电力系统分析提纲

考试题型:填空、选择、判断、简答（2*5’=10’）共47分；
简单题目（猜测）
（1）有功功率平衡与调频
（a）(a )频率和电压的变化都
将通过系统的负荷特性同时影响到有功功率和无功功率的平
衡。

（b）频率下降，系统的无功需求略有增加。

通常频率下降1%，电压
将下降（0.8-2）%。

如果此时无功不足，将很难满足正常水平。

如果无功充足，发电机为满足无功增加，将要发出更多的无功
功率。

（c）频率升高时，发电机的电势将要增高，系统的无功需求略有减少，因此系统的电压将要上升。

为维持电压的正常水平，发电机的无功出力可以略为减少。

▪电压水平提高时，负荷的有功功率将要增加，网损略有减少，系统总的有功需求有的增加。

▪如果有功电源不足，将引起频率下降。

▪电压水平降低时，系统总的有功需求将要减少，从而导致频率的升高。

▪
故：（1）当由于有功和无功不足时，引起频率和电压都偏低时，应该首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对调整电压是有利的，如果首先去提高电压，就会扩大有功的缺额，导致频率更加下降。

（2）电力系统在额定参数附近运行时，电压变化对有功的影响和频率变化对无功平衡的影响都是次要的
（2）潮流计算：计算机计算（P-Q分解法）
有功—无功功率分解法的基本原理
在交流高压电网中，输电线路的电抗要比电阻大得多，系统中母线有功
功率的变化主要受电压相位的影响，无功功率的变化则主要受母线电压幅值
变化的影响。

在修正方程式的系数矩阵中，偏导数 和 的数值相对于 偏导数 和 是相当小的。

作为简化的第一步，可以将方程式(11—60) 中的子块N 和K 略去不计，即认为它们的元素都等于零。

这样，n 一1+m 阶的方程式(11—60)便分解为一个n 一1阶和一个m 阶的方程:
方程式(11—64)和(1l —65)表明，节点的有功功率不平衡量只用于修正.电压的相位，节点的无功功率不平衡量只用于修正电压的幅值。

这两组方程分别轮流进行迭代，这就是所谓有功—无功功率分解法
计算题：20’+20’+13’=53’（以下所指均是课本下册） (1) 潮流计算：p41:例题11-3 或者作业题p74:11-5;
(2) 无功功率平衡与电压调整：p99:例题12-5 或者作业题p108:12-6 (3) 经济分配：p138:例题14-3或者作业题p150:12-9
知识点列举
1电力系统组成：电力系统：生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的有机整体。

是现代社会中最重要、最庞杂的一个系统之一。

发电机、变压器、输配电、用电设备
动力系统：电力系统和发电厂动力部分的总和。

汽轮机、锅炉、水轮机、大坝、核电厂的反应堆等
电力网：输送和分配电能，包括变压器和各种电压等级的输电线路。

发电厂：生产电能
电力变压器：升高、降低电压;不同电压等级电网相联系。

用户（负荷）：消费电能
2直流输电与交流输电相互配合，在交流输电系统中嵌入直流输电系统，构成现代电力传输系统
3对电力系统运行的基本要求：
电力系统运行的特点： ⑴电能不能大量存储。

⑵与国民经济各部门紧密相关。

⑶暂态过程非常短暂。

电力系统运行的基本要求：（1）保证安全可靠供电 （2）要有合乎要求的电能质量；（3）要有良好的经济性； （4）保护生态环境。

4、目前我国负荷三个等级：第一级负荷 中断供电的后果是极其严重。

第二级负荷 中断供电将造成大量减产，使城市中大量居民的正常生活受到影响。

第三级负荷 停电影响不大，不会造成重大的损失。

5、电能质量
系统频率允许偏差
6（a ）电力线路 V N （线电压）: 输电线路的首端和末端均可接用电设备 (b)用电设备的额定电压 V N :为其他元件的参考电压
© 发电机 1.05 V N 比网络的额定电压高5% V GN ＝V N （1＋5％）
3. (d)
变压器：一次绕组：V 1N ＝V N ;与发电机直接相连 V 1N ＝V N (1+5%)=1.05V N
P H δ
∆=-∆1
D
Q LV V
-∆=-∆
二次绕组：V 2N ＝V N (1+10%)=1.1V N ;短路电压较小或直接与用户相连 1.05 V N
变压器的高压绕组分接头:抽头变比：5％、2.5%、－2.5％、－5%（相对于该侧绕组额定电压U N 的偏移百分数）
7、双绕组变压器的参数计算：
在电力系统计算中，常用变压器三相额定容量S N 和额定线电压V N 进行参数计算
单位：ΔP s ： kW V N ：kV S N ： kV.A ΔP 0： kW G T S
变压器运行中的实际变比，应是工作时两侧绕组实际抽头的空载线电压之比.
8、三绕组变压器：变压器额定容量S N ：容量最大的一个绕组的容量——高压绕组容量。

