《電力系統(tǒng)概論》學習指導

《電力系統(tǒng)概論》課程學習指導資料

本課程學習指導資料根據(jù)教學大綱的要求，參照現(xiàn)行采用教材《電力系統(tǒng)概論》（楊淑英

編，中國電力出版社，2007年）以及課程學習光盤，并結合遠程網(wǎng)絡教育的教學特點和教學

規(guī)律編寫，適用于電力系統(tǒng)及其自動化、電力電子等專業(yè)學生。

第一部分課程學習目的及總體要求

一、課程的學習目的

電力系統(tǒng)概論課程是電氣工程、電力系統(tǒng)及其自動化、電力電子等專業(yè)必修的一門專業(yè)

技術基礎課，有較強的理論性、工程性和實踐性。本課程的任務是介紹電力系統(tǒng)的基本概念,

系統(tǒng)各元件的參數(shù)及等值網(wǎng)絡、潮流計算、系統(tǒng)運行狀況的優(yōu)化和調整、故障分析和短路電

流計算、繼電保護、系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性分析。使學生通過本課程的學習能夠掌握其理論基礎,

而且有一定的分析和解決目力系統(tǒng)問題的能力。初步建立電力系統(tǒng)整體的概念。了解電力系

統(tǒng)的基本依據(jù)范圍和總體結構。為后續(xù)專業(yè)課的學習打好基礎。

二、課程的總體要求

電力系統(tǒng)概論是電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的一門重要技術基礎課程，是一門工程性和實

踐性都很強的課程，電力系統(tǒng)的特點：概念多、電路多、計算公式多、計算復雜度高、涉及

面廣，與實際聯(lián)系緊密，也較為復雜。通過學習和一定數(shù)量的習題練習，掌握記恩概念，熟

悉計算的具體步驟，加深對各種計算方法的理解和掌握。

第二部分課程學習的基本要求及重點難點內容分析

第1章緒論

一、本章學習要求

了解電力系統(tǒng)的基本概念，重點掌握電力系統(tǒng)的運行特點和基本要求，掌握對電力系統(tǒng)

各個元件額定電壓的確定原則。

二、本章重點、難點分析

本章重點是電力系統(tǒng)的基本概念，電力系統(tǒng)各節(jié)點額定電壓的確定是考核重點。

三、占課程考核的權重

主要考核對負荷曲線的概念以及額定電壓的確定。

四、重要內容

I.電力系統(tǒng)及其組成

?電力系統(tǒng)：由產(chǎn)力電能,輸送和分配電能、使用電能所連接起來的能機整體。

組成：

（I）按照元件（設備）劃分一一發(fā)電機、變壓器、輸電線、用電設備

（2）按照功能劃分一一電源（電廠）、傳輸及分配、用戶

（3）按照規(guī)模劃分（對于電力網(wǎng)絡）一一局域網(wǎng)（地方網(wǎng)、省網(wǎng)）、區(qū)域網(wǎng)（華中、華南、

西南...）、國網(wǎng)

?電力網(wǎng)（電網(wǎng)）：由電力線路和變壓器組成的,承擔著電能輸送和分配任務的網(wǎng)絡。

2.電力系統(tǒng)運行的特點：

（1）電能不能大量儲存，要求甩能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用幾乎是在同一瞬間內完成。

（2）電能和社會的生產(chǎn)、人民的生活、國家的國民經(jīng)濟緊密相關。

（3）電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程短促，因此電力系統(tǒng)的安全監(jiān)測與控制非常困難

3.電力系統(tǒng)運行的基本要求

（1）供電安全可靠性

根據(jù)可靠性要求不同，分為I、II、III負荷。

（2）電能的優(yōu)質性

由于干擾影響，對頻率、電壓、波形等電能質量指標的監(jiān)測

（3）運行的經(jīng)濟性

盡量減少一次能源的消耗、網(wǎng)損和線損

4.電力系統(tǒng)負荷

（1）負荷曲線：把有功及無功負荷隨時間變化的情況用圖形來表示就稱為負荷曲線。

?負荷曲線的作用：

□負荷曲線對電力系統(tǒng)的運行十分有用，電力系統(tǒng)的計劃生產(chǎn)主要是建立在預測的負荷

曲線的基礎之上的，

□通常為了事先安排電力系統(tǒng)中各個電廠的生產(chǎn)（即要求各個電廠在某個時刻應開幾臺

機組，發(fā)多少電等），必須事前由電力系統(tǒng)調度中心（指揮和協(xié)調電力系統(tǒng)中各個發(fā)電

廠生產(chǎn)的一個部門）制定出電力系統(tǒng)每天的預測負荷曲線。

□為了向各發(fā)電廠分配發(fā)電任務，應該在預測的負荷曲線上再加上電力系統(tǒng)在各個時刻

自身的耗電量（如線路損耗、電廠和變電所的自用電等）即可得出總的發(fā)電負荷曲線。

□有了這個總的負荷曲線，調度所就可以根據(jù)各個發(fā)電廠的運行特點來具體分配一晝夜

的發(fā)電任務。

□對于熱效率高的火力發(fā)電廠、核電廠總是希望由他擔任基本負荷，因為這類發(fā)電廠擔

任較大的變動負荷時，熱效率將大為降低。

?年最大負荷曲線反應了從年初到年終的整個一年內的逐月（或逐日）綜合最大負荷的變化規(guī)

