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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目 录,第1章 电力系统的基本概念,第2章 电力系统元件的参数和等值电路,第3章 电力系统短路的基本知识,第4章 电力系统的对称短路,第5章 电力系统的不对称短路,第6章 电力系统的稳定性,第7章 电力系统的潮流计算,第8章 电力系统的频率调整,第9章 电力系统的电压调整,第10章 电力系统的经济运行,电力系统分析,电力系统分析,1.1 电力系统的基本概念1.1.1电力系统的组成,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,锅炉,汽轮机,发电机,升压变压器,输电线路,降压变压器,负荷,动力部分,电力网,电力系统,动力系统,二、我国电力系统概况,电网分布图,长江三峡工程概况,三、目前电力系统的特点,大机组、大系统提高了系统的安全性、经济性和电能质量,同时也带来新的技术问题：可能扩大故障范围,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,1.1.2电力系统的发展,直流,交流,超高压直流,一、电力系统的发展,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,选定的枢纽总体布置方案,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,返回,电力系统分析,1.1.3电力系统运行的基本要求,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,一、电能生产的特点,1.发、输、配和用电的连续性,2.与工农业生产及人民生活的密切相关性,3.暂态过程非常短暂,二、电力系统运行的基本要求,1.保证供电的可靠性,2.保证良好的电能质量,3.提高系统运行的经济性,1.1.4电力系统的接线图,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,(,a),放射式,（,b）,干线式,（,c）,树状,图1-2 无备用网络,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,（,c）,树状,（,b）,干线式,(,a),放射式,（,d）,环式,（,e）,两端供电式,图1-3 有备用网络,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,1.2 电力系统负荷,1.2.1负荷分类,什么是负荷曲线？,负荷曲线是指某一段时间内负荷随时间变化的曲线。,1.2.2负荷曲线,负荷曲线怎样分类？,(1),(2),(3),电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,(a),有功功率负荷,几种常用的负荷曲线：,1.有功日负荷曲线,是制定各发电负荷计划及系统调度运行的依据,10,100,90,80,70,60,50,40,30,20,0,4,8,12,16,20,24,T/h,P%,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,（,b,）无功功率负荷,2.无功功率日负荷曲线（阶梯形）,Q%,0,4,8,12,16,20,24,10,100,90,80,70,60,50,40,30,20,T/h,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,第1章 电力系统的基本概念,3.有功功率年最大负荷曲线,作用：制定发电设备检修计划的依据,（,a）,有功功率年最大负荷曲线,0,2,4,6,8,10,12,P,t/,月,年初（冬季）,年末（冬季）,年中（夏季）,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,P,P,1,P,3,P,2,O,Tmax,t1,t3,t2,a,f,e,d,c,b,h,i,8760,t/,月,g,（,b）,年持续负荷曲线,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,4.年持续负荷曲线及最大负荷利用小时数,安排发电计划和进行可靠性估算及电网能量损耗计算,全年耗电值,为最大负荷利用小时数,1.3 电力系统额定电压,电力系统分析,第1章 电力系统的基本概念,1.3.1电力系统额定电压,电力线路额定电压,=系统额定电压,U,N,同步发电机额定电压,=1.05,U,N,变压器额定电压：,发电机额定电压（升压变压器）,电力系统额定电压（降压变压器）,一次绕组,U,N,等于,系统额定电压5%（,Uk,%3.45,时，。,4.3.2,应用计算曲线时应注意的几个问题,（,3,）有阻尼绕组与无阻尼绕组的水轮发电机相比较，仅仅次暂态电抗有一定的差别，其他参数均相同。,（,4,）无穷大电源提供的短路电流按下式计算：,（,1,）在短路后瞬间,t=0,时，计算曲线（或计算图表）上所对应的数据为短路电流的起次暂态电流,I,。