输电线路模型及其特性
输电线路的电气与电晕特性的研究
输电线路的电气与电晕特性的研究输电线路是电力系统中连接发电站、变电站及用电者之间的主要电力输送通道，对于保障电力系统的连续稳定运行有重要作用。
然而，输电线路在运行过程中会受到许多因素的影响，如自然环境、气象条件、负荷变化等，这些因素可能会引发线路运行异常，导致供电中断，因此需要对输电线路的电气及电晕特性进行研究。
电气特性是指输电线路在运行过程中的电学参数特性，主要包括电阻、电感和电容等。
这些电学参数会直接影响线路的电压和电流等基本特性，因此必须进行准确的定量分析和测试。
其中，最关键的是电阻特性研究，由于输电线路的长度较长，电阻的损耗也较大，因此必须对其进行准确的测量和控制，以保证输电线路的正常运行。
电晕是电力系统运行过程中常见的现象，它在高压输电线路上尤为明显。
电晕是指由于电场强度达到一定程度时，空气分子被电离形成等离子体，导致空气放电现象。
在输电线路上，电晕会导致电流波动，产生干扰和噪音，从而影响系统的稳定性和性能。
因此，对于输电线路的电晕特性研究至关重要。
电晕产生的原因主要有三个，一个是输电线路电场强度过大；第二个是空气中湿度过高；第三个是输电线路材料、形状和接地等的不同，也会对电晕产生影响。
为了研究输电线路的电气和电晕特性，研究学者采用了多种测试方法和模拟技术。
其中最为常见的是物理实验室测试和电磁场数值模拟。
物理实验室测试通常使用高电压电源、高压静电场发生器等设备进行测试，以便准确地测量电气和电晕特性。
而电磁场数值模拟则采用计算机技术，通过对输电线路的三维电磁场进行建模和模拟，可以预测输电线路在不同工况下的电气和电晕特性。
这些方法使得输电线路的研究更为精确和深入，为电力系统的正常运行提供了重要保障。
总之，输电线路的电气和电晕特性研究是电力系统稳定运行的关键，需要借助现代测试方法和模拟技术进行深入研究。
这将有助于提高输电线路的安全性、稳定性和可靠性，为电力系统的发展和进步做出更有力的贡献。
6输电线路的运行特性
•线路较长时: 空载电压U2与线路长度的关系为
U1 U2 cos x1b1l
•极端情况下: cos x1b1l 90，U1=0，说明在这 一情况下，即使U1=0也可以使末端得到给定的电 压U2，相当于发生谐振，相应的线路长度约为 1/4波长，即1500km。。
运用上节所介绍的线路功率分布和电压降落的计算
方法及公式，可得:
U1
U2
BX 2
U2
4
一、输电线路的空载运行特性
U1
U2
BX 2
U2
由上式可见, U1<U2(线路电纳是容性的, B>0)
说明: 在空载情况下，线路末端的电压将高于其 始端电压，这种现象称为输电线路空载的末端电 压升高现象。。
5
一、输电线路的空载运行特性
输电线路的运行特性
本讲重点
输电线路的空载运行特性 输电线路的传输功率极限
本讲难点
输电线路的传输功率极限
2
本讲内容
输电线路的空载运行特性 输电线路的传输功率极限 输电线路功率与电压之间的定性关系
3
一、输电线路的空载运行特性
➢ 输电线路空载: 即线路末端功率为零 ➢忽略线路电导 ➢ 忽略线路电阻（R<<X）
➢有功功率与两端电压相位差关系: P U1U 2 sin
X 有功功率一般是由电压相位相对超前的一端 向电压相位相对滞后的一端传送。
➢无功功率与电压损耗关系: Q U1 U 2 U 2
X
无功功率一般是由电压高的一端向电压低的 一端流动。
8
6
二、输电线路的传输功率极限
线路的传输功率与两端电压的大小及其相位差θ
输电线路模型及其特性
Z (r jwl ) (0.15 j 2 60 1.3263 10 )40 6 j 20 Ω
3
始端每相电压为
VR 2200 3
1
1270 kV
视在功率为
SR (3 ) 381 cos 0.8 38136.87 304.8 j 228.6 MVA
5.3 MEDIUM LINE MODEL
中长线路模型
当线路长度大于80km（50英里）而小于250km（150英里）时，我们称这 样的线路为中长线路(medium length lines)。对于这种线路，由于充电电流不可 忽视，因此需要考虑分布电容。在中长线路中，将1/2集中电容分别连接在线 路的两端，成为标准的 模型，如图5.4所示。Z为线路总的串联阻抗，由式 (5.1)给出，Y为线路总的并联导纳，其表达式如下
3
100036.87 A
始端电压为
VS VR ZI R 1270 (6 j 20)(100036.87)(10 )
3
始端线电压幅值为
| VS ( L L ) |
121.399.29 kV
3VS 210.26 kV
Байду номын сангаас3
始端功率为
S s (3 ) 3VS I S 3 121.399.29 1000 36.87 10
(5.23)
下面介绍求传输矩阵的两个MATLAB函数。函数 [Z,Y,ABCD]=rlc2abcd(r,L,C,g,f,Length) 当电阻、电感和电容的单位分别为单位长度 的欧姆(ohm)，毫亨(mh)和微法( F)时，用这个函数来求传输矩阵。 [Z,Y,ABCD]=zy2abcd(r,L,C,g,f,Length) 当串联阻抗和并联导纳的单位分别为单位长 度的欧姆(ohm)和西门子(siemens)时，用这个函数来求传输矩阵。 例5.2(chp5ex2) 一条345kV的三相输电线路长130km。每相电阻为0.036 Ω/km ，每相电感为0.8mH/km， μF/km 并联电容为0.0112 。末端负载为270MVA，电压为325kV，滞后功率因数为0.8。 根据中长输电线模型求始端的电压和功率，以及电压调整率。 