律。

?年負荷持續(xù)曲線是按照全年的負荷變化，根據(jù)各個不同大小的負荷值在一年中的累計持續(xù)時

間而排列組成的。

?年最大負荷利用小時數(shù)：

□Tmax的物理意義：若用戶始終保持最大負荷Pmax運行，在經(jīng)過Tmax小時后所消耗

的電能恰好等于其全年實際消耗的總電能。

□年最大負荷利用小時數(shù)的大小在一定程度上反應了實際負荷在一年內的變化程度，反

應用戶的用電特點，

□如果負荷曲線較為平坦，則Tmax值較大；反之，則Tmax值較小。

□在知道了Tmax值后，可大致估算出用戶全年的耗電量。這種方法在電網(wǎng)規(guī)劃時是常

用的。

5.電力系統(tǒng)接線方式

反映電力系統(tǒng)元件/設備/站點的連接情況。

電氣接線:設備之間的電氣連接關系；

地理接線:強調電廠、變電站（所）、輸電線、用戶之間的地理位置關系以及距離。

基本要求:

供電可靠;

靈活適應各種可能的運行方式;

節(jié)約設備和材料;

人員的安全操作

網(wǎng)絡接線方式：

（1）無備用網(wǎng)絡接線

□用戶只能從一個方向取得電源的接線方式，也稱為開式電力網(wǎng)。

□優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、運行方便

□缺點：可靠性差，不能用于對重要用戶供電

（2）有備用網(wǎng)絡接線

□用戶可以從兩個或兩個以上方向取得電源的接線方式。

□優(yōu)點：供電可靠。

□缺點：是運行操作和繼電保護復雜、經(jīng)濟性也較差。

6.電力系統(tǒng)額定電壓

（1）定義：電氣設備的額定電壓，是其正常工作且能獲得最佳經(jīng)濟效果的電壓

（2）額定電壓的確定：

。用電設備的額定電壓：

。電力線路的額定電壓：

線路首端電壓比用電設備的額定電壓高5%；

線路末端電壓比用電設備的額定電壓低5%：——線路的額定電壓為首端和末端的平

均電壓一一用電設備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓一致

。發(fā)電機的額定電壓比同級電網(wǎng)額定電壓高5%

。變壓器的額定電壓：

a、直接接于發(fā)電機出線端，則其額定電壓應與

■一次繞組發(fā)電機額定電壓相同。

b、當接于電網(wǎng)時，則等于電網(wǎng)額定電壓。

a、當二次側線路較短時，比電網(wǎng)額定電壓高5%。

■二次繞組

b、當二次側輸電線路較長時，考慮線路電壓損

額定電壓：

失，則應比電網(wǎng)額定電壓高10%。

（空載電壓）

7.中性點及其接地的概念

中性點接地方式——指變壓器或發(fā)電機的三相繞組星形連接時其中性點與大地的連接方

式。

電力系統(tǒng)的中性點接地方式是一個綜合的技術問題，它與系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、

設備安全、過電壓保護、繼電保護、通信干擾及接地裝置等問題有密切的關系。

△電力系統(tǒng)的中性點運行方式

□UOkV及以上系統(tǒng)

采用中性點直接接地運行，降低設備絕緣要求

□3?66kV系統(tǒng)（特別是3?10kV）

采用中性點不接地運行方式，提高用電可靠性

□3?66kV系統(tǒng)，單相接地電流大于一定數(shù)值時

采用中性點經(jīng)消弧線圈接地

□低于IkV的低壓配電系統(tǒng)

通常均為中性點直接接地，保障單相負荷的使用

★中性點運行方式及其特性分析

電力系統(tǒng)電源中性點的不同運行方式，對系統(tǒng)運行，痔別是發(fā)生單相接地故障時有明顯的

影響，并影響系統(tǒng)二次側繼電保護及監(jiān)測儀表的選擇和運行。

五.典型例題

1.已知線路的額定電壓，試求發(fā)電機和變壓器的額定電壓值。

3WL

10kV

發(fā)電機額定電壓：^NG=1.05Xt/Yini=1.05X6=6.3kV

變壓器1額定電壓：qV”=Uxc=6.3kV

U2Mir=L1KU.V2Hz=l-lxllO=121A：r

變壓器2額定電壓：Ug】=%2和=WQkV

U2N2：=1.05xUy3Hz=1.05x10=10.5W

2：

電力系統(tǒng)的部分接愛如題圖所示，各電壓級的額定電壓及功率輸送

方向已標明在圖中。試求：

(1)發(fā)電機及各變壓器高、低壓繞組的額定電壓;

