電力系統(tǒng)與電氣自動化部門：撰寫人：2025/10/272課程內容電力系統(tǒng)的基本概念電容補償的目的設備設計的基本概念控制部分及某著名企業(yè)部分生產管理2025/10/273目錄第一章電力系統(tǒng)的基本概念第二章某著名企業(yè)等值第三章電力系統(tǒng)潮流計算第四章電力系統(tǒng)運行方式的調整和控制第五章電力系統(tǒng)故障分析第六章電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析生產管理2025/10/274第一章電力系統(tǒng)的基本概念1.1電力系統(tǒng)概述1.2我國的電力系統(tǒng)小結生產管理2025/10/2751.1.1電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展電磁感應定律

法拉第，1831世界上第一個完整的電力系統(tǒng)

1882，法國三相變壓器和三相異步電動機

1891直流電力系統(tǒng)和交流電力系統(tǒng)

愛迪生和西屋生產管理2025/10/2761.1.2電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)

發(fā)電廠、輸電和配某著名企業(yè)絡、用戶某著名企業(yè)、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)一次設備和二次設備生產管理1.1.2電力系統(tǒng)的組成2025/10/2772025/10/2781.1.3電力系統(tǒng)的特點和運行

的基本要求電力系統(tǒng)的特點

1電能與國民經濟各部門、國防和日常生活之間的關系都很密切

2對電能質量的要求比較嚴格

3電能不能大量儲存

4電力系統(tǒng)中的暫態(tài)過程十分迅速運行的基本要求

1可靠性可以滿足用戶的用電需求：不斷電，頻率、電壓、波形

質量符合要求

負荷按供電可靠性要求分為三類

2安全性保證系統(tǒng)本身設備的安全。

要求電源容量充足，某著名企業(yè)結構合理

3經濟性

%%4減小對環(huán)境的不利影響生產管理2025/10/2791.1.4電力系統(tǒng)的基本參量、

接線圖衡量電力系統(tǒng)規(guī)模的基本參量

總裝機容量——額定有功功率之和

年發(fā)電量

最大負荷

最高電壓等級接線圖

地理接線圖、電氣接線圖生產管理2025/10/27101.1.5電力系統(tǒng)的接線方式和中性點接地方式接線方式無備用接線特點：簡單、經濟、運行方便靈活。

供電可靠性差，電能質量差有備用接線特點：供電可靠，電能質量高

運行操作和繼電保護復雜，經濟性差中性點接地方式（小接地方式和大接地方式）不接地供電可靠性高，絕緣成本高。<35kv某著名企業(yè)經消弧線圈接地減小接地電流。采用過補償方式直接接地供電可靠性低，絕緣成本低。>110kv某著名企業(yè)生產管理2025/10/27南京理工大學111.2我國的電力系統(tǒng)（1）4個發(fā)展階段

195某省市某著名企業(yè)

19某省市網

1970~1990：區(qū)域某著名企業(yè)

1990~：區(qū)域某著名企業(yè)互聯電力系統(tǒng)的規(guī)模

2004400GW

2010535GW

2020790GW2025/10/27南京理工大學121.2我國的電力系統(tǒng)（2）電壓等級（KV）發(fā)電機

3.15,6.3,10.5,15.75,23.0用電設備

3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再發(fā)展）

3企業(yè)6、10配電電壓（6用于高壓電機負荷）

110、220:高壓。110：區(qū)域網，中小電力系統(tǒng)主干線

220：大電力系統(tǒng)主干線

330、500、750:超高壓>750:特高壓提高輸電電壓的利弊：減小載流截面和線路電抗，利于提高線路功率極限和穩(wěn)定性，增加絕緣成本2025/10/27南京理工大學131.2我國的電力系統(tǒng)（3）電力系統(tǒng)的電壓與輸電容量和輸電距離

線路電壓(kv)輸送容量(MV)輸送距離(km)60.1~0.24~15100.2~2.06~20352~1020~5011010~5050~150220100~500100~300330200~800200~6005001000~1500250~8502025/10/27南京理工大學141.2我國的電力系統(tǒng)（4）額定電壓：發(fā)電機、變壓器、用電設備等正常運行時最經濟的電壓在同一電壓等級中，電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（發(fā)電機、變壓器、電力線路、用電設備）的額定電壓各不相同。某一級的額定電壓是以用電設備為中心而定的。用電設備的額定電壓是其他元件的參考電壓。