解： 用函数[Z,Y,ABCD]=rlc2abcd(r,L,C,g,f,Length)求解线路的传输矩阵，输入命令 r = .036; g = 0; f = 60; L = 0.8; % 毫亨 C = 0.0112; % 微法 Length = 130; VR3ph = 325; VR = VR3ph/sqrt(3) + j*0; % kV (末端相电压) [Z, Y, ABCD] = rlc2abcd(r, L, C, g, f, Length); AR = acos(0.8); SR = 270*(cos(AR) + j*sin(AR)); % MVA (末端功率) IR = conj(SR)/(3*conj(VR)); % kA (末端电流) VsIs = ABCD* [VR; IR]; %列向量 [Vs; Is] Vs = VsIs(1); Vs3ph = sqrt(3)*abs(Vs); % kV(始端线电压) Is = VsIs(2); Ism = 1000*abs(Is); %A (始端电流)
输电线路的电气与电晕特性的研究
输电线路的电气与电晕特性的研究随着城市化进程的不断加快和人们生活水平的不断提高，对电力的需求也随之增加。
输电线路作为电力的主要传输方式，承担了将发电厂产生的电能输送到城市和乡村的重要任务。
在输电过程中，电力系统中会出现一些电气和电晕特性问题，这些问题对电力系统的稳定性和安全性构成了威胁。
对输电线路的电气和电晕特性进行深入研究，对确保电力系统的正常运行至关重要。
在电气电工领域，电气特性是指电力系统在输电过程中的基本物理特性，包括电力传输、损耗、电压和电流的分布等内容。
而电晕特性则是指输电线路在高电压下会产生的电晕放电现象，包括空气中电子和离子的形成、移动和复合，以及导体表面的电场分布和电荷分布等内容。
电气和电晕特性的研究，既要关注电力系统的传输效率和稳定性，也要关注输电线路的安全性和环保性。
我们来探讨输电线路的电气特性。
电气特性是电力系统工程中的核心问题，直接关系到电能的传输效率和质量。
传统的输电线路主要由电缆和输电塔组成，其中电缆是负责电能传输的主体，输电塔则是起到支撑和绝缘功能的设备。
在实际的输电过程中，电缆会因为电流的通行而产生一定的电阻损耗，导致电能的一部分转化为热能散失。
在长距离输电过程中，由于电力系统的阻抗和电容会产生电流的磁场和电场，造成电力的不均匀分布和损耗。
要提高输电线路的电气特性，就需要减小电缆的电阻、优化电力系统的结构、减小电力传输过程中的损耗等措施。
我们来研究输电线路的电晕特性。
电晕放电是指导线或者输电塔等设备在高电压作用下会产生的放电现象，这会造成电场的扰动和电力系统的电磁干扰。
在输电过程中，电晕放电现象不仅会造成电力系统的损耗增加，还会对周围的环境和生物构成威胁。
研究输电线路的电晕特性，不仅关注减少电晕放电现象，也关注如何减小电晕放电对周围环境和生物的影响。
为了研究输电线路的电气和电晕特性，电力系统工程师和科研人员们采取了多种手段和方法。
他们会通过模拟与仿真的方式，建立电力系统的数学模型和计算模型，分析线路结构和电流电压分布对电力系统的影响。
输电线路的电气与电晕特性的研究
输电线路的电气与电晕特性的研究输电线路是指用来输送电能的线路，是电力系统的重要组成部分。
随着社会的发展和经济的进步，电力需求量不断增大，输电线路的电气和电晕特性成为研究的重点之一。
本文将对输电线路的电气和电晕特性进行研究，探讨其在电力系统中的重要性。
一、输电线路的电气特性输电线路的电气特性是指线路在输送电能过程中的电阻、电感、电容等特性。
在电力系统中，输电线路承载着输送电能的重要任务，其电气特性对系统的稳定性和安全性具有重要影响。
输电线路的电阻会造成线路的功率损耗，而电感和电容则影响线路的阻抗和传输特性。
电气特性的研究有助于优化输电线路的设计和运行，提高输电效率，减少损耗。
通过对输电线路的电气特性进行深入研究，可以优化线路的参数配置，提高电能传输的效率，降低线路的损耗，提高电网的可靠性。
电晕是指电场强度过高时，空气分子被电离产生的放电现象。
输电线路在运行过程中，由于高压和电场强度的存在，会产生电晕现象。
电晕不仅会造成电能的损耗，还会产生电磁干扰和噪声，对周围环境和设备造成影响，甚至危害人体健康。
电晕现象是输电线路的一个普遍问题，如何有效地控制和减少电晕对电力系统的安全和稳定性具有重要意义。
研究输电线路的电晕特性，探索电晕产生的机理和规律，可以为减少电晕对电力系统的不利影响提供科学依据。
1. 数值模拟方法：利用计算机软件对输电线路的电气和电晕特性进行模拟和分析。
通过数值模拟可以直观地了解输电线路的电气参数和电晕情况，为线路设计和运行提供科学依据。
2. 实验测试方法：通过实验室测试和现场试验，对输电线路的电气和电晕特性进行精密测量和分析。
实验测试可以直接获取线路的参数数据，验证模拟结果的准确性，为线路改进和优化提供实验依据。
3. 理论分析方法：借助电磁场理论、电路理论等相关知识，对输电线路的电气和电晕特性进行理论分析和推导。
理论分析可以揭示线路的物理规律和机理，为线路设计和改进提供理论参考。
1. 影响：输电线路的电气特性直接影响电能传输的效率和损耗，而电晕则影响电力系统的稳定性和安全性，对周围环境和设备产生不利影响。
输电线路模型及其特性课件
04 输电线路模型的发展趋势
高电压大容量输电线路模型
总结词
随着电力需求的增长，高电压大容量 输电线路模型成为发展趋势，能够实 现远距离、大容量的电能传输。
详细描述
高电压大容量输电线路模型采用更高 的电压等级和更大的传输容量，能够 实现更远距离的电能传输，减少中间 环节和损耗，提高输电效率。
紧凑型输电线路模型
