華電-電力系統(tǒng)-馬進老師-教案-第二章

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第二章 電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型教學(xué)目的：1、掌握發(fā)電機、變壓器、輸電線路及負荷的運行特性和數(shù)學(xué)模型；2、了解各類模型的適用范圍；樹立正確的電力系統(tǒng)仿真觀點；3、了解建立電力系統(tǒng)模型的方法。教學(xué)內(nèi)容：1、發(fā)電機組的運行特性和數(shù)學(xué)模型；2、變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型；3、電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型；4、負荷特性及數(shù)學(xué)模型；5、建立電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型。第一節(jié) 發(fā)電機的運行特性和數(shù)學(xué)模型一. 1、隱極機： d-q軸對稱， =，：直軸電抗； ：交軸電抗； ；2、凸極機： ，確定q軸，虛構(gòu)電勢=二. 隱極發(fā)電機的運行限額和數(shù)學(xué)模型（發(fā)電機的D形圖）1、（1）在額定狀況下做發(fā)電機

2、的向量圖（2）將向量三角形等比例放大，在圖上表示出功率因數(shù)角、額定有功和額定無功（3）發(fā)電機運行的其他約束條件：a.定子繞組溫升約束：定子繞組溫升取決于定子繞組電流，即取決于發(fā)電機的視在功率。b.勵磁繞組溫升約束：勵磁繞組溫升取決于勵磁電流，也就是取決于發(fā)電機的空載電勢。c.原動機功率約束：原動機功率不能超過發(fā)電機的額定功率。d.其他約束：進相運行時，定子端部溫升，故要限制進相運行幅度。2、發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型在穩(wěn)態(tài)情況下，發(fā)電機就是一個電源，其數(shù)學(xué)模型是：P+jQ三、凸極式發(fā)電機的運行限額和數(shù)學(xué)模型對圖2-7，首先要證明投影PN、QN就是根據(jù)算出的有功與無功注意勵磁約束第二節(jié) 變壓器參數(shù)和數(shù)學(xué)模

3、型一、雙繞組變壓器參數(shù)和數(shù)學(xué)模型1、：短路損耗銅耗 （銘牌參數(shù)） 2、3、 ：MVA。 若以kW為單位，則有：4、變壓器空載時，等值阻抗中電納很小，很小，故二、三繞組變壓器1、等值電路2、按容量比有三種不同類型：.100/100/100 .100/100/50 .100/50/100；目前是兩兩短路試驗測得的短路損耗，如果是類型：然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻。對于第類第類變壓器，因為總是在做實驗時，讓容量小的一方達到額定電流，因此首先將功率歸算到額定電流側(cè)。（此處舉例題）3、電抗（1）繞組排列方式升壓變壓器：中壓繞組最靠近鐵芯，低壓繞組居中，高壓繞組在最外層；降壓變壓器：低壓繞組

4、最靠近鐵芯，中壓繞組居中，高壓繞組在最外層； a.考慮絕緣，所以高壓繞組在最外層 b.減小漏抗（2） 三、自耦變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型1、自耦變壓器參數(shù)和等值電路的確定和普通變壓器無異2、容量歸算：三繞組自耦變壓器的第三繞組容量總小于變壓器的額定容量所以如果銘牌參數(shù)沒有經(jīng)過容量歸算，必須對功率與短路電壓進行容量歸算。四、講解P39，例2-2第三節(jié) 電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型一、電力線路結(jié)構(gòu)架空線：圖2-13，P41 電纜：圖2-14，P411、架空線：（1）多股導(dǎo)線，絞線：LGJ400/5（鋁鋼芯載流部分額定截面積400/鋼芯部分額定截面積50）；LGJJ（加強）；LGJQ（輕型）（2）鋼芯鋁絞線

5、：a.鋼芯承載，拉伸；b.鋁的導(dǎo)電性較好；c.電流的趨膚效應(yīng)（3）擴徑導(dǎo)線：減小電暈，增大截面積；E正比于1/R，場強與半徑成反比分裂導(dǎo)線：將每相導(dǎo)線分裂成很多根，并將它們布置在半徑為的圓周上 2、絕緣子： a.針式絕緣子：電壓不超過35kv；b.懸式絕緣子：成串使用，用于電壓35kv及以上的線路上絕緣子片數(shù)與電壓等級有關(guān)，規(guī)程規(guī)定如下表：35kv線路60kv線路110kv線路220kv線路330kv線路500kv線路不少于3片不少于5片不少于7片不少于13片不少于19片不少于25片3、換位問題如果不換位，a、b、c三相間的距離永遠是ab，bc小，ac大，影響電感；進行整換位循環(huán)后，ab，bc