用電設備端壓允定電壓UN的5%內波動輸電線路的額定電壓為線路的平均電壓

[UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN2025/10/27南京理工大學151.2我國的電力系統(tǒng)（5）發(fā)電機的額定電壓UN(1+5%)變壓器的額定電壓為變壓器兩側的額定電壓，以變比表示為k=U1N/U2N一次側

直接與發(fā)電機相連：U1N

=UN(1+5%)<35kv

聯絡（相當于用電設備）：U1N

=UN二次側相當于發(fā)電機

空載U2N

=UN(1+5%)

帶負載U2N

=UN(1+10%)（壓降約5%）

Us%<7.5或直接連負載時U2N

=UN(1+5%)2025/10/27南京理工大學16例題確定圖中電力系統(tǒng)各元件的額定電壓GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vXG:10.5kvT1:10.5/121kvT2:110/38.5/11kv

T3:35/6.3kvT4:10kv/400vM:6kvL:380v2025/10/27南京理工大學171.2我國的電力系統(tǒng)（6）我國電力工業(yè)發(fā)展的指導思想繼續(xù)續(xù)發(fā)展煤電廠，提高能源效率，減小環(huán)

境污染加速水力資源的開發(fā)利用和水電廠的建設發(fā)展核電技術并適度發(fā)展核電廠開發(fā)風力和潮汐等可再生能源加速建設輸、配、變電工程，西電東送，促

進區(qū)域某著名企業(yè)互聯，并最終形成全國電力系統(tǒng)2025/10/27南京理工大學18第一章小結電力系統(tǒng)由發(fā)電機、某著名企業(yè)和用戶組成，是動力系統(tǒng)的一部分。由于電能不能大量儲存、暫態(tài)過程迅速，為保證可靠性、安全性和經濟性要求，需要合理地對電力系統(tǒng)進行規(guī)劃、設計、運行調度和故障恢復。在同一電壓等級中，電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的額定電壓各不相同。某一級的額定電壓是以用電設備為中心而定的。電力系統(tǒng)分析的任務是建立電力系統(tǒng)

的等值模型，計算穩(wěn)態(tài)潮流，并確定

故障和擾動對系統(tǒng)的影響。2025/10/27南京理工大學19第二章某著名企業(yè)等值2.1概述2.2輸電線路的等值電路2.3變壓器和電抗器的等值電路2.4電力網的等值電路2.5標么制小結2025/10/27南京理工大學202.1概述問題：怎樣將電力系統(tǒng)用一個某著名企業(yè)絡來

表示？本章計算電力線路和變壓器的等值電路假定系統(tǒng)的三相結構和三相負荷都完全對稱，即討論三相電流和電壓的正序分量。2025/10/27南京理工大學212.2輸電線路的等值電路

2.2.1輸電線路的種類架空線路

由導線、避雷線、桿塔、絕緣子、金具組成電力電纜

包括三部分：導體、絕緣層、保護層2.2.2架空線路的等值電路

分布參數與集中參數單回線路分裂導線2025/10/27南京理工大學22單回線路的等值電路（1）有效電阻

交流電阻，一般大于直流電阻。

原因：集膚效應和臨近效應電力網計算中常采用較大的電阻率。

原因：絞線長度比導線長度大2~3%，

實際截面小于額定截面，

交流電阻略大于直流電阻。電阻（20℃）銅0.00382/℃鋁0.0036/℃

2025/10/27南京理工大學23單回線路的等值電路（2）電抗導線流過交流電流時，由于導線的和外部交變磁場的作用而產生電抗。循環(huán)換位的三相輸電線路每相導線單位長度的電抗為2025/10/27南京理工大學24單回線路的等值電路（3）Deq

為三相導線間的互幾何間距r

為導線的計算半徑μr

為導線材料的相對導磁系數，有色金屬的相對導磁系數為1第一項為外電抗，第二項為內電抗2025/10/27南京理工大學25單回線路的等值電路（4）導線電抗與r成對數關系。對不同截面的導線，當Deq為常數時，電抗變化不大，工程上常取x0=0.4Ω/km。Ds為導線的自幾何均距

