(fù)載中心的樞紐變電站。同時(shí)，輸電網(wǎng)還有聯(lián)絡(luò)相鄰電力系統(tǒng)和聯(lián)系相鄰變電站的作用，或向某些容量特大的用戶直接供電。輸電網(wǎng)的額定電壓通常為220～750kV或更高，它的結(jié)構(gòu)與電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性關(guān)系極大，是整個(gè)電力系統(tǒng)的骨架或主干電網(wǎng)。

三、輸配電系統(tǒng)（一）三相交流輸配電系統(tǒng)

1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)的作用：配電網(wǎng)可分為高壓、中壓和低壓配電網(wǎng)。高壓配電網(wǎng)的電壓一般為35～110kV或更高，中壓配電網(wǎng)的電壓一般為6～20kV，它們將來(lái)自變電站的電能分配到眾多的配電變壓器，以及直接供應(yīng)中等容量的用戶，低壓配電網(wǎng)的電壓為380/220V，用于向數(shù)量很大的小用戶供電

。電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與電壓等級(jí)、電源和負(fù)載點(diǎn)的容量和數(shù)目、它們之間的地理位置以及可靠性要求等因素有關(guān)。

三、輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

放射式a是一種最簡(jiǎn)單的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行調(diào)度和控制最為方便，但單回線路供電可靠性不高。

鏈?zhǔn)絙結(jié)構(gòu)是放射式的擴(kuò)展，但可靠性低于放射式。

環(huán)式c結(jié)構(gòu)有較好的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，但當(dāng)某一線路退出運(yùn)行后，電壓質(zhì)量可能較差。

圖6電力網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

三、輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)具有多個(gè)電源的電力網(wǎng)有環(huán)式d和串鏈?zhǔn)絜兩種常用的結(jié)構(gòu)，兩者均有很高的可靠性。但多個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)電力網(wǎng)的調(diào)度和控制(包括繼電保護(hù))比較復(fù)雜，短路電流水平也較高。輸電網(wǎng)通常采用這兩種結(jié)構(gòu)或它們的組合，其中環(huán)式結(jié)構(gòu)對(duì)各發(fā)電廠間聯(lián)系較強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性一般較好；串鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)對(duì)各發(fā)電廠間聯(lián)系較弱，運(yùn)行穩(wěn)定性相對(duì)較差。

圖6電力網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

三、輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

干線式f投資最省但可靠性很差，只適用于負(fù)載密度小、可靠性要求不高的配電網(wǎng)。

網(wǎng)格式

g結(jié)構(gòu)適用于負(fù)載密度很大，電壓質(zhì)量和可靠性要求很高的城市配電網(wǎng)

。

圖6電力網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

三、輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：（1）電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、電能質(zhì)量以及調(diào)度控制的方便性和靈活性等均有很大的影響。特別是主干網(wǎng)絡(luò)，要采用電氣聯(lián)系強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，包括采用較高的電壓等級(jí)，以提高穩(wěn)定性，保證各種運(yùn)行方式下主干線路有足夠的輸電能力。同時(shí)，要盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高調(diào)度控制的方便性和靈活性，還要注意限制短路電流水平。對(duì)于交流遠(yuǎn)距離輸電線路，如果輸電能力受到限制，還可考慮直流輸電方案。當(dāng)穩(wěn)定性有問(wèn)題或調(diào)度控制有困難或短路容量太大時(shí)，也可考慮應(yīng)用直流聯(lián)絡(luò)線分隔交流電力網(wǎng)。

三、輸配電系統(tǒng)1、電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：（2）當(dāng)穩(wěn)定性有問(wèn)題或調(diào)度控制有困難或短路容量太大時(shí)，也可考慮應(yīng)用直流聯(lián)絡(luò)線分隔交流電力網(wǎng)。對(duì)于低一級(jí)電壓的電力網(wǎng)，應(yīng)力求采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，實(shí)行分片供電，限制短路容量。同時(shí)，要避免高、低壓線路經(jīng)過(guò)變壓器形成環(huán)網(wǎng)，以簡(jiǎn)化繼電保護(hù)，加強(qiáng)穩(wěn)定性。通常要針對(duì)具體的電力系統(tǒng)，提出若干個(gè)電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)方案，逐個(gè)進(jìn)行潮流、穩(wěn)定、保護(hù)控制和短路電流研究以及經(jīng)濟(jì)分析，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后確定最佳的結(jié)構(gòu)。

三、輸配電系統(tǒng)

（一）三相交流輸配電系

2、電力系統(tǒng)電壓等級(jí)電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、配電以及用電等設(shè)備都是按一定的標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)和制造的，在這一標(biāo)準(zhǔn)電壓下運(yùn)行，設(shè)備的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將達(dá)到最好，這一標(biāo)準(zhǔn)電壓稱為額定電壓。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電力網(wǎng)絡(luò)的額定線電壓為：0.38、3、6、10、35、63、110、220、330、500、750（kV）。電網(wǎng)電壓及合理的電壓系列選擇是—個(gè)涉及面極廣的綜合性問(wèn)題，除應(yīng)考慮送電容量、距離、運(yùn)行方式等多種因素外，還應(yīng)根據(jù)動(dòng)力資源的分布及工業(yè)布局等遠(yuǎn)景發(fā)展情況，進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

三、輸配電系統(tǒng)2、電力系統(tǒng)電壓等級(jí)

選擇電力網(wǎng)電壓等級(jí)的原則是：（1）選定的電壓等級(jí)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（2）根據(jù)我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，電壓等級(jí)不宜過(guò)多，以便減少變電重復(fù)容量，同一地區(qū)、同—電網(wǎng)內(nèi)，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化電壓等級(jí)。但電壓級(jí)差也不宜太小。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，110kV以下(或稱電網(wǎng)配電電壓等級(jí))，電壓差一般在3倍以上；110kV及以上(或稱電網(wǎng)輸電電壓等級(jí))，電壓差—般在2倍左右。（3）我國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)的電壓等級(jí)配置大致分為兩類，即110／220／500kV或110／330kV。220kV以下的電壓等級(jí)的配置為10／63／220kV及10／35／110／220kV兩種系列

三、輸配電系統(tǒng)2、電力系統(tǒng)電壓等級(jí)下表給出了電網(wǎng)額定電壓與相應(yīng)傳輸功率和傳輸距離的關(guān)系電力系統(tǒng)額定電壓/kV輸送方式傳輸功率/MW傳輸距離/km0.38架空線0.10.250.38電纜0.1750.353架空線0.1~13~16架空線0.2~210~36電纜3小于810架空線0.2~320~510電纜5小于1035架空線2~1050~20110架空線10~50150~50220架空線100~500300~100330架空線200~1000600~200500架空線1000~1500850~250750架空線2000~2500500以上

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線

什么是變電站？變電站是電力網(wǎng)中的線路連接點(diǎn)，是用以變換電壓、交換功率和匯集、分配電能的設(shè)施。變電站中有不同電壓的配電裝置，電力變壓器，控制、保護(hù)、測(cè)量、信號(hào)和通信設(shè)施，以及二次回路電源等。有些變電站中還由于無(wú)功平衡、系統(tǒng)穩(wěn)定和限制過(guò)電壓等因素，裝設(shè)有并聯(lián)電容器組、并聯(lián)電抗器、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置、串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置、同步調(diào)相機(jī)等