,4.3.2,应用计算曲线时应注意的几个问题,电力系统分析,第,4,章 电力系统的对称短路,4.3.,应用计算曲线时的计算步骤,应用计算曲线时，其计算步骤如下：,（,1,）绘制电力系统的等效电路。,、对整个电网取基准功率,S,B,和基准电压,U,av,；,、发电机的参数做如下处理：电抗采用,X,d,、电势,E=1,（在计算的过程中可以不计算）；,、负荷忽略不计；,、无穷大电源的内抗,X,s,=0,；,（,2,）进行网络化简。,将网络中的发电机合并成若干组。求出各等效发电机和无穷大电源对短路点的转移电抗。,（,3,）、将各转移电抗转化为计算电抗。,计算电抗是以各发电机的额定参数为基准的标幺值,电力系统分析,第,4,章 电力系统的对称短路,（,4,）根据各等效发电机的计算电抗和指定的短路时刻,t,查曲线，分别得出各等效发电机向短路点提供的短路电流周期分量的标幺值。,（,5,）对无穷大电源的处理。,（,6,）计算短路点的短路电流周期分量的有效值（有名值）,电力系统分析,第,4,章 电力系统的对称短路,第,5,章电力系统的不对称短路,5.1,对称分量法,5.2,电力系统元件的序参数,5.3,变压器的接线方式与零序电流的关系,5.4,电力系统各序网络的制定,5.5,简单不对称短路的分析与计算,5.6,非全相断线的分析与计算,什么是对称分量法？,在三相电路中，常常需要把一组不对称的相量分解成三组对称分量，这三组对称分量分别叫做正序分量、负序分量和零序分量，这就是对称分量法。,正序分量,A,、,B,、,C,三相,对称,，相序为,顺时针,负序分量,A,、,B,、,C,三相对称,，相序为,逆时针,零序分量,A,、,B,、,C,三相完全相等,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.1.4,已知正序、负序、零序分量可以求总量,简写为,已知正序、负序和零序分量，求总量的向量图,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.1.6,对称分量法在不对称短路中的应用,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,对称分量法再不对称短路中的应用,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.2.1,同步发电机的序参数,1.,正序参数：,2.,负序电抗的定义：施加在发电机定子绕组的基频负序电压与流入定子绕 组的基频负序电流之比。,汽轮发电机和有阻尼绕组的水轮发电机,无阻尼绕组的水轮发电机,3.,零序电抗的定义：施加在发电机定子绕组的基频零序电压与流入定子绕组的基频零序电流之比。,5.2,电力系统元件的序参数,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.2.2,异步电动机的序参数,负序电抗,零序电抗,1.,输电线路的序阻抗,静止元件：正序阻抗,=,负序阻抗,变压器：,输电线路：,5.2.3,静止元件的序参数,异步电动机正序电抗,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,二次侧,任意接线,二次侧,任意接线,一次侧为角接的变压器,一次侧为星接的变压器,结论：变压器零序电抗,5.3,变压器的接线方式与零序电流的关系,5.3.1,一次侧为角接的变压器,5.3.2,一次侧为星接的变压器,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,（,a,）,YN,，,d,的接线图,（,b,）等效电路图,结论：,YN,，,d,的接线变压器零序电抗,5.3.3,变压器的接线方式为,YN,d,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.3.4,变压器的接线方式为,YN,yn,（,a,）,YN,yn,的接线图,（,b,）等效电路图,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.4,电力系统各序网络的制订,与对称短路的等值网络基本相同；,短路点电压为 ；,变压器中性点接地电抗不起作用；,所含的元件与正序网络基本相同，用负序参数表示；,发电机负序电势为零；,短路点电压为 ；,与变压器的接线形式有关；,短路点电压为 ；,5.4.1,正序网络网络的制定,5.4.2,负序网络网络的制定,5.4.3,零序网络网络的制定,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,（,a,）系统接线图,（,b,）正序网络,（,c,）负序网络,（,d,）零序网络,5.5,简单不对称短路的分析与计算,5.5.1,单相接地短路,1.,短路点,K,的边界条件,2.,利用对称分量法展开得,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,在近似计算中，一般有 。,当 ，则单相接地短路电流大于同一地点的三相短路电流；,当 ，则单相接地短路电流小于同一地点的三相短路电流。