(2)各變壓器的額定變比；

解(D發(fā)電機及各變壓器高、低壓繞組的額定電壓。

發(fā)電機:VGN=10.5kV,比同電壓級網(wǎng)絡的額定電壓高5%。

對于變壓器的各蒯繞組?將依其電壓級別從高到低斌以標號1、2和3。

變壓器T-1為升壓變壓器：V憾=10.5kV,等于發(fā)電機額定電壓；/]=242

kV,比同電壓級網(wǎng)絡的額定電壓高10%。

變壓器T-2為降壓變壓器：匕?=220kV.等于同電壓級網(wǎng)絡的額定電壓;Vg

=121kV和匕《=38.5kV,分別比同電壓級網(wǎng)絡的額定電壓高10%.

同理，變壓器T-3：V\】=35kV和匕?=11kV0

變壓器T-4：V%=220kV和VNI=121kV0

(2)各變壓器的額定變比.

以較高的電壓級作為分子。

T-1,^TIN=242/10.5=23.048

.T-2：=220/121=1.818

^T2N(i-s)=220/38.5=5.714

^TIN<?.3)=121/38.5=3.143

T-3：八=35/11=3.182

T-4：狂仆=220/121=1.818

35k5V

?

(1)變壓器的額定電壓

變壓器Tl：⑵/38.5/13.8kV;

變壓器T2：35/1IkV;

變壓器T3：10/0.4kV

(2)各變壓器的實際變比為

TT：^TKI-2)=(1+0.025)X121/[(14-0.05)X38.5]=3.068

—025)X121/13.8=8.987

W?=(l+0.05)X38.5/13.8=2.929

T-2：兄=35/11=3.182

T-3：M=(l-0.025)X10/0.4=24.375

第2章電力系統(tǒng)的元件參數(shù)及等值電路

一、本章學習要求

掌握主要電力設備（元件）一一線路、變壓器的參數(shù)及其等值電路的確定，用標么值方

法進行簡單的電力系統(tǒng)等值電路計算和網(wǎng)絡化簡是考核重點

二、本章重點難點分析

I.重點

電力系統(tǒng)線路、變壓器的等值參數(shù)計算和等值電路形式。

2.難點

簡單電力系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡及其化簡

三、占課程考核的權重

本章內容是本課程的基礎內容，在后續(xù)課程中都有所涉及。

四、重要內容

（一）元件參數(shù)

電力線路

概述

1.電力線路種類

（1）架空線：導線、避雷線、桿塔、絕緣子、換位

（2）電纜

2.電力線路的參數(shù)

電阻、電抗、電導、電納一一r（歐/公里）、x（歐/公里）、g（西門子/公里）、b（西門子/

公里）表示。

3.各個參數(shù)的意義

（1）電阻r：反映線路的熱效應（有功的損耗）

（2）電抗x：反映線路的磁場效應

（3）電納b：反映線路的電場效應

（4）電導g：反映電暈損耗和泄露電流

4.等值電路

5.參數(shù)計算

（1）電阻

r=P/s（歐姆/公里）

其中P：計算用電阻率，歡*亳米2/公里。例如：銅18.8,鋁31.5（20℃）

S：導線的額定截面積，亳米2

另外在實際應用中，I?隨溫度的變化而變化，可以用公式進行修正

rt=r20fl+a(t-20)l

rt、r20：t℃、20C時的電阻(歐姆/公里)

a：電阻的溫度系數(shù)。例如，鋁0.0036,銅0.00382

(2)電抗

交流輸電線為單根導線的電感：

x=0.1445lg—+0.0157Q//n

Dm：互幾何間距；r：導線半徑。Dn=^DahDlycDac；

(3)電納

交流輸電線為單根導線的電納

7

b=—力—x10ss/km

1g—

交流輸電線為分裂導線的電納

b='彳km

%

Dm和req的意義和計算電抗值相同。

(4)電導

在實際中由于泄露損耗很小而且在設計線路時也已檢驗了能否滿足晴朗天氣不發(fā)生電暈

的要求，一般情況下都可以設g=0。

變壓器

外觀：

柜體——PPT圖

繞組——PPT圖

雙繞組變壓器

△等值電路

T型

一型

、'「"型等值電路

RTjXT

NV\^ZZ}—

△變壓器參數(shù)的獲取

1.短路實驗--[短路損物入

短路電壓（百分值）U5%

2.空載試驗（開路實驗）一一[空載損耗

空載電流（百分值M。％

△變壓器參數(shù)計算

I.求Rt

R,由△氣.決定,=△E“十△年，△七=0；△&=34RT=

\P/.kW

△PsU;

