电力系统各元件特性及数学模型

第二单元 电力系统各元件的数学模型

练习题

一、选择题（每小题至少有一个正确答案）

1．一台容量为20MVA的115.5kV/10.5kV的降压变压器高压侧一次侧电流为（ ）。 A．100A

B．171.9A

C．1.004A

D．1.719A

2．取基准容量为100MVA，110kV线路一次阻抗为40Ω，如果采用近似计算法，其标幺值（ ）。 A．0.302

B．0.330

C．5290

D．4840

3．取基准容量为100MVA，容量为20MVA的110kV/11kV降压变压器，其短路电压百分数为10.5%，如采用近似计算法，其短路电抗标幺值为（ ）。 A．0.525

B．0.021

C．1.004

D．1.719

4．取基准容量为100MVA，一台600MW发电机的功率因数为0.85，额定电压为20kV，次暂态电抗值为0.112，如采用近似计算法，其标幺值为（ ）。 A．0.01587

B．0.672

C．0.01877

D．0.7906

5．描述线路中储存磁场能量的参数（ ）。 A．电阻

B．电感

C．电源

D．电容

6．在三相对称电路中，基准值

第二章 电力系统各元件的特性参数和等值电路 主要内容提示：

本章主要内容包括：电力系统各主要元件的参数和等值电路，以及电力系统的等值网络。

§2-1电力系统各主要元件的参数和等值电路

一、发电机的参数和等值电路

一般情况下，发电机厂家提供参数为：SN、PN、cos?N、UN及电抗百分值XG%，由此，便可确定发电机的电抗XG。

按百分值定义有

XG%?XG??100?XGSNU2N?100

因此 XGXG%UN （2—1） ??100SN?2求出电抗以后，就可求电势EG(EG?UG?jIGXG)，并绘制等值电路如图2-1所示。

（a）

图2-1 发电机的等值电路

（a）电压源形式 （b）电流源形式

jXG IG???·UG

IG·UG

·↑ EG·

↑ jXG EG·jXG ·

（b）

二、电力线路的参数和等值电路

电力线路等值电路的参数有电阻、电抗、电导和电纳。在同一种材料的导线上，其单位长度的参数是相同的，随导线长度的不同，有不同的电阻、电抗、电导和电纳。

⒈电力线路单位长度的参数

电力线路每一相导线单位长度参数的计算公式如下。

⑴电阻：r1?r20?1???t?20??

单机无穷大电力系统的数学模型（含原动机）

1 单机无穷大系统（Single Machine Infinite Bus，SMIB）

发电机变压器 线路无穷大系统

无穷大容量水库-单引水管道-水轮发电机组-无穷大容量电力系统，简称为简单水电系统。

水轮机水库

发电机变压器 线路系统

引水管道2 单机无穷大系统数学模型

2.1 水力系统-水轮机线性化模型 2.1.1 水力系统线性化模型

水力系统一般使用近似的线性化模型。水轮机导叶（水门）处的水压流量传递函数为

?h(s)Gh(s)??q(s) （1） 式中 ?h——水轮机工作水头的增量；?q——水轮机流量的增量。

设单引水管道水库取水口处水压恒定，则

Trs??4Tw2?Tr?Gh(s)??2??th?s???Trs?2? （2）

式中 Tw——水流惯性时间常数，s； Tr——水击波反射时间常数，s；?——水力摩擦阻力系数。

若不考虑水力摩擦阻力，即??0，则式（2）可简化为

2Tw?TrGh(s)???th?Tr?2?s?? （3）

由

thx?xx，式（3）进一步简化为 ?12

5.2电力系统元件库

5.2.1启动电力系统元件库

启动电力系统元件库的方法有几种，下面介绍两种最简单的方法。利用指令窗口(Command Windows)启动：在指令窗口中键入powerlib单击回车，则Matlab软件中弹出电力系统元件对话框。

5.2.2电力系统元件库的简介

在电力系统元件库对话框中包含了8类库元件，分别是电源元件(Electrical Sources)、基本元器件(Elements)、电力电子元件(Power Electronics)、电机元件

(Machines)、电路测量仪器(Measurements) 、应用元件库(Application Libraries)、

附加元件库(Extras Library)、电力图形用户接口(Powergui)。

5.3同步发电机系统短路算例图

为了排除一些干扰，在仿真中得到理想的数据及波形，在本篇论文中，选择了最具有代表性的典型的电力系统——单机无穷大系统。该系统认为功率无穷大，频率恒定，电压恒定，即对现实进行近似处理，以简化模型，更有利于得出结论，简化计算过程。设计电力系统算例图如下图5.1所示。

L1GSL2L3G无穷大系统

图5.1 电力系统的算例图

5.4选用模块

5.4.1

1、电力系统由哪些主要部分组成？各部分的作用是什么？

答：发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能生产、输送、分配、使用的统一整体称为电力系统。其中发电机为生产电能设备。变压器、电力线路为变压输送分配电能设备，用电设备为耗能设备。

2、电能生产的主要特点有哪些？

答：电能生产的主要特点可以归纳为以下三点。①电能生产的连续性特点；由于电能不能大量储存，电能的生产、输送和消费是同时完成的。②电能生产瞬时性的特点；这是因为电能的传输速度非常快（接近光速），电力系统中任何一点发生故障都马上影响到整个电力系统。③电能生产重要性的特点；电能清洁卫生、易于转换、便于实现自动控制，因此国民经济各部门绝大多数以电能作为能源，而电能又不能储存，所以电能供应的中断或减少将对国名经济产生重大影响。 3、对电力系统运行的基本要求是什么？

答：对电力系统运行的基本要求有：①保证对用户的供电可靠性；②电能质量要好；③电力系统运行经济性要好；④对环境的不良影响要小。

4、电力系统中负荷的分类（I、II、III类负荷）是根据什么原则进行的？各类负荷对供电可靠性的要求是什么？

答：电力系统中负荷的分类是根据用户的重要程度和供电中断或减少对用户所造成

习题一答案

一、 填空题： 1、电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。 2、变电所的功能是接受电能、变换电压和分配电能。

3、电力线路的作用是将发电厂、变电所和电能用户连接起来，完成输送电能和分配电能的任务。

4、对工厂供配电的基本要求是安全、可靠、优质、经济。

5、中性点的运行方式有中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点直接接地系统三种。

6、电能的质量是指电压、频率和正弦波形三项指标。 二、 简答题：

1、什么叫电压偏移?如何计算电压偏移?

