電力系統(tǒng)分析課件教案第一章到第六章

電力系統(tǒng)分析課件教案目錄TOC\o"1-3"\h\u22723第一章電力系統(tǒng)的基本概念 415940一.什么是電力系統(tǒng) 429650二.電力系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容 626152三.如何學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析？ 618068四.我國電力工業(yè)的現(xiàn)狀 728091第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型 74849第三章簡單電力網(wǎng)絡(luò)的計算和分析 1514206第四章復(fù)雜系統(tǒng)潮流的計算方法 228380雅可比法、高斯—塞德爾法（復(fù)習(xí)） 3026113牛頓一拉夫遜法計算潮流（復(fù)習(xí)） 3016932直角坐標(biāo)形式 3023827極坐標(biāo)形式 339395P-Q分解法計算潮流 3620800建立的基礎(chǔ)（近似條件，適用于超高壓和高壓電網(wǎng)） 366975P-Q分解法的基本方程 37126P-Q分解法計算步驟: 3812415第五章電力系統(tǒng)的有功功率及頻率調(diào)整 4117651電力系統(tǒng)的頻率偏移 413869頻率變化對負(fù)荷的影響 4131548頻率變化對電力系統(tǒng)的影響 4129563頻率偏移的范圍：50Hz±(0.2~0.5)Hz 4116285電力系統(tǒng)的有功功率平衡 4115495系統(tǒng)的有功功率平衡 4125090備用容量 427255電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化與調(diào)整 4211963各發(fā)電廠間負(fù)荷的合理分配 4211864電力系統(tǒng)的頻率特性 4323122負(fù)荷的頻率特性 4310336發(fā)電機(jī)的頻率特性 444343調(diào)速系統(tǒng)（四個部分）（P238圖6-4） 4417631調(diào)速器工作原理 4528237有差調(diào)節(jié) 4514337調(diào)頻器工作原理 462206多機(jī)系統(tǒng) 4620101電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 4721192頻率的一次調(diào)整 473210頻率的二次調(diào)整（P244圖6-9） 4829268多機(jī)系統(tǒng)的頻率調(diào)整 485040第六章電力系統(tǒng)的無功功率及電壓調(diào)整 4921409電力系統(tǒng)的電壓偏移 494913電壓偏移對負(fù)荷的影響 4921511電壓偏移對電力系統(tǒng)的影響 4923015電力系統(tǒng)允許的電壓偏移 4923123電力系統(tǒng)無功平衡與電壓的關(guān)系 498535電力系統(tǒng)的無功平衡 4914369電壓水平的確定 508758無功補(bǔ)償：設(shè)置除發(fā)電機(jī)以外的無功電源以滿足系統(tǒng)電壓要求 5017097電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷、無功損耗、無功電源 5117932電力系統(tǒng)的電壓管理（插入圖示） 5218690中樞點的電壓管理 529940中樞點電壓和負(fù)荷電壓的關(guān)系 5229296中樞點電壓調(diào)整方式 5221716電力系統(tǒng)電壓調(diào)整概述 5316557利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓 5323555改變變壓器變比調(diào)壓 5426000雙繞組變壓器 543499三繞組變壓器（P213圖5-16，例5-4自學(xué)） 55193帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器 5530776利用無功補(bǔ)償調(diào)壓 569948利用串聯(lián)電容調(diào)壓（自學(xué)） 591608說明 5926284電力系統(tǒng)的綜合調(diào)壓（自學(xué)） 59第一章電力系統(tǒng)的基本概念教學(xué)目的：1.了解電力系統(tǒng)基本概念及我國電力工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀2.熟悉電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點及基本要求3.明確電力系統(tǒng)分析這門課程的特點及學(xué)習(xí)方法教學(xué)內(nèi)容：1.電力系統(tǒng)的構(gòu)成、結(jié)線方式、電壓等級2.電力系統(tǒng)的基本特征3.電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求4.簡要介紹我國電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀5.電力系統(tǒng)分析課程的內(nèi)容及研究工具一.什么是電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)是一類能量系統(tǒng)，是電能的生產(chǎn)、輸送及消費(fèi)的整體。一次能源：煤、天然氣、太陽能、風(fēng)能、石油、潮汐二次能源：電能電能生產(chǎn)：將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源課下思考：可持續(xù)發(fā)展和清潔能源的含義各是什么提問：1、電能輸送是交流輸電還是直流輸電？（1）交流輸電提高電壓等級，降低損耗（2）交流發(fā)電機(jī)的容量可以做得很大2、交流輸電最基本的要求是什么？（1）波形（2）幅值（大小）（3）頻率（4）相位1、電壓等級（幅值大?。?）高電壓等級的意義：P21第一段.a.截面積與損耗b.絕緣與投資兩方面取折衷：表1-6額定電壓等級（2）解釋為什么表中用電設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器的額定電壓不一致。圖1-18P23=1\*GB3①線路壓降：始端到末端：10%；因為用電設(shè)備允許的電壓波動是±5%，所以接在始端的設(shè)備，電壓最高不會超過5%；接在末端的設(shè)備最低不會低于-5%；=2\*GB3②發(fā)電機(jī)：在線路始端比線路額定電壓高5%；3kv的線路發(fā)電機(jī)電壓為3.15kv。③變壓器：一次側(cè)：相當(dāng)于用電設(shè)備接在線路上，應(yīng)與線路額定電壓相同；二次側(cè)：相當(dāng)于電源，比線路電壓高5%或10%（3）一般來說：110kv以下的電壓等級以3倍為級差：10kv35kv110kv110kv以上的電壓等級，則以兩倍為級差：110kv220kv500kv（4）每一個電壓等級都有其合理輸送距離；圖1-19；表1-72、結(jié)線方式：（1）無備用結(jié)線：（圖1-16，P21）包括放射式、干線式、鏈?zhǔn)絻?yōu)點：簡單，經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行方便缺點：供電可靠性差（2）有備用結(jié)線：（圖1-17，P21）包括環(huán)式、兩端供電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點：可靠性、電氣質(zhì)量高缺點：不夠經(jīng)濟(jì)（3）變壓器（電能質(zhì)量傳輸不可或缺的環(huán)節(jié)）基本功能：變換電壓高低；因為功率是守恒的，因此改變了電流的大小。變壓器與發(fā)電機(jī)有中性點，因此就存在一個中性點接地方式。①中性點接地方式包括：直接接地，不接地中性點不接地方式雖然單相接地電流不大，但非接地相電壓卻升高為相電壓的倍。直接接地方式供電可靠性低，一旦發(fā)生單相接地構(gòu)成回路，電抗很小，短路電流很大，切除短路。