9、只反映变比的理想变压器——无损耗、无漏磁、无需励磁电流。

10、 标幺值无单位，基值不同时，物理量的标幺值也相应变化
标幺制下，三相/单相系统，线/相电压不再有区别；三相/单相系统，功率标幺值相同。

11、输电线路的电压降落和功率损耗
.电压降落 ：线路首末端两点电压的相量差 分为纵分量和横分量
电压损耗：两点间电压绝对值之差称为电压损耗
电压偏移：网络中某点的实际电压同该处的额定电压之差称电压偏移
注意：高压输电系统中，电压降落的纵分量ΔV 主要取决于元件所输送的无功功率Q ；横分量δV 主要取决于元件所输送的有功功率P 。

元件两端电压的大小之差（电压损耗）主要取决于Q ，相角之差主要取决于P 。

12、变压器 励磁损耗：N S I j P S 100
%000+∆=∆阻抗损耗 13、开式网络电压和功率的分布计算;简单闭式网络的功率分布计算(课本p29-46) 14、均一电力网：当电力网各段线路的电抗与电阻比值相等时，称为均一电力网 15、环路电势和循环功率的计算公式为：
环网的总阻抗的共轭值
Z
*
∑ 归算参数的电压级的额定电压V N
Ω⨯∆=32
210N
N
S T S V P R Ω
⨯⋅=32
10100%N
N
S T S V V X S V P G N
T 32
010-⨯∆＝S
V S I V I I B N
N
N N T 320010100%3100%-⨯⋅=⋅=实际有名值（任意单位）
标幺值＝基准值（与有名值同单位,包括数量级）1
111''''V R Q X P V V X Q R P V -=+=∆δ)('
'''2
22
2T T S
jX R V Q P S ++∆＝(1)N E
V k ∑∆≈- N
cir V E
S
Z
*∑
≈∆
16、功率在环形网络中与阻抗成反比分布的称为功率的自然分布。

功率的经济分布：功率与电阻成反比分布时，功率损耗最小。

只有在均一网络中，功率的自然分布才与经济分布相符 17、当网络中功率的自然分布不同于所期望的分布时，往往要求同时调整有功功率和无功功率，这就要采用一些附加装置来产生所需的环路电势。

这类装置主要的有附加调压变压器和基于电力电子技术的一些FACTS 装置
附加调压变压器、静止同步串联补偿器SSSC 、晶闸管控制串联电容器TCSC 、晶闸管控制移相器TCPST 、统一潮流控制器UPFC
18、潮流计算中节点类型的划分：PQ 节点、PV 节点、平衡节点 方法：牛顿-拉夫逊法潮流计算、P —Q 分解法潮流计算 19、电压是衡量电能质量的一个重要指标
质量合格的电压应该在供电电压偏移、电压波动和闪变、电网谐波和三相不对称程度这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求 20、 无功功率负荷：异步电动机是电力系统主要的无功负荷——80％ ； 系统无功负荷的电
压特性主要由异步电动机决定
无功功率损耗：变压器的无功损耗；输电线路的无功损耗
变压器的无功损耗Q LT 包括励磁损耗△Q 0和漏抗中的 损耗△Q T
Q LT ＝△Q 0＋△Q T ＝V 2B T ＋(S/V)2
X T ≈ 100%
Io S N ＋ N S S Vs 100%2
(V N
/V)2 输电线路的无功损耗
△Q L ＝
△Q B ＝
△Q L +△Q B ＝
无功功率电源：发电机、同步调相机、静电电容器 、静止无功补偿器 、静止无功发生器 发电机：发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源
21、无功功率平衡的基本要求 ：无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和
X V Q P X V Q P 2
22222212121+=+22
2211
122
1()2P Q B X V V V +-+)
(2
2
221V V B +-
系统还必须配置一定的无功备用容量；
尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率平衡； 一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡
一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量的分配。