和运行参数的优缺点，从而优化设计。
02
输电线路模型用于电力系统运行
在电力系统运行过程中，输电线路模型用于实时监控和调度。通过模型
，调度员可以预测和评估电力系统的状态和性能，以便及时调整运行参
数，确保电力系统的稳定性和可靠性。
03
输电线路模型用于电力系统维护
在电力系统维护过程中，输电线路模型用于故障诊断和预防性维护。通
自动化巡检
利用无人机、机器人等技 术，实现输电线路的自动 化巡检，提高巡检效率和 精度。
绿色环保输电线路模型的发展
环保设计
环保材料
优化输电线路的布局，减少对环境的 影响，如采用地下或水下输电线路。
使用环保型材料，如可降解、可回收 材料，降低对环境的影响。
可再生能源整合
将可再生能源如风能、太阳能等整合 到输电线路中，实现能源的可持续发 展。
在电力系统维护中的应用
输电线路模型用于故障诊断
输电线路模型可以用于故障诊断，通过模拟故障发生时的系 统状态，帮助维护人员快速定位故障原因。同时，模型还可 以预测故障可能造成的影响，为维护人员提供决策支持。
输电线路模型用于预防性维护
输电线路模型可以用于预防性维护，通过对线路的老化和故 障模式进行模拟和分析，预测可能出现的故障。维护人员可 以根据模型的预测结果，提前采取措施进行预防性维护，降 低故障发生的概率。
输电线路的力学分析与应用研究
输电线路的力学分析与应用研究随着电力需求的不断增长，输电线路作为电力传输的重要组成部分，承担着将发电厂产生的电能送达用户的重要任务。
而输电线路的安全运行则离不开对其力学性能的深入研究和应用。
一、输电线路的力学特性输电线路是一种特殊的结构，由电缆或导线、杆塔和绝缘子等组成。
在运行过程中，输电线路需要承受来自电缆或导线的重力、风荷载、冰荷载等外力的作用。
因此，了解输电线路的力学特性对于确保其安全运行至关重要。
首先，输电线路的重力是其最基本的力学特性之一。
电缆或导线的重力会对杆塔和绝缘子产生一定的压力和应力，因此在设计和施工过程中需要合理考虑重力对线路的影响。
其次，风荷载是输电线路中常见的外力之一。
在风力作用下，电缆或导线会受到侧向力的作用，进而导致杆塔和绝缘子发生偏移和变形。
因此，对于不同地区和不同高度的输电线路，需要进行风荷载的精确计算和力学分析，以保证其安全运行。
此外，冰荷载也是影响输电线路力学性能的重要因素。
在寒冷地区，冰雪会附着在电缆或导线上，增加了线路的重量。
冰荷载的存在会导致线路的挂点发生变形，甚至造成杆塔倒塌。
因此，在设计和运行过程中，需要对冰荷载进行合理的估计和处理。
二、输电线路力学分析的方法为了对输电线路的力学性能进行准确的分析，研究人员采用了多种方法和技术。
首先，有限元分析是一种常用的力学分析方法。
通过将输电线路离散化为有限数量的小元素，并在每个元素上建立力学方程，可以计算出线路在不同工况下的应力和变形情况。
有限元分析可以帮助工程师更好地理解线路的力学行为，并优化设计方案。
其次，风洞实验是一种常用的力学测试手段。
通过在风洞中对缩比模型进行试验，可以模拟风荷载对线路的影响。
风洞实验可以提供实验数据，验证理论分析的准确性，并为设计和施工提供依据。
此外，现代计算机技术的发展也为输电线路力学分析提供了便利。
借助计算机模拟和数值计算的方法，可以更加准确地预测线路在不同工况下的受力情况。
计算机模拟可以帮助工程师进行大规模的参数优化和设计优化，提高线路的安全性和经济性。
特高压输电线路的输电特性分析与优化研究
特高压输电线路的输电特性分析与优化研究特高压输电线路（Ultra High Voltage Transmission Line）是指输电电压在800千伏及以上的电力输送线路。
随着电力需求的增长和能源结构的调整，特高压输电线路在电力系统中的应用越来越广泛。
本文将对特高压输电线路的输电特性进行分析，并探讨优化研究的方向。
一、特高压输电线路的输电特性分析1. 输电距离长：特高压输电线路可以实现远距离的电能传输，减少输电损耗和建设成本，提高输电效率。
2. 输电损耗小：特高压输电线路采用相对较高的电压，能够降低输电时的电阻损耗和电感损耗，减少能源浪费。
3. 电力传输能力强：特高压输电线路的电力传输量大，可以满足大功率电能需求，推动区域经济发展。
4. 输电效率高：特高压输电线路的输电效率高，能够减少输电功率损耗，提高电力传输效能。
5. 直流输电优势明显：特高压直流输电相较于交流输电具有电压稳定、输电损耗小等优势，适用于长距离大容量的电能传输。
二、特高压输电线路的优化研究方向1. 输电线路设计优化：通过优化特高压输电线路的线路参数、导线选择、档距设计等措施，降低输电线路的电阻损耗、电感损耗和电容损耗，提高输电效率。
2. 输电材料研发与应用：研究新型的输电材料，如超导材料、低电阻材料等，提高输电线路的导电性能，减少输电损耗。
3. 输电线路绝缘技术研究：通过优化绝缘设计、采用新型绝缘材料等手段，提高特高压输电线路的绝缘性能，降低绝缘故障率。
4. 输电线路运行监测与管理：采用先进的监测技术，实时监测特高压输电线路的运行状态，及时预警并处理可能出现的故障，保障电网安全稳定运行。
5. 输电线路与环境协调研究：特高压输电线路对环境有一定影响，研究如何减少输电线路的电磁辐射、降低视觉污染等问题，实现线路与环境的协调发展。
三、特高压输电线路的未来发展及挑战随着能源结构的调整和清洁能源的大规模开发利用，特高压输电线路将承担更大的电力传输任务。
(完整版)输电线路
第五章输电线路基本知识一、导线1．什么是输电线路？线路的特性？答：从发电厂或变电站升压，把电力输送到降压变电站的高压电力线路称为输电线路。
在架空电力线路中，导线之间及导线和大地之间以空气为介质形成一个电容，由此电容形成的电流，相当于带着电容负荷。