所以，電壓等級較低的系統(tǒng)，即便相對地電壓升高為倍，對絕緣要求不是很高，因此采用中性點不接地方式以提高供電可靠性；電壓等級較高的系統(tǒng)，對絕緣要求很高，因此一般采用中性點直接接地的方式。在我國，110kv及以上電壓等級，中性點直接接地；60kv及以下的電壓等級，中性點不接地。②中性點經(jīng)消弧線圈接地：a.如果不經(jīng)消弧線圈接地，形成一個容性電流、、，網(wǎng)絡(luò)越大，對地等效電容越大，容性電流就越大，容易導(dǎo)致接地點電流過大，電弧不能自行熄滅，并引起弧光接地過電壓。b.單相接地后，中性點電位升高了，所以電感上有電流流過。假如沒有電感補(bǔ)償，流過短路點的電流是，有了電感補(bǔ)償，流過短路點的電流是（-）c.欠補(bǔ)償：<，補(bǔ)償后的電流仍然是容性的；過補(bǔ)償：>，補(bǔ)償后流過短路點的電流是感性的；完全補(bǔ)償：=d.補(bǔ)償方式與保護(hù)是緊密相關(guān)的。一般的情況見下表：容性電流超過如下值時，中性點應(yīng)裝設(shè)消弧線圈3--6kv網(wǎng)絡(luò)30A10kv網(wǎng)絡(luò)20A35—60kv網(wǎng)絡(luò)10A從表中可以看到，電壓等級越高，允許的容性電流越小。3、總結(jié)：前面講了電力系統(tǒng)的概念，那么我們總結(jié)一下電力系統(tǒng)的基本特征。（1）重要性：電力系統(tǒng)與國民經(jīng)濟(jì)的緊密聯(lián)系。1996年WSCC大停電，克林頓指示能源部調(diào)查；2003.8.14大停電，布什發(fā)表講話；莫斯科大停電后，普金講話；經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，電力須先行。（2）技術(shù)上的特點：①電能不能大量儲存；②實時平衡：生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)同時完成，不可分割；③電能生產(chǎn)、消費(fèi)、輸送速度快；④對電能質(zhì)量要求很嚴(yán)格（電能質(zhì)量：電壓、頻率、波形（正弦波，失真度小））（3）電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求：①保證可靠地持續(xù)供電；一級負(fù)荷、二級負(fù)荷、三級負(fù)荷；目前我國處于電力緊缺狀態(tài)，因此有學(xué)者提出了DSM（DemandSideManagement）需求側(cè)管理，最典型也是最簡單的需求側(cè)管理：峰谷電價。②保證良好的電能質(zhì)量；對電壓：±5%；對頻率：±0.02Hz③保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性：a.煤耗低；b.經(jīng)濟(jì)調(diào)度，豐水期和枯水期；負(fù)荷的合理分配，使每臺發(fā)電機(jī)在最佳運(yùn)行點，避免頻繁的起停機(jī)；未來可能還會有DSM；c.環(huán)保。電廠；輸電線路（電磁輻射）。二.電力系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容1、電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)：電力系統(tǒng)正常的，相對靜止的運(yùn)行狀態(tài)（1）電力系統(tǒng)的基本知識（2）元件特性和數(shù)學(xué)模型（3）運(yùn)行狀況的分析和計算（4）運(yùn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化以上也是本門課的主要內(nèi)容。2、電力系統(tǒng)的暫態(tài)：從一種運(yùn)行狀態(tài)到另一種運(yùn)行狀態(tài)。①波過程：時間短，幾個us；雷擊波，操作過電壓等；②電磁暫態(tài)：發(fā)電機(jī)電壓、電流的變化及磁場的變化；③機(jī)電暫態(tài)：發(fā)電機(jī)大軸的轉(zhuǎn)動。三.如何學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析？基礎(chǔ)知識的專業(yè)應(yīng)用四.我國電力工業(yè)的現(xiàn)狀1、發(fā)展速度快，日新月異；2、特高壓輸電線路；3、全國互聯(lián)電力系統(tǒng)的形成；4、交直流混合系統(tǒng)。第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型教學(xué)目的：1、掌握發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路及負(fù)荷的運(yùn)行特性和數(shù)學(xué)模型；2、了解各類模型的適用范圍；樹立正確的電力系統(tǒng)仿真觀點；3、了解建立電力系統(tǒng)模型的方法。教學(xué)內(nèi)容：1、發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性和數(shù)學(xué)模型；2、變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型；3、電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型；4、負(fù)荷特性及數(shù)學(xué)模型；5、建立電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型。第一節(jié)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性和數(shù)學(xué)模型一.1、隱極機(jī)：d-q軸對稱，=，：直軸電抗；：交軸電抗；；2、凸極機(jī)：≠，確定q軸，虛構(gòu)電勢 ==二.隱極發(fā)電機(jī)的運(yùn)行限額和數(shù)學(xué)模型（發(fā)電機(jī)的D形圖）1、（1）在額定狀況下做發(fā)電機(jī)的向量圖（2）將向量三角形等比例放大，在圖上表示出功率因數(shù)角、額定有功和額定無功（3）發(fā)電機(jī)運(yùn)行的其他約束條件：a.定子繞組溫升約束：定子繞組溫升取決于定子繞組電流，即取決于發(fā)電機(jī)的視在功率。b.勵磁繞組溫升約束：勵磁繞組溫升取決于勵磁電流，也就是取決于發(fā)電機(jī)的空載電勢。c.原動機(jī)功率約束：原動機(jī)功率不能超過發(fā)電機(jī)的額定功率。d.其他約束：進(jìn)相運(yùn)行時，定子端部溫升，故要限制進(jìn)相運(yùn)行幅度。2、發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型在穩(wěn)態(tài)情況下，發(fā)電機(jī)就是一個電源，其數(shù)學(xué)模型是：P+jQ三、凸極式發(fā)電機(jī)的運(yùn)行限額和數(shù)學(xué)模型①對圖2-7，首先要證明投影PN、QN就是根據(jù)算出的有功與無功②注意勵磁約束第二節(jié)變壓器參數(shù)和數(shù)學(xué)模型一、雙繞組變壓器參數(shù)和數(shù)學(xué)模型1、：短路損耗銅耗（銘牌參數(shù)）2、3、：MVA。若以kW為單位，則有：4、變壓器空載時，等值阻抗中電納很小，很小，故二、三繞組變壓器1、等值電路2、按容量比有三種不同類型：Ⅰ.100/100/100Ⅱ.100/100/50Ⅲ.100/50/100；目前是兩兩短路試驗測得的短路損耗，如果是Ⅰ類型：然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻。對于第Ⅱ類第Ⅲ類變壓器，因為總是在做實驗時，讓容量小的一方達(dá)到額定電流，因此首先將功率歸算到額定電流側(cè)。（此處舉例題）3、電抗（1）繞組排列方式升壓變壓器：中壓繞組最靠近鐵芯，低壓繞組居中，高壓繞組在最外層；降壓變壓器：低壓繞組最靠近鐵芯，中壓繞組居中，高壓繞組在最外層；a.考慮絕緣，所以高壓繞組在最外層b.