小容量的、分散的无功补偿可采用静电电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或SVC 实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件 22、中枢点调压模式：逆调压、顺调压、常调压
（1）逆调压：在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。

一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5％，在最小负荷时保持为线路额定电压。

供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式
（2）顺调压：高峰（大）负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5％——1.025V N ；
⏹ 小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的107.5％——1.075V N 。

⏹ 对于某些供电距离较近，或者符合变动不大的变电所，可以采用这种调压方式 （3）常调压：介于前面两种调压方式之间的调压方式是常调压。

即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高2％～5％ 23、电压调整的基本原理
V b =(V G k 1－△V)/k 2≈(V G k 1－ )/ k 2
式中k1和k2分别为升压和降压变压器的变比，R 和X 分别为变压器和线路的总电阻和总电
抗
为了调整用户端电压Vb 可以采取以下措施 （1）调节励磁电流以改变发电机机端电压Vg （2）适当选择变压器的变比 （3）改变线路的参数
（4）改变无功功率的分布 24、利用无功功率补偿调压
1）电压损耗△V ＝（PR ＋QX ）/V 中包含两个分量：一个是有功负荷及电阻产生的PR/V 分量；另一个是无功负荷 及电抗产生的QX/V 分量。

利用无功补偿调压的效果与网络性质及符合情况有关 （2）在低压电网中， △V 中有功功率引起的PR/V 分量所占的 比重大；在高压电网中， △V 中无功功率引起的QX/V 分量所占比重大。

在这种情况下，减少输送无功功率可以 产生比较显著的调压效果。

反之，对截面不大的架空线路和所有电缆线路，用这种方法调压就不合适
25备用容量的分类
按作用分：负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用； 按其存在形式分：热备用冷备用 26、电力系统的频率特性
PR QX V
（1）负荷的有功功率－频率静态特性；
负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应，表示负荷随频率的变化程度 (2)发电机组的有功功率－频率静态特性；
静态调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移
单位调节功率:调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出功率的变化量 小结：调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。

调差系数是可以整定的
(4) 电力系统的有功功率－频率静态特性
系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。

f P t
g K D D ∆∆=
=β
*
*
*∆∆=
∆∆=f P f f P P K D N DN D D //P f P P f f ∆∆-=---=1212δ*
*
*
∆∆-=∆∆-=P f P P f f GN N //δf P K G G ∆∆-==δ1****∆∆-==f P K G G δ1N
GN G G f P K K *=f
P K K K D D G ∆∆-=+=0
25电力系统的频率调整
（1）频率的一次调整:调差系数越小的机组增加的有功输出相对越多。

（2）频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。

注意：一次调整和二次调整：调整对象不一样；调整设备不一样；一次调整为有差调节，二次调整可以实现无差调节。

互联系统的频率调整
26、调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助
调频厂。

调频厂应满足的条件：
1）足够的调整容量2）较快的调整速度3）调整范围内的经济性较好
27、计算能量损耗的方法：最大负荷损耗时间法；等值功率法。

28、降低网损的技术措施
运行管理措施
①提高用户的功率因数，减少线路输送的无功功率
③各级变电站尽量做好无功功率的就地平衡（并联补偿投切→FACTS）
③功率的经济分布：无功功率优化减少网损；有功功率优化减少网损。

电网改造
①增设电源点②提高线路电压等级③安装电容易补偿设备；④合理选择导线的截面
29、电力系统有功功率的最优分配
发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量输入和输出关系的曲线
耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。

比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比
效率：比耗量倒数 效率曲线和微增率曲线
30有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少
（1）以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最小。

等式约束： 目标函数：
在耗量特性曲线具有凸性的情况下，两条曲线的切线平行时， 燃料消耗量最少。

曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。

切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。

这就是等微增率准则。

（2） 多个发电厂间的负荷经济分配 不计网损的有功最优分配 目标函数最小：
（3） 一个水电厂和一个火电厂间有功负荷的最优分配
目标：在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理分配水火电厂的负荷，使总燃料消耗量最少
31、无功功率负荷的经济分配
i
Gi i Gi i i a P a P a F 012
2++=/tg dF dP λθ==P
F /＝μF P /＝η0
21=-+LD G G P P P )
()( min 2211G G P F P F F +=2
211G G dP
/dF dP /dF =∑
==n
i Gi i )P (F F 1
目标：在有功功率的经济分配已经确定的前提下，调整各无功电源之间的负荷分布，使有功网损达到最小。