第3講－電力變壓器和負(fù)荷模型

第二章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型

PowerSystemSteadyStateModels第二講電力變壓器和負(fù)荷模型、電力系統(tǒng)等值電路教學(xué)要求在穩(wěn)態(tài)分析中，變壓器如何建模？變壓器等值參數(shù)如何求??？如何將變壓器磁聯(lián)系消去，變成純電路？在穩(wěn)態(tài)分析中，負(fù)荷如何建模？從元件到系統(tǒng)：電力系統(tǒng)的等值電路？2.3變壓器的基本知識(shí)變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.3mm或0.35mm鐵心變壓器符號(hào)三相變壓器鐵心結(jié)構(gòu)升壓變壓器降壓變壓器線圈一般采用圓柱形的同心式結(jié)構(gòu)。三繞組變壓器線圈繞組形式變壓器的型號(hào)SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風(fēng)冷式相數(shù)S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)

額定值額定電壓

變壓器副邊開(kāi)路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允許的電壓值。（有效值）單相：U1N，原邊電壓

U2N，副邊電壓三相：U1N、U2N，原、副邊的線電壓額定電流

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。單相：原、副邊繞組允許的電流值三相：原、副邊繞組線電流原邊輸入功率P1

副邊輸出功率P2額定值

額定容量傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系（單相）效率容量：原邊輸入功率：輸出功率：變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)額定值頻率fN

在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),是根據(jù)給定的電源電壓等級(jí)及頻率來(lái)確定匝數(shù)及磁通最大值的.如果亂用頻率,就有可能把變壓器損壞。在降頻使用時(shí),電源電壓必須與頻率成正比地下降。在升頻使用時(shí),電源電壓不能與頻率成正比的增加,而只能適當(dāng)?shù)卦黾?。三相變壓器的繞組可以接成星形（Y）或三角形（△）。在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中，無(wú)論繞組的實(shí)際連接方式，都一概等值成Y/Y接法，并用一相等值電路來(lái)反映三相的運(yùn)行情況。2.4雙繞組變壓器的等值電路和參數(shù)由《電機(jī)學(xué)》可知，雙繞組變壓器的T型等值電路如左下圖所示。勵(lì)磁阻抗比漏阻抗大得多。在電力系統(tǒng)計(jì)算中，為了計(jì)算方便，常把勵(lì)磁支路移到變壓器的電源端，形成Γ型等值電路，并采用導(dǎo)納參數(shù)。2.4雙繞組變壓器的等值電路和參數(shù)（a）（b）（c）2.4雙繞組變壓器的等值參數(shù)短路實(shí)驗(yàn)(額定電流下):空載實(shí)驗(yàn)(額定電壓下):電阻RT

電抗XT電導(dǎo)GT

電納BTINUsUNI0（1）短路實(shí)驗(yàn)求串聯(lián)電阻歐短路損耗IN（2）短路實(shí)驗(yàn)求串聯(lián)電抗短路電壓百分?jǐn)?shù)US%：歐INUs空載損耗：（3）空載實(shí)驗(yàn)求勵(lì)磁電導(dǎo)西門(mén)UNI0（4）空載實(shí)驗(yàn)求勵(lì)磁電納空載電流百分?jǐn)?shù)：西門(mén)UNI0計(jì)算時(shí)別忘了重要參數(shù)：變比kT兩側(cè)繞組空載線電壓比值：kT=UN1:UN2；在實(shí)際工程計(jì)算中，在求得2’電量后，2側(cè)電量需要再進(jìn)行折合計(jì)算，得到實(shí)際電壓等級(jí)下的電量值。2kT:1公式注意點(diǎn)各量單位：與UN為1側(cè)的；如果要將所有參數(shù)折算到2側(cè)，則UN應(yīng)取2側(cè)的。即UN為哪一側(cè)，參數(shù)、等值電路即為折合到哪一側(cè)的。線電壓！三相變壓器不論其接法如何，求出的參數(shù)都是等值成Y/Y接法中的單相參數(shù)。若變壓器是其它接法，如Y/△，那么還需要進(jìn)一步換算，如：課本P.51有誤。計(jì)算注意點(diǎn)

線路的等值電路中為正(容性)變壓器等值電路中虛部為負(fù)（感性）。因?yàn)椋壕€路中的容納是由電容引起的；變壓器等值電路中的容納是由電感引起。在潮流分布計(jì)算中，可用三相勵(lì)磁功率代表勵(lì)磁支路：其中(kW),空載損耗，有時(shí)銘牌上會(huì)有。（kVAR）。且，勵(lì)磁支路放在功率輸入側(cè)（電源側(cè)、一次側(cè)）。例題一臺(tái)SFL-20000/110型的向10kV網(wǎng)絡(luò)供電的降壓變壓器，銘牌給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為：試計(jì)算歸算到高壓側(cè)的變壓器參數(shù)。三繞組變壓器的等值電路和參數(shù)經(jīng)折合、歸算后的三繞組變壓器的等值電路：所有參數(shù)通過(guò)短路試驗(yàn)和空載試驗(yàn)求得。如何做開(kāi)路和短路實(shí)驗(yàn)？做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)？如何求參數(shù)？等值電路和兩類試驗(yàn)開(kāi)路試驗(yàn)

GT、BT

：

1側(cè)加UN，2、3側(cè)開(kāi)路，得：

GT、BT的求法與雙繞組相同。UN電導(dǎo)GT、電納BT的計(jì)算IN等值電路和兩類試驗(yàn)短路試驗(yàn)Rn,Xn,n=1,2,3

一側(cè)加可調(diào)電壓，使電流達(dá)到額定值IN，另兩側(cè)中，一側(cè)短路、一側(cè)開(kāi)路，得：兩繞組變壓器求電抗X1、X2、X3前提條件：三繞組容量相等。此時(shí)變壓器容量就等于繞組容量。變壓器容量SN與繞組容量(SN1/SN2/SN3)不一定相等?。〞?huì)有什么問(wèn)題？）若變壓器容量為100（％），按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，1、2、3三個(gè)繞組容量比有三種：

100/100/100%;

100/100/50%;100/50/100%50%的繞組的導(dǎo)線截面和額定電流都減小一半。式中△PS1、△PS2、△PS3是指繞組流過(guò)與變壓器額定容量SN對(duì)應(yīng)的額定電流IN時(shí)所產(chǎn)生的有功損耗。小容量繞組額定電流受限，有什么問(wèn)題？求電阻R1、R2、R3

(繞組容量100/50/100％)按小容量繞組的額定電流做短路試驗(yàn)，然后根據(jù)損耗與電流的平方成正比，進(jìn)行歸算，歸算到對(duì)應(yīng)于變壓器額定容量對(duì)應(yīng)的電流下的損耗。歸算同理可求繞組容量為100/100/50％時(shí)的情況。求電阻R1、R2、R3

(繞組容量100/50/100％)求電抗X1、X2、X3當(dāng)繞組容量與變壓器容量不等時(shí)，則短路電壓百分值需要?dú)w算。如何歸算？實(shí)測(cè)值放大系數(shù)一般手冊(cè)和制造廠所提供的短路電壓，大多數(shù)都已經(jīng)折算到各個(gè)繞組中通過(guò)對(duì)應(yīng)于變壓器額定容量的電流時(shí)的數(shù)值。這時(shí)，短路電壓不再需要?dú)w算。當(dāng)明確沒(méi)有歸算時(shí)，需按上述公式進(jìn)行歸算?！话銜?huì)明確標(biāo)出是否已歸算。公式注意點(diǎn)R1、R2、R3是折合后的各繞組的等值電阻。X1、X2、X3是折合后的各繞組的等值電抗，不是漏抗，是自感、互感作用的等值。其值<0并不代表繞組電抗為容性。SN是變壓器容量，不是繞組容量。UN為同一個(gè)，是哪側(cè)，則表示參數(shù)歸算到那一側(cè)的。等值電路及參數(shù)計(jì)算原理和普通變壓器相同。通常，三繞組自耦變壓器的自耦部分一般接成Y型，中性點(diǎn)直接接地；第三繞組（低壓繞組）總是接成△，以消除三次諧波。第三繞組的容量小于變壓器的額定容量，有時(shí)短路電壓和短路損耗未經(jīng)歸算，則需要?dú)w算，歸算方法同普通三繞組變壓器。自耦變壓器SN3是第三繞組容量2.5變壓器的π型等值電路（1）雙繞組變壓器Γ型等值電路的特點(diǎn)運(yùn)用了折合的概念。若參數(shù)是折合到1側(cè)，求2側(cè)實(shí)際電量時(shí)，應(yīng)按變比K=U1/U2折算回去（理想變壓器）一、雙繞組變壓器當(dāng)原副邊有相位移時(shí)，則變比為復(fù)數(shù)。在穩(wěn)態(tài)分析中，只考慮實(shí)數(shù)變比（數(shù)量關(guān)系），全等值為Y/Y-0接法。缺點(diǎn)：存在磁耦合！如何去掉磁耦合，變成純電路？雙繞組變壓器的π型等值電路先不考慮勵(lì)磁支路，得到π型等值電路后再將其連接到相應(yīng)的端點(diǎn)；用ZT表示漏阻抗。建立二端口網(wǎng)絡(luò)方程：雙繞組變壓器的π型等值電路當(dāng)令：U1I1U2I2與Γ型電路等值雙繞組變壓器的π型等值電路U1I1U2I2式(2-76)參數(shù)歸算到2側(cè)的情況雙繞組變壓器的

