电力系统分析13章课件.ppt

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1、电力系统分析电力系统分析第第13章章 电力系统的电磁功率特性电力系统的电磁功率特性本章提示本章提示13.1简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性13.2自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响13.3复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性13.4网络接线及参数对发电机功角特性的影响网络接线及参数对发电机功角特性的影响小结小结电力系统分析电力系统分析本章提示本章提示本章提示本章提示l简单电力系统中隐极及凸极发电机的功角特性方程；简单电力系统中隐极及凸极发电机的功角特性方程；简单电力系统中隐极及凸极发电机的功角特性方程；简单电力系统中隐极及凸极发电机的功角特性方程；

2、l自动励磁调节器对功角特性的影响；自动励磁调节器对功角特性的影响；自动励磁调节器对功角特性的影响；自动励磁调节器对功角特性的影响；l复杂电力系统中发电机功角特性；复杂电力系统中发电机功角特性；复杂电力系统中发电机功角特性；复杂电力系统中发电机功角特性；l网络参数和接线对发电机功角特性的影响。网络参数和接线对发电机功角特性的影响。网络参数和接线对发电机功角特性的影响。网络参数和接线对发电机功角特性的影响。电力系统分析电力系统分析 简单电力系统简单电力系统该系统的等值电路如图。该系统的等值电路如图。13.113.1简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角

3、特性1.隐极同步发电机隐极同步发电机的功角特性的功角特性电力系统分析电力系统分析系统的系统的总电抗总电抗为为(13.1)定子绕组电压方程式定子绕组电压方程式为：为：(13.3)以电压以电压 为参考相量，作出相量图。为参考相量，作出相量图。13.113.1简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性 图图13.1 简单电力系统简单电力系统 电力系统分析电力系统分析代入上式中得代入上式中得隐极发电机的功角特性方程隐极发电机的功角特性方程(13.4)P=P=UIcos 当忽略系统中各元件的电阻和电导时，发电机的输出功率当忽略系统中各元件的电阻和电导时，发电

4、机的输出功率 P 与输送到无限大容量系统的功率与输送到无限大容量系统的功率P相等，相等，由相量图可得由相量图可得13.113.1简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析 E 和和U为定值时，得到隐极发电机的功角特性曲为定值时，得到隐极发电机的功角特性曲线。对应的功率最大值称作线。对应的功率最大值称作功率极限功率极限，即即(13.5)图图13.2 隐极发电机的功角特性隐极发电机的功角特性 13.113.1简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析2 2.凸

5、极同步发电机的功角特性凸极同步发电机的功角特性凸极同步发电机的功角特性凸极同步发电机的功角特性由相量图由相量图=Usin Ucos 13.113.1简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析则有则有：(13.6)(13.7)当忽略各元件电阻时当忽略各元件电阻时P=P=UIcos=UIcos(-)=UIcoscos+UIsinsin =UIq cos+UId sin (13.8)将将(13.6)、(13.7)式代入式式代入式(13.8)中得中得凸极同步发电机的功角特性凸极同步发电机的功角特性为为 sin +sin2=(13.9

6、)电力系统分析电力系统分析其中其中 称作称作基本电磁功率基本电磁功率，称作称作附加电磁功率附加电磁功率，又称作磁，又称作磁阻功率。阻功率。凸极发电机功角特性曲线凸极发电机功角特性曲线如图。如图。13.113.1简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性简单电力系统的功角特性图图图图13.313.313.313.3凸极发电机的功角特性凸极发电机的功角特性凸极发电机的功角特性凸极发电机的功角特性电力系统分析电力系统分析13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统中的发电机

7、都装有自动励磁调节器，其主电力系统中的发电机都装有自动励磁调节器，其主电力系统中的发电机都装有自动励磁调节器，其主电力系统中的发电机都装有自动励磁调节器，其主要作用是当系统中的负荷变化时，自动地调节发电要作用是当系统中的负荷变化时，自动地调节发电要作用是当系统中的负荷变化时，自动地调节发电要作用是当系统中的负荷变化时，自动地调节发电机转子的励磁电流，以维持发电机端电压为某一特机转子的励磁电流，以维持发电机端电压为某一特机转子的励磁电流，以维持发电机端电压为某一特机转子的励磁电流，以维持发电机端电压为某一特定值，防止电压随负荷的变化而波动。定值，防止电压随负荷的变化而波动。定值，防止电压随负荷的