Rr=注意單位：，SN：MVA

1000S;

UN:kV

2.求Xt

XT由短路試驗得到的Us%決定。

0%。包述LxlOO%=1^1x100%Us%1

X-r=

100S.V

[S:MVA

注意單位！一一“s

[UN：kV

3.求Gt

Gr由開路試驗的△P0決定。

\p

?O,A^=；G,二請Xi。-；注意單位：，

\P(}=\Pcu+^PFe.\PcuU1GT

U'：kV

4.求Bl

BT由開路試驗的Io%決定。

母兇00%,斗魯注意單位:二丁

最注意點：

1.各量單位:△4（ZW）、、

UN（kV）SN（MVA）.\Ps（kW）

2.UN為哪側的，則算出的參數(shù)、等值電路為折合到該側的。

3.三相變壓器的原副邊電壓比不一定等于匝數(shù)比。

4.三相變壓器不論其接法如何，求出的參數(shù)都是等值成Y/Y接法中的一相參數(shù)。

5.勵磁支路放在功率輸入他（電源側、一次側）。

三繞組變壓器

內容略講，基本和雙繞組變壓器一致。

（二）等值網(wǎng)絡

■問題的提出

多電壓等級下，各個參數(shù)有名值如何折算？

在電力系統(tǒng)中標么值是怎樣定義的？

在多電壓等級的情況下，標么值如何計算？

■多電壓等級下有名值參數(shù)的計算

1.選取基本級（一般取最高點壓等級）

2.將所有參數(shù)歸算于基本級

U歸算二U待歸算（K1K2…KN）

I歸算:1待歸算/（KH2…KN）

Z歸算=Z待歸算（K1K2…秋尸

?？拷炯壱粋鹊碾妷?/p>

靠近待歸算側的電區(qū)

■基準值的選取

基準值的選取遵循以下原則：

1.單位和有名值相同

2.五個物理量（電阻ZB、導納YB、電壓UB、電流IB、功率SB）滿足電路的基本關系，取

其中兩個，一般取UB、SB

ZB、YB：每相阻抗、導納的基準值;

UB、IB：線電壓、線電流的基準值

SB：三相功率的基準值

■標么制及其應用

在電力系統(tǒng)的計算時可以采用有單位的阻抗、電壓、電流、功率等進行計算，也可以采用

沒有單位的各個參數(shù)的相對值進行計算。前者稱有名制，后者稱標么制。標么制計算結果清

晰便于迅速判斷計算結果的準確性可大量簡化計算等優(yōu)點，故在很多范圍內取代有名制。

■不同基準值標么值的折算

1.準確計算法

方法一：(1)選取基本級，將所有參數(shù)歸算到該基本級下(Z、Y、U、I、S)

(2)在該基本級下，取統(tǒng)一的基準值UB、SB，算出ZB、YB、IB。

(3)在基本級下計算出標么值

方法二：(1)選取基本級，在基本級下取基本值比、SB，

(2)將基本級下的基準值歸算到其他各電壓等級

(3)在各個電壓等級下計算標么值

2.元件的標么電抗：

發(fā)電機：XJ=^；SR

2

100UoSz

變壓ss：丫，=與竺紇_3_

100"2SN

電抗器：X：=A-

1007利

■標么制的優(yōu)缺點

■優(yōu)點：

1.便于比較、分析元件特性與參數(shù)；

2.各級電壓標么值都接近于1；

3.對稱三相電路的計算與單相計算一致；

4.多電壓級網(wǎng)絡，基準電壓選擇恰當可消除變壓器。

選取了短路段平均電壓為基準電壓后,元件電抗標幺值就只與元件歷在度的平均電壓有關

■缺點：

無量綱、物理概念不如有名值清楚。

五.典型例題

1：

發(fā)電機G：SN=30MV?A,VN==10.5kV,HG%=27

變壓器T?1：SN=3L5MV-A/T=10.5/121,Vs%=10.5

變壓器T-2、T3SN=15MV-A,-=U0/6.6,匕％=10.5

線路L；2=100km,i=0.4。/km

電抗器R：%=6kV.ZN=l.5kA,xR%=6

三做不含碳耦合關系的等值電路并計算其標幺值參數(shù)。

10kVT-l110kVL

(SHW-

解選SB=100MV-AA^n-lOkV,則

17]

VB(2)=VB(D/ATI=10X[八「kV=115.238kV

VBO)=VB(2)/^T2=H5.238X器kV=6.914kV

RG%SBVSI2710010.52^

XG=100X30X~2.°?9923

2

Y_Vsn%乂SBn_10.5100IC.5_

X11-^^XS^XV^iN~100Xrr5X102一。一跖

Xi=xXlX^--=0.4X100X.,=0.3012

VR(2)1ZoOoqq2

鼻,=0.1506

Jsn%小SB、/N」0.510CIIO?