,单相短路的复合序网,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.5.2,两相短路,两相短路的示意图,1.,短路点,K,的边界条件,2.,利用对称分量法展开得,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,两相短路的复合序网,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.5.3,两相短路接地,1.,短路点,K,的边界条件,2.,利用对称分量法展开得,两相短路接地示意图,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,两相短路接地的复合序网,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,短路电流的计算通式为,与短路类型有关。,单相短,路接地,两相,短路,两相短,路接地,三相,短路,短路电流的正序分量计算通式为,正序等效定则：,在简单电力系统中，当发生不对称短路时其短路电流的正序分量 与在短路点,k,各相接入附加电抗 后发生的三相短路电流相等。,与短路类型有关。,5.5.4,正序等效定则,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.6,非全相断线的分析与计算,5.6.1,纵向故障,指网络中的两个相邻节点,k,和,k,之间出现的不正常断开或三相阻抗不相等的情况。,是故障口,kk,的开路电压；,、分别是正序、负序、零序网络从故障口,kk,处看进去的等效阻抗。,非全相断线,用对称分量法分析,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.6.2,单相（,A,相）断线,故障处的原始边界条件,利用对称分量法展开得,故障处的各序电流为,单相断线的复合序网,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,非故障相的电流为,故障相的断口电压为,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,5.6.3,两相（,B,、,C,相）断线,故障处的原始边界条件,利用对称分量法展开得,故障处的各序电流为,非故障相的电流为,故障相的断口电压为,两相断线的复合序网,电力系统分析,第,5,章 电力系统的不对称短路,第,6,章 电力系统的稳定性,6.1,电力系统的稳定性的一般概念,6.2,发电机转子之间的空间相对位置,6.3,电力系统的静态稳定性,6.4,电力系统的暂态稳定性,6.5,提高电力系统稳定性的技术措施,6.1,电力系统的稳定性的一般概念,6.2,发电机转子之间的空间相对位置,6.2.1,电力系统的功角特性曲线,图,6-1,简单电力系统及其等值电路,同步：发电机组之间的同步运行状态，就是每台发电机发出的交流电的频率均相等，即每台发电机的电气转速均相等。,图,6-7,简单电力系统的功角特性,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,发电机和无穷大电源之间的转移电抗为,发电机的输送到无穷大电源功率为,又,即,代入（,1,）式得,功角特性曲线表达式,图,6-3,电力系统的功角特性曲线,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,6.2.2,发电机转子之间的相对位置,图,6-4,各发电机转子的空间位置,图,6-5,发电机转子之间的相对位置,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,6.3,电力系统的静态稳定性,6.3.1,电力系统的静态稳定性的定义,当电力系统受到微小扰动时，能够自动地恢复到原来的运行状态的能力，成为电力系统的静态稳定性。,6.3.2,电力系统静态稳定性的分析,两电源之间的转移电抗为,发电机的输出功率为,图,6-6,简单电力系统及等效电路,（,a,）简单电力系统（,b,）等效电路,图,6-7,简单电力电力系统的功角特性,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,图,6-8 a,点受扰动时的摇摆曲线,图,6-9,摇摆曲线发散的情况,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,6.3.3,电力系统静态稳定性的判据,当 时，系统静态稳定；,当 时，系统静态不稳定；,静态稳定储备系数,极限功率；,某一运行方式下的输送功率；,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,6.4,电力系统的暂态稳定性,6.4.1,电力系统暂态稳定性的定义,当电力系统受到较大的扰动后，电力系统能够不失步从一种稳态过渡到另一种稳态的能力，称为电力系统的暂态稳定性。,6.4.2,电力系统各种运行方式下的功角特性曲线,（,1,）系统正常运行。