減小漏抗（2）三、自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型1、自耦變壓器參數(shù)和等值電路的確定和普通變壓器無異2、容量歸算：三繞組自耦變壓器的第三繞組容量總小于變壓器的額定容量所以如果銘牌參數(shù)沒有經(jīng)過容量歸算，必須對功率與短路電壓進(jìn)行容量歸算。四、講解P39，例2-2第三節(jié)電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型一、電力線路結(jié)構(gòu)架空線：圖2-13，P41電纜：圖2-14，P411、架空線：（1）多股導(dǎo)線，絞線：LGJ—400/5（鋁鋼芯—載流部分額定截面積400/鋼芯部分額定截面積50）；LGJJ（加強(qiáng)）；LGJQ（輕型）（2）鋼芯鋁絞線：a.鋼芯承載，拉伸；b.鋁的導(dǎo)電性較好；c.電流的趨膚效應(yīng)（3）擴(kuò)徑導(dǎo)線：減小電暈，增大截面積；E正比于1/R，場強(qiáng)與半徑成反比分裂導(dǎo)線：將每相導(dǎo)線分裂成很多根，并將它們布置在半徑為的圓周上2、絕緣子：a.針式絕緣子：電壓不超過35kv；b.懸式絕緣子：成串使用，用于電壓35kv及以上的線路上絕緣子片數(shù)與電壓等級有關(guān)，規(guī)程規(guī)定如下表：35kv線路60kv線路110kv線路220kv線路330kv線路500kv線路不少于3片不少于5片不少于7片不少于13片不少于19片不少于25片3、換位問題如果不換位，a、b、c三相間的距離永遠(yuǎn)是ab，bc小，ac大，影響電感；進(jìn)行整換位循環(huán)后，ab，bc，ca的距離對稱；滾式換位：P44，圖2-214、電纜（1）優(yōu)點：占用土地面積少，供電可靠（不易受到外界氣候及人力干擾）缺點：造價高（2）電纜的構(gòu)造一般分為：導(dǎo)體、絕緣層、包護(hù)層110kv及以上電壓級的線路采用充油電纜：導(dǎo)體中空，內(nèi)部充油二、電力線路的阻抗線路參數(shù)有：a.串聯(lián)時，電阻、電感b.并聯(lián)時，電納，容納1、有色金屬導(dǎo)線架空線路的電阻（1）有色金屬導(dǎo)線：鋁線、鋼芯鋁線和銅線（2）每相單位長度的電阻：r1：導(dǎo)線單位長度的電阻S：截面積：電阻率（鋁：=31.5，銅：=18.8）（3）鋼芯鋁線的電阻，由于可只考慮主要載流部分——鋁線部分的載流作用，可認(rèn)為與同樣額定截面積的鋁線相同。（4）手冊提供20攝氏度時的電阻2、有色金屬導(dǎo)線單相架空線路電抗ur:相對導(dǎo)磁系數(shù)，空氣ur=1；u0：真空導(dǎo)磁系數(shù)；導(dǎo)磁系數(shù)u=u0ur日3、有色金屬三相架空線路的電抗：三相導(dǎo)線的幾何平均距離注意：（1）xr與幾何均距、導(dǎo)線半徑之間為對數(shù)關(guān)系，放大10倍，取對數(shù)也就是1，所以導(dǎo)線的布置方式、導(dǎo)線的截面積大小對線路電抗沒有顯著影響；（2）架空線路的電抗一般在0.4左右4、分裂導(dǎo)線三相架空線路電抗其中：P51，圖2-27：（1）隨分裂導(dǎo)線數(shù)的增多，電抗下降，但一開始隨著分裂導(dǎo)線的增多，電抗下降得很陡，而導(dǎo)線分裂數(shù)超過3到4根時，電抗下降逐漸減緩。（2）幾何均距增大，同樣可以減小電抗5、鋼導(dǎo)線三相架空線路的阻抗（1）電阻：鋼導(dǎo)線導(dǎo)磁，交流電流流過鋼導(dǎo)線時，集膚效應(yīng)和磁滯效應(yīng)很突出；鋼導(dǎo)線的電阻不是常數(shù)，而為電流的函數(shù)；（2）電抗：單位長度外電抗+內(nèi)電抗，查手冊三、電力線路的導(dǎo)納1、單相架空線路的電納圖2-30：Dab就是ab導(dǎo)線間的距離2、三相架空線路的電納：幾何均距3、分裂導(dǎo)線線路電納分裂導(dǎo)線等效地增大了導(dǎo)線半徑，從而增大了每相導(dǎo)線的電納4、架空線路的電導(dǎo)架空線路電容是由于架空線路電壓形成，電導(dǎo)G，意味著IG=GV，對地有電流，所以線路的電導(dǎo)取決于沿絕緣子串的泄漏和電暈。（1）線路實際運(yùn)行電壓高于電暈臨界電壓時，將發(fā)生電暈：空氣擊穿；（2）三相導(dǎo)線水平排列時，中間相易于發(fā)生電暈；（3）一般設(shè)計時需滿足晴朗天氣不發(fā)生電暈，同此可設(shè)g=0四、電力線路的數(shù)學(xué)模型1、已知單位長度的電阻、電抗、電納、電導(dǎo)，就可以作出線路等值電路圖，線路的等值電路與線路的長度有關(guān)：（1）一般線路的等值電路：中等及中等以下長度線路；對架空線路，長度大的為300km；對電纜線路，大約為100km。①如果架空線路長度不超過100km，略去對地支路（G、B支路）；②中等長度線路：長度在100～300km之間架空線，不超過100km電纜；（2）長線路的等值電路①長線路：長度超過300km的架空線路，超過100km的電纜線路②推導(dǎo)公式③雙端口網(wǎng)絡(luò)與型/T型等值電路根據(jù)P67，（2-58）與的表達(dá)式，作出等值電路。物理實質(zhì)：長線路不能看作集中參數(shù)電路，只能看作分布參數(shù)電路，在集中參數(shù)前面乘以系數(shù)Kr、Kx、Kb。2、波阻抗和自然功率（1）假設(shè)：無損耗電路，=0，=0（2）特性阻抗Zc，在無損耗電路變成一個純電阻：波阻抗。傳播系數(shù)r：僅有虛部，稱為相位系數(shù)（3）自然功率：波阻抗負(fù)荷，負(fù)荷阻抗為波阻抗時，該負(fù)荷消耗的功率單導(dǎo)線兩分裂三分裂四分裂波阻抗385～415歐285～305歐275～285歐255～265歐220kv線路，采用單導(dǎo)線，波阻抗400歐，自然功率：120MW500kv線路，四分裂導(dǎo)線，波阻抗260歐，自然功率：1000MW（4）由此可見：①線路長度為1500km時，始末端電壓的相位差為；②線路長度為6000km時，始末端電壓差一個周波，即波形重合；③在系統(tǒng)運(yùn)行中，如果線路輸送的功率接近自然功率，那么線路末端電壓與始端電壓接近；如果輸送功率大于自然功率，線路末端電壓低于始端；如果輸送功率小于自然功率，線路末端電壓將高于始端。五、負(fù)荷的運(yùn)行特性和數(shù)學(xué)模型1、負(fù)荷的概念（1）物理概念：千萬個用電設(shè)備消耗功率的總和（工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、居民）①電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷；②供電負(fù)荷（發(fā)電廠應(yīng)供應(yīng)的功率）=綜合用電負(fù)荷+網(wǎng)損；③發(fā)電負(fù)荷（發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)的功率）=供電負(fù)荷+廠用電（2）負(fù)荷曲線：負(fù)荷隨時間而變化的規(guī)律①按種類：有功負(fù)荷曲線/無功負(fù)荷曲線；②按時間段長短分：日負(fù)荷曲線/年負(fù)荷曲線；③按計量地點分：個別用戶、電力線路、變電所、發(fā)電廠及整個系統(tǒng)（3）負(fù)荷曲線的作用：講解圖2-43（P72），制定發(fā)電廠的發(fā)電負(fù)荷計劃（4）不同負(fù)荷，其負(fù)荷曲線的特點：圖2-44（a-d）：最大負(fù)荷功率；日負(fù)荷曲線中的最大負(fù)荷功率﹤所有不同類型負(fù)荷最大功率之和（5）無功功率日負(fù)荷曲線：P73，圖2-45；無功與有功不一定同時出現(xiàn)。（6）有功功率年負(fù)荷曲線：年最大負(fù)荷曲線：一年內(nèi)每月最大有功功率負(fù)荷變化曲線。2、負(fù)荷的靜態(tài)特性和數(shù)學(xué)模型（1）負(fù)荷特性：負(fù)荷功率隨負(fù)荷端電壓或系統(tǒng)頻率變化而變化的規(guī)律，分為有功特性和無功特性，或分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。