T3

—100ASTZNVI⑵—100-15115.2382

%%xV”RN*SB_66X品=0.2898

100V3/R/V^3)10073X1.5

2.某用戶35/10kV總降壓變電所裝有一臺S9-3150/35/13.5k￥變壓器，6k%=7o采用一條5km

長的35kV架空線路供電，M）=0.4Q/km。從總降壓變電所出一路10kV電纜線路（乂）二。08。

/km）向1km遠處的S9T0Q0/10/0.4kV車間變壓器，4%=5）供電。已知地區(qū)變電所出口處短

路容量為400MVA,試計算供電系統(tǒng)中各主要元件的電抗標幺值。

k-1

一,S9-3150

架呈線5kmS9-1000

G>電纜線1km

8電源

35kVlOkV0.38kV

解：（1）計算供電系統(tǒng)中各主要元件的電抗標幺值;

*=100MVA,U”=10.5kV,Uc2=0.4kV

Sd100MVA

=5.50kA/p=-L22MY^_=144.34kA

111

-V3(/c)-V3xl().5kVV3xO.4kV

1）電力系統(tǒng)的電抗標幺值

他*0.25

400MVA

2）35kV電力線路的電抗標幺值

v，,Sd八/小八、°IOOMVA八

X、=x,L—v=0.4(。/km)x5kmx-----------=0.146

。U：(37kV)2

3)35kV電力變壓器的電抗標幺值

.q%Sd7xlOOxl()3kVA…

入3——-----------------------------2.22

100SNT100x3I50kVA

4)10kV電力線路的電抗標幺值

1(X)MVA

X：真=0.08(Q/km)x1kmx；=0.073

4°U：(10.5kV)2

5)10kV電力變壓器的電抗標幺值

3

X=Uk%^5xlOOxlOkVA5

5

100SNTlOOxlOOOkVA

*

Xi-2

第三章電力系統(tǒng)的潮流分布

一、本章學習要求

了解主要電力設備（元件）一一線路和變壓器運行狀況，主要掌握功率損耗和電壓降落

的基本原理。掌握簡單的輻射型和閉環(huán)電力網(wǎng)絡的潮流分布計算方法。

二、本章重點難點分析

I.重點

簡單網(wǎng)絡的潮流計算是重點。

2.難點

網(wǎng)絡潮流分析。

三、占課程考核的權重

本章內容占課程考核的30?40%。

四、重要內容

I.電力線路運行狀況的分析和計算

（1）電力線路的功率損耗計算

圖37電力線路的電壓和功率

末端導納支路的功率：八'。jBU；

阻抗支路末端的功率：S：=52+ASv2=/<+,/e；

阻抗支路中損耗的功率:

戰(zhàn)二為Z二號茨R+j可X*+3Q

阻抗支路中始端的功率：$'=S；+△母=￡'+〃?；

?1,1,

始端導納支路的功率：AS、」=-GU：一一jBU；=APvI-j\Qx.

22

始端功率：S[=S；+/SSyl=Pl+jQl

（2）電壓降落

ux

7r

u28U

圖3—2電力線路的電壓相量圖

（＜，丫

由心=，+空?Z得

-1^2J

小a+^M（R+w=（a+P//x及二浴

1u2i4a

令即心…P；2網(wǎng)

u2u2

則伍=（a+AU）+j6U,

（3）衡量電壓質品的指標

電壓降落：U「l）2=&U+網(wǎng)——矢量問題；

電壓損耗：U\—UHJ1——數(shù)值問題；

電壓偏差："「"xlO。0；心—"x]00%——相對問題；

UN6

電壓調整：Ui、；（其中U20為線路末端空載時的電壓數(shù)值）

（4）線路電能損耗

由最大負荷利用小時數(shù)與最大負荷時的功率損耗求得，即

WL=—axX小

其中，可以根據(jù)最大負荷利用小時數(shù)，小，直接查取最大負荷損耗時間.ax

最大負荷損耗時間%?與最大負荷利用小時數(shù)

cos。的關系

0.800.850.900.951.00

2000150012001000800700

25001700150012501100950

300020001800160014001250

35UU235U21502UUU1?UU1600

400027502600240022002000

450031503000290027002500

500036003500340032003000

550041004000395037503600

600046504600450043504200

650052505200510050004850

700059505900580057005600

有表可見，了ma）不僅與Oax有關，還與線路傳輸功率的功

率因數(shù)有關.