电压偏移指电压偏离额定电压的幅度，即电压偏差。一般以百分数表示，即：ΔV％=[（U-UN）/UN]×100%

2、发电机、用电设备和变压器三者的额定电压是如何规定的?为什么?

额定电压是国家根据国民经济发展的需要，经全面技术经济分析后确定的。发电、变电、供电、用电设备的额定电压不尽相同。用电设备的额定电压等于电力线路的额定电压；发电机的额定电压较电力线路额定电压高5％；变压器一次绕组额定电压等于发电机额定电压(升压变压器)或电力线路额定电压(降压变压器)，二次绕组额定电压较电力线路额定电压高10％或5％(视线路电压等级或线路长度而定)。

三、计算题：

1、

《电力系统分析》

第一章 电力系统的基本概念 一．基本概念

二．电力系统的结线方式 三．电压等级及适用范围

四．电力系统中性点的运行方式

一．基本概念

电力系统——是由发电厂、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。

电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。

总装机容量——指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 一．基本概念

年发电量——指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。

最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 一．基本概念

额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。 最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。 按对供电可靠性的要求将负荷分为三级

一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。 二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。 三

电力系统常识.txt男人的承诺就像80岁老太太的牙齿，很少有真的。你嗜烟成性的时候，只有三种人会高兴，医生 你的仇人和卖香烟的。 czth cnr ctm

1 题目 中性点不接地系统发生单相接地时应如何处理？

1 答案 中性点不接地系统发生单相接地时不必停电，应尽快找出故障点，排除故 1 障或将故障线路切除。如果寻找和排除故障的时间将超过二小时，必须考虑停 1 电处理，并提早通知用户。

2 TM 小接地短路电流系统发生单相接地时，由Ｙ，ｄｎ0接线、变比为10／0.4kV的 2 TM 配电变压器供电的用户为什么不知道系统发生单相接地？

2 因为用户承受的电压是由Ｙ，ｄｎ0配电变压器的低压侧供给的， 侧 2 各相电压决定于高压Ｙ侧各相绕组的电压，而Ｙ侧各相绕组的电压决定于系统 2 提供的线电压。当正常工作情况时，系统提供的线电压对称，Ｙ侧各相绕组承 2 受了对称的相对系统中性点电压，并等于相对地电压，故侧各相电压及线电 2 压对称，负荷正常工作；当系统发生单相接地，虽然各相的对地电压发生了变 2 化，但系统提供的线电压仍然维持不变，Ｙ侧各相绕组由于本

电力电子与电力传动

一、学科概况

电力电子与电力传动是一个与电能的变换与控制密切相关的应用基础学科。它是近年来发展较快的交叉学科。它综合了电能变换、电磁理论、控制理论、电子技术、计算机等学科的知识。它以控制理论为基础，运用计算机、数字信号处理器和微电子技术为手段，控制电力半导体器件开关来实现电能的变换，达到不同的使用目的。目前，电力电子技术已经广泛应用于工业生产中，如高效率、高质量的电源技术，电机传动调速系统、电力系统电能质量控制、新型直流输电技术和交流灵活输电技术等领域。电力电子与电子传动学科主要研究新型电力电子器件、电能的变换与控制、功率源、电力传动及其自动化等理论技术和应用。 在电气工程学科下，我校有电力电子与电力传动、电力系统及其自动化两个二级学科硕士点。本学科主要从事大功率整流、变流、逆变装置，电机传动装置以及与上述装置有关的控制理论和技术，故障检测、保护、仿真技术等方面的教学和研究。本学科现有教授6人，副教授14人。

学科专业研究方向

1.电力电子技术在电力系统中的应用

研究电力电子技术在电力系统中的应用。应用现代电力电子技术和控制技术实现电能质量控制，包括电力系统无功补偿、电力系统有源滤波技术和瞬

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电气工程基础负荷的运行特性及数学模型

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主要内容

电力系统的负荷与负荷曲线 负荷特性

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电力系统负荷与负荷曲线

一、电力系统负荷 二、负荷曲线

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电力系统负荷发电厂所生产的电能，除了一小部分在传输 和分配过程中损失外，全部供给了用户，而 把所有用户所使用的功率叫做电力系统负荷。 因此，具有综合特性，与各种用电设备 。

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1. 日负荷曲线 y = f Pmax (日) 2. 年最大负荷曲线 3. 年持续负荷曲线

负荷曲线

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负荷特性电力系统负荷特性是指负荷功率随电压或频 率变化而变化的规律，通常有负荷电压特性 和频率特性两种，还可划分为静态特性和动 态特性两类。

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负荷的静态特性一般表示为电压和频率的函数如：P = FP (U , f )

Q = Fq (U , f )

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负荷的动态特性计及运行状态从一种状态变化到另一种 状态时负荷急剧变化的中间过程

L) ( dt dt df dU , df , dU L Q = (U , f , dt dt df ) P = p U , f , dUq

df ,

, dU

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