电力系统分析

陈丽丹

目录

  • 1 电力系统的基本概念
    • 1.1 电力系统的组成
    • 1.2 电力系统的额定电压和频率
    • 1.3 对电力系统运行的基本要求
    • 1.4 电力系统的接线方式
    • 1.5 本课程的主要内容
  • 2 电力网各元件的等值电路和参数计算
    • 2.1 架空输电线路的参数
      • 2.1.1 电力线路的结构
      • 2.1.2 架空输电线路的参数-阻抗
      • 2.1.3 架空输电线路的参数-导纳
      • 2.1.4 架空输电线路的参数-分裂导线
    • 2.2 架空输电线路的等值电路
    • 2.3 变压器的一相等值电路和参数
      • 2.3.1 变压器的结构及其短路和开路试验
      • 2.3.2 变压器的等值电路和参数计算
      • 2.3.3 三绕组变压器的参数计算
      • 2.3.4 变压器的π型等值电路
    • 2.4 标幺制
      • 2.4.1 标幺制的概念和基准值的选择
      • 2.4.2 不同基准下标幺值间的换算
      • 2.4.3 多级电压网络各元件参数标幺值的计算
  • 3 电力网络的数学模型-节点导纳矩阵
    • 3.1 节点方程及节点导纳矩阵元素的物理意义
    • 3.2 节点导纳矩阵的修改
    • 3.3 节点导纳矩阵的Matlab实现
    • 3.4 第三单元作业习题讲解
  • 4 电力系统的负荷
    • 4.1 负荷的组成及负荷曲线
    • 4.2 负荷特性与负荷模型
    • 4.3 火神山、雷神山供电系统及思考
    • 4.4 负荷分级及供电要求
  • 5 电力传输的基本概念
    • 5.1 网络元件的电压降落
    • 5.2 网络元件的功率损耗
  • 6 电力系统的潮流计算
    • 6.1 开式网络的电压和功率分布计算
      • 6.1.1 已知末端电压和负荷节点功率时的计算方法
      • 6.1.2 已知首端电压和负荷节点功率时的计算方法
      • 6.1.3 并联支路的处理
      • 6.1.4 两级电压的开式电力网计算
      • 6.1.5 复杂开式网络的潮流计算
    • 6.2 简单闭式网络的功率分布计算
    • 6.3 复杂电力系统潮流计算数学模型
    • 6.4 电力系统潮流计算内容复习
  • 7 电力系统的无功功率平衡和电压调整
    • 7.1 电力系统的无功功率平衡
    • 7.2 电压调整的基本概念
    • 7.3 电压调整的措施
    • 7.4 调压措施的应用
  • 8 电力系统的有功功率平衡和频率调整
    • 8.1 频率调整的必要性
    • 8.2 电力系统的频率特性
      • 8.2.1 系统负荷的有功功率-频率静态特性
      • 8.2.2 发电机组的有功功率-频率静态特性
      • 8.2.3 电力系统的有功功率-频率静态特性
    • 8.3 电力系统的频率调整
      • 8.3.1 一次调频
      • 8.3.2 二次调频
      • 8.3.3 互联系统的频率调整
      • 8.3.4 主调频厂的选择
      • 8.3.5 频率调整和电压调整的关系
    • 8.4 有功平衡和系统负荷在各类电厂间的合理分配
  • 9 电力系统的经济运行
    • 9.1 电力网中的能量损耗
    • 9.2 火电厂间有功功率负荷的经济分配
  • 10 期末复习课
    • 10.1 思考题
    • 10.2 计算题
  • 11 潮流计算Matlab/Python程序设计
    • 11.1 前推回代法计算过程介绍
    • 11.2 程序设计任务
    • 11.3 基于牛拉法的潮流计算程序设计
    • 11.4 基于PQ分解的潮流程序设计
    • 11.5 11.4课程上机报告
  • 12 实际电力系统视频集
    • 12.1 百年电力系列
    • 12.2 电力生产系列
    • 12.3 电力传输系列
    • 12.4 电力就业系列
电力系统的额定电压和频率

