電力系統(tǒng)分析讀書報告liu.docx

電力系統(tǒng)分析讀書報告一、 電力系統(tǒng)的基本概念1、 電力系統(tǒng)：生產(chǎn)，輸送，分配和消費電能的設(shè)備連接在一起而組成的整體叫做電力 系統(tǒng)電力網(wǎng)：輸送和分配電能的網(wǎng)絡(luò)叫電力網(wǎng)，包括升降壓變壓器和各種電壓等級的輸電線路。按職能分輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)2、 電力系統(tǒng)運行的基本要求（安全，優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟地用電）1) 保證安全可靠的供電2) 要有合乎要求的電能質(zhì)量3) 要有良好的經(jīng)濟性4) 盡可能減小對生態(tài)環(huán)境的影響3、 負荷分類：按重要性分為3類第一級負荷：中斷供電的后果極為嚴重，如可能危及人身安全的事故；使工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備遭到難以修復(fù)的損壞，以致生產(chǎn)秩序長期不能回復(fù)正常，造成國民經(jīng)濟的重大損失，使市政生活的重要部門發(fā)生混亂。第二級負荷：中斷供電將造成大量減產(chǎn)，使城市中大量居民的正常生活受到第三級負荷：短時供電中斷不會造成重大損失的負荷。4、 負荷曲線：描述系統(tǒng)負荷隨時間變化的曲線叫負荷曲線，常用的有年負荷曲線和日負荷曲線日最大負荷（峰荷），日最小負荷（谷荷）日平均負荷:負荷率最小負荷系數(shù)最大負荷利用小時數(shù)：如果負荷始終等于最大值，經(jīng)過小時后所消耗的電能恰好等于全年的實際耗電量，則稱為最大負荷利用小時數(shù)，即：最大負荷損耗時間：如果線路中輸送的功率一直保持最大負荷功率,在小時內(nèi)的能量損耗等于線路全年的實際電能損耗，則稱為最大負荷損耗時間，即：5、 負荷特性：電壓靜態(tài)特性，頻率靜態(tài)特性6、 電能質(zhì)量的指標(biāo)：電壓，頻率，波形畸變率7、 電力系統(tǒng)的額定電壓（1）電力線路的額定電壓和系統(tǒng)的額定電壓相等，也稱它們?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)的額定電壓。（2） 發(fā)電機的額定電壓一般比系統(tǒng)的額定電壓高5%。（3） 變壓器的額定電壓：變壓器一次繞組額定電壓等于電力系統(tǒng)的額定電壓，對于直接和發(fā)電機相連的變壓器一次繞組額定電壓應(yīng)等于發(fā)電機的額定電壓；二次繞組額定電壓比比系統(tǒng)的額定電壓高5%或10%。8、 電力系統(tǒng)的接線方式有備用和無備用a) 無備用：單回路放射式，干線式，樹狀網(wǎng)絡(luò)b) 有備用：雙回路接線，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，兩端供電網(wǎng)絡(luò)用于聯(lián)接遠離負荷中心地區(qū)的大型發(fā)電廠的輸電干線和向缺乏電源的負荷集中地區(qū)供電的輸電干線常采用雙回路或多回路；位于負荷中心地區(qū)的大型發(fā)電廠和樞紐變電所一般用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。二、 電力系統(tǒng)的元件模型與參數(shù)計算1、電力系統(tǒng)的元件：構(gòu)成電力系統(tǒng)的各組成部件 包括各種一次設(shè)備元件、二次設(shè)備元件及各種控制元件。2、數(shù)學(xué)模型：元件或系統(tǒng)物理模型（物理特性）的數(shù)學(xué)描述。3、輸電線路的參數(shù)計算（1）電阻：，為導(dǎo)線的電阻率，s為導(dǎo)線載流部分的標(biāo)稱截面積在tC精確計算時：為電阻的溫度系數(shù)，銅取0.00382，鋁取0.0036（2）電抗a.單導(dǎo)線線路每相單位長度的電感和電抗 為三相輸電線路的一相的等值電感 為導(dǎo)線單位長度的電抗為導(dǎo)線材料的真空導(dǎo)磁系數(shù)，為額定頻率50Hz為導(dǎo)線的幾何均距，為三相導(dǎo)線的幾何平均距離b.