南京理工大学《电力系统分析》课件.ppt

电力系统分析,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,南京理工大学,*,电力系统分析,南京理工大学自动化学院,电气工程系,课程简介,课程内容,教学进度,考查方式,联系方法,2026/1/7 周三,2,南京理工大学,课程内容,电力系统,巴西依泰普水电站,2026/1/7 周三,3,南京理工大学,课程内容,电力系统,中国三峡电站,2026/1/7 周三,4,南京理工大学,课程内容,电力系统,水电机组,2026/1/7 周三,5,南京理工大学,课程内容,电力系统,变压器,2026/1/7 周三,6,南京理工大学,课程内容,电力系统,输电线路,2026/1/7 周三,7,南京理工大学,课程内容,电力系统,分析,两个模型,电力系统等值电路模型,电力系统转子运动模型,三大计算,潮流计算,短路计算,稳定计算,2026/1/7 周三,8,南京理工大学,课程内容,电力系统的基本概念,电网等值,电力系统潮流计算,电力系统运行方式的调整和控制,电力系统故障分析,电力系统稳定性分析,2026/1/7 周三,9,南京理工大学,课程内容,回答八个问题：,什么是电力系统？,怎样将电力系统用一个电网络表示？,怎样用计算机进行电力系统潮流计算？,发电机节点有功功率是已知的，它是怎么确定出来的？,变压器变比是已知的，它是怎么确定出来的？,发电机等值电路中，电势源和电抗怎么计算？,任意不对称的三相相量都可以分解为三组相序不同的分量之和吗？,电力系统在不断变动中，它能保持稳定运行吗？,2026/1/7 周三,10,南京理工大学,课程内容,先修课程,电路原理,电磁场,电机学,2026/1/7 周三,11,南京理工大学,教学进度,总学时数：5664,课堂教学：48-52,实践环节：8-12,学时分配,电力系统的基本概念：2,电网等值：8-10,电力系统潮流计算：10,电力系统运行方式的调整和控制：10,电力系统故障分析：10,电力系统稳定性分析：8-10,2026/1/7 周三,12,南京理工大学,考查方式,平时成绩：20%,实验成绩：10%,闭卷考试：70%,2026/1/7 周三,13南京理工大学,联系方法,授课教师：江宁强,教研室：自动化学院电气工程系,电话：84315147,Email:,jiangningqiang,2026/1/7 周三,14,南京理工大学,目录,第一章,电力系统的基本概念,第二章,电网等值,第三章,电力系统潮流计算,第四章,电力系统运行方式的调整和控制,第五章,电力系统故障分析,第六章,电力系统稳定性分析,2026/1/7 周三,15,南京理工大学,第一章 电力系统的基本概念,1.1,电力系统概述,1.2,我国的电力系统,小结,2026/1/7 周三,16,南京理工大学,1.1 电力系统概述,1.1.1,电力系统的形成和发展,1.1.2,电力系统的组成,1.1.3,电力系统的特点和运行的基本要求,1.1.4,电力系统的基本参量和接线图,1.1.5,电力系统的接线方式和中性点接地方式,2026/1/7 周三,17,南京理工大学,1.1.1电力系统的形成和发展,电磁感应定律 法拉第，1831,世界上第一个完整的电力系统 1882，法国,三相变压器和三相异步电动机1891,直流电力系统和交流电力系统爱迪生和西屋,2026/1/7 周三,18,南京理工大学,1.1.2电力系统的组成,电力系统发电厂、输电和配电网络、用户,电网、电力系统和动力系统,一次设备和二次设备,2026/1/7 周三,19,南京理工大学,1.1.3 电力系统的特点和运行的基本要求,电力系统的特点,1 电能与国民经济各部门、国防和日常生活之间的关系都很密切2 对电能质量的要求比较严格3 电能不能大量储存4 电力系统中的暂态过程十分迅速,运行的基本要求,1 可靠性 可以满足用户的用电需求：不断电，频率、电压、波形 质量符合要求 负荷按供电可靠性要求分为三类2 安全性 保证系统本身设备的安全。要求电源容量充足，电网结构合理3 经济性%4 减小对环境的不利影响,2026/1/7 周三,20,南京理工大学,1.1.4电力系统的基本参量、接线图,衡量电力系统规模的基本参量,总装机容量额定有功功率之和年发电量最大负荷最高电压等级,接线图,地理接线图、电气接线图,2026/1/7 周三,21,南京理工大学,1.1.5电力系统的接线方式和中性点接地方式,接线方式,无备用接线 特点：简单、经济、运行方便灵活。供电可靠性差，电能质量差,有备用接线 特点：供电可靠，电能质量高 运行操作和继电保护复杂，经济性差,中性点接地方式（小接地方式和大接地方式）,不接地 供电可靠性高，绝缘成本高。110,kv,电网,2026/1/7 周三,22,南京理工大学,1.2我国的电力系统（1）,4个发展阶段,195,x：,城市电网196,x：,省网19701990：区域电网1990：区域电网互联,电力系统的规模,2004 400,GW2010 535GW2020 790GW,2026/1/7 周三,23,南京理工大学,1.2我国的电力系统（2）,电压等级（,KV）,发电机 3.15,6.3,10.5,15.75,23.0,用电设备 3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154,已不再发展）3 企业内部 6、10配电电压（6用于高压电机负荷）110、220:高压。