8、变化而波动。定值，防止电压随负荷的变化而波动。电力系统分析电力系统分析1 1无自动励磁调节器时发电机端电压的变化无自动励磁调节器时发电机端电压的变化无自动励磁调节器时发电机端电压的变化无自动励磁调节器时发电机端电压的变化 图图13.4无励磁调节器的隐极机端电压相量图无励磁调节器的隐极机端电压相量图 13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响 对于无自动励磁调节器的发对于无自动励磁调节器的发电机，当负荷增大，即功角电机，当负荷增大，即功角增加时，发电机端电压增加时，发电机端电压 会会降低；反之，当负

9、荷减小时，降低；反之，当负荷减小时，发电机端电压会升高，使发发电机端电压会升高，使发电机端电压在运行时不断的电机端电压在运行时不断的波动，对系统和用户都会产波动，对系统和用户都会产生不利的影响。所以，发电生不利的影响。所以，发电机必须装设自动励磁调节器。机必须装设自动励磁调节器。电力系统分析电力系统分析2.2.自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响 功率功率P和功角和功角增大、增大、UG下降时，自动调节励磁系下降时，自动调节励磁系统将自动增大发电机的励统将自动增大发电机的励磁电流，使发电机空载电磁电流，使发电机空

10、载电势势Eq 增大，直到发电机端增大，直到发电机端电压恢复到原来的数值电压恢复到原来的数值UG(0)或接近于或接近于UG(0)为止。为止。当功率连续变化时，便得当功率连续变化时，便得到一条保持到一条保持UG(0)常常数的功角特性曲线。数的功角特性曲线。图图13.5 自动调节励磁系统对功角特性的影响自动调节励磁系统对功角特性的影响13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析 实际运行中，自动励磁系统并不能完全保持发电机端电压U 不变，而是U 将随功率P及功角的增大有所下降。介于

11、保持E与U 之间的某一电势为常数，例如发电机暂态电势 为常数。如图13.5中所示。由于 ，所以，维持 常数的自动励磁调节器的性能不如维持 常数的调节器。13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析由图由图由图由图13.3（a）所示的相量图得所示的相量图得所示的相量图得所示的相量图得根据公式根据公式根据公式根据公式（13.7）和和和和（13.10）可得可得可得可得:将式将式（13.10）和和（13.6）代入式代入式（13.8）中整理后得中整理后得:(13.10)(13.11)(

12、13.12)3.3.用用用用 、和和和和 表示的功角特性（凸极发电机）表示的功角特性（凸极发电机）表示的功角特性（凸极发电机）表示的功角特性（凸极发电机）13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响(1)(1)用用 表示的功角特性表示的功角特性 电力系统分析电力系统分析(2)(2)用用用用 、表示的功角特性表示的功角特性表示的功角特性表示的功角特性由图由图13.313.3（a a）的相量图得）的相量图得故有故有(13.13)(13.14)(13.15)(13.16)将式（将式（13.1313.13）

13、代入式（）代入式（13.1413.14）得：）得：电力系统分析电力系统分析经推导得：经推导得：(13.17)(13.18)(13.19)(13.20)与与 、与与 是正弦函数关系，而是正弦函数关系，而 和和 与与 是较复杂的是较复杂的非正弦关系。非正弦关系。13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析例题例题例题例题13.1 13.1 如图如图如图如图13.113.1所示的简单电力系统，各元件的参数所示的简单电力系统，各元件的参数所示的简单电力系统，各元件的参数所示的简单电力

14、系统，各元件的参数如下：如下：如下：如下：发电机G：变压器T1:,10.5/242KV,变压器T2:,220/121KV ,输电线L:,L=200Km ,/Km 运行情况：无限大系统母线吸收的功率为 ,U=115KV。试计算当发电机保持试计算当发电机保持 、和和 为常数时，发电机的功角特性方为常数时，发电机的功角特性方程。程。13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析解：解：解：解：1 1）求各元件参数）求各元件参数）求各元件参数）求各元件参数取基准值取基准值 选择线路侧为