分裂導(dǎo)線線路每相單位長度的電感和電抗，為分裂導(dǎo)線每相的自幾何均距，當(dāng)分裂根數(shù)為2時， 當(dāng)分裂根數(shù)為3時， 當(dāng)分裂根數(shù)為4時（3）電納：三相導(dǎo)線單位長度的電容及電納分別相等a.單導(dǎo)線：，當(dāng)，b.分裂導(dǎo)線：用一相導(dǎo)線組的等值半徑代替導(dǎo)線半徑（4）電導(dǎo)：一般認為線路的電導(dǎo)為零4、變壓器的等值電路和參數(shù)（1）雙繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計算 雙繞組變壓器的型等值電路和參數(shù)計算雙繞組變壓器的型等值電路如圖所示。圖中所有參數(shù)值都是折算到一次側(cè)的值。參數(shù)可由銘牌上的四個數(shù)據(jù)得到，即短路損耗，短路電壓，空載損耗和空載電流。 雙繞組變壓器含理想變壓器的等值電路雙繞組變壓器含理想變壓器的等值電路如圖所示。 雙繞組變壓器的型等值電路若將變壓器的勵磁支路略去或另作處理，并將其變換成電氣上直接相連的型等值電路，如圖所示。（2）三繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計算 三繞組變壓器勵磁支路前移的星形等值電路和參數(shù)計算三繞組變壓器勵磁支路前移的星形等值電路如圖所示。三繞組變壓器等值電路中的參數(shù)計算原則與雙繞組變壓器的相同，但當(dāng)三個繞組的容量不相等時，需要對短路損耗進行折算。對短路損耗進行折算的公式為：由此可得各繞組的短路損耗為：各繞組的短路電壓為: 三、 電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型節(jié)點導(dǎo)納矩陣：（1）節(jié)點導(dǎo)納矩陣的形式電力系統(tǒng)等值電路的計算一般采 用節(jié)點方程法，即以母線電壓為待求量n 個獨立節(jié)點的節(jié)點方程一般寫成矩陣形式 亦可縮記為矩陣稱為節(jié)點導(dǎo)納矩陣。（2）節(jié)點導(dǎo)納矩陣元素的物理意義自導(dǎo)納是節(jié)點以外的所有節(jié)點都接地時，節(jié)點對地的總導(dǎo)納之和，即互導(dǎo)納等于節(jié)點、之間的支路導(dǎo)納的負值，即（3）節(jié)點導(dǎo)納矩陣的修改 增加樹支：從網(wǎng)絡(luò)的原有節(jié)點引出一條導(dǎo)納為的支路，同時增加一個節(jié)點，如圖所示。增加樹支導(dǎo)納矩陣要增加一行一列，新增部分的元素：對角元素，非對角元素除外，其余均為零。原有部分的元素：節(jié)點的自導(dǎo)納應(yīng)增加，其余的均不變。 增加連支：在網(wǎng)絡(luò)的原有節(jié)點、之間增加一條導(dǎo)納為的支路，如圖所示。導(dǎo)納矩陣階次不變，只需對與節(jié)點、有關(guān)的元素分別增添以下的修改量即可。 去掉連支：在網(wǎng)絡(luò)的原有節(jié)點、之間切除一條導(dǎo)納為的支路。這種情況可以當(dāng)作是節(jié)點、之間增加一條導(dǎo)納為的支路來處理。四、 復(fù)雜電力系統(tǒng)的潮流計算1、潮流計算的定解條件已知：PQ節(jié)點的和、PV節(jié)點的和、平衡節(jié)點和(不參與迭代)待求：PQ節(jié)點電壓的和，PV節(jié)點的和。若有n個節(jié)點，m個PQ節(jié)點，則PV節(jié)點有（n-m-1）個，平衡節(jié)點只有一個，一般按以下順序編號n個節(jié)點電力系統(tǒng)的潮流方程一般形式是2、牛頓-拉夫遜法潮流計算（1）牛頓-拉夫遜法的基本原理1）在求解單變量的線性方程時，修正方程式為解此方程得修正量為從而得到修正近似解為驗算是否滿足收斂判據(jù)若滿足則無須再迭代，如果不滿足，則需要進行反復(fù)迭代計算，直到滿足為止，迭代計算的通式為2）求解多變量非線性代數(shù)方程設(shè)有n個聯(lián)立的非線性代數(shù)方程則牛頓法的修正方程式如下根據(jù)上述方程利用高斯消去法或三角分解法解出修正量，然后對初始近似解進行修正如此反復(fù)迭代，在進行第k+1次迭代時，其修正方程式可縮寫為式中是n階方陣，稱為雅克比矩陣，該矩陣中的元素表示第個函數(shù)對第個變量的偏導(dǎo)數(shù)。根據(jù)上式求得修正量，從而可得到修正近似解為迭代過程一直進行到滿足以下收斂判據(jù)為止?；?