線損率=9%X100%△憶

xlOO%

W.M+△憶

式中W2為線路末端輸出的電能。

2.變壓器運行狀況的分析和計算

4

口

圖3—2變壓器的電壓和功率

（1）變壓器功率損耗計算

心=^^R+j^^X=APz+jA@

阻抗支路末端的功率:

始端導納支路的功率：S；=S'+AS:=P：+jQ；

阻抗支路中始端的功率：ASvI=GU；-jBU；=APyl-;A2vI

始端功率：E=S；+ASyl=6+閹

*注意，變壓器勵磁支路的無功功率與線路支路的無功功率符號相反。

（2）變壓器阻抗支路電壓降落

U?U2

變壓器始端的電壓為：UIIQ+AU）、⑻）2

＞討論：

1.由電壓損耗縱分量可知降低電壓損耗的方法有：提高電壓等級；增大導線截面積；減小線

路中流過的無功功率。

2,由電壓損耗的縱分量、橫分量AU/JR+Q；XM=gR_Q；X,對于高壓輸電網(wǎng)

u?u?

二堂，加整,

(R?X),則△U

u2u2

——線路（變壓器）兩端電壓幅值差,主要取決于輸送的無功功率；線路（變壓器）兩端電壓相知

差，主要取決于輸送的有功功率.

3.電力網(wǎng)絡潮流分布

（1）簡單輻射形網(wǎng)絡的潮流計算

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡化簡：

簡單輻射形網(wǎng)絡接線圖

HjBL/2HjB/2編

輻射形網(wǎng)絡電壓、功率的關系：YBUB=SB/UB

*對于一個確定的網(wǎng)絡，運行參數(shù)（潮流）節(jié)點電壓方程可以用于求解線性方程，但實際系

統(tǒng)網(wǎng)絡已知的是節(jié)點的功率,因此只能用上式非線性方程求解,?般不能直接用解析法，需

要用迭代法求解。

J已知同一點的電壓、功率：遞推計算

J已知一端電壓與另一端功率

兩步計算：

a.設全網(wǎng)為額定電壓，計算功率損耗（不計電壓損耗），推算全網(wǎng)功率分布、始端功率；

b,由始端電壓、功率向末端推算電壓損耗（不再另算功率損耗），計算各母線電壓

若木-Ujwq結束,否則將uj乍為繼續(xù)回代，稱該方法為一一前推回代法

*運算負荷與運算功率

a.變電所的運算負荷

?L

等值電路為

變電所等值負荷：S,=S2+AST

D

變電所運算負荷：S;=S,4-ASP2；其中A&2=U；(—j+)

等值負荷+一次母線所連線路充電功率的1/2

b.發(fā)電廠的運算功率

?口f

SD

等值電路為

發(fā)電廠等值功率：S;=S,-SD-AST

發(fā)電廠運算功率：S；=S；-ASP1；式中=

等值功率一升壓母線所連的線路充電功率的l/2o

(2)閉環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布

閉環(huán)形網(wǎng)絡可分為:兩端供電網(wǎng)和簡單環(huán)式網(wǎng)絡

基本解題思路一兩步計算

(1)設全網(wǎng)為額定電壓，不考慮功率損耗，求網(wǎng)絡的基本功率分布；

(2)依基本功率分布，在功率分點將閉式網(wǎng)打開，分別按開式網(wǎng)計算。

?兩端供電網(wǎng)的基本功率分布

等值網(wǎng)絡:

則:u1~u4=du=iazi24-(-/un)z23+(ia-iW2-^u)3)^34:

j=(Z23+Z/u”+Z34/")3+d"

Z124-Z234-ZM

假設：ui=u2=u3=u4=uN,

=>2&+e)"

則有sa=

Z12+Z23+Z31

?*.?*

自然功率；SMZ/Zp+2Z34

Z12+Z23+Z31

?

強制功率：

Zl2+Z2j+Z3I

推廣到n個負荷節(jié)點：

n.*

S，nZm

A,S.UN(UA.-UA2)

Sa-"""：+：

77

<n***。此式為潮流計算的負荷矩公式。

A_￡S'NUN(T-％)

Sb-=+*

zsZz

?環(huán)網(wǎng)的基本潮流分布

環(huán)網(wǎng)初功率分布:

設1,2,3節(jié)點電壓相等，u}=u2=u3=uN,Ma=u：ia=z-1+.2%產(chǎn)4)

Zl2+Z23+Z31

同理,由負荷矩公式可得：

c_^I.D2Z\2+^IJ)3(Z23+Z\2)

%―Z?―

Z12+Z23+Z31

忽略網(wǎng)絡中的功率損耗，5*23=Sa—Sl/)2?531=523—SIJ)3o

打開網(wǎng)絡成輻射網(wǎng):

