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文檔簡介
第2章電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路1電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)運(yùn)行參量——表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)
電磁參量:功率、電流、電壓
機(jī)械參量:頻率、發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子相對(duì)角位移電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)
穩(wěn)態(tài):所有運(yùn)行參量在某一平均值附近很小變
化,接近常量,此時(shí),稱系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。
暫態(tài):部分或全部運(yùn)行參量發(fā)生較大變化,則
稱此時(shí)系統(tǒng)處于暫態(tài)。2電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容內(nèi)容:
采用數(shù)學(xué)方式模擬計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和暫態(tài)運(yùn)行過程中的各種電磁參量和機(jī)械參量。目的:
提前對(duì)電力系統(tǒng)未來可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行掌握和控制。前提:
先明確系統(tǒng)及其元件在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程的數(shù)學(xué)表示方式。本章內(nèi)容:分析穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué)
模型3本章內(nèi)容電力線路的參數(shù)和等值電路;變壓器的參數(shù)和等值電路;發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路;
電力網(wǎng)絡(luò)的等值電路。41電力線路參數(shù)和等值電路1.1電力線路結(jié)構(gòu)簡述(1)分類架空線路電纜線路(2)架空線路
I.結(jié)構(gòu)5具有良好的電性能,機(jī)械強(qiáng)度,抗腐蝕能力;主要材料:鋁,銅,鋼;
例:LJ(鋁絞線)TJ(銅絞線)LGJ(鋼芯鋁絞線)標(biāo)號(hào):LGJ-400/50,400表示鋁線額定面積(mm2),
50表示鋼芯額定面積II.架空線路導(dǎo)線類型與標(biāo)識(shí)6III架空線路導(dǎo)線結(jié)構(gòu)鋁線鋼芯擴(kuò)大導(dǎo)線截面積7鋼芯鋁絞線擴(kuò)徑鋼芯鋁絞線8單位長度架空線路參數(shù)電阻:r1=ρ/S(Ω/km)ρ:導(dǎo)線材料的電阻
率,S導(dǎo)線標(biāo)稱截面積。電抗:由于導(dǎo)線存在自感和導(dǎo)線之間存在互感
導(dǎo)線存在電抗x1(Ω/km),高空架空電
力線路可近似取0.4Ω/km。x1與導(dǎo)線的
半徑呈反比,因此分裂導(dǎo)線(等值增大
半徑),可降低電抗。IV架空線路導(dǎo)線參數(shù)分裂導(dǎo)線9電導(dǎo):由于導(dǎo)線與地或與其他導(dǎo)線之間存在電
場,當(dāng)電壓超過臨界電壓就會(huì)產(chǎn)生電暈
放電,造成有功功率的損耗,因此,存
在電導(dǎo)g1(S/km)。線路設(shè)計(jì)時(shí),晴天不允許導(dǎo)線發(fā)生電
暈,因此一般g1=0。電納:由于導(dǎo)線與地或與其他導(dǎo)線之間存在電
場,會(huì)形成電容效應(yīng),因此存在電納b1。