因为电容效应，空载长线路的末端电压会升高一般采取补充感性无功（投高压电抗器、低压电抗器，发电机进相运行吸收容性无功），而电力系统负荷一般都是感性负荷，所以重载线路的的末端电压会降低。
当感性和容性相互抵消时，线路的输送效率最高，此时的输电功率叫自然功率。
线路通过电流会发生热效应产生损耗，线路有一定的电阻，即使没有容性和感性无功，线路首段和末段还是会有电压差。
2．电力线路在电网中的作用是什么？它由哪些元件构成，常见故障？答：电力线路是电网中不可缺少的主要部分，它的用途除了可输送和分配电能外，还可能将几个电网连接起来组成电力系统。
输电线路可分为两大类，即架空线和电力电缆线路。
架空线路是将导线、避雷线架设在杆塔上，它是由导线、地线、杆塔、绝缘子、金具、基础等元件组成；电缆线路则是由电力电缆和电缆接头组成。
架空线路常见故障：导线损伤和断裂断股、倒杆、接头发热、导线对被跨物放电、单相接地、两相短路、三相短路、缺相，90%以上是瞬间故障，容易巡线。
电缆线路特点：不占地上空间、供电可靠、电击可能性少、分布电容大、维护工作量少。
投资费用大、引出分支线路比较困难、故障测寻比较困难，电缆头制作工艺要求高，再次投入需进行实验。
3．架空送电线路主要组成部分有哪些？其作用是什么？答：架空送电线路主要由基础、杆塔、导线绝缘子、金具、防雷保护设备（包括架空避雷线、避雷器等）及接地装置组成。
（1）基础。
架空送电线路的基础主要分为电杆（混凝土电杆及钢杆等）基础、铁塔基础两种。
1）电杆基础。
电杆基础分为承受电杆本体下压的电杆本体基础（底盘）和起重稳定电杆作用的拉线基础（拉盘或重力式拉线基础）及卡盘等。
1000kV交流特高压输电线路运行特性分析
1000kV交流特高压输电线路运行特性分析发布时间：2022-11-30T09:06:22.002Z 来源：《新型城镇化》2022年22期作者：郭兴[导读] 设计的1000kV电压等级交流特高压输电线路杆塔强度是传统500kV线路杆塔设计强度的四倍以上。
国网山西省电力公司超高压变电公司山西省太原市 030000摘要：1000kV交流特高压输电线路是解决我国电力能源分布不均匀，降低电力负荷的有效手段。
目前，我国已经有大量的1000kV交流特高压输电线路投入运行，在未来几年中，也将会开通大量的交流特高压线路。
在这一背景下，1000kV交流特高压线路的维护工作也开始受到社会各界的广泛关注，为了保障交流特高压线路能够安全运行，必须要总结关键技术，借鉴国外先进经验，创新管理模式，提升检修效率，下面就针对1000kV交流特高压输电线路运行特性进行深入的分析。
关键词：1000kV；交流特高压输电线路；运行特性现如今我国的电力输变系统中，交流特高压输电线路的电压应用等级为1000kV，因此在整个电力传输系统中，交流特高压输电线路能够实现跨地区电能输送以及新能源二次配置的应用需求。
交流特高压输电线路的杆塔结构设置特征：交流特高压输电线路在运行期间需要合理设置间距以及间隙，因此设计人员需要根据实际情况设置杆塔，同时将绝缘子串的高度保持在1m以上，交流特高压输电线路对地的距离则保持在26m以上。
由于交流特高压输电线路所设置的杆塔高度大多数设置在50m以上，杆塔长度设置在80m以上，在进行杆塔强度设计期间，设计人员需要以杆塔塔高以及杆塔应力为基础进行方案设计，由于特高压导线的重量较大、杆塔的设计高度在50m以上，因此杆塔的使用应力极高，设计的1000kV电压等级交流特高压输电线路杆塔强度是传统500kV线路杆塔设计强度的四倍以上。
1.交流特高压线路特点分析1.1杆塔结构交流特高压线路的运行需要的间距与间隙，必须要设置较高的杆塔，绝缘子串长度需要保持在10m以上，线路对地距离需要保持在26m 以上，特高压线路杆塔高度保持在50m以上，同杆并架线路杆塔长度需要控制在80m以上。
输电线路的等效模型_解释说明以及概述
输电线路的等效模型解释说明以及概述1. 引言1.1 概述输电线路是将电能从发电站传输到用户终端的关键组成部分。
然而，输电线路在传输过程中会遇到各种复杂的环境和负载条件，这些都会对电能的传输效率和稳定性产生影响。
为了更好地理解和分析输电线路的行为特性，需要建立模型来描述其运行状态。
1.2 文章结构本文将重点讨论输电线路的等效模型，并深入探讨等效模型在解决不同情景下的应用。
文章按照以下方式组织内容：- 第二部分将介绍输电线路的基本原理和背景知识。
- 第三部分将详细解释什么是等效模型，以及等效模型在分析和设计中的作用。
- 第四部分将概述常见的等效模型类型，并比较线性等效模型和非线性等效模型之间的差异。
- 第五部分将介绍等效模型建立方法和相应工具。
- 最后一部分将总结等效模型对于理解输电线路行为的重要性，并对未来研究方向提出展望和建议。
1.3 目的本文的目标是帮助读者全面了解输电线路的等效模型，并认识到等效模型在电力系统工程中的重要性和应用价值。
通过对等效模型的详细讨论和分析，读者将能够更好地理解并运用等效模型来解决实际问题，并为未来的研究和发展提供指导。
2. 正文输电线路是电力系统中重要的组成部分，用于传输高压电能。
为了对输电线路进行研究和分析，需要建立合适的数学模型来描述其行为和性能。
本文将详细介绍输电线路的等效模型。
等效模型是一种简化和抽象表示方法，旨在准确地描述输电线路的特性，同时保持适当的复杂度。
通过使用等效模型，可以更容易地进行计算和分析，并得出对实际线路行为的准确预测。
等效模型基于一些假设和近似，其中最常见的假设是将实际输电线路看作是由一系列串联的元件或单元组成。
这些元件可以包括电阻、电感和电容等，并且它们的数值参数可以由实际测量数据或理论计算获得。
