电能系统基础
第2章 电力系统元件及其参数
输电线路
电力变压器
同步发电机
负荷
多电压等级网络等值
2.1 概述
电力系统分析计算的一般过程:
元件参数:表述元件电气特征的参量;
数学模型:元件或整个系统物理模型的数学描述。
建立数学模型 电力系统
运行状态
元件参数
等值电路
2.2 输电线路(1)
单位长度基本参数
? 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。
? 电导-用来描述绝缘子表面泄漏损耗和导线
电晕损耗的参数,是线路并联参数。
2.2 输电线路(2)
? 电纳-输电线相间及相对地之间有一定电
容存在,因而存在容性电纳,电纳是并联
参数。
? 电抗-导线通过交流电流时,在导线及其
周围产生交变磁场,因而有电感和电抗,电
抗是串联参数。
2.2.5 输电线路的等效电路
(1)? 1,II型和 T型等效电路
?
?
?
????
????
ljblgjBGY
ljxlrjXRZ
11
11
适用范围:长度在 100~ 300km之间的架空线路,或长度
小于 100km的电缆线路。
2.2.5 输电线路的等效电路
(2)2.一字型等效电路(长度小于 100km的架空线路)
忽略并联电容,只考虑串联阻抗。
? 3,分布参数 (长度大于 300km的架空线路,或长度大
于 100m的电缆线路 )
2.3 电力变压器
? 2.3.1 双绕组变压器
2.3.1 双绕组变压器( 1)1)短路实验测定电阻、电抗
归算到一次侧的电阻、电抗分别为:
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
N
Ns
N
Ns
S
UU
X
S
UP
R
2
10
0
2
2
1
100
1000
2.3.1 双绕组变压器( 2)? 2)空载实验测定电导、电纳
归算到一次侧的变压器电导、电纳为:
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
2
1
0
0
0
3
2
1
0
1 0 0
10
N
N
m
N
m
U
SI
B
U
P
G
2.3.2 三绕组变压器 (1)
? 三绕组变压器等效电路:
2.3.2 三绕组变压器 (2)
? 1,空载实验测定电导和电纳:
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
2
0
0
0
3
2
0
100
10
N
N
m
N
m
U
SI
B
U
P
G
2,短路实验测定各绕组阻抗:
因为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:
2.3.2 三绕组变压器 (3)
? 因此 各绕组的短路损耗和短路电压百
分比为:
?
?
?
?
?
??
??
??
?
?
?
3232
3131
2121
sss
sss
sss
PPP
pPP
PPP
?
?
?
?
?
??
??
??
?
?
?
0
0
30
0
20
0
32
0
0
30
0
10
0
31
0
0
20
0
10
0
21
sss
sss
sss
UUU
UUU
UUU
? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
???
???
???
???
???
2132313
3132212
3231211
2
1
2
1
2
1
ssss
ssss
ssss
PPPP
PPPP
PPPP ? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
???
???
???
???
???
0
0
210
0
320
0
310
0
0
0
310
0
320
0
210
0
2
0
0
320
0
310
0
210
0
1
2
1
2
1
2
1
ssss
ssss
ssss
UUUU
UUUU
UUUU
2.3.2 三绕组变压器 (4)
? 由此可得三绕组变压器等效电阻、
等效电抗分别为:
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
2
2
3
3
2
2
2
2
2
2
1
1
1000
1000
1000
N
Ns
N
Ns
N
Ns
S
UP
R
S
UP
R
S
UP
R
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
N
Ns
N
Ns
N
Ns
S
UU
X
S
UU
X
S
UU
X
2
0
0
3
3
2
0
0
2
2
2
0
0
1
1
100
100
100
2.3.2 三绕组变压器 ( 5)
三绕组变压器特点:
1.升压变压器低压侧绕组或降压变压器中压侧绕组
的等效漏抗很小或为负值。
2.三个绕组的容量有三类:
(1) 容量比为 100/100/100;
(2) 容量比为 100/100/50;
(3) 容量比为 100/50/100;
必须先将所有短路试验数据折算至统一的额定
容量下。(书 72页)
2.3.3 自耦变压器 (1)
? 自耦变压器的变压比为:
c
sc
N
N
N
N
I
I
U
Uk
?
?? ????
1
2
2
1
12
???
?
???
? ??