,功率特性曲线为,图,6-10,简单电力系统,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,（,a,）,（,b,）,（,c,）,图,6-11,简单电力系统等效电路,（,a,）正常运行时等效电路（,b,）短路发生时等效电路（,c,）短路切除后等效电路,（,2,）当电力系统发生短路时。,功率特性曲线为,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,（,3,）当电力系统短路切除后。,功率特性曲线为,图,6-12,转子相对运动及摇摆曲线 图,6-13,摇摆曲线发散的情况,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,6.4.4,等面积准则,发电机转子在,bc,段所做的正功与在,dg,段所做的负功是完全相等，这就是等面积定则。,储存动能,释放动能,图,6-14,等面积准则,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,5.,电力系统暂态稳定性的实用判据,当最大可能的减速面积大于加速面积时，系统稳定。,当最大可能的减速面积小于加速面积时，系统不稳定。,当最大可能的减速面积等于加速面积时，系统处于临界状态。,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,6.5,提高电力系统稳定性的技术措施,6.5.1,提高电力系统静态稳定性,（,1,）安装自动励磁装置,（,2,）减小线路电抗,（,3,）提高线路额定电压等级,（,4,）改善线路结构，加强系统联系,6.5.2,提高电力系统的暂态稳定性,（,1,）快速切除故障,（,2,）采用自动重合闸装置,（,3,）强行励磁,（,4,）减小原动机输出的机械功率,图,6-15,自动重合闸成功时,电力系统分析,第,6,章 电力系统的稳定性,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.1,电力网中功率损耗的计算,7.2,电力网中电压降落及电压损耗的计算,7.3,开式网络的潮流计算,7.4,简单闭式网络的潮流计算,7.5,电力网络的数学模型,7.6,功率方程,7.1,电力网中功率损耗的计算,7.1.1,负荷功率的表示法,电力系统负荷多以有功功率,P,和无功功率,Q,来表示，并以复数表示为,设电流 滞后于电压 的角度为 ，则上式可写成,讨论：,对于感性负载 ，；,对于容性负载 ，。,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.1.2,网络元件的功率损耗,1.,电力线路的功率损耗,（,1,）电力线路阻抗支路上的功率损耗,（,2,）电力线路导纳支路上的功率损耗,线路导纳支路末端单相功率损耗,线路导纳支路首端单相功率损耗,图 电力线路的,形等值电路,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,（,3,）电力线路中的功率计算,电力线路阻抗支路末端流出的功率为,电力线路首端流入功率为,电力线路阻抗支路首端流入的功率为,2.,变压器的功率损耗,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.2,电力网中电压降落及电压损耗的计算,7.2.1,电力线路的电压降落及电压损耗,电压降落的横分量,电压降落的纵分量,当,，,可忽略电阻，上述公式可化简为,（,1,）电压降落：电力线路的首末端、或电力网任意两节点间电压的向量差。,图,7-2,U,1,、,U,2,和,dU,2,三者之间的相量关系,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,（,2,）电压损耗：电力线路首末端或电力网任意两节点间电压的代数差。,电压损耗近似等于电压的纵分量大小,结论,电压降落的,纵分量,取决于所输送的,无功功率,的大小；,电压降落的,横分量,主要取决于所输送的,有功功率,的大小。,纵分量,主要影响,电压的大小,，,横分量,主要影响,电压的相角,。,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.2.2,变压器的电压降落和电压损耗,例,7-1,有一降压变电所，等值电路及参数如图所示，变压器变比为,110/11kv,，末端负荷为（,20+j10,）,MVA,，首端电压为,108kv,，试计算变压器首端功率及末端电压。,108kV,(2.04+j3.18),（,20+j10,）,MVA,（,0.044+j0.32)MVA,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.3,开式网络的潮流计算,(a),无备用方式,(b),有备用方式,1,放射式；,2,干线式；,3,链式,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.3.1,发电厂的运算功率和变电所的运算负荷,图,7-5,变电所的运算负荷计算示意图,图,7-5,变电所的运算功率计算示意图,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,3.,发电厂的运算功率,发电厂的输出功率减去升压变压器的功率损耗称为发电厂的等值电源功率。