在建立等效模型时，需要确定正确的元件连接方式以及各个元件之间的关系。
这通常涉及到使用网络理论和电路分析技术来推导出合适的方程式，并考虑到频率对于线路响应的影响。
输电线路的传输特性
A= D Z11 = Z 22 = Z + 2 / Y Z12 = Z 21 = Z
1 输电线路功率圆图
用Z参数表示的运行方程任意双口网络
(1) 输电线路的复功率方程②
DV V V V I1 1 2 1 2 B Z11 Z12 I V1 AV2 V2 V1 2 B Z22 Z12
o1
a1
b1
S2
增大
S1 P
（0） （ b10） b 2
a2
b2
增大
o2
（0） 比 b 2 超前
S2 a2 b2
电气长度的概念：α×l
全波长线路：l*=1
半径相等、圆心在jQ轴的功率圆
；相对于工频下波长的相对电气长度：l*=l
/λ= αl /2π
(αl=2π l=6000km) 半波长线路：l*=1/2 (αl=π l=3000km)
受端电压随之下降；进一步减小负荷阻抗，送达末端的功率、负荷电压将同时减小！ b）送达受端的最大功率及对应的临界电压均是负荷功率因数的函数，二者均随功率 因数的增大而增大——加强受端无功支撑可以提高输电系统的传输功率！
3 ——(3) 传输功率极限与负荷功率因数的关系
当受端接有纯有功功率负荷时， 0 ，功率极限为
b2
S2
沿线处处电压幅值相等（同样地，沿线处处电流相等），且
沿线任意处电压、电流同相位。 线路电抗无功损耗=充电无功——有功、无功损耗均为0
3 单端供电系统的功率传输特性
(1) 以负荷阻抗 表示的电压、功率特性
由相量图可得（余弦定理）：
zs zs
E 2 V 2 | zs |2 I 2 2 | zs | VI cos( )
电力系统各元件的特性和数学模型
变压器需要承受一定的机械应力，包括自身的重量、运输 过程中的振动以及运行时的电磁力等。因此，变压器需要 有足够的机械强度和稳定性。
数学模型
01 02
电路模型
变压器可以用电路模型表示，其中电压和电流的关系由阻抗和导纳表示 。对于多绕组变压器，需要使用复杂的电路模型来描述各绕组之间的耦 合关系。
。
调相机
主要用于无功补偿和电压调节 ，通过吸收或发出无功功率来
维持电压稳定。
电动机
作为电力系统的负荷，能将电 能转换为机械能。
数学模型
同步发电机
基于电磁场理论和电路理论， 建立电压、电流、功率等变量
的数学关系。
异步发电机
通过分析转子磁场与定子绕组 的相互作用，建立数学模型。
调相机
基于无功功率理论，建立电压 与无功电流之间的数学关系。
05
CATALOGUE
电力电子元件
特性
非线性特性
动态特性
电力电子元件在正常工作状态下表现出非 线性特性，如开关状态下的电压-电流关系 。
电力电子元件的动态特性表现在其工作状 态的快速变化，如开关的快速通断。
时变特性
控制性
由于电力电子元件的工作状态和效率会随 着时间、温度、负载等因素的变化而变化 。
电力系统各元件的 特性和数学模型
contents
目录
• 发电机 • 变压器 • 输电线路 • 配电系统元件 • 电力电子元件
01
CATALOGUE
发电机
特性
01
02
03
04
同步发电机
作为电力系统中的主要电源， 能将机械能转换为电能，具有
稳定的电压和频率输出。
异步发电机
直流输电系统建模与分析
直流输电系统建模与分析随着电力需求的不断增长，电力输送的可靠性和效率成为电力行业发展的重中之重。
传统的交流输电系统在长距离输电时存在较高的功率损耗和电压穿插等问题，而直流输电系统则成为了解决这些问题的有效途径。
直流输电系统建模与分析，旨在探究直流输电系统的性能和优化方法，以提升电力传输效率和稳定性。
一、直流输电系统的基本原理与构成直流输电系统是一种将交流电源通过整流设备转换为直流电源，再经过逆变器转换为交流电源传输的系统。
其基本原理是利用直流电的特性，避免了交流电在输电过程中产生的功率损耗，提高了电能的传输效率。
直流输电系统主要由四个部分组成：直流电源、整流设备、逆变器和输电线路。
直流电源是直流输电系统的核心，可以是直流发电机、光伏电池或储能装置。
整流设备负责将交流电转换为直流电，一般采用半控或全控整流装置。
逆变器则将直流电转换为交流电，以满足不同负载的需求。
输电线路负责将电能传输至各个接受点。
二、直流输电系统建模直流输电系统建模是分析和研究直流输电系统的关键步骤。
建模的目的是用数学方程和理论模型描述直流输电系统的运行规律和特性，以便进行系统性能评估和优化。
在直流输电系统建模中，一般采用基于分布参数的电路模型。
通过对直流输电系统进行电流、电压和功率的分析，可以建立系统的节点矩阵方程。
根据节点矩阵方程，可以计算各个节点的电压和功率，进而评估系统的稳定性和传输能力。
三、直流输电系统分析直流输电系统分析是对建立好的直流输电系统模型进行性能评估和优化的过程。
分析的目标是通过对系统的数学模型进行求解，得出系统在不同工况下的电压、电流和功率等参数，以便对系统进行性能评估和优化。
1. 稳定性分析：稳定性是直流输电系统运行的一个重要指标。
通过对系统模型进行稳定性分析，可以评估系统在电压偏差、电流峰值和功率波动等异常情况下的运行状况。
根据分析结果，可以确定系统的稳定性，并制定相应的控制策略。
2. 电压降分析：电压降是指直流输电系统中输电线路中电压的降低。
输电线路的电气与电晕特性的研究
输电线路的电气与电晕特性的研究随着现代社会对电力的需求不断增长，输电线路作为电力传输的主要方式，其电气与电晕特性的研究显得尤为重要。
电气与电晕特性的研究旨在深入了解输电线路中的电气行为，为输电线路的设计、运行以及维护提供科学依据。
输电线路的电气特性主要包括电压、电流、功率等基本参数。