110：区域网，中小电力系统主干线 220：大电力系统主干线330、500、750:超高压 750:特高压,提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路电抗,，,利于提高线路功率极限和稳定性，增加绝缘成本,2026/1/7 周三,24,南京理工大学,1.2我国的电力系统（3）,电力系统的电压与输电容量和输电距离,线路电压,(,kv,),输送容量,(MV),输送距离,(km),6,0.10.2,415,10,0.22.0,620,35,210,2050,110,1050,50150,220,100500,100300,330,200800,200600,500,10001500,250850,2026/1/7 周三,25,南京理工大学,1.2我国的电力系统（4）,额定电压：发电机、变压器、用电设备等正常运行时最经济的电压,在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压各不相同。,某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的,。,用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。用电设备端压允许在额定电压,U,N,的5%内波动,输电线路的额定电压为线路的平均电压 ,U,N,(1+5%)+U,N,(1-5%)/2=U,N,2026/1/7 周三,26,南京理工大学,1.2我国的电力系统（5）,发电机的额定电压,U,N,(1+5%),变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压，以变比表示为,k=U,1N,/U,2N,一次侧直接与发电机相连：,U,1N,=U,N,(1+5%)35kv,联络（相当于用电设备）：,U,1N,=U,N,二次侧相当于发电机空载,U,2N,=U,N,(1+5%),带负载,U,2N,=U,N,(1+10%)（,内部压降约5%）,Us%7.5,或直接连负载时,U,2N,=U,N,(1+5%),额定电压指主接头的空载电压,2026/1/7 周三,27,南京理工大学,1.2我国的电力系统（6）,我国电力工业的发展方针,继续续发展煤电厂，提高能源效率，减小环 境污染,加速水力资源的开发利用和水电厂的建设,发展核电技术并适度发展核电厂,开发风力和潮汐等可再生能源,加速建设输、配、变电工程，西电东送，促 进区域电网互联，并最终形成全国电力系统,2026/1/7 周三,28,南京理工大学,例题,确定图中电力系统各元件的额定电压,G,M,T,1,T,2,T,3,T,4,10kv,110kv,35kv,10kv,6kv,380v,X,G:10.5kv,T1:10.5/121kv T2:110/38.5/11kv T3:35/6.3kv T4:10kv/400v,M:6kv L:220v,2026/1/7 周三,29,南京理工大学,第一章小结,电力系统由发电机、电网和用户组成，是动力系统的一部分。由于电能不能大量储存、暂态过程迅速，为保证可靠性、安全性和经济性要求，需要合理地对电力系统进行规划、设计、运行调度和故障恢复。,在同一电压等级中，电力系统的各个环节的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。,电力系统分析的任务是建立电力系统的等值模型，计算稳态潮流，并确定故障和扰动对系统的影响。,2026/1/7 周三,30,南京理工大学,第二章电网等值,2.1,概述,2.2,输电线路的等值电路,2.3,变压器和电抗器的等值电路,2.4 发电机等值电路,2.5 负荷模型,2.6,电力网的等值电路,小结,2026/1/7 周三,31,南京理工大学,2.1 概述,本章计算电力线路和变压器的等值电路,假定系统的三相结构和三相负荷都完全对称，即讨论三相电流和电压的正序分量。,2026/1/7 周三,32,南京理工大学,2.2 输电线路的等值电路,2.2.1 输电线路的种类,架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子、金具组成,电力电缆包括三部分：导体、绝缘层、保护层,2.2.2 架空线路的等值电路分布参数与集中参数,单导线线路,分裂导线,2026/1/7 周三,33,南京理工大学,单回线路的等值电路（1）,有效电阻 交流电阻，一般大于直流电阻。原因：集肤效应和临近效应,电力网计算中常采用较大的电阻率。原因：绞线长度比导线长度大23%，实际截面小于额定截面，交流电阻略大于直流电阻。