,4.,运算功率,发电厂的等值电源功率减去发电厂输出母线上所有相连线路的充电功率的一半称为发电厂的运算电源功率，简称运算功率。,1.,变电所的运算负荷,指变电所的二次负荷功率加上变压器的功率损耗称为变电所的等值负荷功率。,2.,运算负荷,变电所的等值电负荷功率加上变电所所有相连线路的充电功率的一半称为变电所的运算负荷功率，简称运算负荷。,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.3.2,开式网络的潮流计算方法,计算步骤：,1,、计算电力网各元件参数，作电力网等值电路。,2,、计算变电所的运算负荷和发电厂的运算功率，并将它们接在相应的节点上，,从而组成了只包括运算负荷和运算功率及网络参数的等值网络。,3,、如果已知电源电压和末端负荷，由末端向首端逐段计算功率损耗，这种情况,由于各点电压未知，可用电网额定电压代替实际电压，求取电力网的功率分布。,求得电源功率后，再运用已知电源电压和求得的首端功率向末端逐段求电压降,落，计算出各点电压。此过程不必重新计算功率损耗，在,110kv,的高压电网中也,可忽略电压降落的横分量。,4,如果已知末端电压和负荷，从末端开始逐段交替计算电压降落和功率损耗。向,电源端推算功率分布和各节点电压。如果有变压器，还应进行电压归算。,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.4,简单闭式网络的潮流计算,A,c,b,b,c,A,1,A,2,(a),环式网络,(b),两端供电网络,图 简单的闭式网络,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.4.1,两端供电网络的初步功率分布计算,a,、,b,为两个供电电源，设,U1U2,。忽略网络中功率损耗，都用相同的电压计算功率，令,图,7-8,两端供电网络的等值网络,每个电源送出的功率,=,供载功率,+,循环功率,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,如果沿两端供电线路上接有,N,个负荷，则上式简化为,对于均一网,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.4.2,两端供电网络的最终潮流分布计算,（,1,）功率分点,求出了功率分布之后，有的负荷功率是由两个方向流入的，如图,7.4.2,中的,C,点，这样的点叫功率分点，并用,标出。,（,2,）两端供电网络的最终潮流分布计算,如果已知功率分点电压，由功率分点将电网解开为两个开式网络。从,功率,分,点分别由两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗。,当出现有功功率分点和无功功率分点不一致时，一般可从无功功率分点为计算的起点。,如果已知电源电压，此时仍由功率分点将电网解开为两个开式网络。此时与已知末端负荷和首端电压的开式网络的潮流计算相同。,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.5,电力网络的数学模型,7.5.1,节点电压方程及节点导纳矩阵,电力网络的数学模型指的是由网络有关参数和变量及其相互关系组成、可反映网络性能的数学方程式。,L,1,L,3,L,2,1,2,3,S,G1,G,1,G,2,S,G2,S,D3,S,D1,（,a,）三母线系统,y,4,1,2,3,y,5,y,6,（,b,）等值电路,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,各母线的节点功率为,列出节点电压方程,整理得,（,b,）等值电路,y,4,y,6,y,2,y,3,y,5,y,1,1,3,2,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,若令,写成矩阵形式,节点电流列向量,节点电压列向量,N,母线系统的节点方程一般形式,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.5.2,节点导纳矩阵的形成和特点,（,1,）节点导纳矩阵是稀疏矩阵。,（,2,）节点导纳矩阵是方阵，结束等于除参考点外的节点数。,（,3,）节点导纳矩阵的某对角元素等于该节点所连接的导纳的总和。,（,4,）节点导纳矩阵的非对角元素,Y,ij,等于连接节点,i,、,j,支路导纳的负值。,（,5,）节点导纳矩阵一般是对称矩阵。,（,6,）网络中的变压器用,形等值电路表示，仍按上述原则计算。,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.6,功率方程,7.6.1,功率方程的导出,系统中各节点注入电流与注入功率以标幺值表示的关系式,将 代入上式，得节点电压方程,直角坐标系下的节点电压和导纳可写成,代入功率方程得,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,节点电压以极坐标形式表示,极坐标系下的有功功率和无功功率表达式,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.6.2,节点的分类,1.PQ,节点,有功功率,P,和无功功率,Q,给定，待求量是节点电压,U,和,。