电压是指输电线路两端的电位差，是衡量电力输送能力的重要指标。
三相交流输电线路的电压通常为额定电压，在设计和运行中要合理选择线路的电压等级，以满足电力负荷需求。
电流指的是输电线路中所传输的电量，其大小与线路的阻抗和负载有关。
功率则是电压与电流的乘积，衡量着电力的传输效率和传输能力。
输电线路的电气特性还包括电力损耗、电压稳定性、电力质量等方面的研究。
电力损耗是指输电过程中由于电阻等因素所导致的电能损失，需要通过合理的线路设计和运行管理来降低损耗。
电压稳定性则是指输电线路中电压波动的程度，过大或过小的电压波动都会对电力设备和用户造成不良影响。
而电力质量是指电能供应的可靠性、纯度和稳定性，对电力设备的正常运行和用电设备的性能有着重要影响。
输电线路由于电场强度的分布不均匀，会造成电晕现象的发生。
电晕现象是指由于电压的作用，导线周围会产生电离现象，形成电晕放电。
电晕放电会带来不良影响，如造成线路能量的损耗、电磁辐射和噪声干扰。
电晕特性的研究对于减少能源损耗和保障电力系统的正常运行具有重要意义。
电晕特性的研究主要包括电晕的形成机理、电晕现象的特征以及电晕放电的抑制方法等方面。
电晕现象与电压的大小、频率、导线形状以及周围环境等因素密切相关，需要通过实验和仿真模拟等手段来深入研究。
电晕放电的抑制方法包括改变导线形状、调整电压参数、使用抑制电晕的材料等，以减少电晕放电带来的不良影响。
通过对输电线路的电气与电晕特性的研究，可以更好地了解和掌握输电线路的运行规律，并制定相应的策略来保障电力系统的正常运行。
对电气与电晕特性的研究也有助于提高输电线路的运行效率、降低能源损耗、保障电力供应的质量和稳定性，进一步推动电力行业的发展。
超高压输电线路的设计及其特性分析
超高压输电线路的设计及其特性分析超高压输电线路是指电压等级达到1000千伏及以上的输电线路。
它具有较高的传输能力、较小的线路损耗和较远的输电距离等优势，被广泛应用于我国远距离大容量电力输电工程中。
本文将从超高压输电线路的设计和其特性分析两个方面展开论述。
首先是超高压输电线路的设计。
超高压输电线路的设计主要涉及线路的线型选择、导线的材料选择、绝缘设计和支持结构设计等。
线型选择主要考虑的是线路的冲击折减能力、风及冰荷载等因素，以及对线路周围环境、视觉效应和建筑物安全等因素的影响。
导线的材料选择要考虑导线的强度、耐腐蚀性、导电性能和温度升高系数等因素。
绝缘设计则主要考虑导线与引线之间的绝缘，以及绝缘和大气之间的绝缘。
支持结构设计要考虑线路的载荷条件、地形条件和线路的建造和维护等因素。
其次是超高压输电线路的特性分析。
超高压输电线路的主要特性包括电压损耗、电流负荷能力、过电压特性和电磁辐射特性等。
电压损耗是指线路中电能的损耗，主要由电缆本身的电阻和电导性产生。
电流负荷能力是指线路能够承受的最大电流。
过电压特性是指在线路出现短路或雷击等故障时，线路中会产生的过电压。
电磁辐射特性是指线路工作时产生的电磁波对周围环境的影响。
超高压输电线路具有较高的传输能力，能够实现大容量电能的远距离传输，可以满足我国远距离大容量电力输电的需求。
此外，超高压输电线路的线路损耗较小，能够有效降低电能传输过程中的能量损失。
它还具有较远的输电距离，能够实现远距离电力输送，减少中间电力站的设置和能源资源的浪费。
然而，超高压输电线路也存在一些挑战，比如对线路材料和绝缘技术的要求较高，安全风险较大，对环境的影响和视觉效应等问题需要重视。
综上所述，超高压输电线路的设计需要考虑线路的线型、导线材料、绝缘和支持结构等方面的因素。
而其特性分析主要包括电压损耗、电流负荷能力、过电压特性和电磁辐射特性等。
超高压输电线路具有较高的传输能力、较小的线路损耗和较远的输电距离等优势，但也面临着材料和绝缘技术要求高、安全风险大和对环境影响等挑战。
特高压输电线路的电气特性分析与计算
特高压输电线路的电气特性分析与计算随着电力需求的增长和煤炭等传统能源越来越受人们的关注，清洁、可再生能源逐渐成为了人们眼中的新宠。
但是，这些可再生能源多数位于偏远、山区地带，而市区等负荷较大的地方却离这些能源较远，因此需要在距离较远的距离进行大规模的电力输送。
而特高压输电线路应运而生，成为可再生能源的重要媒介。
特高压输电线路的电气特性分析是设计和运行这些大型输电线路的关键。
本文从介绍特高压输电线路的基本结构，电气特性理论及计算方法，以及对存在问题的探讨三个方面进行分析和论述。
一、特高压输电线路的基本结构特高压输电线路由输电塔、导线和附件等组成。
输电塔是支持导线的主要结构，导线是输电的主要媒介。
附件包括嘴管、绝缘子、接地装置、防雷设施等，起到了保持导线稳定、保护导线不受雷击等作用。
输电塔一般需要经过优化设计，以满足电力系统的需求，主要考虑的是结构的稳定性和适应性。
常见的输电塔结构主要有L形、T形、H形、十字形等，其中H形输电塔的使用比较广泛。
导线的材料、型号和截面等参数都需要进行严格的选择和计算，以满足电力输送的需求。
常见的导线材料有铝合金、铜合金等，而导线型号和截面则主要要考虑输电距离、电流大小和线损等因素。
附件的作用比较多样，但是主要目的是为了确保特高压输电线路的稳定性和安全性。
嘴管主要是调整导线的张力和方向，绝缘子则要确保导线电气性能良好，防雷设施则是为了保护导线和输电塔不受雷击。
二、特高压输电线路的电气特性理论及计算方法特高压输电线路的电气特性是指特高压输电线路在传输电力时的电气性能。
这里主要介绍特高压输电线路的电场、磁场和阻抗三个方面。
电场是特高压输电线路中最主要的电气特性之一，其主要与导线电势有关。
特高压输电线路的电场会产生电流，从而产生电磁场。