12
11
k
k b
效益系数:
2.4 同步发电机
? 同步发电机的参数和数学模型有:1,稳态运行参数和数学模型。
2,电磁暂态过程参数和数学模型。
3,机电暂态过程参数和数学模型。
及数学 模型(图)
2.4.1 同步发电机稳态运行参
数及数学 模型( 1)? 1,隐极同步发电机稳态运行参数及数学模型
?
2.4.1 同步发电机稳态运行参
数及数学模型( 2)
? 隐极机电压方程:
?
? ?IjxrUE dq ??? ???
:同步发电机直轴同步电抗。
dx
物理意义:将转子励磁绕组开路,定子三相施加三相
对称电流并使其产生的定子合成磁通产生单纯 d轴磁
场时,任意一相定子绕组的电抗。
及数学模型( 3)
? 2,凸极同步发电机稳态运行参数及数
学模型
数及数学模型( 4)
? 凸极机电压方程:
?
? ? ? ? dqdqq IxxjIjxrUE ???? ??????
:同步发电机直轴同步电抗;
,同步发电机交轴同步电抗 。
dx
qx
物理意义:将转子励磁绕组开路,定子三相施加三相
对称电流并使其产生的定子合成磁通产生单纯 q轴磁场
时,任意一相定子绕组的电抗。
2.4.2 同步发电机电磁暂态参
数(1)
? 1.同步发电机暂态电抗
dx?
2.4.2 同步发电机电磁暂态参
数(2)
adsd xxx ??
f
ad
d
fsad
fsad
sd x
x
x
xx
xx
xx
2.
??
?
???
2.4.2 同步发电机机电暂态参
数( 1)
? 2,同步发电机 d轴次暂态电抗及 q轴次暂
态电抗
2.4.2 同步发电机机电暂态参
数( 2)
? 次暂态电抗等效电路:
QSaq
QSaq
sq
Dsfsad
sd
xx
xx
xx
xxx
xx
?
????
??
????
111
1
2.5 负荷 (1)
? ),fuFP pL ?
? ),fuFQ QL ?
静态负荷模型:
2.5 负荷 (2)
? 几种广泛采用的负荷静态模型:
LLLLL jQPIUS ??? ??
? ? LLLL
L
L
LL
L
L
L
D jxRjQPS
U
jQP
U
S
UZ ????
?
??
? 2
222
~
1.恒功率负荷模型:
2.恒阻抗负荷模型:
2.6 标幺值? 在电力系统的分析计算中,需将网络元件按各
自的等效电路代换,按实际联结方式连接,从而得到
整个网络的等效电路,即可对该网络进行分析计算。
? 如图 2- 31中图 b为图 a的等效电路图。
对实际的等效网络还需解决以下两个问题:
一,参数归算的问题。
二,标幺值
2.6 标幺值 (图)
2.6.1 多电压等级网络中参数
归算( 1)
( 1)基本级(基准级)
归算各元件参数形成多电压等级电力网等效电路时
指定的某一电压等级。
( 2)归算原则:
归算前后功率保持不变(功率无需归算)
2.6.1 多电压等级网络中参数
归算( 2)
? ?
? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?????
??????
?????
??????
n
n
n
n
kkkII
kkkUU
kkkYY
kkkZZ
21
21
2
21
2
21
( 3) 参数归算方法,
设某电压等级与基准级之间串联有变比为
k1,k2,…,kn的 n台变压器,则
注:各变压器变比为靠近基准级一侧的电压与靠近需归
算一侧的电压之比。
2.6.1 多电压等级网络中参数
归算( 3)(4) 计算步骤(例 2- 6)
1,选取基准级;
2,计算各元件归算前参数;
3,求各串联变压器变比;
4,归算各元件参数到基准级;
5,画出等效电路图。
2.6.2 电力系统标幺值(1)
?
基准值
有名值标幺值 ?
( 1)有名值和标么值
有名值:具有量纲的实际值
标么值:无量纲的相对值
( 2)标么值定义及表示
标么值表示:相应符号加一右下标,*”;
基准值表示:相应符号加一右下标,B”.
2.6.2 电力系统标幺值(2)( 3)基准值选取原则:
1,基准值的单位要与有名值的单位相同。
2,全系统只能有一套基准值。
3,一般取额定值为基准值。
4,电压、电流、阻抗(导纳)和功率的基准值之间
必须满足电路的基本关系。
2.6.2 电力系统标幺值(3)? 5,一般选择线电压、线电流和三相功率为电压、电流、功率的基准值。
? 6.按照上述要求选择的基准电压、基准电流、基准
功率之间满足以下关系:
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
B
B
BBB
BBB
Y
Z
ZIU
IUS
1
3
3
通常计算中,选定三相功率和线电压基准值为:
和,其余三个由以上关系确定。
BS
BU
2.6.2 电力系统标幺值( 4)
? 这样各参数的标幺值为:
?
