电力系统稳态分析总结.docx

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电力系统稳态分析总结

《电力系统稳态分析》总结

对于这本书的总结，我准备采用分章总结，然后在结合整本书的内容进行整合分析；最后，谈谈我对这门学科的认识。

以下内容全部由我个人概括总结而写出来的。

第一章电力系统的基本概念

第一章主要是给我们简单的介绍一下电力系统这个概念以及构成。

首先，电力系统的基本参量有七个，分别为：

（1）总装机容量（Kw、MW、GW）；

（2）年发电量（MW•h、GW•h、TW•h）；（3）最大负荷（Kw、MW、GW）；（4）额定频率（我国为50Hz）；（5）最高电压等级；（6）地理接线图；（7）电气接线图。

接下来就是讲了电能的生产、输送、消费的特点：

（1）电能与国民经济各部门之间关系密切；

（2）电能不能大量储存；（3）生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割；（4）电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速；（5）对电能质量的要求颇为严格。

接下来就强调了电力系统要稳定运行的基本要求，分别是：

（1）保证可靠地持续供电；

（2）保证良好的电能质量；（3）保证系统运行的经济性；（4）保证对环境的保护。

其中将符合分为三类，第一，一级负荷，主要为国家用电负荷。

第二，二级符合，主要为工厂以及企业的用电负荷。

第三，三级负荷，主要为家庭负荷。

然后，就是介绍了接线方式和电压等级。

接线方式分为无备用和有备用接线方式。

无备用接线方式通常有三种：

放射式，干线式和链式。

有备用可分为：

放射式、干线式、链式、环式以及两端供电网络。

其电压等级与线路传输距离有关。

以上内容为第一章的主要内容。

第二章电力系统各元件的特性和数学模型

对于本章的学习的内容主要有：

1.发电机组的数学模型；2.变压器的数学模型；3.输电线路的数学模型；4.用电负荷的数学模型。

其四种数学模型就为电力系统的四大组成部分。

发电机的数学模型：

对于发电机的数学模型，其主要的量有有功功率和机端电压或者有功功率和无功功率两种。

其对应的等值电路如下（用proteus软件画的图）：

有功功率和机端电压有功功率和无功功率

其中与发电机有关的量还有复功率以及视在功率。

复功率S=P+jQ。

与发电机有关的重要参数还有其发电机的运行极限。

在发电机的运行的时候，其不能超过最大极限值且不小于最小极限值。

一般情况要低于最大极限值。

变压器的数学模型：

对于变压器的数学模型，其主要的量有阻抗（电阻与电抗），导纳（电导与电纳），短路电压百分数以及空载电流百分数。

电阻RT对应的有功功率的电压降的值，可由短路实验测出电阻RT。

电抗XT对应的是无功功率的影响，可由短路电压百分数求出。

电导GT可由空载实验测出。

电纳可由空载电流求出。

对于变压器的数学模型有自耦变压器的数学模型和普通变压器的数学模型两种，主要以普通的变压器模型为主。

可分为Γ型和Τ型以及π型。

等值电路见下图所示（后面的图形都由proteus软件画得）：

变压器的Γ型等值电路变压器的T型等值电路变压器的π型等值电路

输电线路的数学模型：

（1）与输电线路有关的结构有：

1.架空线路的导线和避雷线。

2.架空线路的绝缘子。

3.架空线路的换位。

4.电缆线路。

对于输电线路来说，有很多参数，分别是：

阻抗（电阻Rl和电抗Xl），几何均距（Dm），导纳（电导Gl和电纳Bl）。

输电线路的参数需要强调的是电导Gl，对于输电线路来说，在设计者，对于输电线路设计是不允许有电晕放电的现象，通常在等值电路中对电导Gl的值取为0。

在输电线路的等效数学模型中，分为短线路、中等长度线路以及长线路，其等效模型也不同。

等值电路见下图所示：

短线路的等值电路中等长度线路的等值电路长线路的等值电路

负荷的数学模型：

对于负荷的数学模型，其只有两个衡量负荷的量，一个是有功功率，一个是无功功率。

所以其数学模型的等值电路如下图：

负荷的等值电路

电力网络的数学模型：

电力网络的数学模型主要的有标幺制和有名制，参数以及前面所讲的四大组成部分的数学模型的组合。

标幺制：

标幺制=

。

基准值有：

SB=

UB•IBUB=

IB•ZBZB=

所需要主意的电力网络的参数有:

