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1、电力系统稳态电力系统元件本讲稿第一页，共六十九页电力系统元件及其参数电力系统元件及其参数 1 概述概述 2 输电线路输电线路 3 电力变压器电力变压器 4 负荷负荷本讲稿第二页，共六十九页电力系统元件、参数、数学模型电力系统元件、参数、数学模型电力系统元件构成电力系统的各组成部件 电力系统分析和计算一般只需要计及主要元件或对所分析问题起较大作用的元件概述概述本讲稿第三页，共六十九页元件参数表述元件电气特征的参量元件特征不同，其表述特征的参数亦不同。根据元件的运行状态，可分为静态参数和动态参数、定参数和变参数 电力系统数学模型元件或系统物理模型（物理特性）的数学描述。元件的数学模型描述了元件的特
2、性由各种元件构成的系统的数学模型则反映了各元件的有机组合和相互作用 本讲稿第四页，共六十九页电力系统分析计算的一般过程电力系统分析计算的一般过程简化等效电路数学模型求解结果分析 例如某输电线路，其元件参数为R、X，其等效电路如下：本讲稿第五页，共六十九页其数学模型为：直流稳态 交流稳态 暂态本讲稿第六页，共六十九页输电线路本讲稿第七页，共六十九页输电线路结构输电线路结构 电力线路结构：架空线路、电缆线路、混合线路架空线路：导线、避雷线（架空地线），绝缘子，金具和杆塔等主要部件组成电缆线路：导线、绝缘层、保护层等主要部件组成架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线三种 对于22
3、0kV以上输电线路，为减少线路的电抗和导线电晕，常用分裂导线导线布置：水平、垂直、三角 本讲稿第八页，共六十九页LGJ-400/50 普通钢芯铝线LGJJ 加强型钢芯铝线LGJQ 轻型钢芯铝线本讲稿第九页，共六十九页输电线路输电线路常用线路的稳态参数有三类：1.单位长度基本参数电阻电阻决定线路上有功功率损耗和电能损耗的参数，是串联参数串联参数。电导电导用来描述绝缘子表面泄漏损耗和导线电晕电晕损耗的参数，是线路并联参并联参数。数。（电晕电晕输电线在高压情况下，当导线表面电场强度超过空气的击穿强度时，导线附近地空气产生电离从而发生放电现象）本讲稿第十页，共六十九页电抗电抗导线通过交流电流时，在导线
4、及其周围产生交变磁场交变磁场，因而有电感电感和电抗电抗，电抗是串联参数串联参数。电纳电纳导线通过交流电流时，在其周围存在电场电场，使得输电线相间及相对地之间有一定电容电容存在，因而存在容性电纳，电纳是并联参数并联参数。2.集中参数和分布参数 3.不对称运行参数 本讲稿第十一页，共六十九页输电线路单位长度电阻输电线路单位长度电阻 由电路理论:考虑以下因素：交流电的集肤效应，使交流电阻略大于直流电阻；绞线每股长度略大于导线长度；导线实际截面比额定截面略小；修正后电阻率：铝31.52/铜18.82/本讲稿第十二页，共六十九页考虑实际温度的修正：环境温度为时导体单位长度电阻 ：环境温度为时导体单位长度
5、电阻：电阻温度系数本讲稿第十三页，共六十九页输电线路单位长度电抗输电线路单位长度电抗思路：电抗电感磁链本讲稿第十四页，共六十九页输电线路结构输电线路结构架空线路的换位问题 目的：在于减少三相参数不平衡目的：在于减少三相参数不平衡 整换位循环：整换位循环：一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。AAABCCCBB本讲稿第十五页，共六十九页 经一次完整换位后，A相总磁链：几何均距Dm=?本讲稿第十六页，共六十九页同理，导线相和相的磁链为：三相导线之间的几何均距：各相导线单位长度等效电感 相间单位长度等效电感各相单位长度等效电感：本讲稿第十七页，共六十九页单位长度架
6、空输电线路等效电抗：对分裂导线：铝、铜适用分裂导线的等效半径：本讲稿第十八页，共六十九页分裂导线三相架空线路的电抗 分裂根数 每公里电抗（）2 0.33 3 0.30 4 0.28 本讲稿第十九页，共六十九页输电线路并联电导输电线路并联电导电晕起始电压（临界电压）Ucrm1粗糙系数；单股线，m1=1；绞线m1=0.9；m2气象系数；干燥或晴朗天气，m2=1；雾、雨、霜、暴风雨，m21；最恶劣情况，m2=0.8；空气相对密度；本讲稿第二十页，共六十九页分裂导线电晕临界电压分裂导线电晕临界电压n分裂导线根数；km分裂导线表面的最大电场强度本讲稿第二十一页，共六十九页输电线路并联电导：(S/km)三
