电力系统分析

《电力系统分析》课程学习指导资料编写：邱晓燕适用专业：电力系统自动化专业适用层次：专科四川大学网络教育学院二00三年十月《电力系统分析理论》课程学习指导资料编写：邱晓燕审稿（签字）：审批（主管教学负责人签字）：本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《电力系统分析理论》（刘天琪，邱晓燕编写，讲义，2003年）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写，实用于电气工程及自动化专业专科学生。第一部分课程的学习目的及总体要求一、课程的学习目的《电力系统分析理论》是电气工程及自动化专业的必修课；是技术理论课、基础理论课走向专业课学习和工程应用研究的纽带，具有承上启下的作用。通过该课程的学习，使学生掌握电力系统分析的基础理论和基本知识，既为后续专业课程及一些相关专题的学习打下基础，又培养了学生综合运用基础知识解决工程实际问题的能力。二、课程的总体要求要求掌握电力系统的基本概念、基本分析方法和计算方法，即：掌握电力系统稳态分析和计算方法，包括电压和功率分布的计算、调频以及调压的分析和计算。掌握电力系统故障分析和计算方法，包括对称和不对称故障的分析和计算。掌握电力系统稳定分析和计算方法，包括暂态稳定和静态稳定的分析和计算。第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章电力系统概述1、本章学习要求（1）应熟悉的内容电力系统、电力网、动力系统的基本概念；电力系统负荷曲线和负荷特性的基本概念；电力系统的接线方式；电力系统运行的特点和要求。（2）应掌握的内容电力系统中性点的运行方式。（3）应熟练掌握的内容电力系统的额定电压和电压等级。2、本章重点难点分析要注意元件的额定电压与网络额定电压的区别，各元件额定电压之间的关系。3、本章典型例题4、本章作业1-4第二章电力系统元件模型及参数计算1、本章学习要求（1）应熟悉的内容输电线路的参数计算；长线路的等值电路；发电机和负荷模型。（2）应掌握的内容三绕组变压器的等值电路和参数计算；变压器的形等值电路（3）应熟练掌握的内容短输电线路和中长度输电线路的等值电路；双绕组变压器的等值电路和参数计算；电力系统标幺值参数的计算以及有名值和标幺值等值电路的制订。2、本章重点难点分析应注意电力系统基准值的选取以及不同基准值的标幺值间的换算；不含理想变压器的标幺值等值电路的制订。3、本章典型例题例2-4有一台SFL120000/110型向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的试验数据为：ΔPS=135kW，VS%=10.5，ΔP0=22kW，I0%=0.8。试计算归算到高压侧的变压器参数。解：由型号知，SN=20000kVA，高压侧额定电压VN=110kV。各参数如下：1011110102.1310110200001008.010100%1082.110110221053.6310200001001105.1010100%08.4102000011013510216323206323203232322322NNTNNTNTNNSTNNSTVVkSSVSIBSSVPGSVVXSVPR例2-6试计算图2-15(a)输电系统各元件电抗的标幺值。已知各元件的参数如下：发电机SG(N)=30MVA，VG(N)=10.5kV，XG(N)=0.26；变压器T-1ST1(N)=31.5MVA，VS%=10.5，kT1=10.5/121；变压器T-2ST2(N)=15MVA，VS%=10.5，kT2=110/6.6；电抗器VR(N)=6kV，IR(N)=0.3kA，XR%=5；架空线路长80km，每公里电抗为0.4Ω；电缆线路长2.5km，每公里电抗为0.08Ω。解：首先选择基准值。取全系统的基准功率SB=100MVA。为了使标幺值的等值电路中不出现串联理想变压器，选取相邻段的基准电压比kB(I-II)=kT1，kB(II-III)=kT2。这样，只要选出三段中某一段的基准电压，其余两段的基准电压就可以由基准变比确定了。我们选第Ⅰ段的基准电压VB(Ⅰ)=10.5kV，于是kV26.76.6/1101121kV)6.6/110()121/5.10(15.1011kV121kV121/5.1015.101III)(IIII)(I(I)III)(II(II)(II)II)(I(I)(II)kkVkVVkVVBBBBBBBBB各元件电抗的标幺值为87.05.10100305.1026.0222)1()(2)()*()*(1BBNGNGNGBGVSSVXXX33.05.101005.315.101005.101002222)1()(12)1(%)*(12BBNTNTSBTVSSVVXX22.0121100804.022)()*(3BBLBLVSXXX58.0121100151101005.10100%222)()(22II)()*(24BBNTNTSBTVSSVVXX09.126.71003.03610053100%22(III))()()*(5BBNRNRRBRVSIVXXX38.026.71005.208.022)()*(6BBCBCVSXXX计算结果表示于图2-16中。每个电抗用两个数表示，横线以上的数代表电抗的标号，横线以下的数表示它的标幺值。图2-16不含理想变压器的等值电路例2-7试对例2-6的电力系统作各元件参数标幺值的近似计算。