。

變電站的分類：按變電站在電力系統(tǒng)中的位置、作用及其特點(diǎn)劃分，變電站的主要類型有樞紐變電站、區(qū)域變電站、地區(qū)變電站、終端變電站、用戶變電站和地下變電站。變電站的名稱通常是按其最高一級(jí)電壓來(lái)命名的，例如某500kV變電站等

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三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線什么是變電站電氣主接線？變電站的電氣主接線是由變電站內(nèi)的電氣設(shè)備按照電能輸送和分配的要求連接組成的電路。什么是電氣主接線圖？電氣主接線圖用以表示電氣設(shè)備相互之間的連接關(guān)系，以及本變電站(或發(fā)電廠)與電力系統(tǒng)的電氣連接關(guān)系，通常以單線圖表示。主接線圖中表示的主要電氣設(shè)備有哪些？發(fā)電機(jī)、電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、接地裝置以及各種無(wú)功補(bǔ)償裝置等。

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線常用的電氣主接線方式有：?jiǎn)文妇€接線，單母線分段接線，單母線分段帶旁路母線接線，橋形接線，雙母線接線，雙母線分段接線，雙母線帶旁路母線接線，雙母線分段帶旁路母線接線，一個(gè)半斷路器接線，三分之四斷路器接線，雙斷路器接線，多角形接線等。

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線

圖7單母線接線圖8橋型接線

(a)內(nèi)橋(b)外橋

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線

圖9雙母線分段接線圖10雙母線帶旁路母線接線

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線電氣主接線中有時(shí)還包括發(fā)電廠或變電站的自用電部分，常稱作自用電接線

。電氣主接線形式主要根據(jù)變電站或發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用予以選定，應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求，根據(jù)規(guī)劃容量、供電負(fù)載、電力系統(tǒng)短路容量、線路回路數(shù)以及電氣設(shè)備特點(diǎn)等條件加以確定，并應(yīng)具有相應(yīng)的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線下面以單母線接線方式為例來(lái)說(shuō)明斷路器、刀閘等元件的操作原理，并舉例說(shuō)明發(fā)電廠及變電站的電氣主接線。（1）單母線接線單母線接線如圖，進(jìn)線是電源，出線指線路，如WL1，WL2，WL1，WL1，進(jìn)線和出線統(tǒng)稱回路。匯流母線W是進(jìn)線和出線之間的中間環(huán)節(jié)，起匯集和分配電能的作用，進(jìn)出線在母線上并列工作。每條線路一般裝有斷路器QF，因?yàn)閿嗦菲骶哂袦缁⊙b置，可以斷開、閉合負(fù)荷電流和故障電流。

單母線接線

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線（1）單母線接線斷路器兩側(cè)裝有隔離開關(guān)QS，緊靠母線側(cè)的隔離開關(guān)稱為母線隔離開關(guān)，靠線路側(cè)的稱為線路隔離開關(guān)。隔離開關(guān)由于沒(méi)有滅弧結(jié)構(gòu)，不能開斷負(fù)荷電流和短路電流。安裝隔離開關(guān)的目的是在線路停運(yùn)后用隔離開關(guān)隔開電源，這樣當(dāng)檢修線路或斷路器時(shí)，形成一個(gè)檢修人員也能看見的、明顯的“斷開點(diǎn)”。這樣萬(wàn)一斷路器的合分閘指示器失靈，對(duì)檢修人員也是安全的。

QF1靠發(fā)電機(jī)側(cè)可以不裝隔離開關(guān)，這樣QF1檢修，發(fā)電機(jī)需停機(jī)。QS4又稱接地刀閘，在隔離電源，檢修線路或設(shè)備前將其合上使線路與地等電位，防止忽然來(lái)電，確保檢修時(shí)的人身安全。

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線（1）單母線接線運(yùn)行操作必須嚴(yán)格遵守操作順序：如WL1送電時(shí)，在QS4斷開的情況下，先合上QS2和QS3，再投入斷路器QF2；如欲停止對(duì)WL1供電，須先斷開QF2，如線路或斷路器QF2需檢修，再斷開QS3和QS2。待線路對(duì)方停電后，再合上QS4接地刀閘

。單母線接線的特點(diǎn)：?jiǎn)文妇€具有簡(jiǎn)單、清晰、設(shè)備少的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)母線故障或檢修或隔離開關(guān)檢修時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)全部停電，因此這種接線只適用于單電源的發(fā)電廠和變電所，且出線回路數(shù)少，用戶對(duì)供電可靠性要求不高的場(chǎng)合。對(duì)重要的供電用戶一般采用雙母線接線或者帶旁路的接線方式。

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線（2）發(fā)電廠及變電站的電氣主接線舉例

圖11大型火電廠電氣主接線圖

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線（2）發(fā)電廠及變電站的電氣主接線舉例發(fā)電廠及變電站的電氣主接線是由基本接線形式，再考慮一些因素綜合而成的。圖11是某大型火電廠的主接線。該廠裝了6臺(tái)300MW大型機(jī)組，發(fā)電機(jī)與雙繞組變壓器組成單元接線，分別與220kV、500kV升高電壓母線連接，220kV側(cè)采用具有專用旁路斷路器的雙母帶旁母接線，500kV側(cè)是一臺(tái)半斷路器接線，在兩個(gè)升高電壓間設(shè)有一臺(tái)有載調(diào)壓的聯(lián)絡(luò)變壓器，其第三繞組作為廠用啟動(dòng)備用電源

。

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線（2）發(fā)電廠及變電站的電氣主接線舉例圖12熱電廠主接線圖

三、輸配電系統(tǒng)3、變電站及其電氣主接線（2）發(fā)電廠及變電站的電氣主接線舉例圖12是一熱電廠主接線，發(fā)電機(jī)電壓母線采用雙母分段，帶分段電抗器，每一分段接一臺(tái)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)可直接供近區(qū)地方用戶。發(fā)電機(jī)電壓母線上的剩余功率經(jīng)兩臺(tái)三繞組變送入35kV和110kV系統(tǒng)，35kV側(cè)僅兩進(jìn)兩出，故采用橋型接線。廠內(nèi)3號(hào)機(jī)采用單元接線與110kV母線相連，使發(fā)電廠接線簡(jiǎn)單清晰。

三、輸配電系統(tǒng)（一）三相交流輸配電系

4、變電站的主要設(shè)施變電站的主要設(shè)施包括：配電裝置，電力變壓器，控制設(shè)備，保護(hù)自動(dòng)裝置，通信設(shè)施，補(bǔ)償裝置等

。

三、輸配電系統(tǒng)4、變電站的主要設(shè)施（1）配電裝置：它是交換功率和匯集、分配電能的電氣裝置的組合設(shè)施。它包括有母線、斷路器、隔離斷路器、電壓互感器、電流互感器和避雷器等。配電裝置是按照變電站電氣主接線的要求進(jìn)行布置的，其布置方式有屋外式和屋內(nèi)式兩種，屋外式布置中又有中型、半高型和高型等不同型式。