电磁场一般会有影响距离、频率等因素，其特点主要是分布比较均匀且具有一定的方向性。
特高压输电线路的阻抗则主要是指其电导率和电容值两个方面。
电导率越大，电流损耗越小；电容值越大，电场效应越强，从而导致电流损失加大。
输电线路伽马型等值电路
输电线路伽马型等值电路输电线路伽马型等值电路，听起来是不是挺复杂的？其实呢，这个东西其实没有你想象中的那么神秘，咱们一块儿把它捋捋清楚。
你想啊，咱们生活中用电，电力就像是水流一样，管道就是输电线路，电流就像是水，电力公司就好比是那个不断往管道里推水的水厂。
输电线路的作用呢，就是把电从发电厂“运输”到你家，保证你每天用电不掉链子，手机能充电，电视能开。
可是呀，这个电流可不只是咯噔咯噔地走直线，它受到了好多东西的影响——电阻、电感、电容这些，导致电流不完全是你想的那样简单。
伽马型等值电路就是用来帮忙理解这些影响的模型。
咱先来聊聊什么是伽马型等值电路。
它其实就是一个用电阻、电感和电容这些东西拼凑起来的电路图，能帮助咱们理解电流在输电线路中是怎么流动的。
你可以把它想象成一个电流的“迷宫”，电流要从发电厂穿过这座迷宫，穿越各种电阻、电感、电容的关卡，最后到达咱们家。
比如说，电感就是电流变化时产生的反应，就像是阻止你突然加速的刹车一样；电容呢，简单来说就是储存电能的地方，有点像一个充电宝；电阻嘛，就是你每走一步都得花点力气，不让电流轻松通过。
嘿，听起来是不是就觉得好像是个跟电有关的大杂烩？你也许会想，既然这些电阻、电感、电容能影响电流，那我得怎么搞清楚它们是怎么影响的呢？其实啊，伽马型等值电路就是为了给你一个清晰的模型，它用的就是“等效”这种方式，意思就是把复杂的电路“简化”成几个关键的部分，这样咱们就能更容易计算出电流的变化规律。
比如你有一个长长的电力线路，可能中间经过很多不同的电器，电流流过去的时候，电阻、电感、电容都会不同程度地对它产生影响。
为了让计算变得简单，人们就发明了伽马型等值电路，通过电路中的不同元件的组合来模拟这些复杂的电气特性。
再举个例子吧，想象一下你正站在一条蜿蜒的河流旁边，河水流得又快又急。
你可能会觉得，河道的形状、岩石的布局肯定会影响水流速度，对吧？而这条河水的速度呢，就好比是电流的大小，岩石就是电路中的电阻、电感、电容。
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AD BC 1 求解式(5.7)，末端量用始端量表示得(源自.22)VR IR=
D C
B VS
A
IS
(5.23)
下面介绍求传输矩阵的两个MATLAB函数。函数
[Z,Y,ABCD]=rlc2abcd(r,L,C,g,f,Length) 当电阻、电感和电容的单位分别为单位长度
的欧姆(ohm)，毫亨(mh)和微法( F)时，用这个函数来求传输矩阵。
L = 0.8; C = 0.0112;
% 毫亨 % 微法
Length = 130; VR3ph = 325; VR = VR3ph/sqrt(3) + j*0;
% kV (末端相电压)
[Z, Y, ABCD] = rlc2abcd(r, L, C, g, f, Length);
AR = acos(0.8);
然后，根据沿线电压电流的关系推导长线路(long line)的分布参数模型。 定义传播常数和特征阻抗,指出电力系统中波的传播速度与光速接近。由于线 路两端的状态非常重要,因而用模型等效长线路模型。接着介绍了MATLAB中 几个计算线路参数及其特性的常用函数。最后，为提高线路在空载和负荷情 况下的传输效率，又介绍了线路补偿的概念。
% kV(始端线电压)
Is = VsIs(2); Ism = 1000*abs(Is);
%A (始端电流)
pfs= cos(angle(Vs)- angle(Is));
% (始端功率因数)
Ss = 3*Vs*conj(Is);
%MVA (始端功率)
REG = (Vs3ph/abs(ABCD(1,1)) - VR3ph)/VR3ph *100;
例5.3(chp5ex3) 一条345kV的三相输电线路长130km。每相串联阻抗为 Z=0.036+j0.3 Ω/km，每相并联导 纳y j4.22106S/km。始端电压为345kV，始端电流为400A，滞后功率因数0.95。始端 负载为270MVA，滞后功率因数为0.8，电压为325kV。根据中长线路模型求末端的电压， 电流和功率，以及电压调整率。
VR
2200 3
1270
kV
视在功率为
SR(3) 381cos1 0.8 38136.87 304.8 j228.6 MVA 每相电流为
IR
S* R(3 )
3VR*
381 36.87103 31270
1000 36.87
A
由式（5.3）可知始端电压为
VS VR ZIR 1270 (6 j20)(1000 36.87)(103)
比较式(5.17)、式(5.18)与式(5.5)、式(5.6)，可得出 型线路的ABCD系数如下
A (1 ZY ) B Z 2
(5.20)
C Y (1 ZY ) D (1 ZY )
4
2
(5.21)
一般情况下,ABCD系数都为复数,并且由于 模型为一个对称的二端口网络，所以
有A=D。而且，由于我们求解的是一个线性无源双向二端口网络，所以式(5.7)传输矩 阵的行列式的值为1，即
概述
第四章中介绍了输电线的单相参数的计算，这一章重点讨论在正常运行状 态下输电线路模型及其特性。输电线路可以用单相参数模型表示，即端电压 为相对地电压，电流为相电流,因此可以将三相系统简化为等效单相系统来分 析。
计算电压，电流和功率的模型主要取决于线路的长度。在这一章，首先 介绍短线路(short line)和中长线路(medium line)的电压电流的关系，考虑一端电 压固定时，线路的电压和损耗是多少。
