電力系統(tǒng)分析教學(xué)課件作者孫淑琴第3次課-第2章節(jié)電力系統(tǒng)各元件參數(shù)及模型課件幻燈片

1、第二章 電力系統(tǒng)各元件穩(wěn)態(tài)參數(shù)及模型（第2部分）,主要教學(xué)安排,主講內(nèi)容了解變壓器參數(shù)的物理意義；根據(jù)制造廠提供的短路損耗、短路電壓百分?jǐn)?shù)、空載損耗及空載電流百分?jǐn)?shù)，學(xué)會計(jì)算雙繞組變壓器的參數(shù)，并繪制Г型等值電路；了解三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算，注意三繞組容量比不同造成的影響；無功補(bǔ)償設(shè)備特性；電力系統(tǒng)負(fù)荷特性。教學(xué)要求掌握電力系統(tǒng)電力變壓器參數(shù)及模型、等值電路的轉(zhuǎn)換。重點(diǎn)、難點(diǎn)電力變壓器參數(shù)及模型，等值電路的轉(zhuǎn)換。,

2、主要內(nèi)容,電力變壓器參數(shù)及模型 無功補(bǔ)償設(shè)備電力系統(tǒng)負(fù)荷,三.電力變壓器參數(shù)及模型,變壓器及等值電路 變壓器參數(shù)計(jì)算,變壓器及等值電路,理想變壓器的理想特性：1）理想變壓器不消耗能量，即r=0； 2）沒有任何漏磁通，即φ1=φ2=φ，即耦合系數(shù)3）鐵芯磁導(dǎo)率μ為無限大，即各繞組自感與互感都等于無限大。,變壓器及等值電路,由理想特性可得 :,變壓器及等值電路,單相雙繞組變壓器等值電路為了簡化電力網(wǎng)的計(jì)算，雙繞組變壓器一

3、般采用Г型等效電路。,△P0+j△Q0,RT jXT,變壓器空載損耗及勵磁功率,對于地方電網(wǎng)及發(fā)展規(guī)劃中的電力系統(tǒng)通常不計(jì)變壓器的等值導(dǎo)納。,變壓器參數(shù)計(jì)算,變壓器的幾個電氣特性參數(shù)有： 短路損耗Pk、阻抗電壓百分?jǐn)?shù) ，空載損耗△P0 、空載電流百分?jǐn)?shù)I0%。 短路損耗Pk：變壓器做短路試驗(yàn)時，一次側(cè)繞組短接，另一次側(cè)繞組利用調(diào)壓變壓器加電壓，電流達(dá)到該側(cè)繞組的額定值后，所測得的有功功率即為短路損耗。

4、空載損耗△P0 ：是變壓器一次側(cè)開路，在另一次側(cè)加額定電壓時測得的變壓器的有功損耗。 阻抗電壓百分?jǐn)?shù) 空載電流百分?jǐn)?shù)I0%:,變壓器參數(shù)計(jì)算,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算：（1）電阻計(jì)算（2）電抗計(jì)算（3）電導(dǎo)計(jì)算（4）電納計(jì)算2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算3．自耦變壓器參數(shù)和等值電路,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,電阻計(jì)算：在變壓器短路試驗(yàn)中所測得的短路損耗PK近似等于額定電流流過變壓器時三相繞組

5、中的總銅耗，即,由銅耗與電阻之間的關(guān)系 得：,PK用kW，SN用kVA，UN用kV,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,PK用KW，SN用MVA，UN用kV，則上式可寫成：,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,電抗計(jì)算在短路試驗(yàn)中，短路電壓等于變壓器阻抗在額定電流下產(chǎn)生的壓降，即,對于大中型變壓器，RT可忽略。,SN用MVA，UN用kV。,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,電導(dǎo)計(jì)算變壓器空載試驗(yàn)所得變壓器空載損耗△ P0近似等于鐵耗，因此，電導(dǎo)可由空載

6、損耗求得：,PK用kW，UN用kV。,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,電納計(jì)算變壓器的電納代表變壓器的勵磁功率。由于變壓器的空載電流包含有功分量和無功分量，與勵磁功率對應(yīng)的是無功分量。由于有功分量很小，無功分量和空載電流在數(shù)值上幾乎相等，IB＝I0，則：,所以：,SN用MVA，UN用千伏。,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,【例】有一臺121/10.5kV、容量為31.5MVA的三相雙繞組變壓器，其短路損耗為200kW，空載損耗為47W，短路電