6～10kV配電裝置通常采用屋內(nèi)式，

35kV配電裝置可以根據(jù)具體情況采用屋內(nèi)式或屋外式，

110kV及以上配電裝置通常采用屋外式。在污穢地區(qū)或場(chǎng)地狹窄處，110～220kV配電裝置則采用屋內(nèi)式。氣體絕緣金屬封閉斷路器設(shè)備(GIS)則同時(shí)具有占地少和防污穢等優(yōu)點(diǎn)，它也有屋內(nèi)式和屋外式兩種。

三、輸配電系統(tǒng)4、變電站的主要設(shè)施（2）電力變壓器是變換電壓的設(shè)備：它連接著不同電壓的配電裝置，習(xí)慣稱為變電站的主變壓器。變壓器的分類及應(yīng)用：凡降低電壓向地區(qū)或用戶供電的變壓器稱作降壓變壓器；凡升高電壓向電力網(wǎng)送電的變壓器稱作升壓變壓器。變電站中有兩種或三種電壓的配電裝置時(shí)，則分別采用雙繞組或三繞組變壓器。當(dāng)不同電壓配電裝置之間需交換功率時(shí)，可以采用聯(lián)絡(luò)變壓器。聯(lián)絡(luò)變壓器一般為自耦變壓器或雙繞組變壓器，如果需要從聯(lián)絡(luò)變壓器取得自用電電源時(shí)，則需采用三繞組變壓器，從其低壓繞組上引接自用電電源。變電站自用電源也可以直接從自耦變壓器的低壓繞組上引接

。

三、輸配電系統(tǒng)4、變電站的主要設(shè)施（3）控制、測(cè)量、信號(hào)、保護(hù)和自動(dòng)裝置：它們是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的監(jiān)控和保護(hù)手段。各種設(shè)施介紹：

控制，有一對(duì)一控制和選線控制等方式，其電源有強(qiáng)電(110～220V)和弱電(48V及以下)之分。

保護(hù)，有主設(shè)備保護(hù)和線路保護(hù)、母線保護(hù)幾類。

測(cè)量，有常規(guī)測(cè)量和選擇測(cè)量?jī)深?，可顯示各種所需電氣計(jì)量。

信號(hào)，有聲響信號(hào)和燈光信號(hào)兩種，也有強(qiáng)電和弱電之分。自動(dòng)裝置，當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)不正常運(yùn)行情況時(shí)，自動(dòng)裝置及時(shí)自動(dòng)完成保證安全運(yùn)行的操作，例如備用電源自動(dòng)投入裝置和自動(dòng)重合器等。

三、輸配電系統(tǒng)4、變電站的主要設(shè)施（3）控制、測(cè)量、信號(hào)、保護(hù)和自動(dòng)裝置：上述各種設(shè)施一般設(shè)在變電站主控制樓(室)內(nèi)?？刂坪捅Ｗo(hù)設(shè)施均由變電站二次回路電源供電。二次回路電源包括有蓄電池直流電源、復(fù)式整流電源、電容儲(chǔ)能電源和交流二次電源幾種。220kV及以上變電站中采用蓄電池直流電源，110kV及以下不重要的變電站中通常采用其他種類的二次回路電源

。

三、輸配電系統(tǒng)4、變電站的主要設(shè)施（4）通信設(shè)施：有微波通信、載波通信和光纖通信幾種。330kV及以上變電站中通常設(shè)置微波通信、載波通信和光纖通信，220kV及以下變電站中只設(shè)載波通信和光纖通信。在變電站中一般不建單獨(dú)的通信樓，通信設(shè)施放在主控制樓(室)的通信室內(nèi)

。（5）補(bǔ)償裝置：電力網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率要求就地平衡。為了平衡變電站供電范圍內(nèi)的無(wú)功功率，在變電站內(nèi)裝設(shè)并聯(lián)電容器組或同步調(diào)相機(jī)；為了補(bǔ)償遠(yuǎn)距離輸電線路的充電功率，需要在變電站內(nèi)裝設(shè)并聯(lián)電抗器；為了增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高線路輸電能力，有時(shí)還需要在變電站中裝設(shè)串聯(lián)電容器組。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

直流輸電的簡(jiǎn)單介紹：直流輸電是以直流方式實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)募夹g(shù)。直流輸電與交流輸電相互配合，發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。在以交流輸電為主的電力系統(tǒng)中，直流輸電具有特殊的作用。除了在采用交流輸電有困難的場(chǎng)合必須采用直流輸電外，在電力系統(tǒng)中，它還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)運(yùn)行性能并方便其運(yùn)行和管理。直流輸電有兩端(也稱端對(duì)端)直流工程、多端直流工程、背靠背直流工程、交直流并聯(lián)輸電等類型。在發(fā)電和用電均為交流電的情況下，要進(jìn)行直流輸電，必須解決換流問(wèn)題，即在送端需將交流電變換為.直流電(整流)，由直流輸電線路送到受端，然后再將直流電變換為交流電(逆變)，送入受端交流電網(wǎng)使用。集成門極換相晶閘管(IGTA)和碳化硅等新型半導(dǎo)體器件的開發(fā)，給直流輸電技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了更好的條件

。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

1、直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成直流輸電系統(tǒng)的一次電路主要由整流站、直流線路和逆變站三部分組成。送端與受端交流系統(tǒng)與直流輸電系統(tǒng)也有密切的關(guān)系，它們給整流器和逆變器提供實(shí)現(xiàn)換流的條件，同時(shí)送端電力系統(tǒng)作為直流輸電的電源提供所傳輸?shù)墓β?，而受端則相當(dāng)于負(fù)載，接受由直流輸電送來(lái)的功率。直流輸電的控制保護(hù)系統(tǒng)與交流輸電不同，它是實(shí)現(xiàn)直流輸電正常啟動(dòng)和停運(yùn)、正常運(yùn)行、運(yùn)行參數(shù)的改變和自動(dòng)調(diào)節(jié)以及故障處理和保護(hù)等必不可少的組成部分。此外，為了利用大地(或海水)為回路，大部分直流輸電工程還有接地極和接地極引線。因此，直流輸電系統(tǒng)由整流站、直流輸電線路、逆變站、控制保護(hù)系統(tǒng)以及接地極及其引線等五部分組成

。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

2、直流輸電的基本原理

圖13直流輸電基本原理簡(jiǎn)圖圖13是直流輸電基本原理簡(jiǎn)圖。它包括兩個(gè)換流站，直流輸電線路及兩端交流系統(tǒng)I和Ⅱ。當(dāng)系統(tǒng)I向系統(tǒng)Ⅱ送電時(shí)，換流站1運(yùn)行于整流狀態(tài)，把系統(tǒng)I送來(lái)的三相交流電變換成直流電，經(jīng)直流線路送到換流站2。此時(shí)，換流站2則運(yùn)行于逆變狀態(tài)，把直流電變換為三相交流電送入系統(tǒng)Ⅱ。

三、輸配電系統(tǒng)2、直流輸電的基本原理

直流輸電電壓和功率的調(diào)節(jié)：直流輸電兩端的直流電壓可以通過(guò)改變觸發(fā)角來(lái)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。通常是由逆變站控制直流電壓，整流站控制直流電流，從而得到一定的輸送功率。為了減小直流線路損耗，取得較好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，直流電壓應(yīng)保持略小于最高允許值運(yùn)行，而直流功率的改變由整流站控制直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，直流輸送功率是可控的，這一點(diǎn)與交流輸電有很大的不同。