7、相线路单位长度电晕损耗（三相线路单位长度电晕损耗（kW/kmkW/km）。）。一般计算中，取一般计算中，取。本讲稿第二十二页，共六十九页输电线路并联电容和电纳输电线路并联电容和电纳每相架空导线单位长度电容为：每千米的电纳为：对分裂导线：本讲稿第二十三页，共六十九页输电线路参数小结输电线路参数小结增大导线半径线路电阻减少电晕临界电压增大线路单位长度电感和电容与几何均距Dm和导线半径r之比的对数成比例 对各类导线x10.4/km b12.810-6 S/km高压输电线电抗与电阻比值较大高压输电线电抗与电阻比值较大本讲稿第二十四页，共六十九页采用分裂导线，等效增加了导线半径，可以 减少线路电抗 增大
8、电晕临界电压 减少线路电阻 增加线路电纳 本讲稿第二十五页，共六十九页输电线路的数学模型1.集中参数：(架空线路300km，电缆100km）本讲稿第二十六页，共六十九页 型等效电路的二端口网络方程：A、B、C、D为输电线路常数，满足A=D，AD-BC=1本讲稿第二十七页，共六十九页 型等效电路的二端口网络方程：本讲稿第二十八页，共六十九页2.分布参数(架空线路300km以上，电缆100km以上）本讲稿第二十九页，共六十九页分布参数：则：为线路传播系数为线路传播系数本讲稿第三十页，共六十九页本讲稿第三十一页，共六十九页本讲稿第三十二页，共六十九页线路首端：线路特征阻抗:线路传播系数：本讲稿第三十
9、三页，共六十九页某500kV输电线路，r1=0.0262/km，x1=0.281/km,g1=0,b1=3.95610-6S/km。当线路长度为200km时集中参数：Z=(5.24+j56.2),Y=j0.791210-3S精确计算分布参数：Z=(0.9924-0.06)ZZ，YY本讲稿第三十四页，共六十九页线路长度600km集中参数：Z=(15.75+j168.6),Y=j2.37410-3S精确计算分布参数：Z=(13.70+j157.56),Y=j2.45610-3S分布参数与集中参数相比电阻差13.3%，电抗差6.6%,电纳差3.3%本讲稿第三十五页，共六十九页线路长度1200km集中
10、参数：Z=(31.44+j337.2),Y=j4.7510-3S精确计算分布参数：Z=(16.6+j254.48),Y=j5.5510-3S当线路很长时，必须使用精确计算法。本讲稿第三十六页，共六十九页短线路短线路 100km的架空线 集中参数，忽略电纳B；中等长度线路中等长度线路100300km的架空线、300km的架空线、100km的电缆线路 分布参数。本讲稿第三十七页，共六十九页均匀长线均匀长线：当输电线路末端负荷等于当输电线路末端负荷等于z zc c时的线路成为均匀长线。时的线路成为均匀长线。此时，此时，所以所以本讲稿第三十八页，共六十九页均匀长线的特点均匀长线的特点：1、无反射波，即
11、输电线路上任一点的电压、电流之比均等于波阻抗，或者说，从输电线路上任一点看去的入端阻抗均等于特性阻抗。2、，即电能沿线路每传播一个单位距离（x=1），则电压、电流变化 ：幅值衰减为原来的 ，相角滞后（单位rad），但各点电压、电流间相位差不变()。因此称为为传播系数，传播系数，为衰减系数，为衰减系数，为相位系数。为相位系数。本讲稿第三十九页，共六十九页3 3、忽略电阻和电导，则、忽略电阻和电导，则 ,为纯电阻特性为纯电阻特性波阻抗波阻抗 ，为纯虚数。表明各点的电压、电为纯虚数。表明各点的电压、电流同相位，电压、电流在传输中幅值不衰减。流同相位，电压、电流在传输中幅值不衰减。线路传输中既没有有功
12、损耗，也没有无功损线路传输中既没有有功损耗，也没有无功损耗，因为电流流过电抗消耗的无功恰好等于耗，因为电流流过电抗消耗的无功恰好等于电纳发出的无功，从而输电线路各点的电压电纳发出的无功，从而输电线路各点的电压均相等，称这样的线路为无损线路。均相等，称这样的线路为无损线路。无损线路末端带波阻抗负荷时的功率称为自然无损线路末端带波阻抗负荷时的功率称为自然功率功率超高压超高压本讲稿第四十页，共六十九页自然功率自然功率220kV(1):127MW220kV(1):127MW，330kV(2):353MW330kV(2):353MW，500kV(4):625MW500kV(4):625MW。输送功率等于