6、，ca的距離對稱；滾式換位：P44，圖2-214、電纜（1）優(yōu)點：占用土地面積少，供電可靠（不易受到外界氣候及人力干擾）缺點：造價高（2）電纜的構(gòu)造一般分為：導(dǎo)體、絕緣層、包護層110kv及以上電壓級的線路采用充油電纜：導(dǎo)體中空，內(nèi)部充油二、電力線路的阻抗線路參數(shù)有：a.串聯(lián)時，電阻、電感 b.并聯(lián)時，電納，容納1、有色金屬導(dǎo)線架空線路的電阻（1）有色金屬導(dǎo)線：鋁線、鋼芯鋁線和銅線（2）每相單位長度的電阻： r1：導(dǎo)線單位長度的電阻 S：截面積：電阻率（鋁：=31.5，銅：=18.8）（3）鋼芯鋁線的電阻，由于可只考慮主要載流部分鋁線部分的載流作用，可認為與同樣額定截面積的鋁線相同。（4）手冊

7、提供20攝氏度時的電阻2、有色金屬導(dǎo)線單相架空線路電抗 ur:相對導(dǎo)磁系數(shù)，空氣ur =1； u0：真空導(dǎo)磁系數(shù)； 導(dǎo)磁系數(shù)u=u0ur日3、有色金屬三相架空線路的電抗：三相導(dǎo)線的幾何平均距離注意：（1）xr與幾何均距、導(dǎo)線半徑之間為對數(shù)關(guān)系，放大10倍，取對數(shù)也就是1，所以導(dǎo)線的布置方式、導(dǎo)線的截面積大小對線路電抗沒有顯著影響；（2）架空線路的電抗一般在0.4左右4、分裂導(dǎo)線三相架空線路電抗其中：P51，圖2-27：（1）隨分裂導(dǎo)線數(shù)的增多，電抗下降，但一開始隨著分裂導(dǎo)線的增多，電抗下降得很陡，而導(dǎo)線分裂數(shù)超過3到4根時，電抗下降逐漸減緩。（2）幾何均距增大，同樣可以減小電抗5、鋼導(dǎo)線三相架

8、空線路的阻抗（1）電阻：鋼導(dǎo)線導(dǎo)磁，交流電流流過鋼導(dǎo)線時，集膚效應(yīng)和磁滯效應(yīng)很突出；鋼導(dǎo)線的電阻不是常數(shù)，而為電流的函數(shù)；（2）電抗：單位長度外電抗+內(nèi)電抗，查手冊三、電力線路的導(dǎo)納1、單相架空線路的電納 圖2-30：Dab就是ab導(dǎo)線間的距離2、三相架空線路的電納 ：幾何均距3、分裂導(dǎo)線線路電納分裂導(dǎo)線等效地增大了導(dǎo)線半徑，從而增大了每相導(dǎo)線的電納4、架空線路的電導(dǎo)架空線路電容是由于架空線路電壓形成，電導(dǎo)G，意味著IG=GV，對地有電流，所以線路的電導(dǎo)取決于沿絕緣子串的泄漏和電暈。（1）線路實際運行電壓高于電暈臨界電壓時，將發(fā)生電暈：空氣擊穿；（2）三相導(dǎo)線水平排列時，中間相易于發(fā)生電暈；（

9、3）一般設(shè)計時需滿足晴朗天氣不發(fā)生電暈，同此可設(shè)g=0四、電力線路的數(shù)學(xué)模型1、已知單位長度的電阻、電抗、電納、電導(dǎo)，就可以作出線路等值電路圖，線路的等值電路與線路的長度有關(guān)：（1）一般線路的等值電路：中等及中等以下長度線路；對架空線路，長度大的為300km；對電纜線路，大約為100km。如果架空線路長度不超過100km，略去對地支路（G、B支路）；中等長度線路：長度在100300km之間架空線，不超過100km電纜；（2）長線路的等值電路長線路：長度超過300km的架空線路，超過100km的電纜線路推導(dǎo)公式雙端口網(wǎng)絡(luò)與型/T型等值電路根據(jù)P67，（2-58）與的表達式，作出等值電路。物理實質(zhì)