三、輸配電系統(tǒng)2、直流輸電的基本原理

直流輸電的無(wú)功調(diào)節(jié)：直流輸電線路不傳輸無(wú)功功率，但整流器和逆變器在進(jìn)行換流時(shí)，均需一定量的無(wú)功功率。兩端換流站消耗的無(wú)功功率與直流輸送功率和換流器的功率因數(shù)角有關(guān)。因此，當(dāng)交流系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)無(wú)功時(shí)，可以快速改變直流輸電換流器的功率因數(shù)角或直流輸送功率來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)

。

三、輸配電系統(tǒng)2、直流輸電的基本原理

直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)：直流輸電系統(tǒng)可快速方便地進(jìn)行輸送功率方向的反轉(zhuǎn)(或稱潮流反轉(zhuǎn))。由于換流閥的單向?qū)щ娦裕绷麟娏鞯姆较虿荒芨淖?，直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)是通過(guò)改變直流電壓的極性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。若從系統(tǒng)I向系統(tǒng)Ⅱ送電時(shí)，直流電壓為正極性，從系統(tǒng)Ⅱ向系統(tǒng)I送電時(shí)則為負(fù)極性。利用兩端控制系統(tǒng)可方便快速的改變直流電壓的極性，從而實(shí)現(xiàn)潮流反轉(zhuǎn)

。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

3、直流輸電的特點(diǎn)與應(yīng)用直流輸電的主要特點(diǎn)與其兩端需要換流和輸電部分為直流電這兩個(gè)基本點(diǎn)有關(guān)。直流輸電的應(yīng)用范圍取決于直流輸電技術(shù)的發(fā)展水平和電力工業(yè)發(fā)展的需要

。（1）直流輸電特點(diǎn):①直流架空線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(只需兩根導(dǎo)線)，造價(jià)低、損耗小。和交流輸電相比，輸送同樣的容量，直流架空線路可節(jié)省約1/3導(dǎo)體，其線路造價(jià)比交流線路低，并且在此條件下，直流的線路損耗也比交流低。②電纜耐受直流電壓的能力比交流電壓約高3倍以上。直流電纜輸送容量大，造價(jià)低，不易老化，壽命長(zhǎng)。在直流電壓作用下，電纜無(wú)電容電流，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電纜送電。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

（1）直流輸電特點(diǎn):③直流輸電本身無(wú)交流輸電的穩(wěn)定問(wèn)題。對(duì)于遠(yuǎn)距離大容量輸電，輸送功率不受穩(wěn)定極限的限制，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。

④采用直流輸電可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)間的非同步互聯(lián)，不增加被聯(lián)電網(wǎng)的短路容量，被聯(lián)電網(wǎng)可不同頻率或非同步獨(dú)立運(yùn)行，增強(qiáng)各電網(wǎng)的獨(dú)立性和可靠性，運(yùn)行管理也方便。⑤利用直流輸電的快速控制，可改善交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能。根據(jù)交流系統(tǒng)的需要，可快速改變直流輸送的有功和換流器消耗的無(wú)功，對(duì)交流系統(tǒng)的有功和無(wú)功平衡起快速調(diào)節(jié)作用，從而提高其頻率和電壓的穩(wěn)定性，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

（1）直流輸電特點(diǎn):⑥直流輸電采用大地為回路，直流電流向電阻率很低的大地深層流去，可很好地利用大地這個(gè)良導(dǎo)體。利用大地或海水為回路可提高直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。⑦直流輸電換流站比交流輸電的變電站增加了換流裝置及相關(guān)的配套設(shè)備。所采用的晶閘管換流閥，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴，且不具備自然關(guān)斷電流的能力，使換流器的性能受到限制。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

（1）直流輸電特點(diǎn):

同時(shí)，換流器對(duì)交流側(cè)為諧波電流源，對(duì)直流側(cè)為諧波電壓源，在換流的過(guò)程中換流器還需要大量的無(wú)功功率(約為輸送容量的40%～60%)。因此，換流站必須配備相應(yīng)的交、直流濾波器和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。此外，直流電的滅弧問(wèn)題，給直流斷路器的制造帶來(lái)困難，也使得多端直流輸電的發(fā)展緩慢。綜上所述，直流輸電的換流站比交流輸電的變電站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，損耗大，運(yùn)行可靠性也相應(yīng)較低，直流輸電換流技術(shù)還需要進(jìn)一步的開發(fā)和完善。

三、輸配電系統(tǒng)（二）直流輸電系統(tǒng)

3、直流輸電的特點(diǎn)與應(yīng)用（2）直流輸電的應(yīng)用場(chǎng)合:①采用交流輸電在技術(shù)上有困難或不可能，只有采用直流輸電的場(chǎng)合，如：不同頻率電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)或向不同頻率的電網(wǎng)送電；因穩(wěn)定問(wèn)題采用交流輸電不能聯(lián)網(wǎng)時(shí)；長(zhǎng)距離電纜送電采用交流電纜因電容電流太大而無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)等。②在技術(shù)上采用交流輸電或直流輸電均能實(shí)現(xiàn)，但采用直流輸電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比交流輸電好。對(duì)于第②種類型選用直流或交流一般是由對(duì)工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證結(jié)果來(lái)決定。

三、輸配電系統(tǒng)3、直流輸電的特點(diǎn)與應(yīng)用直流輸電的應(yīng)用范圍主要有：（1）遠(yuǎn)距離大容量輸電。直流輸電線路的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均比交流輸電線路低，換流站造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均比交電流互感器電站高。因此，對(duì)同樣的輸送容量，輸送距離越遠(yuǎn)，直流的經(jīng)濟(jì)性能越好。一般定義為當(dāng)直流線路和換流站的造價(jià)與交流線路和變電站的造價(jià)相等時(shí)的輸電距離為等價(jià)距離。也就是說(shuō)對(duì)于一定的輸送功率，當(dāng)輸電距離大于等價(jià)距離時(shí)，采用直流比較經(jīng)濟(jì)。（2）電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。用傳統(tǒng)的交流輸電方式聯(lián)網(wǎng)，將形成同步運(yùn)行的大電網(wǎng)，可取得聯(lián)網(wǎng)效益，但也帶來(lái)一些大電網(wǎng)存在的問(wèn)題，如穩(wěn)定問(wèn)題，故障后可能引起的大面積停電，短路容量增大等。采用直流方式聯(lián)網(wǎng)，可以取得同樣的聯(lián)網(wǎng)效益，并且可避免大電網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題，同時(shí)還可以改善原交流電網(wǎng)的運(yùn)行性能。

三、輸配電系統(tǒng)3、直流輸電的特點(diǎn)與應(yīng)用直流輸電的應(yīng)用范圍主要有：（3）遠(yuǎn)距離海底電纜送電。由于遠(yuǎn)距離大容量電纜送電采用直流比交流有明顯的優(yōu)勢(shì)，跨越海峽或向沿海島嶼的直流海底電纜工程也越來(lái)越多。（4）大城市地下電纜送電。大城市用電密度高，人口稠密，選擇高壓架空線路走廊比較困難，采用高壓直流地下電纜將電力送到大城市負(fù)載中心，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，是值得考慮的選擇方式