非鐵磁材料單股線Ds=0.779r

非鐵磁材料多股線Ds=0.724~0.771r

鋼芯鋁線Ds=0.77~0.9r,計算中常取0.81r2025/10/27南京理工大學26單回線路的等值電路（5）電納由導線間的電容和導線與大地間的電容決定。電容電納

電纜線路的電納比架空線路大得多2025/10/27南京理工大學27單回線路的等值電路（6）電導反映由電暈現象和絕緣子引起的有功功率損耗電暈：導線周圍的電場強度超過2.1kv/cm時，導線周圍會發(fā)生空氣電離現象，產生光環(huán)，發(fā)出放電聲。

危害：消耗電能、干擾通信、表面腐蝕電暈產生的有功功率損耗稱為電暈損耗。110kv以上線路與電壓有關的有功功率損耗主要由電暈損耗引起。2025/10/27南京理工大學28單回線路的等值電路（7）架空線路產生電暈的臨界線電壓，m1:導線表面光滑系數。單股線=1，對絞線=0.83~0.87m2：氣象系數。干燥晴朗=1，惡劣天氣=0.8δ

：空氣相對密度b：大氣壓力（Pa）(一個大氣壓為101325帕)

θ

：空氣（℃）2025/10/27南京理工大學29單回線路的等值電路（8）關于電暈損耗的測量和計算是《高電壓技術》討論的內容。輸電線路電暈損耗（包括泄漏損耗）對應的電導為2025/10/27南京理工大學30單回線路的等值電路（8）線路方程及等值電路

線路每相的等值參數是沿線路均勻分布的。lxdx2025/10/27南京理工大學31單回線路的等值電路（9）距離線路末端x處，壓降和電流增量為2025/10/27南京理工大學32單回線路的等值電路（10）線路的傳播系數

實部反映行波振幅的衰減特性，

虛部反映行波相位的變化特性線路的特征阻抗（也稱波阻抗）2025/10/27南京理工大學33單回線路的等值電路（11）無損線路的自然功率

自然功率用來衡量線路的輸電能力，一般20kv以上線路的輸電能力大致接近自然功率行波波長

?波長時（1500km），兩端相位差90°2025/10/27南京理工大學34單回線路的等值電路（12）線路的Π

型等值電路

x=l時，2025/10/27南京理工大學35單回線路的等值電路（13）Z=Z1l，Y=Y1l

2025/10/27南京理工大學36單回線路的等值電路（14）等值電路短線路（<35kv,<100km的架空線路、短電纜線路）

中等長度線路（110~330kv,100~300km架空線路、<100km電纜線路）2025/10/27南京理工大學37單回線路的等值電路（15）長線路（>330kv,>300km架空線路、>100km電纜線路）2025/10/27南京理工大學38分裂導線采用分裂導線可增加導線的等值半徑電阻減小電抗減小

電導減小2025/10/27南京理工大學39分裂導線電納增大

電暈臨界電壓增大2025/10/27南京理工大學402.3變壓器和電抗器的等值電路雙繞組三相變壓器

等值電路參數歸算到變壓器的一側，用哪一側的額定電壓，結果就歸算到哪一側2025/10/27南京理工大學412.3變壓器和電抗器的等值電路三繞組三相變壓器用等值的Y/Y接線來分析，并用一相等值電路來反映三相運行情況額定容量比有三類：

100/100/100，100/100/50，100/50/100

各繞組的容量比按電壓從高到低排列。三繞組變壓器的容量指容量最大的繞組的容量。其他繞組的容量是相對于該繞組的容量而言。2025/10/27南京理工大學422.3變壓器和電抗器的等值電路電阻

額定容量比為100/100/100時2025/10/27南京理工大學432.3變壓器和電抗器的等值電路上述的Pk與額定容量相對應。額定容量比為100/100/50，100/50/100時，廠方給出的各繞組間銅耗指容量較小的繞組達到本身的額定電流時的損耗，需歸算到額定容量下。2025/10/27南京理工大學442.3變壓器和電抗器的等值電路額定容量比為