联电容，使用短线路模型，求始端电压和功率，电压调整率和效率。末端三相负荷 为：
（a）381，电压为220，滞后功率因数为0.8 （b）381，电压为220，超前功率因数为0.8 解：
单相串联阻抗为
Z (r jwl)l (0.15 j2 601.3263103)40
6 j20 Ω
始端每相电压为
4.68 j39.207
ABCD 3.5251e 07 j0.00054595 0.98924 j0.0012844
Is=421.132A pf=0.869657
Vs=345.002 L-L kV
Ps=218.851MW Qs=124.23Mvar
Percent voltage Reg.=7.30913
% kV (始端相电压)
Is = Ism*(cos(As) + j*sin(As));
Y (g jC)l
(5.14)
图5.4 中长线路标准模型
正常状况下，并联电纳表征电晕效应产生的穿过绝缘子的泄漏电流，可以忽略，即g=0。
C为线路每公里的对地电容，l为线路长度。 由型线路模型，可以计算线路始端的电
压和电流，如下计算：
根据KCL，串联阻抗中流过的电流 IL为
IL
IR
Y 2
VR
由KVL，始端电压为
输电线效率为
PR(3) 304.8 100 94.4% PS (3 ) 322.8
（b）超前功率因数为0.8，381MVA时的电流为
IR 始端电压为
S* R(3 )
3VR*
38136.87 103 31270
100036.87
A
VS VR ZIR 1270 (6 j20)(100036.87)(103)
短线路模型如图5.1所示.，VS 和 IS分别为线路始端的相电压和相电流，VR和 IR 分别为线
路末端的相电压和相电流。
图5.1 短线路模型
假设线路末端连接一个三相负载，视在功率为 SR(3f ) ，则末端相电流为
IR
S* R(3 )
3VR*
(5.2)
始端相电压为
VS VR ZIR
(5.3)
由于忽略了并联电容，所以始端电流等于末端电流，即
fprintf(' Is = %g A', Ism), fprintf(' pf = %g\n', pfs)
fprintf(' Vs = %g L-L kV\n', Vs3ph)
fprintf(' Ps = %g MW', real(Ss)),
fprintf(' Qs = %g Mvar\n', imag(Ss))
fprintf(' Percent voltage Reg. = %g\n', REG) 结果为
Enter 1 for Medium line or 2 for long line→1
nominal model
Z=4.68+j39.2071 ohms
Y=0+j0.000548899 siemens
0.98924 j0.0012844
输电线效率为
PR(3) 304.8 100 94.4%
PS (3 ) 322.8
5.3 MEDIUM LINE MODEL
中长线路模型
当线路长度大于80km（50英里）而小于250km（150英里）时，我们称这 样的线路为中长线路(medium length lines)。对于这种线路，由于充电电流不可 忽视，因此需要考虑分布电容。在中长线路中，将1/2集中电容分别连接在线 路的两端，成为标准的 模型，如图5.4所示。Z为线路总的串联阻抗，由式 (5.1)给出，Y为线路总的并联导纳，其表达式如下
5.2 SHORT LINE MODEL
短线路模型
当线路长度小于80km或者电压低于69kV时，可以忽略掉线路电容而不会造成大的 误差。这里,我们将单位长度的线路阻抗与线路长度相乘获得短线路模型。
Z = (r + jwL)l = R + jX
(5.1)
其中r为线路单位长度的每相电阻，L为线路单位长度的每相电感，l为线路长度。单相
由式(5.3)和式(5.4)可知，对于短线路模型
A1 B Z C 0 D 1
(5.8)
这里我们定义电压调整率的概念，即在始端电压不变时，末端电压从空载到满载时的 相对变化百分比。
PercentVR
| VR(NL) | | VR(FL) | VR(FL) |
| 100
(5.9)
空载时 IR = 0，由式(5.5)可得
CHAPTER 5 LINE MODEL AND PERFORMANCE
输电线路模型及其特性
OUTLINE
5.1 概述 5.2 短线路模型 5.3 中长线路模型 5.4 长线路模型 5.5 电压和电流波 5.6 波阻抗负载 5.7 输电线的复功率潮流 5.8 功率传输容量 5.9 线路补偿
5.1 INTRODUCTION
IS IR
(5.4)
可用下面的二端口网络代替输电线路，如图5.2所示，将上述等式写成通用电路参数的 形式，即所谓的ABCD参数形式
图5.2 二端口网络表示输电线路
VS AVR BIR
(5.5)
IS CVR DIR
(5.6)
或者写成矩阵形式
VS IS
A C
B VR
D
IR
(5.7)
求出始端电压后，就可以根据下式计算始端功率
SS (3 )
3VS
I
* S
总的线路损耗为
SL(3 ) SS (3 ) SR(3)
输电线的传输效率为
(5.11) (5.12)
PR(3 ) PS (3 )
(5.13)
这里PR(3f )和 PS (3f )分别为末端和始端的总有功功率。
例5.1(chp5ex1) 一条220的三相输电线长40。单相电阻为0.15 Ω/km，单相电感为1.3263mH/km。忽略并
SR = 270*(cos(AR) + j*sin(AR)); % MVA (末端功率)