第四章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和計算

包括兩個方面：電力系統(tǒng)潮流計算和分析；電力系統(tǒng)頻率調(diào)整和電壓調(diào)整。

第一節(jié)簡單電力網(wǎng)的潮流分析和計算

潮流計算：根據(jù)給定的負荷（包括有功和無功功率）、發(fā)電機功率以及母

線電壓有效值，求解電力網(wǎng)其它各母線電壓、各條線路的功率及功率損耗等。

一、電力線路運行狀況的計算

設(shè)有一條短線路，已知末端電壓和末端功率，求始端電壓和始端功率。

求解步驟：

1）作等值電路

R+jX

2）求線路阻抗Z=R+jX

■

3）在等值電路圖中標(biāo)出各支路的功率符號（從S,開始）。如圖:

S2=M+/Q

stR+jX

4)根據(jù)已知條件=Pe+jQc、⑦,求5廣片+雙1和Ui。

(i)求阻抗支路中的功率損耗

.P2+Q2S口,P2+Q2

A=2&2R+J_2_____2X

ZU2U2

22

=AP+j\Q

zz

(2)求始端功率。

S=S+AS=(P4-ye)+(AP4-JA0)

11z11zz

=(P+AP)+，(Q+AQ)

1Z1z

=p+jQ

11

(3)求始端電壓匕工。

從線路的等值電路圖中可以看出，女[應(yīng)等于UI與線路阻抗壓降的相

量和，即：

????P-jQ

U、=U°+AU=U°+Z_2------------2

iy

2

f]U?.=U2

設(shè)Ui為參考電壓，即(與實軸重合)。

則：

I=5+△)=S+zPLJQ】

5

2

PR+QXPX-OR

U、=U+(-2----------2--)47*-2___2--=((/+AU')+"[T

22

縱分量橫分量

自此，我們可以畫出電力線路的電壓相量圖

從相量圖中可以看出：

U=」(U+AU')2+(5U')2

1V2

??

4和間的相位差為：3=次.防吟廣

2

自此，我們完成了簡單開式電網(wǎng)潮流計算的全過程，在已知負荷

側(cè)功率和電壓的條件下，阻抗支路的功率損耗、阻抗支路的電壓降落，

最后求出了始端電壓和始端功率。

二、電壓質(zhì)量指標(biāo)計算

1、電壓降落：線路始末兩端的相量差：

余=良一后

電壓降落是相量，它有兩個分量：

電壓降的縱分量：

3

5a'』x-QW

電壓降的橫分量：a

2、電壓損耗：線路始末兩端的數(shù)值差，常以百分數(shù)表示

U-U

12100%

U

N

3、電壓偏移：任意一點的實際電壓有效值與線路額定電壓有效值的差值（U-U）

N

稱為電壓偏移。它與額定電壓的比值的百分數(shù)：

電壓儂%=與2100％

UM

電壓儂％里二

例1額定電壓UOkv、長度50km的單回輸電線路，已知線路末端

負荷S=60+j5MVA，電壓U2=110kV,如圖所示。線路參數(shù)為：

2

r=0.17Q/km,x=0.38Q/kmo試求線路始端電壓U和功率f

iii1

以及線路的電壓降落、線路的電壓損耗、線路始末端電壓偏移。

5,，=60+j5?VA

|八二10kV

解：

1、作出等值電路

4

2、計算線路參數(shù)

輸電線路的電阻、電抗分別為

/?=0.17x50=8.5（0）

X=0.38x50=19（。）

3、在等值電路中標(biāo)出各支路的功率符號

R+jXS2=2JQZ

Q-

4、根據(jù)已知條件，,=60+j5MVA,電壓U2=110kV。計算始端功率和

s

2

始端電壓。

1）求線路阻抗支路功率損耗

?(SV(SV602+52602+52(MVA)

應(yīng)二田廠+包JX=----*x8.5+；-----x19=2.55+J5.69

2）求線路始端功率

(MVA)

S=S+AS=60+；5+(2.55+J5.69)=62.55+;10.69

12Z

5

3）求線路始端電壓

R2

G+j北，'-5+-g-t°-4j坐彳處

Ui

■110_60X8.5+5X19?：60X19—5乂8.5

noJ-no-

-110+5.5+j9.98(kV)

=115.5+i9.98(kV)

畫線路電壓相量圖

U】=J(5+&/)」+?「=4115.52+9.982=115.93(kV)

身」M9二98_O

4=坂.區(qū)下在，=tg=4.9

115.5

答:

U1=115.9(kV)an4.9°

S]=62.55+jlO.69MVA

下面我們再求幾個指標(biāo)：

1、電壓降落：輸電線路始末兩端電壓的相量差稱為電壓降落,

6

ku=u-ir

12

■■■

LU=U\-Uy=(115.5+j9.98)-110^:5.5+j9.98kV

電壓降落是相量，由兩個分量組成：稱為電壓降的縱分量，60

稱為電壓降的橫分量。

2、電壓損耗：一條線路首、末端電壓有效值之差稱為

12

線路的電壓損耗。常采用所謂電壓損耗百分值。

U-U

A(7%=12100%

U

115.5-110

AZ7%=----------------xl00%=5%

110

3、電壓偏移：任意一點的實際電壓有效值與線路額定電壓有效值

的凝稱為電壓偏移。常以百分數(shù)表示

電壓偏移％=---^100%

U

N

110-110

丫2上10期二---------X100%=0%

線路末端電壓偏移%4110

115.5-110

=」"10%=-------------xlOO%=5%

線路始端電壓偏移%國HO

第二節(jié)電力系統(tǒng)的有功功率平衡和功率調(diào)整

一、電力系統(tǒng)的有功平衡及備用

Ep=ZP+W△尸4-Xp(5—1)

GLLY

Ep一電力系統(tǒng)中所有用戶的有功負荷(叫用電負荷)

L

7

z△產(chǎn)一線路及變壓器中的有功功率損耗（叫網(wǎng)損）

L

2尸一各發(fā)電廠的自用電（廠用電）

Y

2尸一發(fā)電機發(fā)出?的總有功功率

G

備用容量按其用途可分成以下四種：

（1）負荷備用；（2）事故備用；（3）檢修備用；（4）國民經(jīng)濟備用。

系統(tǒng)備用容量按冷備用和熱備用可歸納為兩種：

廠負荷備用

「熱備用或旋轉(zhuǎn)備用＜士一

系統(tǒng)備用容量：W-檢修備;事故備用

J冷備用〈檢蟹備用

7國民經(jīng)濟備用

二、負荷和電源的頻率靜特性

電力系統(tǒng)負荷的頻率靜態(tài)特性：負荷的有功功率隨頻率變化的靜態(tài)關(guān)系，稱

為負荷的頻率靜特性。

負荷的單位調(diào)節(jié)功率：K=K匕工=%,單位為:MW/Hz或MW/O.1Hz

L"4N

發(fā)電機功頻靜特性:發(fā)電機頻率隨輸出功率增大而下降的靜態(tài)關(guān)系。

發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)么值等于調(diào)差系數(shù)R的倒數(shù)

,1AP

K=———

V

GR??

：PAP

發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率Ki；,x_產(chǎn)尸一司.

N

三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

電力系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整大體上可分為一次、二次、三次調(diào)整。

頻率的一次調(diào)整由發(fā)電機的調(diào)速器自動進行，是調(diào)整變化幅值很小，周期很

短的負荷。一次調(diào)頻為有差調(diào)節(jié)。

8

頻率的二次調(diào)整由負責(zé)調(diào)頻的機組的調(diào)頻器自動或手動完成，調(diào)整變化幅度

較大，周期較長，超出一次調(diào)整范圍的負荷。二次調(diào)頻能夠做到無差調(diào)節(jié)。

電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率為：K=K+K

SGEL

增加發(fā)電機的運行臺數(shù)也可提高K值，從而增加系統(tǒng)對頻率的調(diào)節(jié)能力。

S

頻率的三次調(diào)整由系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)峰機組完成，調(diào)整變化幅度最大、周期最長的

負荷。

各類發(fā)電廠的調(diào)峰組合

1）豐水季節(jié)，水電帶基荷，火電廠調(diào)峰（即火電廠作為三次調(diào)整的機組）。

2）枯水季節(jié)，火電廠帶基荷，水電廠調(diào)峰（即水電廠作為三次調(diào)整的機組，調(diào)

頻機組除外）。

3）抽水蓄能電廠為調(diào)峰機組，不受季節(jié)影響。

4）原子能電廠不擔(dān)任調(diào)峰任務(wù)。

第三節(jié)電力系統(tǒng)無功平衡和電壓調(diào)整

一、無功功率與電壓的關(guān)系

用電設(shè)備所取用的功率隨電壓變化的關(guān)系稱為負荷的電壓靜態(tài)特性。

無功功率不平衡是引起電壓偏移的原因，

二、無功功率平衡

1、無功負荷

用電設(shè)備消耗的無功功率。

2、無功損耗

9

■勵磁支路損耗：現(xiàn)一2%額定容量，基本等于Io%

1）變壓器的無功損耗4

I繞組漏抗損耗：10%左右,基本等于Uk%

聯(lián)電納的無功損耗，呈容性，成為充電功率/E

2）電力線路上的無功損耗

C聯(lián)電抗中的無功損耗，呈感性I2X

三、無功電源

1、發(fā)電機；

2、電容器和調(diào)相機：

3,靜止無功補償器（SVC）o

四、無功功率的平衡及其備用

1、無功功率的平衡

電力系統(tǒng)中無功電源所發(fā)出的無功功率應(yīng)與系統(tǒng)中的無功負荷及無功損耗相

平衡。

EQ二ZQ+ZQ+Q

GCL￡R

式中XQ——無功電源容量的總和

GC

ZQ—無功負荷的總和

L

X。一一無功損耗的總和

￡

Q-------無功備用容量

R

五、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整措施

1、調(diào)壓方式

I）逆調(diào)壓；2）順調(diào)壓；3）常調(diào)壓。

10

2、調(diào)壓措施

1）采用改變發(fā)電機的端電壓進行調(diào)壓；（通過改變系統(tǒng)無功功率來調(diào)壓）

2）采用改變變壓器變比調(diào)壓；（通過改變無功功率的分布調(diào)壓）

3）利用補償設(shè)備調(diào)壓（通過改變系統(tǒng)無功功率來調(diào)壓）；

4）通過改變輸電線路參數(shù)進行調(diào)壓（通過改變電壓損耗的方法來達到調(diào)壓

的目的）。

電壓調(diào)整是通過無功功率的調(diào)整，使電壓偏移恢復(fù)到允許范圍內(nèi)。

第五章短路的基本概念

第一節(jié)故障概述

短路是指：電力系統(tǒng)正常運行情況之外的相與相之間或相與地（或中性線）

之間的短接。

短路故障的基本類型有；三相短路（八3））:兩相短路（/⑸）；單相接地

短路（/⑴），兩相接地短路（/㈠））。它們分別示意于下圖

對稱短路

）不對稱短路

三相短路是對稱短路，其它類型短路為不對稱短路。

II

一、短路的危害

1、對電氣設(shè)備造成的危害

2、引起系統(tǒng)電壓降低，影響對用戶供電

3、造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞：

4、干擾通信系統(tǒng)：

二、減少短路危害的措施

1）裝設(shè)電抗器；2）防雷；3）采用重合閘

三、短路故障分析的內(nèi)容和目的

進行繼電保護設(shè)計和整定值計算，對電氣設(shè)備進行設(shè)計和運行校核，制定限

制短路電流的措施和穩(wěn)定性分析等。

第二節(jié)無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路

一、短路沖擊電流

1、短路電流在最惡劣短路情況下的最大瞬時值，稱為短路沖擊電流。短路

沖擊電流，將在短路發(fā)生經(jīng)過約半個周期后（當(dāng)f為50Hz時，此寸1間約為0.01s）

出現(xiàn)。

12

最大有效值電流也是發(fā)生在短路后半個周期時當(dāng)沖擊系數(shù)取K=1.9時,

M

1=1.62|_L|有效值最大。

計算短路電流的最大有效值用于檢驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定度。

3、短路功率（容量）

短路處正常頷定電壓

$穴='團N】X

短路電流有效值

計算短路功率用于檢驗斷路器開斷短路電流的能力。

13

第六章電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性

第一節(jié)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指：電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)的振蕩或非

周期性失步，自動恢復(fù)到初始運行狀態(tài)的能力。

一、簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性

1、靜態(tài)穩(wěn)定分析

如圖給出了簡單電力系統(tǒng)的等值電路。當(dāng)忽略各元件的電阻和導(dǎo)

納時，系統(tǒng)的總電抗為發(fā)電機，變壓器和線路電抗之和。

1

X=A*4-X+_.X+X

dZd乙2乙T2

簡單電力系統(tǒng)

則發(fā)電機輸出的電磁功率為：

EU

P=_w_sins

EX

dZ

14

發(fā)電機的功角特性曲線為:

只有a點是系統(tǒng)能保持靜態(tài)穩(wěn)定的實際運行點，而b點是不可能維持靜態(tài)穩(wěn)

定的，是不穩(wěn)定點。

判斷靜態(tài)穩(wěn)定的充分必要條件稱為靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)，靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)為:

小

z/P

當(dāng)6=90時，1^0,是靜態(tài)穩(wěn)定的臨界點。欲使系統(tǒng)保持靜態(tài)穩(wěn)定，運

dB

行點應(yīng)在功角特性曲線的上升部分，且應(yīng)低于功率極限，即要保持一定的儲備,

設(shè)運行點對應(yīng)的功率為P,功率極限為P,其儲備系數(shù)為:

0M

P-P

K—Mox100%

p~~p~~

0

電力系統(tǒng)正常運行時，K215%—20%。

p

15

二、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施

EU

P=_jL_sins

根據(jù)公式：七-x~~

1、采用自動勵磁調(diào)節(jié)裝置。

2、減少元件電抗

1）采用分裂導(dǎo)線；2）增加輸電線路回路數(shù)；3）增加發(fā)電機容量；4）采用

串聯(lián)電容補償；5）增加變壓器臺數(shù)等

3、提高系統(tǒng)額定電壓等級。

第二節(jié)簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性

暫態(tài)穩(wěn)定定義：電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡

到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。

暫態(tài)穩(wěn)定性與電力系統(tǒng)運行方式有關(guān)，與受到干擾的嚴重程度有關(guān)，因此，

評價電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是在某一運行方式下和在受到某種大干擾的條件下

進行的評價。

一、簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性物理過程分析

1、物理過程分析

如圖所示為一簡單系統(tǒng):

16

⑸+zn+zn)

=再+------

0

1

=—sind=