2
B
B
U
SZZ ??
B
B
S
UYY 2??
B
B
S
UII 3??
实际应用:
功率的基准值取某一整数,如 100,1000等,单
位为 MV.A;
电压基准值取基准级的额定电压。
2.6.2 电力系统标幺值( 5)? ( 4)采用标么值归算多电压等级电网等效电路的计算
步骤( 例 2- 7):
? 1,求出各元件参数未归算的有名值;
? 2,将元件参数归算到基准电压级;
? 3,选取功率和电压的基准值;
? 4,确定各元件标幺值。
2.6.2 电力系统标幺值( 6)? ( 5), 就地归算, 法(归算和取标幺值同时进行)
? 设某元件阻抗的有名值为 Z,该元件所在电压
级与基准级之间串有电压比为k 1,k 2 … k n 的n台
变压器,该参数在基准级下的归算值为,取基准
电压为基准级额定电压,则归算后的标幺值为:
Z?
BZ
ZZ ???
2
2
21 )(
B
B
n U
SkkkZ ???
2
21
)(
n
B
B
kkk
U
S
Z
?
??
2
B
B
U
S
Z
?
?
2.6.2 电力系统标幺值( 7)? 可见,对多电压级系统取标幺值运算时,无需
先将参数进行归算,只要求出各电压级的基准电压值,
就可直接用上述公式求得元件的参数标幺值。
? 除基准级基准电压是选定的以外,其它每个电
压等级都有了一个基准电压,
)( 21 n
B
B kkk
UU
???
注:这个基准电压为 基准级 的基准值 归算到 所
计算 电压 级 的基准值
BU?
BU?
BU
2.6.2 电力系统标幺值( 8)? (6)“就地归算, 法的计算步骤(例 2- 8):? 1 选取 和 ;
? 2 确定各计算级的电压基准值 ;
? 3 计算各元件未归算时的参数;
? 4 计算各元件参数标幺值。
BU
BU?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
B
B
B
B
B
B
S
U
II
S
U
YY
U
S
ZZ
3
2
2
BS
实质,用基准值归算代替元件参数归算
2.6.2 电力系统标幺值( 9)? ( 7)不同基准值下的标幺值的换算问题:
? 若某元件以额定参数, 为基准的标幺值
为,则该元件换算到统一基准, 下的标幺
值为:
? ??NX BS BU
NS NU
? ? ? ? ? ? ??
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
????? ???
N
B
B
N
N
B
B
N
N
NB S
S
U
U
X
U
S
S
U
XX
2
2
2
2.6.2 电力系统标幺值( 10)? 电力系统常用元件的标幺值计算(例 2- 9):
???
?
???
?
???
?
?
???
?
??
GN
B
B
GN
GG S
S
U
UXX
2
2
2
0
0
22
2
100
1 0 0 0
B
B
TN
TNS
T
B
B
TN
TnS
T
U
S
S
UU
X
U
S
S
UP
R
???
???
?
?
B
B
TN
TN
T
B
B
TN
T
S
U
U
SI
B
S
U
U
P
G
2
2
0
2
2
0
1 0 0
1 0 0 0
0
0
???
??
?
?
1.精确计算(按变压器实际变比计算):
1)发电机:
2)变压器,
2.6.2 电力系统标幺值( 11)
? 3)线路:
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
21
21
B
B
L
B
B
L
U
S
lxX
U
S
lrR
GN
B
GG S
SXX ???
2,近似计算法(变压器变比为各电压等级的额定
电压平均值之比):
1)发电机:
2.6.2 电力系统标幺值( 12)
? 2)变压器:
21 0 0 0
TN
BS
T S
SPR ???
TN
BS
T S
SUX ???
1 0 0
00
B
TN
T
B
T
S
SI
B
S
P
G
??
??
?
?
1 0 0
1
1 0 0 0
0
0
0
0
? ? ? ?
? ? Br a tL
r a tLB
r a tLBL UI
UI
XX
?
?? ?
?
?? )(
3)电抗器: