电力系统各元件的特性和数学模型

课程名称：

电力系统分析基础

第二章电力系统各元件的特性和数学模型

第一节发电机的运行特性和数学模型

第二节变压器参数和数学模型

第三节电力线路的参数和数学模型

教学目的

1、掌握发电机、变压器、输电线路及负荷的运行特性和数学模型；

2、了解各类模型的适用范围；树立正确的电力系统仿真观点；

3、了解建立电力系统模型的方法。

教学内容

1、发电机组的运行特性和数学模型；

2、变压器的参数和数学模型；

3、电力线路的参数和数学模型；

4、负荷特性及数学模型；

5、建立电力网络的数学模型。

第一节发电机的运行特性和数学模型

一. 发电机稳态运行时的功角特性

二. 隐极发电机的运行限额和数学模型

三、凸极式发电机的运行限额和数学模型

一. 发电机稳态运行时的功角特性

同步电机稳态运行时的相量图和功角特性在电机课程中有详细介绍，这里仅作简单回顾

1．隐极机的相量图及功角特性

二. 隐极发电机的运行限额和数学模型

发电机组的运行受以下条件约束：

a.定子绕组温升约束

b.励磁绕组温升约束

c.原动机功率约束

d.其他约束

发电机运行的其他约束条件

a.定子绕组温升约束：定子绕组温升取决于定子绕组电流，即取决于发电机的视在功率。当发电机在额定状态运行时，这一约束条件体现为其运行点不得越出以点为圆心，以为半径所作的圆弧。

b.励磁绕组温升约束：励磁绕组温升取决于励磁电流，也就是取决于发电机的空载电势。这一约束条件体现为发电机的空载电势不得大于其额定值，也就是其运行点不得越出以为圆心、以为半径的圆弧。

c.原动机功率约束：原动机的额定功率往往等于与它配套的发电机的额定有功功率，这一约束体现为经点所作与横轴平行的直线。

d.其他约束：进相运行时，定子端部温升，故要限制进相运行幅度。

O OB S qN E 'O 'O B F B BC

2.发电机的数学模型

在稳态情况下，发电机就是一个电源，其数学模型是：P+jQ

三、凸极机的运行限额和数学模型

对于凸极发电机，其运行极限的确定较隐极机复杂，这里不再详细描述

①对图2-7，首先要证明投影PN 、QN 就是

根据算出的有功与无功 ②注意励磁约束

*

I U S =

变压器参数和数学模型

第二节变压器参数和数学模型 双绕组变压器参数和数学模型

三绕组变压器的参数和数学模型

自耦变压器的参数和数学模型

2、计算电抗

2、计算电抗

式中：

Ω%k U N S N U ———变压器高低压绕组的总电抗（）

———变压器的短路电压百分值

、的代表意义同计算电阻公式。

T

X

3、计算电导

式中：

0P N U ———变压器的电导（S ）

———变压器的空载损耗（kW ）

———变压器的额定电压（kV ）

T G

4、计算电纳

式中：

%k I N S N U ———变压器的电纳（S ）

———变压器的空载电流百分值

、的代表意义同计算电阻公式。

T B

3、计算电抗

（1）三绕组变压器的绕组排列方式

升压变压器：中压绕组最靠近铁芯，低压绕组居

中，高压绕组在最外层；

降压变压器：低压绕组最靠近铁芯，中压绕组居中，高压绕组在最外层；

a.考虑绝缘，所以高压绕组在最外层

b.减小漏抗

0.970+j44.07 0.425+j15.47

3.666+j43.09

3

第三节电力线路的参数和数学模型

电力线路的结构

电力线路的阻抗

电力线路的导纳

电力线路的数学模型

一、电力线路结构

架空线路

1、导线：

为增加架空线路的性能而采取的措施目的：减少电晕损耗或线路电抗。

（1）多股导线，绞线：其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推。

（2）钢芯铝绞线：a.钢芯承载，拉伸；b.铝的导电性较好；c.电流的趋肤效应

（3）扩径导线：减小电晕，增大截面积；E

正比于1/R，场强与半径成反比人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。 分裂导线：将每相导线分裂成很多根，并将它们布置在半径为的圆周上又称复导

线，其将每相导线分成若干根，相互间保

持一定的距离。但会增加线路电容。

2、避雷线

又称架空地线，设置于输电导线的上方，将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。重要的输电线路通常用两根架空地线。

3、杆塔

支持导线和避雷线

4、绝缘子

a.针式绝缘子：电压不超过35kv；

b.悬式绝缘子：成串使用，用于电压35kv及以上的线路上

通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级，一般一个绝缘子承担1万V左右的电压。

绝缘子片数与电压等级有关，规程规定如下表：

5、换位问题

目的是为了减少三相参数的不平衡。如果不换位，a、b、c三相间的距离永远是ab，bc小，ac大，影响电感；

6、电缆

（1）优点：占用土地面积少，供电可靠（不易受到外界气候及人力干扰）

缺点：造价高

（2）电缆的构造一般分为：导体、绝缘层、包护层

110kv及以上电压级的线路采用充油电缆：导体中空，内部充油