本节学习任务

(1)掌握电力系统的额定电压;

(2)掌握电力系统各级电压的配合;

(3)掌握变压器的分接头;

本节作业测试题

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所有电气设备都是按指定的频率和电压设计制造的,在此频率和电压下运行电气设备将具有最佳的技术经济指标。这个指定的频率和电压称为电气设备的额定频率额定电压

目前,世界上的电网工作频率(简称工频)有两种:60Hz和50Hz。北美采用60Hz,欧洲、亚洲等多数地区采用50Hz。一个实际正常运行的电力系统,其工作频率是一样的,处处相同(交直流混合电力系统除外),但额定电压随电气设备而不同,即使在同一电压等级范围内,各处的电压也不完全相同。这是电力系统的频率和电压所具有的不同特点。

为保证电气设备生产的系统和标准化,各国都制定有标准的额定电压等级。我国制定的标准额定电压分为三类:第一类为100V以下适用于蓄电池和安全照明用具等电气设备的额定电压;第二类为500V以下适用于一般工业和民用电气设备的额定电压;第三类为1000V以上高压电气设备的额定电压,也是电力系统中的额定电压。

定义

额定电压电气设备(包括用电、供电设备)长期稳定工作的标准电压。额定电压可以从用电设备和供电设备两方面进行理解,用电设备的额定电压表示设备出厂时设计的最佳输入电压,通常也是比较容易取得的电源供给电压。供电设备的额定电压表示供电系统的最佳输出电压,需要与用电设备的额定电压进行匹配,包括电网额定电压、发电机额定电压和电力变压器的额定电压。

意义

额定电压下,用电设备、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益。此时设备中的各部件都工作在最佳状态,性能比较稳定,寿命相对较长。指定用电设备的额定电压有利于电器制造业的生产标准化和系列化,有利于设计的标准化和选型,有利于电器的互相连接和更换,有利于备件的生产和维修等。此外,为了避免电压等级数量的无限制扩大,导致互联困难,必须使电网的额定电压标准化,为取得最佳的技术经济性能,电力设备需要在额定电压下进行优化设计、制造和使用。

额定电压确定

电网电压是有等级的,各级电网中电力设备的额定电压有较大差异。电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素,经全面分析论证,由国家统一制定和颁布的。

(1)用电设备的额定电压

用电设备的额定电压 = 额定功率 x 电阻

电器额定电压的计算方式与普通电压计算方式相同,但是通常为固定值以便于与供电系统匹配。用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。实际上,由于电网中有电压损失,致使各点实际电压偏离额定值。为了保证用电设备的良好运行,国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。显然,用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。

我国通用的电器额定电压为220V(单线用电器,如日常家电)或者380V(三线用电器,如大功率电动机)。用电设备的标签上会标出其额定电压和额定功率,如灯泡“PZ220-40”、吹风机“220V 1000W”,其中的220均代表额定电压。

(2)供电系统的额定电压

电网的额定电压等于线路首末两端电压的平均值,此电压作为确定其他电力设备额定电压的依据。

发电机的额定电压规定比同级电网电压高5%。

电力变压器变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组,当变压器接于电网末端时,性质上等同于电网上的一个负荷(如工厂降压变压器),故其额定电压与电网一致;当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器),则其额定电压应与发电机额定电压相同。对于二次绕组,额定电压是指空载电压,考虑到变压器承载时自身电压损失(按5%计),变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%,当二次侧输电距离较长时,还应考虑到线路电压损失(按5%计),此时, 二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。 [2] 

  • 1.  侯卓生.电力系统基础:中国电力出版社,2011

  • 2.  林小玲.电工电子学:机械工业出版社,2009

相关慕课学习资源

1.学堂在线-三峡大学《电力系统分析》 ;

2.学银在线-华南理工大学电力学院-武志刚老师《电力系统分析》

3.中国大学MOOC-南京工程学院《电力系统分析》

4.爱课程iCourse-清华大学《电力系统分析》