（2）節(jié)點電壓用直角坐標(biāo)表示時的牛頓-拉夫遜法潮流計算 采用直角坐標(biāo)時，節(jié)點電壓可表示為導(dǎo)納矩陣元素則表示為假定系統(tǒng)中的第1，2,，m號節(jié)點為PQ節(jié)點，第個節(jié)點的給定功率設(shè)為 和，第m+1，m+2，n-1號節(jié)點為PV節(jié)點，則對節(jié)點可列寫方程 因此可按照之前用牛頓法求解n個聯(lián)立的非線性代數(shù)方程的方法進行計算。（3）節(jié)點電壓用極坐標(biāo)表示時的牛頓-拉夫遜法潮流計算采用極坐標(biāo)時，節(jié)點電壓表示為節(jié)點功率方程為式中。節(jié)點編號順序與之前相同，其中n-1個節(jié)點的電壓相角和m個節(jié)點的電壓幅值是未知量。對于每一個PQ節(jié)點或每一個PV節(jié)點都可以列寫一個有功功率不平衡方程式，對于每一個PQ節(jié)點還可以再列寫一個無功功率不平衡方程式，即可見上式共包含了n-1+m個方程式，正好同未知量的數(shù)目相等，而比直角坐標(biāo)形式的方程式少了n-1-m個。同樣，上面的方程式也可按照之前用牛頓法求解n個聯(lián)立的非線性代數(shù)方程的方法進行計算。（4） P-Q分解法潮流計算P-Q分解法是極坐標(biāo)形式牛頓-拉夫遜法潮流計算的一種簡化計算，簡化只涉及修正方程，并未改變節(jié)點功率平衡方程和收斂判據(jù)，因此不會降低計算結(jié)果的精度。極坐標(biāo)形式的牛頓潮流算法的修正方程為在交流高壓電網(wǎng)中，由于，因此系統(tǒng)中母線有功功率的變化主要受電壓相位的影響，無功功率主要受母線電壓幅值變化的影響。因此，可以將上面修正方程中的和略去不計，即認為它們的元素為零，這樣，n-1+m階的方程式便分解為一個n-1階和一個m階的方程，即由于和的元素都是節(jié)點電壓幅值和相角差的函數(shù)，其數(shù)值在迭代過程中是不斷變化的，因此還需要把這兩個系數(shù)矩陣化成常數(shù)矩陣。由于線路兩端的相角差是不大的（不超過1020），因此可認為此外，與系統(tǒng)各節(jié)點無功功率 相適應(yīng)的導(dǎo)納必遠遠小于該節(jié)點自導(dǎo)納的虛部，即因此，矩陣和的元素的表達式可以簡化為故修正方程式可以進一步簡化為然后用和分別左乘以上兩式，便得到了最終簡化的修正方程式，即由于修正方程的系數(shù)矩陣為常數(shù)矩陣，只要作一次三角分解，即可反復(fù)使用，因此大大簡化了計算過程。四、電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析和計算1、同步電機的數(shù)學(xué)模型由于電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析需要涉及到同步電機的暫態(tài)過程，因此首先需要根據(jù)同步電機內(nèi)部的各電磁量的關(guān)系建立同步電機的數(shù)學(xué)模型。（1）基本前提 理想同步電機的假設(shè)條件a、線性化忽略磁路飽和、磁滯、渦流等的影響，假設(shè)電機鐵心部分的導(dǎo)磁系數(shù)為常數(shù)。b、結(jié)構(gòu)對稱1）電機轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上對于縱軸和橫軸分別對稱2）電機定子的a、b、c三相繞組的空間位置互差120電角度，在結(jié)構(gòu)上完全相同。c、適當(dāng)簡化1）定子和轉(zhuǎn)子的槽和通風(fēng)溝不影響定子和轉(zhuǎn)子的電感，即認為電機的定子和轉(zhuǎn)子具有光滑的表面。2）電機空載，轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組的磁動勢在定子繞組所感應(yīng)的空載電勢是時間的正弦函數(shù)。 假定正向的選取1）d軸超前q軸90，繞組磁鏈正向與繞組軸線的正方向相同。2）電流空間正向：轉(zhuǎn)子各繞組中電流的正方向與磁鏈的正方向符合右手螺旋定則，定子各繞組中電流的正方向與磁鏈的正方向符合右手螺旋定則。3）感應(yīng)電勢：與電流正方向一致。4）定子電流：中性點流向機端。5）定子電壓：電流流出端為正。6）轉(zhuǎn)子電壓：提供正向電流的勵磁電壓是正的。（2）同步發(fā)電機的原始方程 電勢方程其中為磁鏈對時間的導(dǎo)數(shù)。