15、基本级，求各元件参数的标么值为选择线路侧为基本级，求各元件参数的标么值为发电机发电机 变压器：变压器：13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析线路线路系统的综合电抗为系统的综合电抗为：13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析2 2）计算正常运行时的计算正常运行时的计算正常运行时的计算正常运行时的 、和和和和 运行参数的标么值为运行参数的标么值为由由

16、得得根据根据13.3图所示的相量图计算得图所示的相量图计算得 =1cos39.68+1.3690.794=1.85713.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析3 3）功角特性方程）功角特性方程）功角特性方程）功角特性方程为为常数常数时时 为为常数常数时时 为为常数常数时时 13.2 13.2 自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响自动励磁调节器对功角特性的影响电力系统分析电力系统分析13.3 复杂电力系统的功角特性复杂电力

17、系统的功角特性两台无励磁调节器的隐极发电机两台无励磁调节器的隐极发电机简化后的等值电路简化后的等值电路电力系统分析电力系统分析根据迭加原理，将它分为两个等值电路：根据迭加原理，将它分为两个等值电路：(13.22)据图据图13.6（c）及13.6（d）有：有：(13.23)(13.24)(13.25)(13.21)13.3 13.3 复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析将式（将式（13.213.2）（）（13.213.2）分别代入式（）分别代入式（13.213.2）和）和（13.213.2）中得：）中得：(13.26)(

18、13.27)电源电源 、输出的视在功率为：输出的视在功率为：(13.28)(13.29)13.3 13.3 复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析根据等式两边的实部和虚部相等根据等式两边的实部和虚部相等(13.30)同理，可得同理，可得(13.31)13.3 13.3 复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析当把当把角用角用90代替时，上式可表示为代替时，上式可表示为(13.32)13.3 13.3 复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电

19、力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析 推广到由推广到由n台发电机组成的复杂电力系统中。假定台发电机组成的复杂电力系统中。假定n台发电机的台发电机的电势分别为电势分别为 ,，则复杂电力系统中第则复杂电力系统中第i台发电机功角台发电机功角特性方程为特性方程为(13.33)式中 电势 和 之间的功角；电源i对应的阻抗；电源i和j之间的转移阻抗；阻抗Zii 对应的阻抗角；阻抗Zij 对应的阻抗角。13.3 13.3 复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析复杂电力系统中发电机的功角特性方程式有以下特点复杂

20、电力系统中发电机的功角特性方程式有以下特点：系统内任一台发电机运行情况的变化（如电势E和功角），都会影响系统其他发电机的运行状态。所以说电力系统内所有发电机之间都有着紧密的联系，是一个不可分割的整体。第i台发电机的功角特性与（n1）个发电机转子间的相对功角有关，发电机功角特性不再是二维平面中的概念，它是在多维空间中，因此也不能在P-坐标上直观地绘出发电机的功角特性，所以就不能由功角特性来确定其功率极限。由于系统中节点电压的相位对电源输出的无功功率Q影响大，所以我们重点研究的是发电机输出的有功功率性 ，它是电力系统稳定计算中一个重要公式。13.3 13.3 复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功

21、角特性复杂电力系统的功角特性复杂电力系统的功角特性电力系统分析电力系统分析13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响1串联电阻对功角特性的影响串联电阻对功角特性的影响简单电力系统及等值电路如图 输送到无限大容量系统中的功角 特性为(13.34)(13.35)隐极发电机的功角特性 电力系统分析电力系统分析 将式（13.33）、（13.34）表示的功角特性曲线绘在同一坐标上，如图.13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数

22、对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响图图13.8串联电阻时的功角特性曲线串联电阻时的功角特性曲线电力系统分析电力系统分析结论：结论：结论：结论：曲线向上移动 sin距离，向右移动了角；而 曲线则向下移动了 sin距离，并向左移动了角 (13.36)当功角在0180范围内，随着功角的增大，cos将减少，使串联电阻所消耗的有功损耗P增大。发电机的功率极限值 增大了 sin值，功率极限角 也增加了角，使系统的静态稳定略有提高。13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性