7、壓百分?jǐn)?shù)為10.5，空載電流百分?jǐn)?shù)為2.7，試計(jì)算變壓器等值阻抗與導(dǎo)納。解：計(jì)算變壓器阻抗1）串聯(lián)電阻（歸算到121kV高電壓側(cè)）,低壓側(cè)：,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,2）串聯(lián)電抗,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,3）勵磁回路（并聯(lián)）導(dǎo)納,電導(dǎo)：,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,高壓側(cè)電納：,低壓側(cè)的電納BT（低）,1．雙繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,參數(shù)等效在高壓側(cè),參數(shù)等效在低壓側(cè),2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,三繞組變壓器等值電路,三繞組變壓器短路

8、試驗(yàn)是在兩個繞組間進(jìn)行，另一繞組為開路，按雙繞組變壓器來做。另外，額定容量不同，將受到較小容量繞組的額定電流的限制。,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,三繞組變壓器三個繞組容量比按國家標(biāo)準(zhǔn)有三種類型：即第Ⅰ類：100/100/100，三繞組容量都等于變壓器的額定容量；第II 類：100/100/50，第三繞組容量僅為變壓器額定容量的50%；第III類：100/50/100，第二繞組容量為變壓器額定容量的50%。,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,

9、各繞組額定容量相同時： 若假設(shè)三繞組間的短路損耗分別為：Pk1-2，Pk1-3，Pk2-3,各繞組的短路損耗分別為：Pk1，Pk2，Pk3。,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,三繞組的等值電阻分別為：,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,額定容量不同時，短路實(shí)驗(yàn)時，只能是容量小的繞組達(dá)到它的額定電流值，所測得的短路損耗與按額定容量計(jì)算的額定電流流過時的短路損耗有差別，必須對工廠提供的短路試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行折算，例如對于一臺100/50/100

10、類型變壓器 進(jìn)行折算。短路損耗 ， 都是在第二繞組中流過變壓器額定電流的1/2時測得的，而Pk(1-3)仍是在流過變壓器額定電流時測得的。有：,為銘牌數(shù)據(jù)。,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,有時：三繞組變壓器只給出一個最大短路損耗Pkmax，最大短路損耗是指兩個100%容量繞組中流過額定電流，另一個100%或50%容量繞組空載時的損耗。由Pkmax可求得兩個100%容量繞組的電阻，另一繞組電阻就等于這兩個繞組之一電阻的兩倍。（變壓

11、器的設(shè)計(jì)原則：按同一電流密度選擇各繞組導(dǎo)線截面積）,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,對于短路電壓百分?jǐn)?shù)，按國標(biāo)規(guī)定制造廠提供的短路電壓是已經(jīng)歸算到變壓器額定電流時的數(shù)值。因此，第II、III類變壓器對于短路電壓不需要再進(jìn)行歸算了。,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,短路電壓百分?jǐn)?shù):,,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,三繞組的等值電抗分別為：,例，對于一臺額定容量30/30/20MVA的變壓器，額定電壓為 110/38.5/11kV，空載損耗為67.4W，空

12、載電流百分?jǐn)?shù)為30.1,其短路損耗、短路電壓百分?jǐn)?shù)如下，試計(jì)算變壓器等值阻抗與導(dǎo)納。,三繞組的等值電阻分別為：,三繞組的等值電抗分別為：,3）勵磁回路（并聯(lián)）導(dǎo)納,電導(dǎo)：,電納：,2．三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算,三繞組變壓器的繞組有兩種排列方式：中低高：高壓、中壓繞組間由于漏磁通道較長，阻抗電壓較大；高壓、低壓繞組間以及中壓、低壓繞組間由于漏磁通道較短，阻抗電壓較小。對升壓變壓器，須將功率自低壓繞組經(jīng)高壓、中壓繞組輸入系統(tǒng)，為減小電壓損耗。