每相阻抗,每相导纳，相电压，线电压，三相功率。

对于电力网络的计算时，若采用标幺制计算时，应选取基准值进行转换为标幺制。

第三章简单电力网络的计算和分析

对于本章的学习，主要涉及的就是潮流计算，要会潮流计算，就需要先了解潮流分布，各个环节的数学等效模型以及等值电路。

潮流分布：

各个环节或节点处的电压以及功率的分布。

潮流计算：

各个环节或节点处的电压以及功率的计算。

电力线路和变压器运行状况的计算与分析：

（1）输电线路上的电压降和功率损耗：

输电线路的潮流计算通常采用的都是π型等值电路，在这总结时只对π型进行总结。

对于输电线路的电压和功率的分布如图：

在此主要是讲解求解过程。

假如，在已知末端电压U2和末端功率S2，则可以求出各个支路的电压降以及功率损耗，以至最后求出首端电压和首端功率。

首端电压等于电压降与末端电压之和。

首端功率等于各个环节的功率损耗与末端功率之和。

还有一种就是已知首端电压U1和首端功率S1，求解末端电压U2和末端功率S2的问题，这种问题需要先设定末端电压为额定电压UN。

在推出末端功率，在推出末端电压，然后采用迭代法一步一步的重新计算末端电压，直至达到精度要求。

对于输电线路的潮流计算还有一些重要参数：

（1）电压损耗%。

（2）始端电压偏移%。

（3）末端电压偏移%。

（4）电压调整%。

（5）输电效率%。

输电线路的电能损耗参数：

（1）年负荷率。

（2）年负荷耗损率。

（3）线损率%。

变压器运行状况的计算：

变压器中的电压降、功率损耗和电能损耗。

其潮流分布如图所示：

对于简单网络中的变压器的等值电路通常采用Γ型等值电路。

为得到相应的变压器中的参数，则需要进行空载实验和短路实验。

辐射形和环形网络中的潮流分布：

网络接线图

等值电路

简化等值电路

以上三个图就是辐射形网络的潮流分布的数学等效模型。

在辐射形网络中，采用的计算方法是节点电压法。

在潮流计算过程中，通常采用标幺制法进行计算，可以大大的减少计算量，且同时不会出现单位的错误。

对于辐射形网络的潮流计算大致的计算步骤总结如下：

（1）找出相应的数学模型

（2）通过网络接线图画出其等值电路

（3）简化等值电路

（4）正推计算或反推迭代计算

环形网络中的潮流计算：

环形网络中的潮流分布如下图所示：

网络接线图

等值电路

简化等值电路

进一步简化后的等值电路

计算简单环式网络就是简化的回路电流法。

当环式网络中出现开口两侧时，就会存在开环运行和闭环运行，那么就涉及到一个概念，循环功率流动的问题。

对于循环功率的问题，我不是很懂，看书后也不是很理解，所以在这就不赘述了。

配电网潮流计算的特点：

（1）辐射形配电网潮流计算的特点：

1.辐射形配电网支路数一定小于节点数。

2.低压配电网由于线路电阻较大，不能采用P-Q分解法。

3.对于末端负荷节点前的支路功率就是末端运算负荷功率，可直接求支路功率损耗和电压损耗。

配电网的前推回推潮流计算方法：

前推是指已知各节点电压，计算全网的功率损耗，以得到起始点的功率；后推是指根据起始点电压和各线路起始功率，逐段计算线路电压降，以得到全网各节点的电压。

配电网前推回推潮流计算的具体步骤如下：

（1）初始化：

给定平衡节点电压

（2）计算各节点运算功率

（3）从网络的末端开始，逐步前推，由节点电压Ui0，求全网各支路功率分布

（4）从始端出发，逐步前推，由支路功率求各节点电压Ui1。

（5）利用求得的各节点电压修正PV节点电压和无功功率。

（6）检查是否已经收敛。

（7）如不满足收敛标准，将各节点电压计算值作为新的初始值自第二步开始进入下一次迭代。

电力网络潮流的调整控制

调整控制潮流的手段主要有：

（1）串联电容；

（2）串联电抗；（3）串联加压器

第四章复杂电力系统潮流的计算机算法

对于本章的学习，主要是学习迭代解法，牛顿-拉夫逊潮流计算的方法以及P-Q分解法。

综合以上计算方法运用计算机进行复杂的潮流计算。

手算已经跟不上复杂的潮流计算，则需要借助计算机来进行潮流计算。

电力网络工程：

（1）节点电压方程

IB=YB•UB

运用节点导纳矩阵则可得到节点电压方程的展开形式：

I1Y11Y12Y13…Y1n

I2Y21Y22Y23…Y2n

I3Y31Y32Y33…Y3n

.=...….

....….

....….

InYn1Yn2Yn3…Ynn

其中,IB是节点注入电流的列向量。

对于电力系统的等值网络来说，有两种计算方法，分别是运用节点电压法和运用回路电流法。

其等值电路如下图所示：

运用节点电压法时

运用回路电流法时

回路电流方程：

EL=ZL•IL

运用回路阻抗矩阵的回路电流方程展开式为：

EaZaaZabZac…Zam

EbZbaZbbZbc…Zbm

EcZcaZcbZcc…Zcm

.=...….

....….

....….