（2）負(fù)荷靜特性：超越函數(shù)或多項式①指數(shù)模型：②多項式模型：六、電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型1、標(biāo)幺制：取基準(zhǔn)，用相對值計算；有名制：用有單位的物理量進(jìn)行計算；轉(zhuǎn)換關(guān)系：標(biāo)幺值=有名值/基準(zhǔn)值（1）標(biāo)幺制的特點：①三相線路中，線電壓、線電流的標(biāo)幺值與相值相同；②所有有名值的物理規(guī)律仍然成立2、有名值的電壓級歸算：不同變壓器等級歸算到同一等級3、標(biāo)幺值的電壓級歸算兩種方法：a.將所有的元件都?xì)w算到同一電壓等級下——基本級：然后除以與基本級相對應(yīng)的基準(zhǔn)值；b.選一個基準(zhǔn)值，將基準(zhǔn)值折算到各個電壓等級。通過例題2-6講解這兩種方法：求解步驟：（1）作出每一種元件的等值電路，歸算到相應(yīng)的電壓等級（有名值）；（2）采用方法a，即有名值全部歸算到220kv側(cè)后，取基準(zhǔn)功率SB=1000MVA，UB=220kv；得到，可求出每一元件的標(biāo)幺值；（3）采用方法b,將基準(zhǔn)值歸算到每一電壓等級，得到該電壓等級下的阻抗基準(zhǔn)，可求得。對比表2-5中例1與例2的不同求法。例1是歸算到同一電壓等級下，因此基準(zhǔn)用220kv（同一電壓等級下）的基準(zhǔn)；而例2是將電壓等級歸算到各個等級，如，所以七、等值變壓器模型及應(yīng)用1、為什么要用等值變壓器模型。（1）上一節(jié)講的有名值電壓等級歸算的缺點：一旦變壓器變比改變，所有網(wǎng)絡(luò)參數(shù)必須全部重新歸算；（2）手算算法，不適于計算機(jī)計算。補(bǔ)充內(nèi)容：①調(diào)壓變壓器：有載調(diào)壓/無載調(diào)壓②調(diào)壓變壓器分接頭的設(shè)置（高壓側(cè)—開關(guān)切斷電流設(shè)計滅弧室；直流開關(guān)的難度-電流不過零點）2、推導(dǎo)等值變壓器模型3、等值變壓器模型的應(yīng)用1.有名值。線路參數(shù)都未經(jīng)歸算，變壓器參數(shù)則歸算在低壓側(cè)；2.有名制。線路和變壓器都已按選定的變比歸算至高壓側(cè)；3.標(biāo)幺制。線路和變壓器參數(shù)都已按選定的基準(zhǔn)電壓歸算為標(biāo)幺值。第三章簡單電力網(wǎng)絡(luò)的計算和分析教學(xué)目的：1、使學(xué)生熟練掌握手算潮流的方法、技巧；2、能夠分析線路、變壓器的運(yùn)行狀況；3、對于簡單電力網(wǎng)絡(luò)（如輻射型或環(huán)網(wǎng)）能夠獨(dú)立求解潮流，并對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析；4、初步了解電力網(wǎng)絡(luò)潮流的調(diào)整控制。教學(xué)內(nèi)容：1、手算潮流的基本概念與必要性；2、電力線路和變壓器的運(yùn)行狀況計算和分析；3、輻射型和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布；4、電力網(wǎng)絡(luò)的簡化方法及應(yīng)用；5、簡要介紹電力網(wǎng)絡(luò)潮流的調(diào)整與控制。一、電力線路和變壓器運(yùn)行狀況的計算和分析１、電力線路運(yùn)行狀況的計算有四個變量：，已知其中的兩個，可求另外兩個變量。電力系統(tǒng)計算的最大特點：功率計算；避免：①的復(fù)數(shù)計算；②功率容易測量，相角很難量。假設(shè)已知末端的電壓與功率，電壓；功率；一步步可推導(dǎo)各點電壓與電流：則可進(jìn)一步計算消耗在阻抗支路上的功率：始端導(dǎo)納支路功率始端功率：由此就可求出始端功率。但是在上面的計算中，在計算始端功率時，假設(shè)已知，所以要先求出特點：①功率計算；②實部與虛部分別計算，避免復(fù)數(shù)運(yùn)算；③既適用于有名值計算，也適用于標(biāo)幺值計算。（２）由始端電壓與功率推導(dǎo)末端電壓與功率完全類似于上述推導(dǎo)，結(jié)論見P94，(3-9)～(3-11)；取為參考相量。注意：所有公式均假設(shè)，即消耗感性無功；如果感性無功，取；如果容性無功，取基本概念：①電壓降落：②電壓損耗：③電壓偏移：④電壓調(diào)整：⑤經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（３）電力線路上的電能損耗線路電能損耗：因為線路功率時刻在變化，因此線路損耗的能量也時刻在變化。計算某一時間段內(nèi)，例如365*24=8760小時內(nèi)的電能損耗，最直接的思路：一般根據(jù)統(tǒng)計資料計算電能損耗。①最大負(fù)荷利用小時數(shù)：一年中負(fù)荷消耗的電能W/一年中最大負(fù)荷②年負(fù)荷率：③年負(fù)荷損耗率：２、電力線路運(yùn)行狀況的分析（1）線路空載運(yùn)行（2）線路有載運(yùn)行：①只有無功功率：當(dāng)變動時，與也按比例變動。并且，負(fù)荷為純感性無功時，始端電壓總高于末端；但相位總是滯后。②只有有功功率：電壓與電流同相，因此是只有無功時的向量圖轉(zhuǎn)90度。ａ．無論有功P如何變化，如果只有有功功率，始端電壓沿直線P-P變化。ｂ．因為，所以末端是純有功功率時，總超前于，而且越大，超前越多，與之間的夾角也越大。③既有有功功率，也有無功功率：電壓，電流可分解為有功分量與無功分量直線S-S是負(fù)荷視在功率S變動，但功率因數(shù)角不變時，始端電壓的運(yùn)動軌跡P-P，Q-Q總是固定的，因為P-P，Q-Q是由決定的。而S-S與P-P的夾角是。所以，當(dāng)時，S-S轉(zhuǎn)到與同軸，這時與同相，當(dāng)S-S轉(zhuǎn)到時，S-S就轉(zhuǎn)到橫軸以下，這時雖然大于，但角度已經(jīng)滯后于。值得注意的是，只要Q-Q仍然在S-S下方，雖然滯后于，但有功仍是從送到。一般而言，末端的功率因數(shù)角都比較小。臨界情況，只送無功，不送有功，S-S與Q-Q重合。所以長度與線路末端的視在功率S2成正比，將電壓三角形乘以相同的比例，電壓三角形變成功率三角形。則P2P2就是負(fù)荷有功功率固定，無功功率Q2變動時，始端電壓運(yùn)行軌跡。Q2Q2是負(fù)荷無功功率固定,有功功率P2變化時，始端電壓端點的運(yùn)動軌跡虛線Ψ2Ψ2是負(fù)荷功率因數(shù)角固定，視在功率S2變動時，電壓端點軌跡圓弧δ2是視在功率固定，功率因數(shù)角Ψ2變動時始端電壓端點的運(yùn)動軌跡，以O(shè)’為圓心以U1為半徑的圓弧U是末端功率圓，圓周上各點坐標(biāo)分別對應(yīng)于始末端電壓都為定值時，末端的有功無功功率。注意：①從末端功率圓來看，在保持始末端電壓恒定的情況下，隨著末端有功功率負(fù)荷的增大，負(fù)荷的功率因數(shù)必然電滯后變?yōu)槌?。②始末端電路恒定的情況下，存在一個線路可能輸送的最大有功功率，實際上不可能運(yùn)行到這個功率，因為線路過熱。二.變壓器運(yùn)行狀況的計算1.變壓器中電壓降落，功率損耗和電能損耗①首先算變壓器阻抗支路中損耗的功率：；②計算變壓器勵磁支路中的功率：；③；④計算需要知道對于發(fā)電廠變壓器，簡略提及公式（3-22）～（3-24）；指出區(qū)別在于從電源側(cè)計算變壓器的電能損耗。２.節(jié)點注入功率運(yùn)算負(fù)荷和運(yùn)算功率。注入功率：一般取注入功率為正；運(yùn)算功率：將對地電納中的功率納入等值電源功率或等值負(fù)荷功率。對于發(fā)電廠變壓器，同理，留給學(xué)生自學(xué)（Ｐ102，圖3-8b）第二節(jié)輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布一.輻射形的網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布１、講清楚迭代計算的電力系統(tǒng)計算特點，因為已知的是始端電壓（發(fā)電廠）與末端功率（負(fù)荷）；這種不一致性造成了必須迭代求解。２、講清楚電力系統(tǒng)非線性計算的特點；因為都是用功率計算，所以Ｉ＝ＹＵ；用，非線性方程。CASEⅠ：只給出末端功率，計算潮流分布：已知Ｐ４＋jＱ４；設(shè)置一個電壓略低于額定電壓作為Ｕ４；從末端開始向始端計算，先計算，則；然后計算Ｕ３，電壓Ｕ３＝，然后計算，以此類推。CASEⅡ：如果除了末端功率給定，始端電壓也給定，則有兩個限制條件；因此，當(dāng)假設(shè)節(jié)點４點壓后，向前推算，推算到節(jié)點１，電壓不一定是指定的電路Ｕ１；怎么辦？