,变电所都属于这一类型节点。,2.PV,节点,有功功率,P,和电压幅值,V,给定，待求量是无功功率,Q,和电压相位,。,选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为,PV,节点。,3.,平衡节点,电压幅值和相角给定，求无功功率和有功功率。,该节点承担了系统的有功功率平衡，故称为平衡节点。,平衡节点和基准节点通常为一个。,系统节点分为以下三种类型：,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,7.6.3,功率方程用于潮流计算时的约束条件,（,1,）所有节点电压必须满足,（,2,）所有电源节点的有功功率和无功功率必须满足,（,3,）某些节点的相位差应满足,电力系统分析,第,7,章 电力系统的潮流计算,第,8,章 电力系统的频率调整,8.1,电力系统中有功功率的平衡,8.5,主调频厂的选择,8.2,电力系统的有功功率,-,频率特性,8.4,互连电力系统的频率调整,8.3,电力系统的频率调整,8.1,电力系统中有功功率的平衡,8.1.1,电力系统调整频率的必要性,同步发电机的感应电势频率和转速之间存在如下关系：,频率,同步发电机极对数,同步发电机转速，,r/min,同步发电机的转子运动方程：,为同步发电机的点角速度标幺值；,惯性时间常数,原动机输出功率的标幺值；,输出电磁功率标幺值；,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,电力系统频率偏差过大，会产生哪些不利影响？,（,1,）对电力用户的影响。,（,2,）对发电厂及电力系统本身的影响。,8.1.2,有功功率负荷的变动及其调整策略,负荷按变化规律大致分为三种：,第一种变动负荷,频率的一次调整,由发电机调速器完成。,第二种变动负荷,频率的二次调整,发电机组调的调频器完成。,第三种变动负荷,频率的三次调整,有功功率平衡，负荷经济分配。,图,8-1,有功功率负荷,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.1.3,有功功率平衡和备用容量,备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分称为备用容量。,备用容量按发电机运行状态分为热备用和冷备用。,备用容量按用途分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。,为系统中所有有功功率电源发出的功率；,为系统中所有的负荷消耗的有功功率；,为系统中各元件总的有功功率损耗；,有功功率电源与电力系统发电负荷相平衡,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.2,电力系统的有功功率,-,频率特性,8.2.1,负荷的有功功率,-,频率静态特性,定义：当电力系统处于稳态运行时，系统中有功功率负荷随频率变化的特性称为负荷的有功功率,-,频率静态特性。,电力系统频率为,f,时，整个系统的有功功率负荷；,系统频率为额定值,f,N,时，整个系统的有功功率负荷；,为对应有功功率负荷在 中所占的分额。,以标幺值表示的有功功率,-,频率静态特性,图中直线的斜率为,用标幺值表示为,图,8-2,综合负荷的有功功率频率静态特性,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.2.2,发电机组的有功功率,-,频率静态特性,称为电力系统有功功率负荷的频率调节效应系数，也称为负荷的单位调节功率。,离心飞摆式调速系统工作示意图,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,发电机组的有功功率,-,频率静态特性的斜率为,称为发电机组的单位调节功率，用标幺值表示,发电机组的调差系数,所以,图,8-4,发电机组的有功功率,-,频率静态特性,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.2.3,电力系统的有功功率,-,频率静态特性,运行点由,O,移至,O,，则有,注意：,（,1,）只能通过调整发电机单位调节功率,K,G,来控制,K,S,。,K,G,越大，,K,S,越大，系统频率越稳定。,（,2,）因为当发电机满载时，负荷增加引起的频率下降非常严重，所以需要发电机有备用容量。,，称为备用系数。,其中,称为电力系统的单位调节功率，,其标幺值为,图,8-5,频率的一次调整,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.3,电力系统的频率调整,8.3.1,频率的一次调整,单台发电机频率一次调整特性方程：,多台装有调速器的机组并联运行时，其等值单位调节功率,有多台发电机的电力系统一次调整的调节特性方程,有多台发电机并联参加一次调频的注意事项,（,1,）发电机的单位调节功率不可整定的过大。