按虛線所作的分塊可將其簡寫為： 磁鏈方程按虛線所作的分塊可將其簡寫為： 電感系數(shù)同步電機自感系數(shù)和互感系數(shù)的特點如下表所示電感系數(shù)凸極機隱極機定子各繞組的自感和互感系數(shù)周期變化常數(shù)轉(zhuǎn)子各繞組的自感和互感系數(shù)常數(shù)或零常數(shù)或零定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組間的互感系數(shù) 、周期變化周期變化（3）d、q、0坐標(biāo)系的同步電機方程坐標(biāo)變換的目的： 簡化磁鏈方程中的電感系數(shù)矩陣，將定子電感矩陣對角化，同時將變系數(shù)矩陣化為常系數(shù)矩陣。最后得到解耦的常系數(shù)磁鏈方程，簡化分析計算。派克變換可將a、b、c三相變量轉(zhuǎn)換為d、q、0軸分量。變換矩陣為 d、q、0坐標(biāo)系下的電勢方程 d、q、0坐標(biāo)系下的磁鏈方程（4）同步電機的對稱穩(wěn)態(tài)運行 基本方程的實用化a、假定條件為了便于實際應(yīng)用，對基本方程作進一步的簡化，因此又作出如下假定：1）略去定子電勢方程中的變壓器電勢，即認為。2）定子回路的電阻只在計算定子電流非周期分量衰減時予以計及，而在其他計算中則略去不計。b、實用正向?qū)⒅凹俣ǖ恼蜻M行一定的改變，改選轉(zhuǎn)子d軸的負方向作為定子電壓（電勢）、電流的d軸分量的正方向，其余各量正方向不變。 同步電機穩(wěn)態(tài)運行時的電勢方程式和等值電路電勢方程式寫成交流相量的形式為在凸極機中，在電勢中含有電流的兩個軸向分量，為了僅用定子全電流列寫電勢方程，采用等值隱極機法，定義一個計算用的電勢，且從而可得電勢方程為等值隱極機等值電路如圖所示2、同步發(fā)電機短路的暫態(tài)過程3、三相短路電流的實用計算(1)短路電流計算的基本原理和方法 簡化處理元件模型方面：忽略發(fā)電機、變壓器和輸電線路的電阻，不計輸電線路的電容，略去變壓器的勵磁電流（三相三柱式變壓器的零序等值電路除外），負荷忽略不計或只作近似估計。標(biāo)幺參數(shù)計算方面：選取各級平均電壓作為基準電壓，忽略各元件（電抗器除外）的額定電壓和相應(yīng)電壓級平均額定電壓的差別，認為變壓器的標(biāo)幺變比都等于1。 利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流假定系統(tǒng)經(jīng)過渡電阻發(fā)生三相短路，這個過渡電阻不參與形成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點阻抗矩陣，則短路電流為 其中是短路前故障點的正常電壓，在不要求精確計算的場合，在形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣時，所有節(jié)點的負荷略去不計，短路前網(wǎng)絡(luò)處于空載狀態(tài)，各節(jié)點電壓的正常分量的標(biāo)幺值都取為1。在應(yīng)用節(jié)點阻抗矩陣求短路電流時，我們只需要利用節(jié)點阻抗矩陣中與故障點對應(yīng)的一列元素，因此可先形成導(dǎo)納矩陣，然后根據(jù)需要求出阻抗矩陣的部分元素即可。 利用電勢源對短路點的轉(zhuǎn)移阻抗計算短路電流轉(zhuǎn)移阻抗的概念：節(jié)點i單獨施加電勢時，該電勢與其在節(jié)點j產(chǎn)生的短路電流之比即等于節(jié)點i、j之間的轉(zhuǎn)移阻抗。轉(zhuǎn)移阻抗的求法：1）在保留電勢源節(jié)點和短路點的條件下，通過原網(wǎng)絡(luò)的等值變換，逐步消去一切中間節(jié)點，電勢源節(jié)點與短路點之間的阻抗就是所求。 2）利用電流分布系數(shù)求轉(zhuǎn)移阻抗，計算公式為對于一個多電源的線性網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)疊加定理總可以把節(jié)點的短路電流表成：其中G是有源支路的集合，為第i個有源支路的電勢。（2）起始次暫態(tài)電流和沖擊電流的實用計算起始次暫態(tài)電流概念：短路電流周期分量（指基頻分量）的初值。計算思路：只要把系統(tǒng)的所有元件都用其次暫態(tài)參數(shù)代表，那么前面計算穩(wěn)態(tài)電流的方法就可運用于求解起始次暫態(tài)電流。