步驟：（1）假設(shè)末端電壓；（2）由與（給定），求得始端電壓與；（3）檢查是否等于：若相等，求得始端電壓與；（4）若不等，由給定的算得；由始端向末端歸算，算出與；（5）因為末端的功率是給定的，因此檢查是否等于，相等時結(jié)束；（6）若不等，用給定的，再一次由末端向始端歸算，計算與；（7）檢查是否等于，若不等，返回第四步繼續(xù)進(jìn)行。輻射網(wǎng)絡(luò)求解與計算重點；因此例題3-1與3-2、3-3詳細(xì)講解二.環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布１、簡化環(huán)網(wǎng)：圖３-１７中（a）-（b）-（c）-（d）（1）強(qiáng)調(diào)簡化關(guān)鍵兩步：①并聯(lián)支路的功率歸入母線功率；②輻射形串聯(lián)支路的功率歸入運(yùn)算功率。（2）求解的基本思路：將環(huán)網(wǎng)變成輻射形網(wǎng)絡(luò)求解校驗條件：環(huán)網(wǎng)假設(shè)各點電壓恒定，均為，因此環(huán)網(wǎng)公式是從回路電流公式推出，需滿足：，即（3）功率分點：如果一個節(jié)點，所有線路功率都是流向該節(jié)點的，則稱其為功率分點。有功功率分點與無功功率分點不一定一致。2、兩端供電網(wǎng)絡(luò)中的功率分布（1）兩端供電網(wǎng)絡(luò)等價成環(huán)網(wǎng)：假設(shè)各點電壓為額定電壓，等式兩端乘以：從而可以解得（2）根據(jù)疊加原理，，相當(dāng)于環(huán)網(wǎng)供電，流過電路的功率是第一項；，產(chǎn)生一個循環(huán)功率：：電壓施加于環(huán)網(wǎng)總阻抗時產(chǎn)生的電流注意：循環(huán)功率取決于電壓的取向：取，循環(huán)功率由節(jié)點1流向節(jié)點4，反之，由4流向1（3）舉一個實例應(yīng)用題3、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的電壓損耗和功率損耗第一步：由環(huán)網(wǎng)的計算功率、大致估算網(wǎng)絡(luò)中的功率分布；第二步：由功率分布找到有功功率與無功功率分點；第三步：在無功功率分點（電壓最低點）將環(huán)網(wǎng)解開，環(huán)網(wǎng)就變成輻射網(wǎng)；按輻射網(wǎng)的電壓損耗與功率損耗計算方法進(jìn)行。環(huán)網(wǎng)計算講解例題3-4第三節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)的簡化方法及應(yīng)用一、等值電源法二、負(fù)荷移置法（1）將一個負(fù)荷移置兩處；（2）將兩個負(fù)荷移置一處。三、消去節(jié)點法（星網(wǎng)變換法）星網(wǎng)變換公式：消去節(jié)點法：首先要利用剛講授的負(fù)荷移置法，然后再利用星網(wǎng)變換；講解例題3-5，P123；解題步驟：1、等值電路2、電源等值3、負(fù)荷移置，強(qiáng)調(diào)負(fù)荷移置的不精確性。第四節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)潮流的調(diào)整控制一、電力網(wǎng)絡(luò)潮流的不可控性舉兩個例題說明潮流按阻抗分布二、調(diào)整控制潮流的手段1、串聯(lián)電容：減少線路電抗；2、串聯(lián)電抗：限流；3、附加串聯(lián)加壓器（采用移相變壓器）假設(shè)在加入串聯(lián)加壓器之前，線路有一個功率分布，希望加入串聯(lián)加壓器后的功率分布為意味著要加入一個強(qiáng)制功率，且很小，近似為零：強(qiáng)制功率（附加功率）附加功率的有功部分是由Ecy決定的，Ecy影響的是相角，而Ecx主要影響電壓大小，所以電壓大小影響無功。三、FACTS（FlexibleACTransmissionSystem）以晶閘管代替?zhèn)鹘y(tǒng)交流輸電系統(tǒng)中各種機(jī)械式調(diào)節(jié)器和開關(guān)后所呈現(xiàn)的新系統(tǒng)。通過控制可控硅導(dǎo)通的角度，達(dá)到控制傳輸能量的目的。第四章復(fù)雜系統(tǒng)潮流的計算方法教學(xué)目的通過高斯－賽德爾方法，與牛頓－拉夫遜法及PQ分解法的介紹，要求學(xué)生熟練電力系統(tǒng)潮流計算的功率方程、求解方法；建立電力系統(tǒng)計算機(jī)求解的基本概念與思路；了解計算機(jī)求解電力系統(tǒng)潮流的特點；為使用成熟的計算機(jī)仿真軟件奠定基礎(chǔ)。教學(xué)要求熟練掌握電力網(wǎng)絡(luò)方程的形成；熟練掌握功率方程及迭代解法；熟練掌握N－L法潮流計算；了解高斯－塞德爾法潮流計算；掌握P－Q分解法潮流計算；了解稀疏技術(shù)在潮流計算中的運(yùn)用。第一節(jié)、電力網(wǎng)絡(luò)方程一、節(jié)點電壓方程：，如注：=1\*GB3①I：節(jié)點注入電流，注入為正。=2\*GB3②大地為參考節(jié)點。=3\*GB3③YB是階矩陣，n：節(jié)點數(shù)（參考節(jié)點除外）。=1\*GB2⑴、YB對角元素Yii：自導(dǎo)納，所有與I相連支路的導(dǎo)納之和?；?dǎo)納Yij：在節(jié)點i上施加單位電壓，其它節(jié)點全部接地時，經(jīng)節(jié)點j注入網(wǎng)絡(luò)的電流，。Yij：節(jié)點i、j之間導(dǎo)納的相反數(shù)，。節(jié)點導(dǎo)納矩陣的特點：=1\*GB3①對稱陣，。=2\*GB3②高度稀疏陣：如果節(jié)點i與節(jié)點j之間沒有支路聯(lián)系，則，所以。=2\*GB2⑵、節(jié)點阻抗矩陣ZB：，顯然在節(jié)點1加電流全網(wǎng)都有電壓，所以Zi1，i＝1,2,…n都是非零元，因此節(jié)點阻抗陣是對稱陣而且是滿陣。二、回路電流方程：，Step1：選樹，獲得連枝；Step2：將連枝電流作為回路電流列寫回路方程。合并阻抗相同的項。注：的階數(shù)等于網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立回路數(shù)。Zii：自阻抗，環(huán)繞回路I所有支路阻抗的總和；Zij：互阻抗，回路j和回路I共有阻抗的負(fù)值。如果回路j，I沒有共有的阻抗，則Zii＝Zij＝0。所以回路阻抗矩陣是對稱的稀疏矩陣。回路導(dǎo)納矩陣：，YL是滿矩陣（當(dāng)回路I中有電壓源時其它回路中同樣有電流）。注：矩陣求逆并不等于對矩陣每個元素求倒數(shù)。三、節(jié)點導(dǎo)納矩陣的形成和修改：=1\*GB2⑴、介紹節(jié)點電壓法得到普遍應(yīng)用的原因：a.不管有多少對地支路，節(jié)點電壓法是三維系統(tǒng)；b.隨著接地支路的增多，回路數(shù)增多，回路數(shù)等于連支數(shù)。=2\*GB2⑵、節(jié)點導(dǎo)納矩陣的形成=1\*GB3①、方陣，階數(shù)等于網(wǎng)絡(luò)中除參考節(jié)點外的節(jié)點數(shù)m，大地一般取做參考節(jié)點；=2\*GB3②、對角元：所有支路導(dǎo)納的總和；=3\*GB3③、非對角元：Yij：連接節(jié)點i，j支路導(dǎo)納的負(fù)值。注：a、如果無接地支路，對角元為非對角元之和的負(fù)值；b、一般情況下，節(jié)點導(dǎo)納矩陣的對角元往往大于非對角元的負(fù)值。=4\*GB3④、節(jié)點導(dǎo)納陣一般是對稱陣。=3\*GB2⑶、節(jié)點導(dǎo)納矩陣的修改=1\*GB3①、修改思路：不需重新形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，只改變其相應(yīng)元素。（電力系統(tǒng)特點：改變一條線路參數(shù)只影響到與其相關(guān)聯(lián)的節(jié)點。）