。（5）輕型直流輸電。采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)電壓源換流器的輕型直流輸電，在向孤立的遠(yuǎn)方負(fù)載區(qū)送電、小型水電或風(fēng)力發(fā)電與主干電網(wǎng)的連接以及小容量遠(yuǎn)距離的配電線路等場(chǎng)合有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

四、負(fù)載什么是電力系統(tǒng)負(fù)載？電力系統(tǒng)的負(fù)載就是系統(tǒng)中各種用電設(shè)備消耗功率的總和。電力系統(tǒng)負(fù)載的分類？電力系統(tǒng)負(fù)載大致可以分為異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載、電熱負(fù)載、整流負(fù)載、照明負(fù)載等。用電負(fù)載的分類？根據(jù)行業(yè)用電的特點(diǎn)，用電負(fù)載也可分為工業(yè)負(fù)載、農(nóng)業(yè)負(fù)載、交通運(yùn)輸業(yè)負(fù)載和人民生活用電負(fù)載等。

四、負(fù)載（一）負(fù)荷曲線

電力系統(tǒng)負(fù)載隨時(shí)間變化的情況常用負(fù)載曲線來(lái)描述。所謂負(fù)載曲線，即是電力系統(tǒng)的負(fù)載功率(有功功率或無(wú)功功率)隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。按負(fù)載種類分，有有功功率負(fù)載曲線和無(wú)功功率負(fù)載曲線，按時(shí)間長(zhǎng)短分，有日負(fù)載曲線和年負(fù)載曲線等，

按計(jì)量地點(diǎn)分，有用戶的負(fù)載曲線、電力線路的負(fù)載曲線、變電站的負(fù)載曲線、發(fā)電廠的負(fù)載曲線以及整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載曲線。

四、負(fù)載（一）負(fù)荷曲線

下面簡(jiǎn)要介紹日負(fù)載曲線：圖a是電力系統(tǒng)典型的日負(fù)載曲線。為計(jì)算的方便，實(shí)際常把連續(xù)變化的曲線繪成階梯形，如圖b所示：

圖14電力系統(tǒng)負(fù)載曲線

(a)典型日負(fù)載曲線

(b)階梯型負(fù)載曲線

四、負(fù)載（一）負(fù)荷曲線

由于一日之內(nèi)功率因數(shù)是變化的，在低負(fù)載時(shí)功率因數(shù)相對(duì)較低，而在高峰負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)較高，因此無(wú)功負(fù)載曲線同有功負(fù)載曲線不完全相似。兩種曲線中相應(yīng)的極值不一定同時(shí)出現(xiàn)。通常，無(wú)功功率的日負(fù)載曲線比較平緩，有功功率日負(fù)載曲線在24h內(nèi)變化較大，一般在深夜呈現(xiàn)低谷，在上午和傍晚用電高峰時(shí)呈現(xiàn)峰值

。日負(fù)載曲線有三個(gè)具有代表性特征的數(shù)值，它們是：最大負(fù)載，又稱峰荷；最小負(fù)載

，又稱谷荷；平均負(fù)載。

四、負(fù)載（一）負(fù)荷曲線為了說(shuō)明負(fù)載曲線的起伏程度，常引用負(fù)載率和最小負(fù)載系數(shù)兩個(gè)系數(shù)：值得注意的是：電力系統(tǒng)中各用戶的日最大負(fù)載、最小負(fù)載一般都不會(huì)出現(xiàn)在同一時(shí)刻。因此，全系統(tǒng)的最大負(fù)載總是小于各用戶最大負(fù)載之和，而全系統(tǒng)的最小負(fù)載總是大于各用戶最小負(fù)載之和。

四、負(fù)載（二）負(fù)荷特性什么是負(fù)載特性？電力系統(tǒng)負(fù)載取用的功率一般是隨系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)(主要是電壓和頻率)的變化而變化的，反映這種變化規(guī)律的曲線或數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為負(fù)載特性。什么是負(fù)載的電壓靜態(tài)特性？當(dāng)頻率維持額定值不變時(shí)，負(fù)載功率與電壓的關(guān)系稱為負(fù)載的電壓靜態(tài)特性。什么是負(fù)載的頻率靜態(tài)特性？當(dāng)負(fù)載端電壓維持額定值不變時(shí)，負(fù)載功率與頻率的關(guān)系稱為負(fù)載的頻率靜態(tài)特性?！办o態(tài)”，是指這些關(guān)系是在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)下確定的。各類用戶的負(fù)載特性依其用電設(shè)備的組成情況而不同，一般通過(guò)實(shí)測(cè)確定。

四、負(fù)載

：（二）負(fù)荷特性

圖156kV綜合中小工業(yè)負(fù)載的靜態(tài)特性

(a)電壓特性；（b）頻率特性

四、負(fù)載（二）負(fù)荷特性

電力系統(tǒng)的負(fù)載特性可以用來(lái)分析有功、無(wú)功負(fù)載變化對(duì)電壓、頻率的影響，與研究調(diào)壓、調(diào)頻的措施有著直接的關(guān)系。第二節(jié)電力系統(tǒng)分析概論一、概述

電力系統(tǒng)分析是運(yùn)用數(shù)字仿真計(jì)算或模擬試驗(yàn)的方法，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)方式和受到擾動(dòng)后的暫態(tài)行為進(jìn)行考察的分析研究。對(duì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)，通過(guò)電力系統(tǒng)分析，可選擇正確的系統(tǒng)參數(shù)，制定合理的電力系統(tǒng)方案；對(duì)運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，借助電力系統(tǒng)分析，可確定合理的運(yùn)行方式，進(jìn)行系統(tǒng)事故分析和預(yù)想，提出防止和處理事故的技術(shù)措施。（一）電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容

電力系統(tǒng)分析包括穩(wěn)態(tài)分析、故障分析和暫態(tài)分析三方面內(nèi)容。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析主要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的性能，包括系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率的平衡，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓和支路功率的分布等，解決系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整，無(wú)功功率和電壓控制問(wèn)題。

潮流計(jì)算是進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的主要方法。潮流計(jì)算的結(jié)果可以給出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式下各節(jié)點(diǎn)電壓相量和各支路功率分布。通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式的給定條件，進(jìn)行必要的潮流計(jì)算，可以研究并從中選擇經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行、安全可靠的運(yùn)行方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)元件如變壓器和線路過(guò)負(fù)載、母線電壓越限等異常工況并做出適當(dāng)處理。潮流計(jì)算還是考慮負(fù)載電流的短路電流計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算的基礎(chǔ)，為這些計(jì)算提供初始運(yùn)行方式。

電力系統(tǒng)故障分析電力系統(tǒng)故障分析主要研究電力系統(tǒng)中發(fā)生單一或多重故障(包括短路和非正常操作)時(shí)，故障電流、電壓及其在電力網(wǎng)中的分布。