13、對降壓變壓器，若功率主要自高壓側(cè)輸向低壓側(cè)，為減小損耗也采用此種排列方式。低中高：如低壓側(cè)各斷路器的短路容量不足，須限制短路電流時，采用此種排列方式，以滿足運(yùn)行要求。,3．自耦變壓器參數(shù)和等值電路,自耦變壓器的等值電路及參數(shù)求取與普通變壓器相同。計(jì)算等值電阻時要對短路試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行折算。,短路損耗折算方法如：短路電壓百分?jǐn)?shù)應(yīng)按下式折算：,4.變壓器的П型等值電路,前面計(jì)算中，將變壓器的阻抗折算到高壓側(cè)，因此通過計(jì)算得到的低壓側(cè)電壓

14、、電流均為折算到高壓側(cè)的數(shù)值。若在變壓器電路中增加只反映變比的理想變壓器，則可直接求出低壓側(cè)的實(shí)際電壓、電流數(shù)值。以雙繞組變壓器為例：阻抗歸算到一次側(cè)。,4.變壓器的П型等值電路,,,,,,,,,,,4.變壓器的П型等值電路,,,,ZT/k,ZT/(1-k),ZT/k(k-1),4.變壓器的П型等值電路,,,,四.無功補(bǔ)償設(shè)備,1.并聯(lián)電容器 并聯(lián)電容器是系統(tǒng)中重要的無功功率電源。使用時可將電容器連接成若干組，按需要成組地投入

15、或切除。其單位容量的投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時有功功率損耗也較小，約為額定容量的0.3％～0.5％。,輸出電流 與無功功率,2.并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器用于吸收高壓電力網(wǎng)中過剩的無功功率和遠(yuǎn)距離輸電線路參數(shù)補(bǔ)償?shù)臒o功功率。3. 靜止補(bǔ)償器 靜止補(bǔ)償器是一種動態(tài)無功補(bǔ)償裝置 靜止補(bǔ)償器的全稱為靜止無功補(bǔ)償器（SVC），有各種不同型式。目前常用的有晶閘管控制電抗器型（TCR型）、晶閘管開關(guān)電容器型（TSC）和飽和電

16、抗器型（SR型）。,四.無功補(bǔ)償設(shè)備,1）TCR-FC型補(bǔ)償器（晶閘管控制電抗器型）,四.無功補(bǔ)償設(shè)備,2）TSC型補(bǔ)償器是用可控硅投切的電容器組構(gòu)成的（Thyristor Switched Capacitor）。,用可控硅開關(guān)代替機(jī)械類開關(guān)。,,四.無功補(bǔ)償設(shè)備,3）SR型補(bǔ)償器是用直流電流控制的飽和電抗器（D.C. Control Saturable Reaction）與固定電容器的并聯(lián)組合。,四.無功補(bǔ)償設(shè)備,五.電力系統(tǒng)

17、負(fù)荷,發(fā)電廠所生產(chǎn)的電能，除了一小部分在傳輸和分配過程中損失外，全部供給了用戶，而把所有用戶所使用的功率叫做電力系統(tǒng)負(fù)荷。因此，負(fù)荷具有綜合特性，是指各種用電設(shè)備 。電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷可以簡單地表示為一個靜態(tài)（不旋轉(zhuǎn)）負(fù)荷與一臺等值異步電動機(jī)的組合。,1．靜態(tài)負(fù)荷,主要是照明負(fù)荷，含有白枳等的照明負(fù)荷與頻率無關(guān)。其中：,額定電壓,負(fù)荷電壓,負(fù)荷電壓變化量,,,,五.電力系統(tǒng)負(fù)荷,綜合負(fù)荷的靜態(tài)模型一般表示為電壓和頻率的函數(shù)：,2.

18、異步電動機(jī)為動態(tài)負(fù)荷,五.電力系統(tǒng)負(fù)荷,計(jì)及運(yùn)行狀態(tài)從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)時負(fù)荷急劇變化的中間過程。動態(tài)模型表示為：,五.電力系統(tǒng)負(fù)荷,恒定阻抗模型 模型簡單，結(jié)果與真實(shí)情況有較大差別，使用時注意場合。一般用在負(fù)荷端電壓變化不大、負(fù)荷容量小、且精度要求不高的場合,負(fù)荷綜合特性,多項(xiàng)式模型 將負(fù)荷分成三部分，恒定阻抗，恒定電流，恒定功率。 P Q U均為標(biāo)幺值。,,,,當(dāng)P=Q=U =1時：,五.電力系統(tǒng)負(fù)荷,冪函數(shù)模型