找功率分點一環(huán)路上電壓最低點

設節(jié)點2為功率分點，則在2點將環(huán)網(wǎng)打開:

圖中:S'un~SQ、Sg=S32。

★說明：

功率的自然分布——各段線路負荷的分布取決于阻抗。

循環(huán)功率——取決于電壓差d。的取向。

閉式網(wǎng)的基本功率分布：兩端電源電壓相等時的自然功率分布+與負荷無關的循環(huán)功率

?dlJ的產(chǎn)生：兩端供電：

環(huán)路中變壓器變比不匹配，

如：K1HK,貝I］：UA1=UAIC仃4=5電

選擇正方向如圖，貝I】：在=dO=L（K「KD

4.電力系統(tǒng)潮流分布的計算機算法簡介

?計算機潮流計算概述

3）.電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種計算.確定整個電力系統(tǒng)各部

分的運行狀態(tài)：

各母線的電壓，各元件中流過的功率，系統(tǒng)的功率殞耗等等。

（2）.電力系統(tǒng)潮流計算問題在數(shù)學上是一組多元非線性方程式求解問題。這個（些）方程

即為潮流計算的數(shù)學模型。

（3）.目前電子計算機已廣泛應用于電力系統(tǒng)的分析計算，潮流計算是其基本應用軟件之一。

現(xiàn)有很多潮流計算方法。

（4）.對潮流計算方法有五方面的要求：a計算速度快;b內存需要少;c計算結果有良好的可靠

性和可信性:d適應性好，亦即能處理變壓器變比調整、系統(tǒng)元件的不同描述和與其它程序配

合的能力強;e簡單。

?潮流計算數(shù)學模型

狀態(tài)參數(shù)與網(wǎng)絡參數(shù)的去叁一方程

節(jié)點電壓方程、回路電流方程等等

1）節(jié)點電壓方程

反應一個節(jié)點上，節(jié)點注入電流、節(jié)點電壓和節(jié)點導納的關系。對于電力網(wǎng)絡則為多個

節(jié)點——矩陣形式

節(jié)點導納矩陣一

自導納：單個節(jié)點施加單位電壓，其他節(jié)點接地時，經(jīng)此節(jié)點注入網(wǎng)絡的電流值；

互導納：單個節(jié)點施加單位電壓，其他節(jié)點接地時，經(jīng)另一節(jié)點注入網(wǎng)絡的電流值。

2）潮流計算的基本方程

節(jié)點電壓方程：YBUB=IB

問題：節(jié)點電壓方程在實際系統(tǒng)中，已知量是什么？

節(jié)點導納已知。節(jié)點電流？節(jié)點電壓？

節(jié)點注入功率（有功和無功）

潮流計算基本方程為——

Y0=4；

“JU

?潮流計算的實質一一根據(jù)功率求電壓。

?迭代方法求解節(jié)點電壓方程（非線性方程）

經(jīng)典迭代方法：牛頓?拉夫遜法（非線性方程線性化求解）略

改進：高斯-塞德爾法。略

五.典型例題

1.教材P68,例3—1

略

2.

某HOkV輸電線路，長100km,r=0.2in/km,x=0.409H/km,b=

2.74X10-6S/km,線路末端功率10MW,cos懺=0.95滯后，已知末端電壓為NOkV,試計

算始端電壓大小和相角，始端功率，并作相量圖.

解首先作輸電線的等值電路如圖所示。

R=0.21X100=21((1)

X=0.409X100=40.9(0)

B=2.74XIO-6X100=2.74X10-4(S)

^2=arccosO.95=18.195°

P2=10(MW)

Q￡=10tan：8.195°=3.289(Mvar)

圖輸電線等值電路圖及其功率分布S2=10+j3.287(MVA)

S；=S2+AS必=10+j3.287-jyX2.74XIO-4X1132=10+jl.629(MVA)

電壓降落的縱分量、橫分量分別為

P】R+Q[X_10X21+1.629X40.9

△U2=2.515(kV)

U2no

=P?X—QfR_10x40.9—1.629X21

23.407(kV)

5no

始端電技

5=，(5+白5)2+(、2)2=/(110+2.515)2+3.407,

=112.57(kV)

始端電壓角度6=arctan廳?喂萬=arctan急當—=匕734°(滯后)

11V-i4?D1O

始端功率Si=SZ+4Sz+AS必

=10+jl.629+102：#292(21+j40.9)-j-j-X2.74X10-4X112.572

=10.18+jO.24MVA

3.

10kV線路的等值電路如圖所示，已知末端電壓為10.2kV。試求始端

電壓并作出電壓相量圖。

【解】設始端電壓01，末端電壓。九并以S為參考相量。

電壓降落縱分量

2；產(chǎn)匚=2x%3j=-0.39(kV)

U2IV?/

電壓降落橫分量

4X4+3Xj.16(kV)

故得

Ox=U?+4U1+jdU2=10.2-0.39+J2.16=10.05/12.42,(kV)

最后可作出相量圖如圖

Z)1

10.2kV

4-；3MVA

4.