,电阻,（20,）,铜0.00382/,铝0.0036/,2026/1/7 周三,34,南京理工大学,单回线路的等值电路（2）,电抗,导线流过交流电流时，由于导线的内部和外部交变磁场的作用而产生电抗。,循环换位的三相输电线路每相导线单位长度的电抗为,2026/1/7 周三,35,南京理工大学,单回线路的等值电路（3）,D,eq,为三相导线间的互几何间距,r,为导线的计算半径,r,为导线材料的相对导磁系数，有色金属的相对导磁系数为1,第一项为外电抗，第二项为内电抗,2026/1/7 周三,36,南京理工大学,单回线路的等值电路（4）,导线电抗与,r,成对数关系。对不同截面的导线，当,Deq,为常数时，电抗变化不大，工程上常取,x,0,=0.4/km。,Ds,为导线的自几何均距非铁磁材料单股线,Ds=0.779r,非铁磁材料多股线,Ds=0.7240.771r,钢芯铝线,Ds=0.770.9r,计算中常取0.81,r,2026/1/7 周三,37,南京理工大学,单回线路的等值电路（5）,电纳,由导线间的电容和导线与大地间的电容决定。,电容电纳,电缆线路的电纳比架空线路大得多,2026/1/7 周三,38,南京理工大学,单回线路的等值电路（6）,电导,反映由电晕现象和绝缘子泄露引起的有功功率损耗,电晕：导线周围的电场强度超过2.1,kv,/cm,时，导线周围会发生空气电离现象，产生光环，发出放电声。危害：消耗电能、干扰通信、表面腐蚀,电晕产生的有功功率损耗称为电晕损耗。110,kv,以上线路与电压有关的有功功率损耗主要由电晕损耗引起。,2026/1/7 周三,39,南京理工大学,单回线路的等值电路（7）,架空线路产生电晕的临界线电压,，,m1:,导线表面光滑系数。单股线=1，对绞线=0.830.87,m2：,气象系数。干燥晴朗1，恶劣天气=0.8,：空气相对密度,b ：,大气压力（,Pa）(,一个大气压为101325帕),：,空气温度（,）,2026/1/7 周三,40,南京理工大学,单回线路的等值电路（8）,关于电晕损耗的测量和计算是高电压技术讨论的内容。,输电线路电晕损耗（包括泄漏损耗）对应的电导为,2026/1/7 周三,41,南京理工大学,单回线路的等值电路（8）,线路方程及等值电路线路每相的等值参数是沿线路均匀分布的。,l,x,dx,2026/1/7 周三,42,南京理工大学,单回线路的等值电路（9）,距离线路末端,x,处，压降和电流增量为,2026/1/7 周三,43,南京理工大学,单回线路的等值电路10）,线路的传播系数实部反映行波振幅的衰减特性，虚部反映行波相位的变化特性,线路的特征阻抗（也称波阻抗）,2026/1/7 周三,44,南京理工大学,单回线路的等值电路（11）,无损线路的自然功率,自然功率用来衡量线路的输电能力，一般20,kv,以上线路的输电能力大致接近自然功率,行波波长波长时（1500,km），,两端相位差90,2026/1/7 周三,45,南京理工大学,单回线路的等值电路（12）,线路的,型等值电路,x,=,l,时，,2026/1/7 周三,46,南京理工大学,单回线路的等值电路（13）,Z,=,Z,1,l,，,Y,=,Y,1,l,2026/1/7 周三,47,南京理工大学,单回线路的等值电路（14）,等值电路,短线路（35,kv,100km,的架空线路、短电缆线路）,中等长度线路（110330,kv,100300km,架空线路、330,kv,300km,架空线路、100,km,电缆线路,）,2026/1/7 周三,49,南京理工大学,分裂导线,采用分裂导线可增加导线的等值半径,电阻减小,电抗减小,电导减小,2026/1/7 周三,50,南京理工大学,分裂导线,电纳增大,电晕临界电压增大,2026/1/7 周三,51,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,双绕组三相变压器,等值电路参数归算到变压器的一侧，用哪一侧的额定电压，结果就归算到哪一侧,2026/1/7 周三,52,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,三绕组三相变压器,用等值的,Y/Y,接线来分析，并用一相等值电路来反映三相运行情况,额定容量比有三类：100/100/100，100/100/50，100/50/100各绕组的容量比按电压从高到低排列。三绕组变压器的容量指容量最大的绕组的容量。其他绕组的容量是相对于该绕组的容量而言。,2026/1/7 周三,53,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,电阻额定容量比为100/100/100时,2026/1/7 周三,54,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,上述的,Pk,与额定容量相对应。额定容量比为100/100/50，100/50/100时，厂方给出的各绕组间铜耗指容量较小的绕组达到本身的额定电流时的损耗，需,归算到额定容量,下。