,（,2,）参加频率一次调整的未满载机组越多，系统地单位调节功率才越大。,（,3,）单位调节功率越大的机组承担的有功出力越多。,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.3.2,频率的二次调整,电力系统的单位调节功率,（,1,）二次调频是无差调节。,（,2,）频率增量的取值均取为最初运行点频率值或减调整后对应的频率值；取发电机和负荷的功率增量均为正值。,（,3,）二次调整负荷增量由主调频机组承担。,图,8-6,频率的二次调整,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.4,互连电力系统的频率调整,当 或 时，实现无差调节。,由上述互连系统可得,式中 分别为,A,、,B,两电力系统的功率缺额。,求解得,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,（,1,）当两系统都参加二次调频，且满足 ，联络线上交换功率等于,0,。,（,2,）当整个系统功率能够平衡时，联络线交换功率最大。,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,8.5,主调频厂的选择,1.,主调频厂应满足以下要求：,（,1,）拥有足够的调频容量。,（,2,）具有足够快的调频速度。,（,3,）调整时应满足安全及经济性的要求。,（,4,）不应引起联络线上交换功率的波动或使网络中任何中枢点的电压波动超出允许范围。,水电厂适应作主调频厂。,2.,调频厂用于二次调整的容量为,电力系统分析,第,8,章 电力系统的频率调整,第,9,章 电力系统的电压调整,9.1,电力系统中无功功率的平衡,9.2,电力系统的电压管理,9.3,电力系统调整电压的基本原理,9.4,利用发电机调压,9.7,串联电容器调压,9.5,改变变压器的分接头调压,9.6,并联无功补偿设备调压,9.1,电力系统中无功功率的平衡,9.1.1,电力系统调整电压的必要性,1.,电力系统的电压偏差,35KV,以上及特殊用户,+5%-5%,；,10KV,以下及高压供电和低压电力用户,+7%-7%,；,低压照明用户,+5%-10%,。,2.,电力系统调整电压的必要性,（,1,）对电力用户的不利影响。,（,2,）对电力系统的不利影响。,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.1.2,电力系统中的无功功率和无功功率损耗,1.,无功功率负荷,异步电动机消耗的无功功率,2.,电力系统中的无功功率损耗,（,1,）变压器的无功损耗,（,2,）电力线路上的无功损耗,充电功率,并联电纳的,无功损耗,励磁损耗,漏抗中损耗,励磁电抗消耗无功,漏抗消耗的,无功功率,图,9-1,异步电动机的无功功率,-,电压 静态特性,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.1.3,电力系统中的无功功率电源,1.,同步发电机,2.,静电电容器,3.,调相机,4.,静止无功补偿器,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.1.4,无功功率的平衡,电力系统无功功率平衡的关系式,是所有无功功率电源发出的感性无功功率；,是无功负荷消耗的感性无功功率；,为电网的无功损耗之和。,图,9-2,无功功率平衡与电压水平的关系,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.2,电力系统的电压管理,9.2.1,电压波动的限制措施,什么是电压波动和闪变？,是反映电压幅值在一定范围内有规则变化时，电压最大值与最小值之差相对于额定电压的百分比，或电压幅值不超过,0.9-1.1,的一系列随机变化。,限制电压波动和闪变的方法,（,1,）由大容量变电所用专用母线或线路向这类负荷供电。,（,2,）在发生电压波动的地点和电源之间装设串联电容器补偿线路等元件的感抗。,（,3,）将一般负荷和波动负荷分开，并在波动负荷的供电线路上设置静止补偿器。,波动负荷,电源,输电系统,一般负荷,限制电压波动的措施,波动负荷,电源,输电系统,一般负荷,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.2.2,中枢点的电压管理,1.,中枢点的电压管理,什么是中枢点？,电压中枢点是指大型发电厂和枢纽变电所的母线，系统电压管理通常是对电压中枢点的电压进行控制和调整。,2.,中枢点的调压方式,逆调压：最大负荷时升高电压，最小负荷时降低中枢点电压。,调压范围,105%U,N,%U,N,。,顺调压：最大负荷时允许中枢点电压降低；最小负荷时允许中枢点电压升高。,调压范围,102.5%U,N,107.5%U,N,。,恒调压：在任何负荷下，中枢点的电压均保持为大约恒定的数值。,调压范围（,102,105%,）,U,N,。,逆调压，顺调压，恒调压,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.3,电力系统调整电压的基本原理,调整用户端电压,U,b,的措施：,（,1,）调节励磁电流以改变发电机端电压,U,G,。