短路電流計(jì)算是故障分析的主要內(nèi)容。短路電流計(jì)算的目的，是通過(guò)計(jì)算短路電流大小，確定短路故障的嚴(yán)重程度，選擇電氣設(shè)備參數(shù)，整定繼電保護(hù)，分析系統(tǒng)中正序、負(fù)序及零序電流的分布，從而確定其對(duì)電氣設(shè)備和系統(tǒng)的影響等。

電力系統(tǒng)暫態(tài)分析

電力系統(tǒng)暫態(tài)分析主要研究電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后的電磁和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程，包括電磁暫態(tài)過(guò)程分析和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析。

電磁暫態(tài)過(guò)程分析主要研究電力系統(tǒng)故障和操作過(guò)電壓及諧振過(guò)電壓，一次與二次系統(tǒng)相互作用的控制暫態(tài)過(guò)程，以及電力電子設(shè)備的快速暫態(tài)過(guò)程，為變壓器、斷路器等高壓電氣設(shè)備和輸電線路的絕緣配合和過(guò)電壓保護(hù)的選擇，降低或限制電力系統(tǒng)過(guò)電壓技術(shù)措施的制定，以及電力電子控制設(shè)備的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析

機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動(dòng)后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除或投入線路、發(fā)電機(jī)、負(fù)載，發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁或者沖擊性負(fù)載等大擾動(dòng)作用下，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和保持同步穩(wěn)定運(yùn)行的能力。為選擇規(guī)劃設(shè)計(jì)中電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，校驗(yàn)和分析運(yùn)行中電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和穩(wěn)定破壞事故，制定防止穩(wěn)定破壞的措施提供依據(jù)。靜態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后的穩(wěn)定性能，為確定輸電系統(tǒng)的輸送功率，分析靜態(tài)穩(wěn)定破壞和低頻振蕩事故的原因，選擇發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和其他控制調(diào)節(jié)裝置的型式和參數(shù)提供依據(jù)。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和互聯(lián)程度的提高，長(zhǎng)過(guò)程穩(wěn)定分析和電壓穩(wěn)定分析作為機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析的組成部分得到了進(jìn)一步發(fā)展。（二）電力系統(tǒng)分析的工具電力系統(tǒng)分析的工具主要有網(wǎng)絡(luò)分析儀、電力系統(tǒng)模擬裝置、電子數(shù)字計(jì)算機(jī)及計(jì)算分析應(yīng)用軟件等。運(yùn)用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)計(jì)算分析軟件對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和仿真是電力系統(tǒng)分析的主要方法。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的進(jìn)步，用計(jì)算機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法和應(yīng)用軟件得到迅速發(fā)展，在應(yīng)用范圍、分析計(jì)算的規(guī)模和速度等方面都達(dá)到了前所未有的程度?？梢苑治鲇?jì)算具有數(shù)千條甚至數(shù)萬(wàn)條母線和線路的電力系統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)分析軟件已在實(shí)際電力系統(tǒng)分析中得到廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，采用先進(jìn)數(shù)字處理技術(shù)的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真裝置于20世紀(jì)90年代后期開始得到迅速發(fā)展。然而由于計(jì)算速度和系統(tǒng)規(guī)模的限制，當(dāng)前還只適合于小規(guī)模電力系統(tǒng)的仿真，用于電磁暫態(tài)過(guò)程的分析和繼電保護(hù)等實(shí)際裝置性能的校驗(yàn)等。（三）電力系統(tǒng)分析方法的發(fā)展

電力系統(tǒng)分析的理論研究和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了電力系統(tǒng)分析方法的進(jìn)步和發(fā)展。理論研究成果為電力系統(tǒng)分析建立了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，如1918年，C.L福蒂斯丘(C.L.Fotescue)提出的對(duì)稱分量法，將三相交流電力系統(tǒng)的三個(gè)相量分解為正序、負(fù)序、零序三序?qū)ΨQ分量，用于三相交流電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障和操作下電壓、電流的計(jì)算，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析提供了重要的方法依據(jù)。又如，20世紀(jì)20年代后期，R．派克(R．Park)在同步電機(jī)雙反應(yīng)理論的基礎(chǔ)上，提出用dq0坐標(biāo)系統(tǒng)表示的同步電機(jī)基本方程即派克方程。它描述了同步電機(jī)的電壓、電流、磁鏈等電磁量與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機(jī)械量之間的相互關(guān)系，奠定了同步電機(jī)暫態(tài)分析的基礎(chǔ)。

（三）電力系統(tǒng)分析方法的發(fā)展電力系統(tǒng)分析方法的進(jìn)步與電子數(shù)字計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)分析中的應(yīng)用密切相關(guān)。電力系統(tǒng)是規(guī)模巨大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即使只計(jì)算超高壓電力網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)也會(huì)達(dá)到數(shù)以千計(jì)的程度。因此，如何快速、準(zhǔn)確地求解網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的大規(guī)模方程式，是使用計(jì)算機(jī)分析電力系統(tǒng)的首要難題。20世紀(jì)60年代后期，發(fā)展了利用電力網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣的稀疏性，配合電力網(wǎng)節(jié)點(diǎn)編號(hào)優(yōu)化的程序技巧，既能使計(jì)算速度顯著提高，又能節(jié)省

計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量。這一網(wǎng)絡(luò)方程的求解方法應(yīng)用于電力系統(tǒng)潮流和穩(wěn)定計(jì)算后，計(jì)算速度明顯提高，解題能力大為增強(qiáng)，促使電力系統(tǒng)分析軟件在20世紀(jì)60年代末至70年代初期間全面更新，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)分析中更為廣泛的應(yīng)用。

（三）電力系統(tǒng)分析方法的發(fā)展

20世紀(jì)90年代以來(lái)，電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，給電力系統(tǒng)分析提出了若干新的課題，對(duì)電力系統(tǒng)分析方法和軟件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出了新的要求：①電力市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理模式，要求采用新的電力系統(tǒng)分析方法，并促使電力系統(tǒng)技術(shù)分析與經(jīng)濟(jì)分析相結(jié)合。②電力電子技術(shù)在輸電和配電領(lǐng)域中的應(yīng)用，如靈活交流輸電裝置的投入，要求電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)分析與電磁暫態(tài)分析相結(jié)合。③大電網(wǎng)連鎖反應(yīng)事故的威脅，要求進(jìn)行長(zhǎng)過(guò)程穩(wěn)定分析、電壓穩(wěn)定性分析，并與暫態(tài)穩(wěn)定分析相結(jié)合。④為實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)在線分析，要求研究更快速的分析方法，解決快速性與精確度的矛盾。⑤電力系統(tǒng)中一、二次控制設(shè)備和系統(tǒng)的多樣化，要求提供更精確的數(shù)學(xué)模型和自定義的建模方法。⑥隨著對(duì)電力系統(tǒng)分析準(zhǔn)確性要求的提高，對(duì)分析所采用的模型精度和原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求也越來(lái)越高。面對(duì)新的形勢(shì)和要求，對(duì)電力系統(tǒng)分析的理論和方法的研究還需要不斷深入進(jìn)行。二、電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介