,2026/1/7 周三,55,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,额定容量比为 100/,50/100 100/100/50,2026/1/7 周三,56,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,电抗（厂方一般提供已折算数据）,2026/1/7 周三,57,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,激磁支路导纳与双绕组三相变压器计算方法一样,2026/1/7 周三,58,南京理工大学,例,一台三相三绕组降压变压器的额定电压为,220/121/11kV,额定容量为,120/120/60MVA,。短路损耗 短路电压百分数 空载损耗 空载电流百分数,求变压器归算到,220KV,侧的参数,2026/1/7 周三,59,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,双绕阻单相变压器铭牌给出的容量、损耗 都是一相的数值，计算参数时，要乘以3，,U,N,仍用线电压。,三绕阻单相变压器与双绕阻单相变压器一样，,S,N,P,K,，P,0,都乘以3，,U,N,仍用线电压。,2026/1/7 周三,60,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,自耦变压器等值电路与三绕阻变压器相同。第三绕阻容量较小，一般短路数据未经折算。,2026/1/7 周三,61,南京理工大学,2.3 变压器和电抗器的等值电路,电抗器,2026/1/7 周三,62,南京理工大学,2.4 发电机等值电路,忽略定子绕组的电阻,用电势源与电抗串联表示,2026/1/7 周三,63,南京理工大学,2.5 负荷模型,综合负荷:变电所用户的等值负荷,负荷模型,静态模型,动态模型,2026/1/7 周三,64,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,基本级多电压级网中各元件处于不同的电压等级，元件参数在所处电压等级求得，需归算到同一个电压等级称为基本级,K:,向基本级一侧的电压/待归算一侧的电压例（教案,25,页,),2026/1/7 周三,65,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,有名制与标么制标么值=有名值/基准值,基准值：,4,个基准值中只有,两个,可以任选,线电压和三相功率相电压和单相功率,2026/1/7 周三,66,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,Z,B,是一相阻抗的基准相值,不同基准下，阻抗标幺值的换算,2026/1/7 周三,67,南京理工大学,答疑,什么是变压器的容量?变压器的容量指容量最大的那个绕组的容量,2026/1/7 周三,68,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,建立标幺值电路的两种方法,（,方法,1,）先归算到一个电压级，再用 一组基准值得到标幺值电路,（,方法,2,）计算各个电压等级的基准 值，然后直接用有名值计算 标幺值电路,共同点：都要先确定电压基准和功率基准,2026/1/7 周三,69,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,（,方法,2,）计算各个电压等级的基准 值，然后直接用有名值计算 标幺值电路,每一级的基准值为,2026/1/7 周三,70,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,（,方法,2,）确定每一级基准电压的依据是什么?非标准变比的概念：变比的标幺值,确定每一级基准电压的依据：,变比的标幺值,=1,例（教案,28,页）,2026/1/7 周三,71,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,问题：,图：电网中出现闭环,解决办法：用线路的平均额定电压作为基准电压，相应的，变压器的变比称为,平均额定变比,平均额定电压（教案,24,页）例：采用平均额定变比计算网络等值电路（教案,25,页）,2026/1/7 周三,72,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,这是一种近似计算方法,误差较小.,用线路的平均额定电压作为基准电压以后,不需要知道其它变压器的信息,只根据局部电网的电压等级就可以计算出本地电网中各个元件的标幺值了.,2026/1/7 周三,73,南京理工大学,2.6电力网的等值电路,作业：对上例中的系统，以,6KV,为基本级，功率基准为,100MVA,，计算,（,1,）采用额定变比的等值电路和标幺值电路,（,2,）采用平均额定变比的等值电路和标幺值电路,2026/1/7 周三,74,南京理工大学,第二章小结,单位长度电力线路电阻、电抗、电导、电纳的物理意义和计算方法。,线路的电晕临界电压。