100/50/100100/100/502025/10/27南京理工大學452.3變壓器和電抗器的等值電路電抗（廠方一般提供已折算數據）2025/10/27南京理工大學462.3變壓器和電抗器的等值電路勵磁支路導納2025/10/27南京理工大學472.3變壓器和電抗器的等值電路雙繞阻單相變壓器

銘牌給出的容量、損耗都是一相的數值，計算參數時，要乘以3，UN仍用線電壓。三繞阻單相變壓器

與雙繞阻單相變壓器一樣，SN,PK，P0都乘以3，UN仍用線電壓。2025/10/27南京理工大學482.3變壓器和電抗器的等值電路自耦變壓器

等值電路與三繞阻變壓器相同。第三繞阻容量較小，一般短路數據折算。2025/10/27南京理工大學492.3變壓器和電抗器的等值電路電抗器2025/10/27南京理工大學502.4電力網的等值電路基本級

多電壓級網中各元件處于不同的電壓等級，元件參數在所處電壓等級求得，需歸算到同一個電壓等級——稱為基本級

K:向基本級一側的電壓/待歸算一側的電壓2025/10/27南京理工大學512.5標么制有名制與標么制

標么值=有名值/基準值基準值

線電壓和三相功率

相電壓和單相功率2025/10/27南京理工大學52第二章小結電力線路電阻、電抗、電導、電納的物理意義和計算方法。線路電暈臨界電暈電壓的計算方法變壓器等值電路參數的計算方法。多電壓級網絡參數和變量的歸算方法標么值的定義和計算方法2025/10/27南京理工大學53第三章電力系統(tǒng)潮流計算3.1電力網的電壓降落和功率損耗3.2輸電線路的運行特性3.3簡單網絡的潮流計算3.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法小結2025/10/27南京理工大學543.1電力網的電壓降落和功率損耗3.1.1電壓降落

元件兩端電壓的相量差。

U1=U2+dU2

U2=U1-dU1縱分量和橫分量2025/10/27南京理工大學553.1電力網的電壓降落和功率損耗電壓損耗兩端電壓的數值差

電壓偏移實際電壓余額定電壓之差(百分比)

電壓調整線路末端空載電壓與負載電壓之差功率損耗

阻抗支路

對地支路

線路

變壓器2025/10/27南京理工大學563.2輸電線路的運行特性空載運行特性

忽略電阻和電導時線路末端電壓高于始端電壓

輸電線路的傳輸功率極限

2025/10/27南京理工大學573.2輸電線路的運行特性因為沒有有功功率損耗，所以線路輸送的有功功率

無功功率（忽略第一式的橫分量）2025/10/27南京理工大學583.2輸電線路的運行特性提高線路輸送能力的途徑提高線路的電壓等級代價大減小線路的電抗分裂導線串聯電抗器2025/10/27南京理工大學593.3簡單網絡的潮流計算輻射型網絡

例簡單環(huán)形網絡

循環(huán)功率的計算

例2025/10/27南京理工大學603.4電力系統(tǒng)潮流的計算機算法3.4.1網絡方程式

節(jié)點電壓方程：方程個數少于回路個數

節(jié)點類型：PQ,PV,平衡節(jié)點

節(jié)點導納矩陣：n節(jié)點系統(tǒng)nxn矩陣

功率平衡方程：求有功、無功功率偏差

牛頓-拉夫森法：在解附近二次收斂

修正方程：求節(jié)點電壓修正量2025/10/27南京理工大學61第三章小結本章的重點內容為電壓降落、電壓損耗、電壓偏移、電壓調整、運算負荷功率、運算電源功率等概念電力線路和變壓器中電壓降落和功率損耗的計算輻射型網和簡單環(huán)網的潮流分布計算牛頓-拉夫森法計算復雜電力系統(tǒng)潮流2025/10/27南京理工大學62第四章電力系統(tǒng)運行方式