=2\*GB3②、修改方法：從原有網(wǎng)絡(luò)中引出一支路、增加一節(jié)點：a)、增加一節(jié)點，導(dǎo)納矩陣增加一階b)、，，在原有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點i,j之間增加一條支路:a)、因為沒有增加節(jié)點，所以導(dǎo)納矩陣階數(shù)不變；b)、，，在原有節(jié)點i,j之間切除一條支路，相當(dāng)于加一條導(dǎo)納為負(fù)的支路:，；，原有節(jié)點i,j之間的導(dǎo)納由變?yōu)?，相?dāng)于切除一條導(dǎo)納為的支路，增加一導(dǎo)納為的支路:，；原電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點i,j之間的變壓器變比由k改變?yōu)閗’，；第二節(jié)、功率方程及其迭代解法電路原理、節(jié)點電壓方程：電力系統(tǒng)計算中，用功率計算：強(qiáng)調(diào)：=1\*GB3強(qiáng)調(diào)：=1\*GB3①、非線性迭代求解=2\*GB3②、矩陣運(yùn)算欲求解：求SB，明確已知變量與未知變量。以書152頁圖4－9(a)~(c)為例：Step1：等值電路；Step2：節(jié)點注入功率：，令；；同理，；；注：=1\*GB3①、該范例系統(tǒng)有兩個節(jié)點（除去大地節(jié)點）；對每個節(jié)點列兩個方程（有功平衡方程、無功平衡方程）；=2\*GB3②、每個節(jié)點有四個變量：P、Q、U、δP、Q：注入功率，進(jìn)一步分解為，；負(fù)荷的PL、QL：擾動變量（不可控），發(fā)電機(jī)的PG、QG：控制變量；節(jié)點電壓向量的U、δ：狀態(tài)變量。N階系統(tǒng)有2n個擾動變量PL、QL，2n個控制變量PG、QG，2n個狀態(tài)變量U、δ。=3\*GB3③、既然每個節(jié)點有四個變量，兩個方程，所以只要給出其中兩個變量就可解出另外兩個變量。給定P、Q：PQ節(jié)點（如發(fā)電機(jī)節(jié)點、負(fù)荷節(jié)點）；給定P、V：PV節(jié)點（如發(fā)電機(jī)節(jié)點）；給定V、δ：平衡節(jié)點（平衡網(wǎng)損）。=4\*GB3④、約束條件：a、對發(fā)電機(jī)出力的約束：，；b、對無電源節(jié)點：，；c、對電壓上下限的約束：；d、穩(wěn)定性約束：。三、求解方法：n個節(jié)點，4n個變量，2n個未知變量，2n個方程f（x）＝0。高斯－塞德爾迭代法（1）、基本思路：將f（x）＝0變換成x＝g（x）的形式；給初值x（0）；迭代求解x（1）＝g（x（0））；x（2）＝g（x（1））；……x（k＋1）＝g（x（k））。（2）、收斂判據(jù)：。（3）、應(yīng)用于潮流求解對節(jié)點i的功率方程兩邊取共軛，并同除以：，即為x＝g（x）的表達(dá)式。牛頓－拉夫遜法切線方程，其與橫軸的交點，迭代求解真值x*。理論上推導(dǎo)：泰勒展開。假若方程有解x1*、x2*、……xn*，近似解（初值）：x1（0）近似解（初值）：x1（0）、x2（0）、……xn（0），則。泰勒展開：記做，是Jacobi矩陣。N-L法的特點：收斂速度快；對初值依賴性強(qiáng)。第三節(jié)、牛頓－拉夫遜法潮流計算復(fù)習(xí)牛頓－拉夫遜法的一般數(shù)學(xué)形式回想N－L法的基本原理：（4－33）式（泰勒展開，取一階近似），其中y為每個節(jié)點的已知變量（PQ節(jié)點的P和Q，PV節(jié)點的P和V）。對于PQ節(jié)點：將，代入，并將實部和虛部分開，得對比（4－33）式：對于PV節(jié)點，，對于一個共有n個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，編號為1,2,3……,n；其中包含一個平衡節(jié)點s。設(shè)有（m-1）個PQ節(jié)點，編號為1,2,3……,(m-1)；1個平衡節(jié)點，編號為m；(n-m)個PV節(jié)點，編號為(2m+1)，(2m+2)……，n。則有關(guān)Pi的有功功率平衡方程有n-1個；有關(guān)Qi的無功功率平衡方程有(m-1)個；有關(guān)電壓Ui的電壓方程有(n-m)個。共2(n-1)個方程。下面求雅可比矩陣：雅可比矩陣元素：P159（4－39）P159（4－40a）：Pi展開，即將（4－38a）的求和號中下標(biāo)為i的項分離。P160（4－40b）：Qi展開。P160（4－40c）：。形成雅可比矩陣，就是對變量求偏導(dǎo)數(shù)（4－41a），。時，先引入電流的表達(dá)式，然后Pi、Qi與對fi、ei求偏導(dǎo)（4－40b）。分塊雅可比矩陣的稀疏性：觀察P160（4－41a）；H12、N12、J12、L12表達(dá)式都含有G12與B12，所以1,2節(jié)點間如果沒有支路聯(lián)系，就全是零。這說明分塊雅可比矩陣與節(jié)點導(dǎo)納矩陣具有相同的結(jié)構(gòu)；即節(jié)點導(dǎo)納陣的零元素對應(yīng)雅可比矩陣中的零塊。以上是直角坐標(biāo)下的功率方程，以下分析極坐標(biāo)下的功率方程（）。對于PQ節(jié)點：分離實部與虛部：電力系統(tǒng)潮流計算機(jī)算法主要有哪幾種?如何應(yīng)用牛頓—拉夫遜法計算電力系統(tǒng)潮流?什么是電力系統(tǒng)潮流的PQ解耦特性？如何應(yīng)用PQ解耦法計算電力系統(tǒng)潮流?雅可比法、高斯—塞德爾法（復(fù)習(xí)）牛頓一拉夫遜法計算潮流（復(fù)習(xí)）直角坐標(biāo)形式未知量共個，需要方程參加迭代；平衡節(jié)點由于，即已知,故不需參加迭代,只需計算功率方程：PQ節(jié)點：PV節(jié)點： 修正方程：雅可比矩陣Ja各元素： ： ： Ja的特點：2（n-1）階方陣；不對稱,各元素在迭代時變化；各元素與Yij對應(yīng),也是稀疏的。求解過程：（P180圖4-16）①設(shè)初值：、②求：、③求④解修正方程，求、⑤修正電壓：、⑥求、⑦檢驗收斂，r為迭代次數(shù)，如不收斂，返③重復(fù)計算(迭代)；如收斂,求平衡節(jié)點功率、線路功率。說明：初值嚴(yán)格，一般可取=1、=0；一般可取10-3~10-5的計算量大,但收斂快,一般迭代6~7次PV和PQ節(jié)點轉(zhuǎn)化極坐標(biāo)形式未知、,共(n-1+m)個,需要n－1+m個方程參加迭代；平衡節(jié)點已知,不需要參加迭代,只計算；功率方程：PQ節(jié)點： PV節(jié)點：修正方程雅可比矩陣Ja各元素:修正方程縮寫為：，H：n－1階方陣，L：m階方陣，N：(n－1)×m階，J：m×(n－1)階展開式:Ja特點：是n－1+m階方陣，比直角坐標(biāo)的少；不對稱，各元素在迭代過程中變化；各元素與Yij對應(yīng)，也是稀疏的。修正過程、收斂指標(biāo)迭代過程中PQ、PV節(jié)點轉(zhuǎn)化P-Q分解法計算潮流建立的基礎(chǔ)（近似條件，適用于超高壓和高壓電網(wǎng)）N-R法：第一步近似：由于R<<X，節(jié)點電壓相角的改變主要影響有功功率的分布，節(jié)點電壓幅值的改變主要影響無功功率的分布，反映出來的是N中各元素小于H中相應(yīng)的各元素，J中各元素小于L中相應(yīng)的各元素，即有近似的修正方程為： 第二步近似：一般線路兩端電壓相角差較?。ㄒ话?0o~20o），且，有：，，得：Hij=UiUjBij,i、j=1,2,…,n-1,ij Lij=UiUjBij,i、j=1,2,…,m,ij 第三步近似：，；為正常情況下節(jié)點i的注入無功功率，此時其他節(jié)點未接地；為除i節(jié)點外其他節(jié)點接地時,由節(jié)點i注入的無功功率；所以<<，得：P-Q分解法的基本方程H、L 其中，對H：k=n-1，對L：k=m；得PQ分解法的修正方程為： 修正方程縮寫為：特點:兩套常系數(shù)線性方程組,系數(shù)矩陣和都是稀疏、對稱的，是節(jié)點導(dǎo)納矩陣的虛部組成，階數(shù)分別為（n-1）×（n-1）、m×m，好處（存儲量、運(yùn)算量、在線控制）。P-Q分解法計算步驟:給初值、；計算、、、；求常系數(shù)矩陣和；解修正方程，求、；修正電壓：、;返回計算、，檢查，如收斂，計算線路功率、平衡節(jié)點功率，如不收斂,計算、，轉(zhuǎn)入④。說明:PQ解耦特性（重要）；三個簡化基礎(chǔ)：R<<X,不能太大,，適用范圍；精確程度取決于,近似處理影響過程,不影響結(jié)果;線性收斂速度，迭代次數(shù)多于N-R法，計算速度快于N-R法。例題：-j1012j0.1j0.112L雙母線系統(tǒng)，，，，-j1012j0.1j0.112L (1)若，； (2)若，，；求潮流分布。 解:(1)PQ節(jié)點:2,平衡節(jié)點:1 節(jié)點導(dǎo)納矩陣 功率方程 解析法解： 求平衡節(jié)點功率： ，有功從1→2；（重要）無功從1→2(U從1→0.91)；（重要）如要提高U2→1，則放開QG2作未知量。