,三类线路的单相等值电路。,变压器等值电路参数。,多电压级网络参数和变量的归算方法。,标么值的定义和计算方法。,2026/1/7 周三,75,南京理工大学,第三章电力系统潮流计算,3.1,电力网的电压降落和功率损耗,3.2,输电线路的运行特性,3.3,简单网络的潮流计算,3.4,电力系统潮流的计算机算法,小结,2026/1/7 周三,76,南京理工大学,3.1电力网的电压降落和功率损耗,潮流计算：确定电网的电压和功率分布,3.1.1 电压降落元件两端电压的相量差。,U,1,U,2,+dU,2,U,2,=U,1,-dU,1,纵分量和横分量,2026/1/7 周三,77,南京理工大学,3.1电力网的电压降落和功率损耗,电压损耗 两端电压的数值差电压偏移 实际电压与额定电压之差(百分比)电压调整 线路末端空载电压与负载电压之差,功率损耗阻抗支路对地支路 线路 变压器,2026/1/7 周三,78,南京理工大学,3.2输电线路的运行特性,空载运行特性忽略电阻和电导时线路末端电压高于始端电压,输电线路的传输功率极限,2026/1/7 周三,79,南京理工大学,3.2输电线路的运行特性,因为,没有有功功率损耗,，所以线路输送的有功功率无功功率（忽略第一式的横分量）,2026/1/7 周三,80,南京理工大学,3.2输电线路的运行特性,提高线路输送能力的途径,提高线路的电压等级,原因:阻抗基准值增大,电抗标幺值减小,代价大,减小线路的电抗,分裂导线,串联电容器,2026/1/7 周三,81,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,辐射型网络电压降落公式中用到同一点的电压和功率,实际电网中往往,只知道负荷功率和供电节点的电压,这时怎样确定各点电压和功率呢?,运算负荷的概念,:,节点电压用线路额定电压计算。例,2026/1/7 周三,82,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,例：辐射型网络,1,2,3,4,S,L1,S,L2,S,L3,已知节点,1,的电压，节点2,、,3,、,4,的负荷功率，求：节点,2,、,3,、,4,的电压，各条线路的功率损耗，以及节点,1,的注入功率。,2026/1/7 周三,83,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,计算例：,V1=10.5KV,2,3,4,P,2,+jQ,2,求：节点1的注入功率。,1,P,3,+jQ,3,P,4,+jQ,4,Z,12,Z,23,Z,24,S,2,=0.3+j0.2MVA,S,3,=0.5+j0.3MVA,S,4,=0.2+0.15MVA,Z,12,=1.2+j2.4,Z,23,=1.0+j2.0,Z,24,=1.5+j3.0,2026/1/7 周三,84,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,闭式电力网电气连接图中存在闭合环路,简单环形网,两端供电网,2026/1/7 周三,85,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,简单环形网,G,T-1,T-2,T-3,L-1,L-2,L-3,1,2,3,4,5,6,2026/1/7 周三,86,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,简单环形网络计算步骤(1)网络的简化(2)用计算负荷计算功率分布(3)电压损耗的计算(4)功率损耗的计算例,2026/1/7 周三,87,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,两端供电网,T-1,T-2,T-3,L-1,L-2,L-3,1,2,3,4,5,6,G,1,G,2,2026/1/7 周三88,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,两端供电网1、概念:循环功率2、两端供电网计算步骤(1)网络的简化(2)求功率分点(3)计算功率分布(4)电压损耗的计算(5)功率损耗的计算例,2026/1/7 周三,89,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,例 已知,V,A1,V,A2,，,计算不计功率损耗和电压损耗时的初始功率分布,A,1,S,2,A,2,I,2,S,1,I,1,Z,I,Z,II,Z,III,S,I,I,I,S,II,I,II,S,III,I,III,1,2,2026/1/7 周三,90,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,例 简单环形网可以看作特殊的两端供电网,2026/1/7 周三,91,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,例,110KV,Z,3,S,B,A,B,G,C,Z,2,Z,1,S,C,Z,1,=2+j4,欧，,Z,2,=3+j6,欧，,Z,3,=4+j8,欧,S,B,=10+j5MVA，S,C,=30+j15MVA，,求潮流分布和,B,点电压,2026/1/7 周三,92,南京理工大学,3.3简单网络的潮流计算,作业,Z,1,=1.7+j3.8,欧，,Z,2,=0.68+j1.52,欧，,Z,3,=0.51+j1.14,欧，,Z,4,=0.9+j0.8,欧,S,C,=2.6+j1.6MVA，S,D,=0.6+j0.2MVAS,E,=0.3j0.16MVA,求潮流分布和最低的节点电压。