的調整和控制4.1電力系統(tǒng)有功功率和頻率調整4.2電力系統(tǒng)無功功率和電壓調整小結2025/10/27南京理工大學634.1電力系統(tǒng)有功功率和頻率調整有功功率和頻率調整的基本概念電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率調整各類發(fā)電廠的合理組合電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配2025/10/27南京理工大學644.1.1有功功率和頻率調整的基本概念頻率變化對電力系統(tǒng)的影響頻率與有功功率平衡有功負荷的變化及其調整備用容量2025/10/27南京理工大學654.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性負荷的P-f靜態(tài)特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性電力系統(tǒng)的P-f靜態(tài)特性2025/10/27南京理工大學664.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整頻率的一次調整頻率的二次調整互聯系統(tǒng)的頻率調整2025/10/27南京理工大學674.1.4各類發(fā)電廠的合理組合各類發(fā)電廠的特點各類發(fā)電廠在日負荷曲線上的負荷分配2025/10/27南京理工大學684.1.5電力系統(tǒng)有功功率的經濟分配發(fā)電機組的耗量特性經濟分配的目標函數和約束條件等微增量準則多個發(fā)電廠間的負荷經濟分配一個火電廠和一個水電廠間的有功負荷最優(yōu)分配2025/10/27南京理工大學694.2電力系統(tǒng)無功功率和電壓調整電壓調整的必要性電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的電壓管理與調整電力系統(tǒng)綜合調壓電力系統(tǒng)無功功率的最優(yōu)分配2025/10/27南京理工大學704.2.1電壓調整的必要性額定電壓2025/10/27南京理工大學714.2.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡電壓水平取決于無功功率的平衡無功功率負荷和無功功率損耗無功功率電源無功功率平衡無功平衡與電壓水平2025/10/27南京理工大學724.2.3電力系統(tǒng)的電壓管理與調整電力系統(tǒng)允壓偏移中樞點的電壓管理電力系統(tǒng)的電壓調整2025/10/27南京理工大學734.2.3電力系統(tǒng)的電壓調整改變發(fā)電機端電壓調壓變壓器調壓固定變比變壓器有載調壓變壓器加壓調壓變壓器無功功率補償調壓并聯補償串聯補償2025/10/27南京理工大學744.2.4電力系統(tǒng)綜合調壓2025/10/27南京理工大學754.2.5電力系統(tǒng)無功功率的最優(yōu)分配2025/10/27南京理工大學76第四章小結2025/10/27南京理工大學77第五章電力系統(tǒng)故障分析故障類型：簡單故障/復合故障

短路故障/斷路故障5.1電力系統(tǒng)短路的基本知識5.2電力系統(tǒng)對稱故障分析5.3電力系統(tǒng)不對稱故障分析小結第五章電力系統(tǒng)故障分析2025/10/27南京理工大學785.1電力系統(tǒng)短路的基本知識5.1.1短路短路的類型短路的主要原因短路的危害5.1.2計算短路電流的目的選擇電器設備，繼電保護的設計和整定比較和選擇系統(tǒng)主接線圖確定限制短路電流的措施2025/10/27南京理工大學795.2電力系統(tǒng)對稱故障分析5.2.1恒定電勢源電路的三相短路暫態(tài)過程三項短路時，只有周期分量是對稱的，各項短路電流的非周期分量不等。非周期分量為最大值或零值的情況只可能在一相出現。非周期電流越大，短路電流最大瞬時值越大。非周期電流有最大初值的條件：Im-Ipm在t=0時與t軸平行，且有最大可能值。2025/10/27南京理工大學805.2電力系統(tǒng)對稱故障分析短路沖擊電流：短路電流的最大可能瞬時值，用于檢驗電器設備的電動力穩(wěn)定度。短路后回路阻抗角一般約90度，因此非周期電流有最大初值的條件為：空載，合閘角為0。概念：沖擊系數短路電流有效值和最大有效值

用于檢驗電氣設備的斷流能力和耐力強度短路容量：用于檢驗開關的切斷能力。常只用電流的周期分量來計算，是一個求解穩(wěn)態(tài)正弦交流電路的問題。2025/10/27南京理工大學815.2電力系統(tǒng)對稱故障分析5.2.2同步電機的三相短路同步電機的基本方程理想發(fā)電機電勢方程和磁鏈方程:派克方程無阻尼繞阻同步電機的三相短路暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢有阻尼繞阻同步電機的三相短路次暫態(tài)電抗和次暫態(tài)電勢2025/10/27南京理工