————————————————————————作業(yè)：習(xí)題集：4-9、4-10、4-11編程上機(jī)，實驗指示書，看懂子程序，各班課代表找輔導(dǎo)老師（軟件盤和安排）電力系統(tǒng)頻率偏移如何定義？電力系統(tǒng)有功功率如何平衡？電力系統(tǒng)的頻率特性如何？第五章電力系統(tǒng)的有功功率及頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率偏移頻率變化對負(fù)荷的影響(1)異步機(jī)(2)電子設(shè)備(3)電鐘頻率變化對電力系統(tǒng)的影響(1)火電廠的主要設(shè)備：水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)(2)汽輪機(jī)的葉片(3)變壓器的勵磁頻率偏移的范圍：50Hz±(0.2~0.5)Hz電力系統(tǒng)的有功功率平衡系統(tǒng)的有功功率平衡(1)運(yùn)行中： 電源 負(fù)荷損耗(2)規(guī)劃、設(shè)計： 設(shè)備 備用備用容量(1)按投入時間分熱備用：運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與發(fā)電負(fù)荷之差(旋轉(zhuǎn)備用)；冷備用：未運(yùn)轉(zhuǎn)的、但能隨時啟動的發(fā)電設(shè)備可以發(fā)的最大功率(不含檢修中的設(shè)備)；冷熱備用須有合理比例。(2)按用途分：負(fù)荷備用：適應(yīng)負(fù)荷短時波動、一日內(nèi)計劃外的負(fù)荷增加，一般為最大負(fù)荷的0~5%。事故備用：適應(yīng)發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然事故時備用，一為般最大負(fù)荷的5~10%，分冷、熱備用。檢修備用：滿足檢修需要而設(shè)的(有時不設(shè))備用。國民經(jīng)濟(jì)備用：計及負(fù)荷超計劃增長而設(shè)，一般為最大負(fù)荷的3~5%電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化與調(diào)整負(fù)荷變化（P234圖6-1）第一種變化：周期短、幅度小，偶然性極大(＜10）第二種變化：周期較長、幅度較大(10~3'）第三種變化：周期長、幅度大(>3'），由負(fù)荷曲線反映。調(diào)整方式：實質(zhì)上調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出功率頻率的一次調(diào)整：調(diào)速器頻率的二次調(diào)整：調(diào)頻器頻率的三次調(diào)整：依負(fù)荷曲線，在廠、機(jī)組間經(jīng)濟(jì)合理地分配各發(fā)電廠間負(fù)荷的合理分配(1)火電廠特點：需燃料及運(yùn)輸費(fèi)用，但不受自然條件影響效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)受鍋爐、汽輪機(jī)最小技術(shù)負(fù)荷限制，有功出力調(diào)整范圍較窄，增減速度慢，參數(shù)越高范圍越窄(高溫高壓30%，中溫中壓75%)電廠類型汽壓(大汽壓)汽溫(℃)電廠(機(jī)組)容量范圍(萬千瓦)鍋爐汽機(jī)鍋爐汽機(jī)低溫低壓電千瓦以下小電廠(0.15~0.3)中溫中壓電廠40354504351~20萬千瓦中小電廠(0.6~5)高溫高壓電廠1009054053510~60萬千瓦大、中電廠(2.5~10)超高壓力電廠14013554053525萬千瓦以上大電廠(12.5~20)亞臨界壓力電廠17016557056560萬千瓦以上大電廠(30)超臨界壓力電廠250240570535100萬千瓦以上大電廠(50~60)臨界壓力：225大氣壓，臨界溫度374℃效率：中溫中壓 24.5% 高溫高壓 30.5% 超高壓力 37.0% 超臨界壓力 40.0% 熱電廠 ＞ 50%聯(lián)合循環(huán)機(jī)組投入退出，承擔(dān)急劇負(fù)荷響應(yīng)時間長，多耗能量，易損壞設(shè)備熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱負(fù)荷，為強(qiáng)迫功率(2)水電廠特點：不要燃料費(fèi)，水力可梯級開發(fā)，連續(xù)使用，但受自然條件影響。出力調(diào)節(jié)范圍大，50%以上,增減負(fù)荷速度快，操作容易，可承擔(dān)急劇變化的負(fù)荷決定發(fā)電量的除水量外還有水位差保證出力抽水蓄能機(jī)組（天荒坪6×30萬千瓦）水利樞紐兼顧發(fā)電、航運(yùn)、防洪、灌溉、漁業(yè)、旅游，不一定與電力負(fù)荷適應(yīng)，所以必須與火電配合維持航運(yùn)、灌溉、需一定水量，對應(yīng)強(qiáng)迫功率(3)核電廠特點：可調(diào)容量大，退、投、增、減負(fù)荷消耗能量、時間，易損壞設(shè)備一次投資大，運(yùn)行費(fèi)低，盡量利用承擔(dān)基本負(fù)荷(4)分配原則（P235圖6-2）充分利用水力資源，避免棄水降低火電煤耗，發(fā)揮高產(chǎn)機(jī)組作用減少火電成本，多燒劣質(zhì)煤、本地煤、少燒油考慮發(fā)電成本(燃料價格、管理水平、機(jī)組效率等)，充分利用資源電力系統(tǒng)的頻率特性負(fù)荷的頻率特性標(biāo)么值：當(dāng)f=fN、PD=PDN時a0+a1+a2+a3+…=1與頻率無關(guān)：照明、電爐、整流與頻率一次方成正比：球磨機(jī)、切削機(jī)床，卷揚(yáng)機(jī)與頻率二次方成正比：鐵損(渦流)與頻率三次方成正比：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵與頻率四次方成正比：阻力很大的水泵主要成份為前二種，在額定值附近為一直線 MW/HZf*1.0f*1.0PD*f*β1.0有功負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) (頻率調(diào)節(jié)效應(yīng))KD*：1~3發(fā)電機(jī)的頻率特性如何？如何進(jìn)行頻率調(diào)整？發(fā)電機(jī)的頻率特性調(diào)速系統(tǒng)（四個部分）（P238圖6-4）檢測部件(離心飛擺)：轉(zhuǎn)速→位移放大部件(錯油門)：位移→油壓(信號放大)執(zhí)行部件(油動機(jī))：油壓啟閉閥門(功率放大)反饋位置信號轉(zhuǎn)速控制部件：速度基準(zhǔn)控制調(diào)速器：前三者組成，完成頻率一次調(diào)整；調(diào)頻器：加入轉(zhuǎn)速控制部件，完成頻率二次調(diào)整。調(diào)速器工作原理 1.01.0PG*1.01.0PG*f*fo*21有差調(diào)節(jié)靜態(tài)調(diào)差系數(shù)MW/HZ 發(fā)電機(jī)的功頻靜特性KG、KG*：發(fā)電機(jī)組的功頻特性系數(shù)； (機(jī)組單位調(diào)節(jié)功率)負(fù)號“－”表示f、PG變化方向相反；KG、δ由調(diào)速器整定一般汽輪機(jī)δ*=0.04~0.06 KG*=25~16.6水輪機(jī) δ*=0.02~0.04 KG*=50~25調(diào)速器為有差調(diào)節(jié)，不可能使頻率(轉(zhuǎn)速)保持不變負(fù)荷功率增加太多時，f大大下降，超出允許范圍調(diào)頻器工作原理如D合適，最后可穩(wěn)定在B(B、A＇、O〃、E〃、F)反映在曲線的上、下平移上1.0f1*多機(jī)系統(tǒng)1.0f1*213KGE、KGE*213特性系數(shù)(等值單位調(diào)節(jié)功率)PG*1.0PG*1.0P1*PG=-KGEfE=機(jī)組等值調(diào)差系數(shù)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一次調(diào)整PD(f)PG(f)