,A,B,S,E,E,Z,1,Z,2,Z,3,S,C,C,D,S,D,10.5,0,KV,10.4,0,KV,Z,4,2026/1/7 周三,93,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.1 网络方程式,节点类型：,PQ,PV,平衡节点,节点电压方程：方程个数少于回路个数,节点导纳矩阵：,n,节点系统,nxn,矩阵,功率平衡方程：求有功、无功功率偏差,2026/1/7 周三,94,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.1 网络方程式,电压降落公式：知道同一点的电压和功率开式电力网：知道供电点电压和负荷功率 数据不配套需要反复计算实际的电力系统：节点已知量的类型有三种,节点类型：,PQ,节点,m,个,PV,节点,n-m-1,个 平衡节点 1个 哪些量需要计算？,共,n,个节点,2026/1/7 周三,95,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.1 网络方程式,物理量总个数:4,n,已知量个数:2,n,PQ,节点,PV,节点 平衡节点,V 0 n-m-1 1,0 0 1 P m n-m-1 0 Q m 0 0,2026/1/7 周三,96,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.1 网络方程式,未知量个数:2,n,PQ,节点,PV,节点 平衡节点,V m 0 0,m n-m-1 0 P 0 0 1 Q 0 n-m-1 1,2026/1/7 周三,97,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.1 网络方程式,节点电压方程：共,n,个，方程个数少于回路个数,I=YV,I:n,个节点的净注入电流,V:n,个节点的电压,Y:,节点导纳矩阵,n,n,维,2026/1/7 周三,98,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,例:,n=4,T,L,1,L,3,L,2,1,2,3,S,G1,4,G,1,G,2,S,G2,S,L4,S,L1,2026/1/7 周三,99,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,等值电路和节点电压方程,T,y,12,1,2,34,I,1,I,2,I,3,I,4,y,120,y,210,y,13,y,23,y,130,y,310,y,230,y,320,y,34,y,340,y,40,2026/1/7 周三,100,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,简化电路,y,12,1,2,3,4,I,1,I,2,I,3,I,4,y,13,y,23,y,10,y,20,y,34,y,30,y,40,2026/1/7 周三,101,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,节点电压方程,2026/1/7 周三,102,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,节点导纳矩阵,对角元:与节点相连的所有导纳之和 非对角元:支路导纳的负值,2026/1/7 周三,103,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,节点,i,的净注入功率,2026/1/7 周三,104,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,节点,i,的净注入功率,2026/1/7 周三,105,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,节点,i,的净注入功率,问题:功率是用节点电压的幅值和相角表示的,共含有多少个未知量?,2026/1/7 周三,106,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,未知量,2026/1/7 周三,107,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,功率平衡方程组,*对,PQ,节点和,PV,节点可列出,n-1,个有功 