,（,2,）适当选择变压器的变比,k,。,（,3,）并联无功补偿设备，改变无功功率,Q,的分布。,（,4,）串联电容器抵偿感抗，改善网络的电抗参数,X,。,图,9-11,简单电力系统电压关系图,（,a,）简单电力系统电压关系图（,b,）等值电路图,负荷节点,b,的电压,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.4,利用发电机调压,图 发电机逆调压时的电压分布,（,a,）系统图（,b,）电压分布,图 多电压级系统中的电压损耗,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.5,改变变压器的分接头调压,9.5.1,降压变压器分接头的选择,图 降压变压器及其等值电路,（,1,）最大负荷时，变压器的变比,得,（,2,）最小负荷时，选择的高压绕组分接头电压为,（,3,）变压器的分接头取平均值,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.5.2,升压变压器分接头的选择,图 升压变压器及其等值电路,最大、最小负荷时所选变压器的分解头电压为,9.5.3,三绕组变压器分接头的选择,双绕组变压器分接头选择公式同样适用，同时考虑电源连接情况与电压的要求。,9.5.4,有载调压变压器的使用,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,图,9-11,有载调压器原理接线,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.6,并联无功补偿设备调压,9.6.1,按调压要求选择无功补偿设备,1.,选用并联电容器,并联电容器的运行方式：在最小负荷时全部退出；在最大负荷时全部投入。,先计算最小负荷时高压侧分接头电压,然后计算最大负荷时应装设的无功补偿容量,最后校验变电站低压母线的实际电压是否满足调压要求。,图 简单电力网的无功功率补偿,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,2.,选用调相机,最大负荷时，调相机发出无功，升高电压；,最小负荷时，调相机吸收无功，降低电压。,最大负荷时，调相机容量为,最小负荷时，其容量为,为,调相机能欠激运行的最大容量系数，取值范围,0.5-0.65,。,两式相除得,确定变比为,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,9.7,串联电容器调压,未串联电容器时的电压损耗,串联电容器后有,串联电容器后，减小的电压损耗为,所以串联电容器后的容抗为,每个电容器的容量应满足下列关系,三相电容器组的总容量为,补偿度：补偿所需的容抗值和被补偿电力线路原来的感抗值之比。,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,采用并联电容器补偿和采用串联电容器补偿的比较：,（,1,）为减小同样大小的电压损耗，需设置的串联电容器容量仅为并联电容器容量的,17%-25%,。,（,2,）串联电容器适用于电压波动频繁的场合，而并联电容器不适用。,（,3,）串联电容器的调压效果随无功负荷大小而变，适用于,35kV,或,60kV,，负荷波动大而频繁，功率因数很低的线路上。,（,4,）并联电容器直接减少线路有功功率的损耗，串联电容器主要借提高电力线路的电压水平减少线路的无功功率损耗。,图,9-14,串联电容器组,电力系统分析,第,9,章 电力系统的电压调整,第,10,章电力系统的经济运行,10.1,电力网的电能损耗计算,10.2,降低网损的技术措施,10.3,电力系统有功功率负荷的经济分配,10.4,电力系统无功功率的最优分布,10.1,电力网的电能损耗计算,10.1.1,输电线路的电能损耗计算,T,时间段内的电能损耗,为线路全年实际电能损耗。,线路全年电能损耗为,什么是最大负荷损耗时间？,若线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率 ，对应该负荷下线路的有功功率损耗为 在 小时内恰好损耗完，则称 为最大负荷损耗时间。,电力系统分析,第,10,章 电力系统的经济运行,线路上有多个负荷时，全年电能损耗为,根据各段线路的 和 查表而得。和 计算公式如下：,电力系统分析,第,10,章 电力系统的经济运行,10.1.2,变压器的电能损耗计算,双绕组变压器的年电能损耗,三绕组变压器的年电能损耗,改写成,电力系统分析,第,10,章 电力系统的经济运行,什么是电力网的损耗电量？,称同一计量时段在所有送电、变电和配电环节中所损耗的电量为电力网的损耗电量。,10.2,降低网损的技术措施,电力网的网损率为,降低网损的意义：节约投资和减少能源消耗。,降低网损的措施,1.,提高用户功率因数，减少输送的无功功率,2.,改善闭式网络的功率分布,3.,合理确定电力网的运行电压水平,4.,合理组织变压器的经济运行,5.,对原有电网进行技术改造,电力系统分析,
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