有一臺SFL1-20000/110型降壓變壓器向

10kV網(wǎng)絡供電。銘牌上給出的試驗數(shù)據(jù)為：△Pk=135kW,

心％=10.5,AP0=22kW,/0%=0.8,K=110/11,試求

歸算到高壓側的變壓器參數(shù)，并作等值電路。

解歸算到高壓側的變壓器等值電路如圖1-10所示。

參數(shù)為

R_APk?J=135XI嗎_包08(。)

—1000?S&1000X202

取%?豚_2

10.5X110=63.52(。)

X-r100?SN-100X20

GT="J=——22=1.82X1QT(S)

“：00?喋100X1102

BT='%?.=°。8義.=13.2XIES)

ioo?51IOOXIIO-

5.

嫄所示的簡單電力系統(tǒng)，元件參教在圖幃也試作：①用有名值表示的電力系統(tǒng)等值電路

②用標幺值表示犍力系統(tǒng)等值電跖

0^—^*i?

系,5<63M0kVA

n<l32Q/km220.n0.5kV

X[M0.432Q/km

APk=404kW

機9.837阿gm“o-93kW-O.85-jO.385(fl)

■=14.45

/0%-2.4)

Zn1Z|2卜

i-Oy;(b)

)1!

2X

電力系統(tǒng)殿及等值蝸

(a)系魁線曲(b)等值螭

解作電力系統(tǒng)等值電路如圖所示.參數(shù)計算如下:

(1)選擇220kV電壓等級為基本電壓級。

線路A

Zn=2iX(r1+j⑥)=26.4+j86.4(0)

Hi=2】Xj優(yōu)=200X100^X0.837XlQ-7100=j5.26X106(S)

變壓器T

_u_APkX吸|；一％?氏_404X220214.45X22()2=

7=RiY

ZT心於looo.sg+j.IIOOOX632J100X63-4.93+J1H(。)

△Po.Io%>SN

匕=G—jBr=j

1000?ui100?lA

932.41X63

=(1.92-j31.4)X10-6(S)

1000X22021OOX22O2

線路

Zj2=lzX(r2+jx2)X(號f=373.l+jl6.9(Q)

⑵參數(shù)用標幺值表示,

選取220kV電壓級的基準值為：Sn=100MVA,Un=220kV,則根據(jù)（1）的計算結

果，各元件的標幺值參數(shù)為

Zn?=ZnXA=(26.4+j86.4)X黑=0.0544-jO.178

Ug)々U

y,H=Yux贊=(j5.26X10-s)X需=jo.255

Zr?=ZTX￡=(4.93+jlll)X黑=0.01+j0.229

214

YT.=yT.X^=(1.92-j31.4)X10-*X=(48.9-j799.4)XKT

Zh=ZEXR=(373.1+jl69)X黑=0.771+j0.349

l>n(創(chuàng)4紂

若沒有(D的計算結果，直接計算標幺值參數(shù)，可以先確定各電壓等級的基準電壓為

U：m))=220(kV)

UaG0)=220X^=10.5(kV)

乙乙u

柄雉參教計算為

z-MX幅=0.054+j0.178

hi，沏?號二j0.255

“=(需+j錯卜之=。,葉。0

3(-3疑卜纓="&9巾4k

ZB.=A?(r2+jj2)x/-=0.771+j0.349

UnGQ)

6.

開式網(wǎng)絡的接線如圖，電源電壓為U6kV,雙回線供電，線路長100km,r=0.21Q/km,

x=0.409Q/km,b=2.74X10-fis/km,變電站a裝有兩臺同型號雙繞組變壓器，

容量31500kVA,Pk=190kW,P0=31kW,uk%=10.5,J°%=2.8,變電站低

樂側負荷50MW,cos6=0.9,試求變電所高壓側母線電壓。

解線路參數(shù)

R+jX=J(0.21+j0.409)X100

-10.54-j20.45(0)

B=2X2.74X10-4X100=5.48XlO^CS)

等值電路見圖

<w_

/7V\50MW

\\jy~83尸o.9

t/A-ll?lcV

開式網(wǎng)絡接線圖陸化的等值電路

變壓器低壓側負荷

Pb=50MW1—arccosO.9=25.842,

Qb-SOtanA=50tan25.8420=24.216(Mvar)

Sb=50+j24.216(MVA)

設電壓為額定電壓，求變電站a的運算負荷

S,=Sb++ASTO+ASI%

=50+j24.216+2(0.19+j蓋X31.5)(寫埸等