功率方程*对,PQ,节点可列出,m,个无功功率方程,n+m-1,个方程联立,求解,n+m-1,个未知量.,2026/1/7 周三,108,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,功率平衡方程组求出,n-1,个节点的电压幅值和相角以后，所有节点的电压幅值和相角都已确定，然后计算,*,n-m-1,个,PV,节点的无功功率*平衡节点的有功功率和无功功率.,2026/1/7 周三,109,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,功率平衡方程组：有功功率,.,2026/1/7 周三,110,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,功率平衡方程组：无功功率,.,2026/1/7 周三,111,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,功率平衡方程组计算机计算潮流就是求解这个方程组.,2026/1/7 周三,112,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,功率平衡方程组方程组简记为,f(x)=0,2026/1/7 周三,113,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,在解附近二次收敛,单变量非线性方程的求解,多变量非线性方程组的求解,Jacobi,矩阵,修正方程：求节点电 压修正量,2026/1/7 周三,114,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,单变量非线性方程的求解f(x),0,x,x,(0),x,(1),x,(2),x,(3),f(x,(0),),f(x,(1),),f(x,(2),),f(x,(3),),2026/1/7 周三,115,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,单变量非线性方程的求解初值：,x,(0),2026/1/7 周三,116,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,单变量非线性方程的求解,2026/1/7 周三,117,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,单变量非线性方程的求解,k=0,1,2,.,中止条件:|,x,(k+1),-x,(k),|,2026/1/7 周三,118,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,多变量非线性方程的求解初值：,x,(0),=x,1,(0),，x,2,(0),，,x,n,+m-1,(0),T,2026/1/7 周三,119,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,多变量非线性方程的求解,2026/1/7 周三,120,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,多变量非线性方程的求解,2026/1/7 周三,121,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,多变量非线性方程的求解,2026/1/7 周三,122,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,多变量非线性方程的求解,2026/1/7 周三,123,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,多变量非线性方程的求解,k=0,1,2,.,中止条件:|,x,(k+1),-x,(k),|,2026/1/7 周三,124,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,修正方程：求节点电 压修正量（功率平衡方程组见,106,页）,2026/1/7 周三,125,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,修正方程：求节点电 压修正量,J,矩阵：,2026/1/7 周三,126,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,修正方程：求节点电 压修正量,2026/1/7 周三,127,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,功率平衡方程组取每次迭代的修正量为,2026/1/7 周三,128,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,修正方程：求节点电压修正量,J,矩阵各块的维数不变：,2026/1/7 周三,129,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.2 牛顿-拉夫森法,元素在形式上较相似：,2026/1/7 周三,130,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,计算步骤：,开始,电网等值，形成节点导纳矩阵,置电压幅值、相位初值,计算,J,矩阵和电压修正量,最大不平衡功率足够小？