（一）電力網(wǎng)等值電路與網(wǎng)絡(luò)方程

電力網(wǎng)元件等值電路是組成電力網(wǎng)的各元件的計(jì)算用等值電路。由各元件等值電路連接組成的電力網(wǎng)等值電路用于電力系統(tǒng)各種穩(wěn)態(tài)和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的計(jì)算分析。輸電線路和變壓器是電力網(wǎng)的主要元件，它們的等值電路是電力網(wǎng)等值電路的主要組成部分。

1.電力線路的等值電路

三相對(duì)稱的電力線路可用單相線路來(lái)等值。線路始端(設(shè)標(biāo)號(hào)為1)和末端(設(shè)標(biāo)號(hào)為2)之間電壓、電流的關(guān)系可用兩端口或稱四端網(wǎng)絡(luò)方程式來(lái)描述。1.電力線路的等值電路

長(zhǎng)度不超過(guò)100km的超高壓架空線路可視為短線路。一般短線路的線路導(dǎo)納可略去不計(jì)。等值電路中串聯(lián)的線路總阻抗Z＝R+jX（見圖16）。相應(yīng)于四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)A、B、C和D為：

A=1；B=Z；C=0；D=1

圖16短線路等值電路

1.電力線路的等值電路

長(zhǎng)度為100～300km的超高壓架空線路和不超過(guò)100km的電纜線路為中等長(zhǎng)度線路。其等值電路有Π形和T形兩種形式，如圖17a,b所示。其中常用的是Π形等值電路。在Π形等值電路中，除串聯(lián)的線路總阻抗Z=R+jX外，還將線路的總導(dǎo)納Y=jB分為兩半，分別并聯(lián)在線路的始端和末端。在T形等值電路中，線路的總導(dǎo)納集中在中間，而線路的總阻抗則分為兩半，分別串聯(lián)在它的兩側(cè)。

Π形等值電路的四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)為：

A=ZY/2+1；B=Z；C=Y(ZY/4+1)；D=ZY/2+1T形等值電路的四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)為：

A=ZY/2+1；B=Z（ZY/4+1）；C=Y；D=ZY/2+1

圖17長(zhǎng)線路的等值電路1.電力線路的等值電路

長(zhǎng)度超過(guò)300km的超高壓架空線路和超過(guò)100km的電纜線路為長(zhǎng)線路。其等值電路仍可用圖17a,b所示的Π形和T形等值電路圖表示。但須計(jì)入分布參數(shù)特性，電路圖中分別以、代替集中參數(shù)阻抗

、導(dǎo)納。對(duì)Π形等值電路：

對(duì)T形等值電路：

1.電力線路的等值電路以上兩種等值電路的四端網(wǎng)絡(luò)通用常數(shù)為：以上各式中分別為線路的特性阻抗和傳播常數(shù)；分別為單位長(zhǎng)度線路的阻抗和導(dǎo)納；L為線路長(zhǎng)度。2.變壓器等值電路

雙繞組變壓器的Γ形等值電路如圖18所示。圖中為變壓器高低壓兩個(gè)繞組的阻抗，其中為電阻，為漏電抗。為勵(lì)磁支路阻抗。圖中G-jB是以導(dǎo)納形式表示的勵(lì)磁支路，G為電導(dǎo)，B為電納。

圖18雙繞組變壓器的等值電路

三繞組變壓器的等值電路如圖19所示。圖中，，分別為3個(gè)繞組的等值阻抗，為勵(lì)磁支路的導(dǎo)納。

圖19三繞組變壓器的等值電路

在不計(jì)變壓器勵(lì)磁回路時(shí)，變壓器的等值電路只由繞組阻抗和串聯(lián)回路組成?？紤]變壓器的非額定變比，可在串聯(lián)回路中增加一變比為K的理想變壓器，如圖a所示。相應(yīng)的四端網(wǎng)絡(luò)Π形等值電路見圖b，四端網(wǎng)絡(luò)方程為：

不計(jì)勵(lì)磁回路、具有非額定變比的雙繞組變壓器等值電路（a）等值電路示意圖；（b）Π形等值電路3.電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程

將線路、變壓器的等值電路連接起來(lái)就形成了電力網(wǎng)絡(luò)的等值電路。用數(shù)學(xué)方法描述網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)電壓和各節(jié)點(diǎn)注入電流之間關(guān)系的方程式，稱為電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程，其最常見的形式之一是用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣表示的節(jié)點(diǎn)電壓方程，n個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的方程形式如下：

式中為節(jié)點(diǎn)電壓；為節(jié)點(diǎn)注入電流；由元素組成的系數(shù)矩陣為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。3.電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的非對(duì)角元素

(i≠j)為節(jié)點(diǎn)i、j之間互導(dǎo)納，即支路導(dǎo)納的負(fù)值，其計(jì)算式為：

式中為節(jié)點(diǎn)i、j之間支路的導(dǎo)納；為支路阻抗。若i、j之間無(wú)直接支路相連，則＝0。節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素為節(jié)點(diǎn)自導(dǎo)納，等于與該節(jié)點(diǎn)相連接的各支路導(dǎo)納之和：

式中為節(jié)點(diǎn)i對(duì)地支路的導(dǎo)納。3.電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣通常電力網(wǎng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣有如下特點(diǎn)：（1）節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣是一個(gè)對(duì)稱的方陣，矩陣的非對(duì)角元素。（2）節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣是一個(gè)零元素很多的稀疏矩陣。由于網(wǎng)絡(luò)中的相鄰節(jié)點(diǎn)之間只有通過(guò)支路才具有直接相連接的關(guān)系，而平均一個(gè)節(jié)點(diǎn)只與2～3個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連，因而矩陣中大量的非對(duì)角元素為零。通常大型電力網(wǎng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中的零元素可達(dá)90％以上。3.電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的逆矩陣稱為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。以節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣表示的電力網(wǎng)絡(luò)方程的形式為：

式中為節(jié)點(diǎn)電壓；為節(jié)點(diǎn)注入電流；由元素，，，，，，，，，，組成的系數(shù)矩陣為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣與節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的互逆關(guān)系可由下式表示：可知，任一列節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣元素都可由節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣方程解出，以第I列為例：

3.電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣元素的物理意義可表述為：網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i注入單位電流時(shí)，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)電壓即為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣第i列值。通常電力網(wǎng)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣有如下特點(diǎn)：（1）節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣是一個(gè)對(duì)稱的方陣。矩陣的非對(duì)角元素。（2）節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣是一個(gè)沒(méi)有零元素的滿矩陣。

電力系統(tǒng)分析計(jì)算曾廣泛應(yīng)用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣方程求解網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于已知節(jié)點(diǎn)注入電流求解節(jié)點(diǎn)電壓的計(jì)算，用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣方程可迅速求出結(jié)果；用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣方程迭代求解潮流問(wèn)題，收斂性好。然而由于節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣是對(duì)稱的滿矩陣，對(duì)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量需求大，已逐漸為以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的稀疏矩陣算法中的稀疏矩陣替代。采用以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)稀疏矩陣算法求取節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣某列元素，用以進(jìn)行有關(guān)計(jì)算是電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算、復(fù)雜故障計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算和靜態(tài)穩(wěn)定計(jì)算經(jīng)常采用的方法。（二）同步電機(jī)模型