13、自然功率，末端电压输送功率等于自然功率，末端电压=首端电压首端电压波阻抗波阻抗单导线单导线 385415欧；欧；两分裂导线两分裂导线 285305欧；欧；四分裂导线四分裂导线 255265欧；欧；本讲稿第四十一页，共六十九页电力变压器本讲稿第四十二页，共六十九页电力变压器电力变压器2.3.1 双绕组变压器本讲稿第四十三页，共六十九页双绕组变压器双绕组变压器1.变压器的二次侧参数归算到一次侧的方法：归算的原则：保证变压器功率分布不变本讲稿第四十四页，共六十九页本讲稿第四十五页，共六十九页2.由变压器的实验数据确定变压器参数 1）短路试验测定电阻、电抗短路试验测定电阻、电抗 变压器短路电压百分比为
14、：变压器短路损耗功率为：本讲稿第四十六页，共六十九页归算到一次侧的电阻、电抗分别为：本讲稿第四十七页，共六十九页）空载试验测定电导、电纳-变压器的空载电流百分比为：-变压器的空载损耗为：本讲稿第四十八页，共六十九页归算到一次侧的变压器电导、电纳为：本讲稿第四十九页，共六十九页某110kV变电站装有一台降压变压器，其铭牌参数为：额定容量20MVA；额定变比为110/11kV；短路电压us10.5；短路损耗Ps=135kW；空载电流I02.8；空载损耗P0=22kW。试分别计算归算至1、2侧时变压器的参数及其等效电路。本讲稿第五十页，共六十九页 解：归算至一次侧，U1N=110kV电阻 电抗 电导
15、 电纳 本讲稿第五十一页，共六十九页归算至2次侧，U2N=11kV 本讲稿第五十二页，共六十九页三绕组变压器三绕组变压器等效电路：本讲稿第五十三页，共六十九页1.空载实验测定电导和电纳：2.短路实验测定各绕组阻抗：变压器短路实验测得的功率损耗和短路电压百分比分别为：本讲稿第五十四页，共六十九页因此各绕组的短路损耗和短路电压百分比为：本讲稿第五十五页，共六十九页由此可得三绕组变压器等效电阻、等效电抗分别为：本讲稿第五十六页，共六十九页容量比为100/100/50和100/50/100的、类三绕组变压器参数计算短路试验数据需折算本讲稿第五十七页，共六十九页 例2-4 有一容量比为100/100/5
16、0，额定电压为220/38.5/11kV，额定容量为90MVA的三绕组变压器，I0%0.856，P0187kW，短路电压及短路损耗见下表。试求归算至高压侧的变压器参数。高压中压 中压低压 高压低压 是否折算 短路损耗 560kW 178kW 263kW未折算至SN 短路电压(%)13.15 5.7 20.4 已折算本讲稿第五十八页，共六十九页解：设高、中、低压侧编号为1、2、3侧，归算至高压侧1.励磁支路导纳 本讲稿第五十九页，共六十九页2.各绕组电阻，先进行短路损耗折算 各绕组短路损耗 本讲稿第六十页，共六十九页各绕组电阻为 本讲稿第六十一页，共六十九页3.各绕组电抗,短路电压已折算 本讲稿
17、第六十二页，共六十九页负荷负荷电能系统中消耗电功率的一种设备所有设备消耗的总功率（有功/无功）负荷数学模型就是描述负荷功率（有功和无功）与电压和频率关系的数学表达式负荷模型静态模型和动态模型。动态模型描述电压和频率急剧变化时，负荷有功功率和无功功率随时间变化的动态特性。本讲稿第六十三页，共六十九页动态负荷模型：静态负荷模型：本讲稿第六十四页，共六十九页负荷的电压静态特性当频率不变时，负荷功率与电压的关系函数负荷的频率静态特性当电压不变时，负荷功率与频率的关系函数负荷分类：一类是恒阻抗负荷，就是负荷阻抗为恒定值，不随电压和频率变化，这类负荷其负荷功率与电压成平方关系，如照明设备等；另一类是恒功率负荷，即功率保持不变；不随电压和频率变化；冲击负荷：取用的功率随时间剧烈变化 本讲稿第六十五页，共六十九页 几种广泛采用的负荷静态模型：1.恒功率负荷模型：2.恒阻抗负荷模型：本讲稿第六十六页，共六十九页 3.综合负荷的静态模型考虑负荷的电压静态特性时：考虑负荷的频率特性时:恒阻抗负荷恒阻抗负荷 恒定电流负荷恒定电流负荷 恒定功率负荷恒定功率负荷 本讲稿第六十七页，共六十九页当同时考虑电压和频率特性时，负荷综合模型为：本讲稿第六十八页，共六十九页负荷建模的2条途经统计综合法负荷组成及各类负荷比重配电网参数各类负荷的平均特性总体测辨法现场采集数据模型参数辨识本讲稿第六十九页，共六十九页