10、：長線路不能看作集中參數(shù)電路，只能看作分布參數(shù)電路，在集中參數(shù)前面乘以系數(shù)Kr、Kx、Kb。2、波阻抗和自然功率（1）假設(shè)：無損耗電路，=0，=0（2）特性阻抗Zc，在無損耗電路變成一個純電阻：波阻抗。傳播系數(shù)r：僅有虛部，稱為相位系數(shù)（3）自然功率：波阻抗負荷，負荷阻抗為波阻抗時，該負荷消耗的功率單導(dǎo)線兩分裂三分裂四分裂波阻抗385415歐285305歐275285歐255265歐220kv線路，采用單導(dǎo)線，波阻抗400歐，自然功率：120MW500kv線路，四分裂導(dǎo)線，波阻抗260歐，自然功率：1000MW（4）由此可見：線路長度為1500km時，始末端電壓的相位差為；線路長度為6000k

11、m時，始末端電壓差一個周波，即波形重合；在系統(tǒng)運行中，如果線路輸送的功率接近自然功率，那么線路末端電壓與始端電壓接近；如果輸送功率大于自然功率，線路末端電壓低于始端；如果輸送功率小于自然功率，線路末端電壓將高于始端。五、負荷的運行特性和數(shù)學(xué)模型1、負荷的概念（1）物理概念：千萬個用電設(shè)備消耗功率的總和（工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、居民）電力系統(tǒng)的綜合用電負荷；供電負荷（發(fā)電廠應(yīng)供應(yīng)的功率）= 綜合用電負荷 + 網(wǎng)損；發(fā)電負荷（發(fā)電機應(yīng)發(fā)的功率）= 供電負荷 + 廠用電（2）負荷曲線：負荷隨時間而變化的規(guī)律 按種類：有功負荷曲線/無功負荷曲線； 按時間段長短分：日負荷曲線/年負荷曲線； 按計量地點分：個別

12、用戶、電力線路、變電所、發(fā)電廠及整個系統(tǒng)（3）負荷曲線的作用：講解圖2-43（P72），制定發(fā)電廠的發(fā)電負荷計劃（4）不同負荷，其負荷曲線的特點：圖2-44（a-d） ：最大負荷功率；日負荷曲線中的最大負荷功率所有不同類型負荷最大功率之和（5）無功功率日負荷曲線：P73，圖2-45；無功與有功不一定同時出現(xiàn)。（6）有功功率年負荷曲線：年最大負荷曲線：一年內(nèi)每月最大有功功率負荷變化曲線。2、負荷的靜態(tài)特性和數(shù)學(xué)模型（1）負荷特性：負荷功率隨負荷端電壓或系統(tǒng)頻率變化而變化的規(guī)律，分為有功特性和無功特性，或分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。（2）負荷靜特性：超越函數(shù)或多項式指數(shù)模型：多項式模型： 六、電力網(wǎng)絡(luò)

13、的數(shù)學(xué)模型1、標幺制：取基準，用相對值計算； 有名制：用有單位的物理量進行計算；轉(zhuǎn)換關(guān)系：標幺值 = 有名值/基準值（1）標幺制的特點：三相線路中，線電壓、線電流的標幺值與相值相同；所有有名值的物理規(guī)律仍然成立2、有名值的電壓級歸算：不同變壓器等級歸算到同一等級3、標幺值的電壓級歸算兩種方法：a.將所有的元件都歸算到同一電壓等級下基本級：然后除以與基本級相對應(yīng)的基準值；b.選一個基準值，將基準值折算到各個電壓等級。通過例題2-6講解這兩種方法：求解步驟：（1）作出每一種元件的等值電路，歸算到相應(yīng)的電壓等級（有名值）；（2）采用方法a，即有名值全部歸算到220kv側(cè)后，取基準功率SB=1000MVA，UB=220kv；得到，可求出每一元件的標幺值；（3）采用方法b,將基準值歸算到每一電壓等級，得到該電壓等級下的阻抗基準，可求得。對比表2-5中例1與例2的不同求法。例1是歸算到同一電壓等級下，因此基準用220kv（同一電壓等級下）的基準；而例2是將電壓等級歸算到各個等級，如，所以 七、等值變壓器模型及應(yīng)用1、為什么要用等值變壓器模型。（1）上一節(jié)講的有名值電壓等級歸算的缺點：一旦變壓器變比改