10V架空線路的換位為減少三相參數(shù)的不平衡,長線路應(yīng)該進(jìn)行換位。11VI架空線路的等值電路分布參數(shù)等值電路集中參數(shù)等值電路(因分布式等值電路難于計(jì)算)
a)短線路(l<100km,忽略電導(dǎo)、電納)因線路三相參數(shù)完全相同,三相電壓、電流有效值相同,故可用單相等值電路代表三相Z=(r1+jx1)l12注意,導(dǎo)納兩邊各一半b)中等長度線路(100km<l<300km)Z=(r1+jx1)lY=jb1l用π形等值電路表示用T形等值電路表示無需考慮參數(shù)分布效應(yīng)注意,導(dǎo)納兩邊各一半13b)長線路(l>300km)Z=(kr
r1+jkx
x1)lY=jkb
b1l用π形等值電路表示用T形等值電路表示必須考慮參數(shù)分布效應(yīng),進(jìn)行系數(shù)修正14(3)電纜線路I.結(jié)構(gòu)導(dǎo)線絕緣層鋼鎧包護(hù)層15II.等值電路a)短線路b)中等長度線路(l<100km)c)長線路(l>100km)等值電路形式與架空線路相同!162變壓器參數(shù)和等值電路(1)雙繞組變壓器的等值電路(電機(jī)學(xué))rmjxmr1jx1r2jx2¢¢勵(lì)磁支路一次繞組漏抗歸算到一次側(cè)的二次繞組漏抗GTRTjXT-jBT17(2)等值電路的參數(shù)計(jì)算I.短路試驗(yàn)短路損耗:Pk短路電壓百分比:Uk(%)
因:Pk≈Pr,而三相電阻中的有功損耗Pr為:可得:單位為:UN(V),SN(VA),
Pk(W)線電壓18但,由于工程上,單位通常為:UN(kV),SN(MVA)
Pk(kW)故上式可改寫為:
因,變壓器中,XT﹥>RT,故|XT|≈|ZT|,可認(rèn)為短路電
壓Uk主要降落在電抗XT上,故:可得:19II.空載試驗(yàn)空載損耗:P0空載電流百分比:I0(%)
因:電導(dǎo)GT對(duì)應(yīng)的變壓器的鐵損PFE≈P0,因此:可得:單位為:UN(V),SN(VA),
Pk(W)20但,由于工程上,單位通常為:UN(kV),SN(MVA)
P0(kW)故上式可改寫為:
因,變壓器中,GT﹥>BT,故可認(rèn)為空載電流I0主要通
過電納支路,故:可得:21綜上,可得變壓器等值電路及參數(shù)計(jì)算GTRTjXT-jBT可得:單位:UN(kV)SN(MVA)
Pk(kW)
P0(kW)變壓器有兩個(gè)額定
電壓,因此參數(shù)
可歸算為任一側(cè)!22(3)三繞組變壓器的等值電路及參數(shù)計(jì)算GTRT1jXT1-jBTRT2jXT2RT3jXT3勵(lì)磁支路參數(shù)計(jì)算與雙繞組變壓器相同,空載試驗(yàn)阻抗支路參數(shù)計(jì)算稍有區(qū)別,短路損耗、短路電壓的計(jì)算23電阻按各對(duì)繞組間的短路損耗計(jì)算三個(gè)繞組的容量比為100/100/100%時(shí)然后可套用雙繞組變壓器求電阻的公式三個(gè)繞組的容量比不等時(shí),如100/50/100%,須歸算至變壓器額定容量或額定電流時(shí)的值24電抗各對(duì)繞組間的短路電壓百分?jǐn)?shù)計(jì)算制造廠給出的短路電壓百分?jǐn)?shù)已歸算至變壓器的額定容量,因此不需再歸算然后可套用雙繞組變壓器求電抗的公式253發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路3.1復(fù)功率的概念及計(jì)算公式復(fù)功率視在功率有功功率無功功率電壓向量電流向量注意:在上述表示方式下,負(fù)荷以滯后功率因數(shù)運(yùn)行時(shí),
所吸取的無功功率為正;以超前功率因數(shù)運(yùn)行時(shí),所
吸收的無功功率為負(fù);發(fā)電機(jī)則正好相反。263.2發(fā)電機(jī)的參數(shù)及等值電路特征:I)電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)均指三相交流發(fā)電機(jī):
II)發(fā)電機(jī)參數(shù)三相完全相同;
III)運(yùn)行時(shí),發(fā)電機(jī)電壓和電流參量完全對(duì)稱。因此:可用單相等值電路表示三相(1)特征分析27
電壓源模型(2)單相等值電路(電源模型)電流源模型其中:數(shù)學(xué)描述:28已知量:制造廠一般給出以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)
的電抗百分比。而因電阻較小,忽略不計(jì)。(3)發(fā)電機(jī)單相參數(shù)的計(jì)算故:發(fā)電機(jī)單相電抗的有名值為:293.3負(fù)荷的參數(shù)及等值電路(1)特征分析
在電力系統(tǒng)中,負(fù)荷通常用其從電網(wǎng)中取用的有
功功率和無功功率來表示。(2)負(fù)荷描述PL+jQL注意:如負(fù)荷為感性,則QL>0;如負(fù)荷為容性,則QL<0.U304電網(wǎng)的等值電路(等值網(wǎng)絡(luò))(1)概念即把電網(wǎng)中的輸電線路和變壓器用其數(shù)學(xué)
模型表示,并按照電氣關(guān)系相互連接后的
電路網(wǎng)絡(luò)。鑒于電網(wǎng)中的設(shè)備均為三相對(duì)稱,參數(shù)相
同,故可用單相等值電路表示三相。4.1基礎(chǔ)知識(shí)31(2)等值網(wǎng)絡(luò)的形成12341234變壓器參數(shù)歸算在低壓側(cè)變壓器參數(shù)歸算在低壓側(cè)理想變壓器32(3)等值網(wǎng)絡(luò)的分類
有名制:進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí),用帶單位的元件參數(shù)
(阻抗、導(dǎo)納)和運(yùn)行參量(電壓、電流、功
率)進(jìn)行運(yùn)算,稱為有名制。標(biāo)幺制:進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí),用不帶單位的元件參數(shù)
(阻抗、導(dǎo)納)和運(yùn)行參量(電壓、電流、功
率)的相對(duì)值進(jìn)行運(yùn)算,稱為表幺制。據(jù)此,等值網(wǎng)絡(luò)可分為:I.有名制等值網(wǎng)絡(luò)用帶單位的元件參數(shù)(阻抗、導(dǎo)納)表示的等值網(wǎng)絡(luò)II.標(biāo)幺制等值網(wǎng)絡(luò)用不帶單位的元件參數(shù)(阻抗、導(dǎo)納)的相對(duì)值表示的
等值網(wǎng)絡(luò)334.2有名制等值網(wǎng)絡(luò)上述等值網(wǎng)絡(luò)中,理想變壓器的存在,使得各支路電流和各節(jié)點(diǎn)電壓難于計(jì)算。因此,在有名制等值網(wǎng)絡(luò)里,需要將不同電壓等級(jí)的元件參數(shù)(導(dǎo)納、阻抗)、以及運(yùn)行參量(電流、電壓)歸算到同一電壓等級(jí)——基本級(jí)。1234理想變壓器理想變壓器有名值表示有名值表示34(1)有名值(實(shí)際值)的歸算I選擇基本級(jí):一般取電力系統(tǒng)中的最
高電壓等級(jí)II把非基本級(jí)的元件參數(shù)、電流、電壓按照實(shí)
際變比歸算到基本級(jí)1234例:歸算前等值網(wǎng)絡(luò)(取基本級(jí)為220電壓等級(jí))351234歸算后等值網(wǎng)絡(luò)歸算到同一電壓等級(jí)的等值網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)歸算運(yùn)行參量歸算36例如:歸算前的等值電路取基本級(jí)為220kV,把線路L3的參數(shù)歸算到基本級(jí)K1=220/121K2=110/111(2)多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)歸算37若取變壓器變比為一次側(cè)和二次側(cè)平均額定電壓之比歸算前的等值電路則,取基本級(jí)為220kV,把線路L3的參數(shù)歸算到基本級(jí)時(shí):K1=231/115K2=115/10.5(3)多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)近似歸算簡化計(jì)算近似之處38同理:同理:可推廣到其他電壓等級(jí)!394.3標(biāo)幺制等值網(wǎng)絡(luò)標(biāo)幺制等值電路中:I.元件參數(shù)用標(biāo)幺值表示,包括理想變壓器的變比II.運(yùn)行參量也要有標(biāo)幺值表示1234理想變壓器理想變壓器標(biāo)幺值表示也要用標(biāo)幺值表示40(1)標(biāo)幺值概念:就是相對(duì)值表示方式:右下腳標(biāo)加*,例如同理:41(2)標(biāo)幺值的計(jì)算電力系統(tǒng)中元件參數(shù)和運(yùn)行參量之間的關(guān)系:因此,若確定基準(zhǔn)值時(shí)也應(yīng)該滿足該關(guān)系則:確定基準(zhǔn)值時(shí),每個(gè)電壓等級(jí)下,只需確定兩個(gè)基準(zhǔn)值,其他三個(gè)參量的基準(zhǔn)值即可計(jì)算得到。S:三相視在功率;U線電壓;I線電流I單電壓等級(jí)系統(tǒng)基準(zhǔn)值的選?。?2一般:在計(jì)算標(biāo)幺值時(shí),選擇功率SB和電壓UB作
為基準(zhǔn)值,則回顧:變壓器參數(shù)表示方式以變壓器額定容量和額定電壓表示的基準(zhǔn)值標(biāo)幺值有名值43例如:若系統(tǒng)如右圖12A)?。夯鶞?zhǔn)容量SB=100MVA
基準(zhǔn)電壓UB1=10kVB)計(jì)算:基準(zhǔn)阻抗和導(dǎo)納C)計(jì)算:阻抗標(biāo)幺值44選取原則:SB:各電壓等級(jí)均相同,即一個(gè)系統(tǒng)只有一
個(gè)功率基準(zhǔn)值,理論上講,可隨意選取。
UB:每個(gè)電壓等級(jí)各自選取自己的電壓基準(zhǔn)
值,理論上講,可隨意選取。II多電壓等級(jí)系統(tǒng)基準(zhǔn)值的選取這樣:各電壓等級(jí)可根據(jù)統(tǒng)一的功率基準(zhǔn)值SB和電壓
UB,n,即可計(jì)算出各自的IB,n,ZB,n,YB,n,之后:即可根據(jù)各電壓等級(jí)的基準(zhǔn)值,計(jì)算出
系統(tǒng)中各元件參數(shù)(阻抗、導(dǎo)納、變比)和運(yùn)行
參量(電壓、電流、功率)的標(biāo)幺值45例如:若系統(tǒng)如下圖1234A)?。夯鶞?zhǔn)容量SB=100MVA
10kV電壓等級(jí)線路基準(zhǔn)電壓UB,10=10kV
110kV電壓等級(jí)線路基準(zhǔn)電壓UB,110=110kV
220kV電壓等級(jí)線路基準(zhǔn)電壓UB,220=220kV46B)計(jì)算:各電壓等級(jí)基準(zhǔn)阻抗C)計(jì)算:各電壓等級(jí)支路標(biāo)幺值47D)計(jì)算:變比標(biāo)幺值T1:T2:非標(biāo)準(zhǔn)變比1234E)標(biāo)幺值等值電路48在上例中,若先?。篒II利用基準(zhǔn)值的選取消去理想變壓器基準(zhǔn)容量SB=100MVA
220kV電壓等級(jí)線路基準(zhǔn)電壓UB,220=220kV然后根據(jù)變比,取10kV和110kV電壓等級(jí)基準(zhǔn)電壓為:則標(biāo)幺值等值網(wǎng)絡(luò)中變比的標(biāo)幺值為:T1:T2:491234此時(shí),標(biāo)幺值等值電路意味著等值電路里沒有變壓器50(3)標(biāo)幺值等值網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)I可通過基準(zhǔn)電壓的選取,消去等值網(wǎng)絡(luò)里的變壓器
方法:先選擇基本級(jí)的基準(zhǔn)電壓,在根據(jù)變比折算
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