π型等值電路的特點(diǎn)去掉了磁耦合，適合計(jì)算機(jī)計(jì)算：由此求出2側(cè)的電量，即是2側(cè)電壓等級(jí)下的數(shù)值（最終結(jié)果），無(wú)須再折算。三組抗（導(dǎo)納）是數(shù)學(xué)上的等值，無(wú)物理含義；三阻抗（導(dǎo)納）均與變比K有關(guān)；兩并聯(lián)支路阻抗的符號(hào)總是相反，負(fù)號(hào)出現(xiàn)在電壓等級(jí)高的一側(cè)；三支路阻抗和恒等0，即構(gòu)成了諧振環(huán)路。（如何理解？）若為復(fù)數(shù)變比，二端口網(wǎng)絡(luò)方程仍適用，但無(wú)法轉(zhuǎn)化為π型等值電路，無(wú)法反映相位的關(guān)系。三繞組變壓器的π型等值電路采用2組雙繞組變的π型等值電路來(lái)表示例題如圖所示。略去變壓器勵(lì)磁支路、變壓器和線路電阻，試求變壓器的π型等值電路，并畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)的一相等值電路。計(jì)算變壓器電抗（歸算至低壓側(cè)）：?jiǎn)尉€圖如：2.6負(fù)荷模型在電力系統(tǒng)分析這門(mén)課中，電力系統(tǒng)負(fù)荷指系統(tǒng)中母線上所有負(fù)荷之和，是綜合性負(fù)荷，包括各種各樣的用電設(shè)備。各個(gè)母線上的負(fù)荷組成不同。因此要精確描述某個(gè)母線上的負(fù)荷特性，比較困難。實(shí)用中，通常采用實(shí)測(cè)值來(lái)近似。一、負(fù)荷靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）特性負(fù)荷有功無(wú)功電壓頻率動(dòng)態(tài)靜態(tài)有功電壓靜態(tài)特性無(wú)功頻率靜態(tài)特性各母線上用電設(shè)備組成不同而變，一般通過(guò)實(shí)測(cè)。有功負(fù)荷電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KPV=dP/dU無(wú)功負(fù)荷電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KQV=dQ/dU有功負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KPf=dP/df電壓靜態(tài)特性頻率靜態(tài)特性實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)估算二、常用的負(fù)荷模型恒定功率模型（額定電壓下的負(fù)荷值）恒定阻抗模型RDjXDGDjBD函數(shù)關(guān)系近似表示負(fù)荷模型線形表示二次多項(xiàng)式表示在正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，對(duì)頻率的控制很嚴(yán)格，可近似認(rèn)為頻率固定不變。此兩種表示方法都忽略了頻率變化的影響。小結(jié)電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型輸電線路的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型等值電路參數(shù)相總串聯(lián)阻抗相總并聯(lián)導(dǎo)納L：線路長(zhǎng)度雙繞組變壓器的π型等值電路U1I1U2I22kT:1計(jì)算機(jī)計(jì)算手工計(jì)算2.6電力系統(tǒng)等值電路（穩(wěn)態(tài)）元件模型（等值Y接，單相等值）發(fā)電機(jī)：恒定（交流）電源線路、變壓器：π型等值電路負(fù)荷：恒功率、恒電流、恒阻抗或者三者組合系統(tǒng)模型：根據(jù)單線圖，連接元件等值電路，得電力系統(tǒng)等值電路。實(shí)例：簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)等值電路升壓變T1輸電線L1降壓變T2配電線L2降壓變T3負(fù)荷D作業(yè)1某三相三繞組自耦變壓器，容量為80MVA，變比為220/121/11kV，容量比為100/100/50