EmZmaZmbZmc…Zmm

这里的IL是回路电流的列向量,习惯上取顺时针的电流流向为正。

导纳矩阵的形成：

（1）节点导纳矩阵是方阵，其阶数就等于网络中除参考节点外的节点数n。

（2）节点导纳矩阵是稀疏矩阵，其各行非零非对角元素就等于与该行相对应节点所连接的不接地支路数。

（3）节点导纳矩阵的对角元素就等于各该节点所连接导纳的总和。

（4）节点导纳矩阵的非对角元素Yij等于连接节点i，j支路导纳的负值。

（5）节点导纳矩阵一般是对称矩阵，这是网络的互易特性所决定的。

（6）网络中的变压器，可以用等值电路表示。

导纳矩阵的修改：

（1）增加支路和节点

（2）只增加支路

（3）切除支路

（4）改变支路参数

功率方程及其迭代解法：

功率方程：

在节点电压法的基础上进行等量变换得来的。

对于功率方程来说，分别有有功功率方程和无功功率方程。

对于简单系统及其等值网络中，有如下等值电路模型：

简单系统

简单系统的等值网络

注入功率和注入电流

节点的分类：

（1）PQ节点：

已知有功功率和无功功率，求电压的幅值和相角。

（2）PV节点：

已知有功功率和电压的幅值，求无功功率和电压的相角。

（3）平衡节点：

已知电压的幅值和相角，求有功功率和无功功率。

高斯-塞德尔迭代法

牛顿-拉夫逊迭代法：

常用来解非线性方程组的方法。

牛顿-拉夫逊法潮流计算：

潮流计算的基本步骤：

（1）形成节点导纳矩阵YB。

（2）设各节点电压的初值ei0、fi0或Ui0、φi0。

（3）将各节点电压的初值带入计算式中，求修正方程中的不平衡量ΔPi0,、ΔQi0以及ΔUi02。

（4）将各节点电压的初值带入计算式中，得到雅可比矩阵。

（5）解修正方程，求各节点电压的变化量。

（6）计算各节点电压的新值。

（7）运用各节点电压的新值自第（3）步进入下一次迭代。

（8）计算平衡节点功率和线路功率。

PQ分解法潮流计算：

PQ分解法潮流计算派生于牛顿-拉夫逊法。

潮流计算时的修正方程：

ΔPHNΔφ

=

ΔQJLΔU/U

PQ分解法潮流计算的基本步骤：

（1）形成系数矩阵B’、B’’，并求其逆阵。

（2）设各节点电压的初值φ0和Ui0。

（3）按计算式计算有功功率的不平衡量ΔPi0，从而求出ΔPi0/Ui0。

（4）解修正方程，求各节点电压相位角的变量Δφi0。

（5）求各节点电压相位角的新值φ1=φ0+Δφ0。

（6）按计算式计算无功功率的不平衡量ΔQi0，从而求出ΔQi0/Ui0。

（7）解修正方程，求各节点电压大小的变量ΔUi0。

（8）求各节点电压大小的新值Ui1=Ui0+ΔUi0。

（9）运用各节点电压的新值自第（3）步开始进入下一次迭代。

（10）计算平衡节点功率和线路功率。

第五章电力系统的有功功率和频率调整

对于本章的学习，主要有负荷的有功功率的变化对整个电力系统的影响，然后发电机端对负荷的改变应做什么调整进行了分析。

负荷的变化同时也会对整个系统的频率也会产生影响，所以在发电机端也需要做到频率调整的方法与措施。

还有就是有功功率的最优分配问题，那么就要结合季节，负荷的变化来进行划分。

电力系统中有功功率的平衡：

电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分一次、二次、三次调整三种。