同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型是表示同步電機(jī)的電壓、電流、磁鏈等電磁量與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機(jī)械量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它是進(jìn)行同步電機(jī)及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)常用的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型由同步電機(jī)的電路方程及轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程兩部分組成。同步電機(jī)電路方程又分為基本方程和導(dǎo)出模型兩類。同步電機(jī)基本方程表示電壓、電流與各繞組磁鏈之間以及轉(zhuǎn)矩與電流、磁鏈之間的關(guān)系；導(dǎo)出模型為在一定假設(shè)條件下，以電動(dòng)勢(shì)替換磁鏈，表示電壓、電流與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程表示轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。同步電機(jī)電路方程可以用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)表示，其中最常用的是dq0坐標(biāo)系統(tǒng)。在dq0坐標(biāo)系統(tǒng)下可以做出同步電機(jī)的相量圖及等值電路。1.同步電機(jī)相量圖及等值電路

用復(fù)數(shù)矢量來(lái)表示隨時(shí)間正弦變化的各相電壓、電動(dòng)勢(shì)、電流、磁鏈(時(shí)間相量)以及在空間作正弦分布的磁密與磁通勢(shì)(空間向量)，并把它們按一定規(guī)律畫在一起，就構(gòu)成了同步電機(jī)的相量圖。它是分析同步電機(jī)運(yùn)行的有力輔助工具，也叫時(shí)空相量圖。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由于三相對(duì)稱，可只畫出一相的量。時(shí)空相量圖中，一般取時(shí)間參考軸與A相繞組的空間軸線重合，電流時(shí)間相量與磁通勢(shì)空間向量重合。因此，在相量圖中，定子電流的d、q軸分量反映了定子電流在d、q軸產(chǎn)生的磁通勢(shì)。根據(jù)磁鏈不變?cè)?，可以用恒定模型?lái)研究瞬變過(guò)程，用、恒定模型來(lái)研究超瞬變過(guò)程。在這些模型中，定子電壓、電流及各電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系可以用相量圖表示，即應(yīng)用分析穩(wěn)態(tài)的方法來(lái)近似地研究瞬變及超瞬變過(guò)程。圖21（a）給出了穩(wěn)態(tài)及瞬變過(guò)程的相量關(guān)系。超瞬變過(guò)程中的相量關(guān)系也可以用類似方法得到。1.同步電機(jī)相量圖及等值電路

（b）（c）（d）

（a）圖21同步電機(jī)相量圖及等值電路

(a)相量圖；(b)用電壓源表示的等值電路；(c)用發(fā)出的功率表示的等值電路；

(d)用發(fā)出的有功功率和機(jī)端電壓表示的等值電路

1.同步電機(jī)相量圖及等值電路

當(dāng)發(fā)電機(jī)d、q軸電抗相等(或可以認(rèn)為相等)時(shí)，發(fā)電機(jī)等值電路如圖21(b)所示，其中及的含義視具體情況而異，分別稱它們?yōu)榘l(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)和發(fā)電機(jī)的電抗

。在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析時(shí)，發(fā)電機(jī)一般可以用兩個(gè)變量來(lái)表示，即用它發(fā)出的有功功率P和無(wú)功功率Q的大小表示；或以發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率P和它的端電壓U的大小來(lái)表示，同時(shí)給出發(fā)電機(jī)允許發(fā)出的最大、最小無(wú)功功率Qmax及Qmin，如圖

21(c)和

(d)所示。暫態(tài)分析時(shí)，一般采用如圖

(b)所示等值電路。（b）（c）（d）2.轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的形式為：

式中為機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)；為電角速度；Mm為機(jī)械轉(zhuǎn)矩；Me為電磁轉(zhuǎn)矩；D為機(jī)械阻尼系數(shù)；為轉(zhuǎn)子q軸與以同步速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)實(shí)軸(參考相位為零度的相應(yīng)軸)之間的夾角。（三）負(fù)載模型

電力系統(tǒng)分析中負(fù)載模型主要考慮負(fù)載的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。

負(fù)載靜態(tài)特性是指電力系統(tǒng)的負(fù)載在系統(tǒng)電壓和頻率緩慢變化時(shí)，負(fù)載有功功率和無(wú)功功率隨電壓和頻率變化的特性。在電力系統(tǒng)分析中常用二次多項(xiàng)式來(lái)近似表示負(fù)載電壓特性，其零次項(xiàng)相當(dāng)于恒定功率負(fù)載；一次項(xiàng)相當(dāng)于恒定電流負(fù)載；二次項(xiàng)相當(dāng)于恒定阻抗負(fù)載，而負(fù)載頻率特性則通常取為線性函數(shù)。從而有：

式中分別為恒定阻抗、恒定電流、恒定功率負(fù)載的有功功率占負(fù)載總有功功率的百分比，且有；、

分別為以、為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值：

為以工頻為基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值。（三）負(fù)載模型若忽略負(fù)載頻率特性時(shí)，可簡(jiǎn)化為：

對(duì)電力系統(tǒng)電壓和頻率變化比較緩慢的動(dòng)態(tài)過(guò)程，可計(jì)及負(fù)載靜態(tài)特性。對(duì)于電壓和頻率變化較快的動(dòng)態(tài)過(guò)程，由于負(fù)載的暫態(tài)過(guò)程一般很短暫，在精度要求不太高時(shí)，也可近似用以上兩式來(lái)模擬。在電力系統(tǒng)分析中還可以進(jìn)一步近似地認(rèn)為負(fù)載全部為恒定阻抗，并稱之為線性負(fù)載模型。在精度要求不高的情況下，采用線性負(fù)載模型可較大地加快計(jì)算速度。（三）負(fù)載模型負(fù)載動(dòng)態(tài)特性是指在系統(tǒng)電壓和頻率快速變化時(shí)，電力系統(tǒng)的負(fù)載有功功率和無(wú)功功率隨電壓和頻率變化的特性。它主要用于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析。通常采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型作為負(fù)載動(dòng)態(tài)模型，并將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性作為負(fù)載動(dòng)態(tài)特性。電力系統(tǒng)分析中常用的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載動(dòng)態(tài)模型可分為三類：①考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械暫態(tài)過(guò)程的負(fù)載動(dòng)態(tài)特性；②考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的負(fù)載動(dòng)態(tài)特性；③考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電磁暫態(tài)過(guò)程的負(fù)載動(dòng)態(tài)特性。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析中主要用前兩種負(fù)載動(dòng)態(tài)特性。電力系統(tǒng)的負(fù)載模型與參數(shù)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的準(zhǔn)確性關(guān)系較密切，不正確的負(fù)載模型與參數(shù)會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果和實(shí)際情況有較大偏差，因此正確地確定負(fù)載模型及其參數(shù)已成為電力系統(tǒng)分析的重要問(wèn)題之一。三、電力系統(tǒng)潮流計(jì)算潮流計(jì)算的定義

潮流計(jì)算是按給定的電力系統(tǒng)接線方式、參數(shù)和運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參量的計(jì)算。通常給定的運(yùn)行條件有系統(tǒng)中各電源和負(fù)載節(jié)點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、平衡節(jié)點(diǎn)的電壓和相位角。待求的運(yùn)行狀態(tài)參量包括各節(jié)點(diǎn)的電壓及其相位角以及流經(jīng)各元件的功率、網(wǎng)絡(luò)