系統(tǒng)中所有靜止元件的次暫態(tài)參數(shù)都與其穩(wěn)態(tài)參數(shù)相同，而旋轉(zhuǎn)電機的次暫態(tài)參數(shù)則不同于其穩(wěn)態(tài)參數(shù)。計及負荷影響時短路點的沖擊電流為（3）短路電流計算曲線及其應(yīng)用計算曲線：反映短路電流周期分量同計算電抗和時間的函數(shù)關(guān)系的一簇曲線。應(yīng)用：用來確定短路后不同時刻的短路電流。具體計算步驟如下：a、繪制等值網(wǎng)絡(luò)。注意無限大功率電源的內(nèi)電抗為零。b、進行網(wǎng)絡(luò)變換。把短路電流變化規(guī)律大體相同的發(fā)電機盡可能多地合并起來，最后將其變換為只含短路點和若干個電源點的完全網(wǎng)形網(wǎng)絡(luò)，得到各轉(zhuǎn)移阻抗。c、將轉(zhuǎn)移電抗按各相應(yīng)的等值發(fā)電機的容量進行歸算，求出計算電抗。d、對各個計算電抗分別根據(jù)適當(dāng)?shù)挠嬎闱€求取短路電流。由于網(wǎng)絡(luò)中無限大功率電源提供的短路周期電流是不衰減的，可由公式計算。五、電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性 1、靜態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到一個小干擾后，能否恢復(fù)到它原來的運行狀態(tài)的能力。2、暫態(tài)穩(wěn)定：系統(tǒng)受到大干擾后，能否不失同步地過渡到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)或恢復(fù)原來穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力。3、簡單電力系統(tǒng)：發(fā)電機通過變壓器、輸電線路與無窮大容量母線相連接，而且不計各元件電阻和導(dǎo)納的輸電系統(tǒng)。4、發(fā)電機的功率特性 隱極機： 凸極機： 5、靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)：,6、電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的實用判據(jù)：7、小干擾法分析電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下,經(jīng)受微小擾動后恢復(fù)到原來運行狀態(tài)的能力叫電力系 統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性（1）李雅普諾夫小擾動穩(wěn)定性判斷原理： 對于微小擾動 由線性化近似方程判斷小擾動穩(wěn)定性 1) A 所有特征值實部均 0，小擾動方程的解不穩(wěn)定 非線性系統(tǒng)小擾動不穩(wěn)定3) A 有 0 或 實部 = 0 的特征值，則需要計及非線性部分( R(X) )才能判斷非線性系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性（2）用小擾動法分析計算電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的步驟：1）列各元件微分方程以及聯(lián)系各元件間關(guān)系的代數(shù)方程（網(wǎng)絡(luò)方程）2）分別對微分方程和代數(shù)方程線性化3）消去方程中的非狀態(tài)變量，求出線性化小擾動狀態(tài)方程及矩陣 A4）進行給定運行情況的初態(tài)計算，確定A矩陣各元素的值。5）確定 A 矩陣特征值實部的符號，判斷系統(tǒng)是否具有靜態(tài)穩(wěn)定性。（3）判斷系統(tǒng)是否具有靜態(tài)穩(wěn)定性兩種方法： 1）直接求出A矩陣的所有特征值2） 由小擾動方程之特征方程的系數(shù)，間接判斷特征值實部的符號（4）電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)D為綜合阻尼系數(shù)不計發(fā)電機的阻尼作用SEq 0計及發(fā)電機的阻尼作用SEq 0且 D 08、提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施 （1）采用自動勵磁調(diào)節(jié)裝置（2）提高運行電壓水平（3）減小輸電線