假定发电机电势标幺值等于1.0，在电缆线路末端发生三相短路，试分别按元件标幺参数的精确值和近似值计算短路点电流的有名值。解：仍选基准功率SB=100MVA。基准电压等于平均额定电压，即VB(Ⅰ)=10.5kV，VB(Ⅱ)=115kV，VB(III)=6.3kV。变压器的变比为相邻两段平均额定电压之比。各元件电抗的标幺值计算如下发电机的电抗87.03010026.01X，变压器T-1的电抗33.05.311001005.102X架空线路的电抗24.0115100804.023X，变压器T-2的电抗7.0151001005.104X电抗器的电抗46.13.61003.03605.025X电缆线路的电抗504.03.61005.208.026X电缆线路末端短路时，短路电流为(III)(III)1BBfIXIXEI654321XXXXXXX精确计算时47.338.009.158.022.033.087.0XkA95.7kA26.731003(III)(III)BBBVSIkA29.2kA47.3/95.7fI近似计算时104.4504.046.17.024.033.087.0XkA17.9kA3.63100(III)BIkA24.2kA104.4/17.9fI4、本章作业2-8、2-9、2-11、2-13第三章电力网的电压和功率分布1、本章学习要求（1）应熟悉的内容电力网的电能损耗和损耗率的概念；最大负荷损耗时间法和降低网损的技术措施。（2）应掌握的内容多级电压环网的功率分布。（3）应熟练掌握的内容网络元件电压降落和功率损耗的计算公式；开式网络的电压和功率分布计算；简单闭式网络（环网和两端供电网络）的电压和功率分布计算。2、本章重点难点分析开式网络的电压和功率分布计算；闭式网络功率初分布的计算。3、本章典型例题分析例3-1如图3-11(a)所示一简单系统，额定电压为110kV的双回输电线路，长度为80km，采用LGJ-150导线，其单位长度的参数为：r=0.21Ω/km，x=0.416Ω/km，b=2.74×10-6S/km。变电所中装有两台三相110/11kV的变压器，每台的容量为15MVA，其参数为：ΔP0=40.5kW，ΔPs=128kW，Vs%=10.5，I0%=3.5。母线A的实际运行电压为117kV，负荷功率：SLDb=30+j12MVA，SLDc=20+j15MVA。当变压器取主抽头时，求母线c的电压。解：（一）计算参数并作出等值电路输电线路的等值电阻、电抗和电纳分别为4.821.08021LR6.16416.08021LXSSBc461038.41074.2802图3-11输电系统接线图及其等值电路由于线路电压未知，可用线路额定电压计算线路产生的充电功率，并将其等分为两部分，便得varM65.2varM1101038.42121242NcBVBQ将ΔQB分别接于节点A和b，作为节点负荷的一部分。两台变压器并联运行时，它们的等值电阻、电抗及励磁功率分别为4.31015000110128211021222322NNsTSVPR4.4210150001105.102110%2122NNSTSVVXMVA05.108.0MVA100155.30405.0200jjQjP变压器的励磁功率也作为接于节点b的一种负荷，于是节点b的总负荷MVA4.1008.30MVA65.205.108.01230jjjjSb节点c的功率即是负荷功率Sc=20+j15MVA这样就得到图3-11(b)所示的等值电路。（二）计算由母线A输出的功率先按电力网的额定电压计算电力网中的功率损耗。变压器绕组中的功率损耗为MVA19.218.0MVA)4.424.3(1101520)(2222jjjXRVSSTTNcT由图3-11(b)可知MVA19.1718.20MVA19.218.01520jjjQjPSSTTccMVA59.2726.50MVA4.1008.3019.1718.201jjjPSSbc线路中的功率损耗为MVA51.428.2MVA)6.164.8(11059.2726.50)(22221jjjXRVSSLLNL于是可得MVA1.3254.52MVA51.428.259.2726.5011jjjSSSL由母线A输出的功率为MVA45.2954.52MVA65.21.3254.521jjjQjSSBA（三）计算各节点电压线路中电压降落的纵分量和横分量分别为kV3.8kV1176.161.324.854.5211ALLLVXQRPVkV2.5kV1174.81.326.1654.5211ALLLVRQXPV利用公式（3-11）可得b点电压为kV8.108kV2.5)3.8117()()(2222LLAbVVVV变压器中电压降落的纵、横分量分别为kV3.7kV8.1084.4219.174.318.20bTcTcTVXQRPVkV3.7kV8.1084.319.174.4218.20bTcTcTVRQXPV归算到高压侧的c点电压kV7.101kV3.7)3.78.108()()(2222TTbcVVVV变压所低压母线c的实际电压kV17.10kV110117.10111011ccVV如果在上述计算中都不计电压降落的横分量，所得结果为kVVb7.108，kVVc4.101，kVVc14.10与计及电压降落横分量的计算结果相比，误差很小。例3-2图3-17所示110kV闭式电网，A点为某发电厂的高压母线，其运行电压为117kV。网络各元件参数为线路Ⅰ、Ⅱ（每公里）r0=0.27Ω，x0=0.423Ω，b0=2.69×10-6S；线路Ⅲ（每公里）r0=0.45Ω，x0=0.44Ω，b0=2.58×10-6S；线路I