一次调整或频率的一次调整是指由发电机组的调速器进行的、对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。

二次调整或频率的二次调整是指由发电机的调频器进行的，对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整。

三次调整或频率的三次调整是指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷。

对于有功功率电源的系统备用容量，主要分为热备用和冷备用。

热备用：

运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差，简单点来说，就是需要用到的时候可以马上投入运行。

冷备用：

未运转的发电设备可能发的最大功率，简单点来说，就是还需要启动一段时间才能投入运行。

电力系统中有功功率的最优分配问题：

最有分配大体上包括三个部分：

机组的最优组合顺序、机组的最优组合数量和机组的最优开停时间。

目标函数和约束条件：

等约束条件：

f（x、u、d）=0

不等约束条件：

g（x、u、d）≤0

目标函数：

C=C（x、u、d）为最优

在最优分配时，还应满足等耗量微增率准则。

计算最优分配方案的步骤：

（1）设耗量微增率的初值λ0。

（2）求与λ0对应的各发电设备应发功率PGi0。

（3）校验求得的PGi0是否满足等约束条件。

（4）如不能满足，则∑PGi>∑PGLi,求λ1>λ0;反之去λ1<λ0,自第二步开始重复计算。

（5）继续计算，直至满足等约束条件而后止。

电力系统的频率调整：

一次调频（调速器）。

二次调频（调频器）。

三次调频。

对于频率的调整，其调整范围不得超过+-0.5~+-0.2，否则会对系统网络造成很大的影响。

对于频率调整有一些参数：

发电机的单位调节功率KG=-ΔPG/Δf。

调差系数：

调差系数与单位调节功率成倒数的关系。

负荷的单位调节功率：

KL=ΔPL/ΔfL

系统的单位调节功率：

KS=KG+KL

总结：

对于整本书的学习，是一个循序渐进的过程，从开始了解电力系统分析，到电力系统组成部分的定量的分析以及定性的分析。

了解到发电、输电、变电和用电的数学模型以及等值电路。

再到第三章的简单的电力系统网络的潮流计算，学到了采用迭代法的手算的方法。

还了解了配电网的分布特点等，主要学习辐射形简单网络的潮流计算。

接下来就是复杂网络的潮流计算，对于这种计算，手算是非常复杂的，于是学了了高斯-塞得尔迭代法、牛顿-拉夫逊迭代法以及P-Q分解法来进行潮流计算，采用计算机的高速运算的特点，讲这些方法以代码的形式传给电脑来进行潮流计算。

对于之后的两个章节，就是对潮流计算后的最优分配问题进行了调整。

有功功率的调整会影响到频率的变化，负荷的变化会影响到频率的变化，同时介绍了三种调频的方法，以及介绍了有功功率的最优分配问题。

在最后一章的学习，就是无功功率的最优分配的问题以及无功功率对系统电压的影响，以及介绍采取相应的办法去解决对系统电压的影响的方法。

所以，整本书的内容是一步一步的强化，循序渐进的讲解的。

学习这门学科的收获还是很大的。

对今后的帮助也会很明显。