))f1f2P1P2PD(f)PG(f)

))f1f2P1P2PNPˊD(f)f△PD0△PD△PG△f 系統(tǒng)頻率變化：f=f2－f1<0 負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)：PD=KDf<0 負(fù)荷實際增量：PDf=PD0+PD =PD0+KDf 發(fā)電機(jī)功率增量：PG=－KGf=P2－P1PGPDf，∴PD0+KDf=－KGf PD0=－(KD+KG)fK=KG+KD=－：電力系統(tǒng)功頻靜特性系數(shù) (系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率)系統(tǒng)負(fù)荷增加，f↓，在發(fā)電機(jī)增加輸出的同時，負(fù)荷由其本身調(diào)節(jié)效應(yīng)，減少功率消耗，達(dá)到新的平衡態(tài)P2、f2(而不是P1+PD0)。 ：系統(tǒng)備用系數(shù)K*大,△PD0*引起的f*變化小增大K*的措施：加大KG*(δ*變小) 加大ρK*的增加受限制，∴△PD0太大時，僅靠一次調(diào)整不能使△f在一定范圍內(nèi)。頻率的二次調(diào)整（P244圖6-9）負(fù)荷初始增量：PD0 系統(tǒng)頻率變化：f=2－f1 負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)：PD=KDf 負(fù)荷實際增量：PDf=PD0+KDf 發(fā)電機(jī)二次調(diào)整功率增量：PGS 發(fā)電機(jī)一次調(diào)整功率增量：PG=－KGfPGS+PG=PDfPGS－KGf=PD0＋KDfPD0－PGS=－(KGDf=－KfPD0－PGSf=－ K結(jié)論：二次調(diào)整(調(diào)頻器動作)時，系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率為 K=KG+KD由于二次調(diào)整的作用，發(fā)電機(jī)增發(fā)PGS，對同樣允許的f，使PD0可加大；反言之，對同樣的PD0，二次調(diào)整的PGS使f變小若調(diào)整適當(dāng)，使PGS=PD0，則f=0，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)若PGS<PD0，則f<0,f↓，此時功率平衡點為：P1+PD0+KDf=P1+PGS－KGf()多機(jī)系統(tǒng)的頻率調(diào)整多機(jī)系統(tǒng)在負(fù)荷變化時，帶調(diào)速器的機(jī)組，只要有可調(diào)容量，都參加一次調(diào)整。二次調(diào)整由少數(shù)機(jī)組(廠)承擔(dān)——主調(diào)頻機(jī)組(廠)，負(fù)荷增量主要由它們承擔(dān)，可依次分為第一、第二、……調(diào)頻機(jī)(廠)主調(diào)頻廠一般在負(fù)荷中心，要求：有足夠可調(diào)容量；有一定調(diào)整速度；調(diào)整時能符合安全、經(jīng)濟(jì)的要求；一般選水電廠、中溫中壓火電廠。主調(diào)頻廠起全系統(tǒng)功率平衡的作用，可作平衡節(jié)點（回顧第三章P131、介紹第六章）電力系統(tǒng)無功平衡與電壓的關(guān)系？主要的無功電源有哪些？電力系統(tǒng)如何進(jìn)行電壓管理和調(diào)整？第六章電力系統(tǒng)的無功功率及電壓調(diào)整電力系統(tǒng)的電壓偏移電壓偏移對負(fù)荷的影響照明、電熱、電動機(jī)、家用電器電壓偏移對電力系統(tǒng)的影響功率損耗、電能損耗、設(shè)備絕緣運(yùn)行穩(wěn)定性、電暈損耗電力系統(tǒng)允許的電壓偏移電力系統(tǒng)無功平衡與電壓的關(guān)系 電力系統(tǒng)的無功平衡運(yùn)行中：Σ 電源 負(fù)荷 損耗11’無功負(fù)荷QUjXΣ規(guī)劃設(shè)計：11’無功負(fù)荷QUjXΣ 設(shè)備 備用電壓水平的確定UQUQE2’2系統(tǒng)的無功——電壓靜態(tài)特性δФФUδФФUUQ2’2UQ2’21’1近似二次曲線，E↑,曲線↑無功補(bǔ)償：設(shè)置除發(fā)電機(jī)以外的無功電源以滿足系統(tǒng)電壓要求原因:負(fù)荷功率因數(shù)低(0.7左右),而發(fā)電機(jī)的高(0.8~0.9);網(wǎng)損中無功損耗>有功損耗；無功功率不能遠(yuǎn)距離輸送。 所以：就地進(jìn)行補(bǔ)償，另裝無功電源。無功平衡：全系統(tǒng)平衡(運(yùn)行、規(guī)劃設(shè)計)局部地區(qū)基本平衡、避免無功遠(yuǎn)距離輸送。電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷、無功損耗、無功電源(1)無功負(fù)荷：以滯后功率因數(shù)運(yùn)行的設(shè)備的無功部分(2)無功損耗：線路，約為的25%。變壓器單個變壓器：約為的11~12%多個串聯(lián)：約為的50~75% 系統(tǒng)中總無功損耗無功負(fù)荷,無功電源約為2倍無功負(fù)荷。(3)無功電源:同步電機(jī):同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)、同步調(diào)相機(jī)（插入圖示）系統(tǒng)中有備用有功電源時,可將負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)降低功率因數(shù)運(yùn)行，少發(fā)有功、多發(fā)無功,有利于無功的局部平衡，提高系統(tǒng)電壓水平。同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)同步調(diào)相機(jī)優(yōu)點：調(diào)節(jié)平滑、系統(tǒng)故障時也能調(diào)、可作無功負(fù)荷。缺點：損耗大(額定容量的1.5~5%)，投資大、維護(hù)量大。電容器:優(yōu)點：組合靈活，可分散、集中，可分相補(bǔ)償；投資少、有功損耗少(額定容量的0.3~0.5%)缺點：電壓下降時急劇下降,不利于電壓穩(wěn)定靜止無功補(bǔ)償器QQQQDQLQCICILILC容性0感性I容性0感性I 、運(yùn)行在水平區(qū)段：，優(yōu)點:調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，特性平滑,可分相補(bǔ)償,維護(hù)簡單,損耗小。缺點:最大補(bǔ)償量正比于電壓平方,電壓低時補(bǔ)償量??；諧波對電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染。高壓線的充電功率：電壓110220330500750(KV)單導(dǎo)線單導(dǎo)線雙分裂雙分裂三分裂四分裂充電功率（MVAR/100km）3.4141941105240考慮的方法:發(fā)電機(jī)按額定功率因數(shù)運(yùn)行,無功電源容量有限制,常作無功備用;高壓線充電功率為固有的,無功電源過剩時要采取措施(如并聯(lián)電抗器);常用無功補(bǔ)償:調(diào)相機(jī)、電容器、靜止無功補(bǔ)償器。電力系統(tǒng)的電壓管理（插入圖示）中樞點的電壓管理中樞點:大型發(fā)電廠的高壓母線、大型變電所的二次母線、有大量地方負(fù)荷的發(fā)電廠母線中樞點電壓和負(fù)荷電壓的關(guān)系中樞點至各負(fù)荷點在最大最小負(fù)荷時電壓損耗之差不能大于負(fù)荷點允許上下限電壓之差(一般為10%)。即中樞點到不同負(fù)荷點的電壓損耗不能太大。中樞點電壓調(diào)整方式(1)逆調(diào)壓:最大負(fù)荷時保持中樞點電壓比線路額定電壓高5%;最小負(fù)荷時,使中樞點電壓降至線路額定電壓