23、的影响电力系统分析电力系统分析2并联电阻对功角特性的影响并联电阻对功角特性的影响在变压器在变压器T 1的高压侧接上一个并联电阻：的高压侧接上一个并联电阻：(13.38)13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响电力系统分析电力系统分析式中：式中：式中：式中：输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗 转转转转移阻抗移阻抗移阻抗移阻抗13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影

24、响电力系统分析电力系统分析把PEq 和PU 功角特性曲线画在同一坐标中，如图13.9（c）图图13.9并联电阻时的功角特性曲线并联电阻时的功角特性曲线13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响电力系统分析电力系统分析结论：结论：结论：结论：发电机功角特性曲线向上移动了 ，并向左移动了12 角；而 曲线则向下移动了 ，并向右移动了|12|角。与 之差为并联电阻上消耗的有功功率，即 (13.39)发电机的功率极限增大，功率极限角减小。13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的

25、影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响电力系统分析电力系统分析3 3并联电抗对功角特性的影响并联电抗对功角特性的影响并联电抗对功角特性的影响并联电抗对功角特性的影响系统中并联接入电抗系统中并联接入电抗:则：(13.41)13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响电力系统分析电力系统分析 并联电抗后的功角特性并联电抗后的功角特性 功率极限降低了，其降低的程度与功率极限降低了，其降低的程度与转移电抗增大的部分

26、转移电抗增大的部分 有关，有关，X Xk k 愈小，愈小，X X1212 增加愈多，功率极限就增加愈多，功率极限就愈小。当愈小。当X Xk k 0 0时，相当于发生三时，相当于发生三相短路，转移电抗相短路，转移电抗X X1212 ，发电，发电机输出的功率为零。机输出的功率为零。结论结论结论结论13.413.4网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响网络接线和参数对发电机功角特性的影响电力系统分析电力系统分析小小小小 结结结结 简单电力系统中隐极同步发电机的功角特性为简单电力系统中隐极同步发电机的功角特性为简单电力系统中隐极同步

27、发电机的功角特性为简单电力系统中隐极同步发电机的功角特性为当当当当 9090时，最大电磁功率为时，最大电磁功率为时，最大电磁功率为时，最大电磁功率为 简单电力系统中凸极同步发电机的功角特性为简单电力系统中凸极同步发电机的功角特性为简单电力系统中凸极同步发电机的功角特性为简单电力系统中凸极同步发电机的功角特性为sin+sin2 复杂电力系统中复杂电力系统中复杂电力系统中复杂电力系统中n n台发电机中第台发电机中第台发电机中第台发电机中第i i台发电机功角特性方程为台发电机功角特性方程为台发电机功角特性方程为台发电机功角特性方程为根据根据根据根据 0 0，可求出，可求出，可求出，可求出 ，在在在在

28、45904590之间。之间。之间。之间。电力系统分析电力系统分析发电机装设自动励磁调节器可使发电机端电压保持不变，并且发发电机装设自动励磁调节器可使发电机端电压保持不变，并且发发电机装设自动励磁调节器可使发电机端电压保持不变，并且发发电机装设自动励磁调节器可使发电机端电压保持不变，并且发电机输送功率增大时，功角增大，空载电势也增大，对应的功角电机输送功率增大时，功角增大，空载电势也增大，对应的功角电机输送功率增大时，功角增大，空载电势也增大，对应的功角电机输送功率增大时，功角增大，空载电势也增大，对应的功角特性曲线幅值上升。特性曲线幅值上升。特性曲线幅值上升。特性曲线幅值上升。当考虑网络中的电

29、阻时，功率极限角当考虑网络中的电阻时，功率极限角当考虑网络中的电阻时，功率极限角当考虑网络中的电阻时，功率极限角 mm 增加了，使系统的静态增加了，使系统的静态增加了，使系统的静态增加了，使系统的静态稳定略有提高。稳定略有提高。稳定略有提高。稳定略有提高。若网络中并联电阻若网络中并联电阻若网络中并联电阻若网络中并联电阻RR后，功率极限角后，功率极限角后，功率极限角后，功率极限角 ，极限功率略有增大。极限功率略有增大。极限功率略有增大。极限功率略有增大。当网络中并联电抗当网络中并联电抗当网络中并联电抗当网络中并联电抗XXKK 后，使功率极限降低了。后，使功率极限降低了。后，使功率极限降低了。后，使功率极限降低了。