,计算平衡节点功率，,PV,节点无功功率和线路损耗功率,Y,N,2026/1/7 周三,131,南京理工大学,3.4电力系统潮流的计算机算法,3.4.3 大作业任务:用牛顿-拉夫森法计算一个4机系统的 潮流,编写计算程序,完成程序调试,给出计算结果,交上程序和结果（可以是电子文件）,总成绩中大作业占10分,2026/1/7 周三,132,南京理工大学,第三章小结,本章的重点内容为,电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整、运算负荷功率、运算电源功率等概念,电力线路和变压器中电压降落和功率损耗的计算,辐射型网、简单环网和两端供电网的潮流计算,牛顿-拉夫森法计算复杂电力系统潮流,2026/1/7 周三,133,南京理工大学,第四章 电力系统运行方式的调整和控制,问题,电力系统中各台发电机发出的有功功率怎么确定出来?,确定变压器变比的依据是什么?,2026/1/7 周三,134,南京理工大学,第四章 电力系统运行方式的调整和控制,4.1电力系统有功功率和频率调整,4.2电力系统无功功率和电压调整,小结,2026/1/7 周三,135,南京理工大学,4.1电力系统有功功率和频率调整,有功功率和频率调整的基本概念,电力系统的频率特性,电力系统的频率调整,各类发电厂的合理组合,电力系统有功功率的经济分配,2026/1/7 周三,136,南京理工大学,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,频率变化对电力系统的影响,用户侧,异步电动机的空载转速,恒转矩负荷的电动机功率,电子设备的计时,供电侧,电厂锅炉与水泵、风机,汽轮机的额定转速与共振,变压器的励磁电流增加,2026/1/7 周三,137,南京理工大学,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,频率与有功功率平衡,M,T,角速度,：原动机的机械功率,M,E,角速度,：,发电机的电磁功率,M,T,M,E,2026/1/7 周三,138,南京理工大学,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,允许的频率偏差范围,|,f|0.5Hz,有功功率平衡,2026/1/7 周三,139,南京理工大学,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,有功负荷的变化及其调整,第一种负荷变化由调速器调整：频率的一次调整,第二种负荷变化由调频器调整：频率的二次调整,第三种负荷变化电力系统的经济运行调整,2026/1/7 周三,140,南京理工大学,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,有功负荷的变化及其调整,第一种负荷曲线,第二种负荷曲线,第三种负荷曲线,实际负荷曲线,2026/1/7 周三,141,南京理工大学,4.1.1有功功率和频率调整的基本概念,备用容量：电源容量大于发电负荷的部分最大负荷,P,M,备用：负荷备用：25%事故备用：510%检修备用：45%国民经济备用：35%,总备用,：1520%,P,M,热备用,冷备用,2026/1/7 周三,142,南京理工大学,4.1.2电力系统的频率特性,负荷的,P-f,静态特性,f=,f,N,时，系统总有功负荷,P,DN,频率为,f,时：,稳态时，称为负荷的静态频率特性,2026/1/7 周三,143,南京理工大学,4.1.2电力系统的频率特性,负荷静态频率特性的线性表示|负荷的频率调节效应系数,P,DN,f,N,2026/1/7 周三,144,南京理工大学,4.1.2电力系统的频率特性负荷的,P-f,静态特性标幺值形式 一般为13,2026/1/7 周三,145,南京理工大学,4.1.2电力系统的频率特性,负荷的,P-f,静态特性例：,系统负荷中30%与频率无关，40%与频率一次方成正比，10%与频率二次方成正比，20%与频率三次方成正比。求系统频率从额定频率50,Hz,降到48,Hz,时，负荷功率变化的百分值，以及负荷的频率调节效应系数。,2026/1/7 周三,146,南京理工大学,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的,P-f,静态特性调速器,蒸汽,A,O,B,D,E,2026/1/7 周三,147,南京理工大学,4.1.2电力系统的频率特性,发电机组的,P-f,