电力系统稳态课件 电力系统分析

电力系统稳态分析课程欢迎参加电力系统稳态分析课程本课程将深入探讨电力系统的稳态特性和分析方法，为学生提供全面的理论基础和实践技能课程大纲基础知识回顾系统建模12电力系统基本结构和运行概念负荷、发电设备、输电线路和变压器建模系统分析系统优化34潮流计算、故障分析和稳态分析优化目标、方法和案例研究课程目标理解基本概念建模能力掌握电力系统稳态分析的核心理学习各种电力系统组件的建模方论和概念法分析技能优化应用掌握潮流计算、故障分析和稳态学习电力系统优化的原理和实际分析的方法应用基础知识回顾电力系统基本概念1回顾电力系统的基本定义和组成部分电力系统运行原理2复习发电、输电和配电的基本原理电力系统分析方法3介绍常用的电力系统分析工具和技术电力系统基本结构发电厂输电网络将各种能源转换为电能的设施高压输电线路和变电站组成的网络配电系统将电能分配给最终用户的设施电力系统运行基本概念电压调节频率控制功率平衡系统保护维持系统电压在允许范围内的保持系统频率稳定的措施确保发电量与负荷需求相匹配防止系统故障和异常状况的设过程的机制备和策略负荷模型负荷定义负荷特性负荷建模模型应用电力系统中用电设备的总和负荷随时间和条件变化的规律用数学模型描述负荷行为在电力系统分析中使用负荷模型负荷的概念有功功率无功功率实际消耗的电能，单位为瓦特维持电磁场所需的功率，单位为（）乏（）W var视在功率功率因数有功功率和无功功率的矢量和，有功功率与视在功率的比值，反单位为伏安（）映用电效率VA负荷建模方法静态模型综合模型描述负荷在稳态条件下的特性结合静态和动态特性的复杂负荷模型123动态模型描述负荷对系统动态变化的响应负荷模型的应用负荷预测系统规划预估未来电力需求优化电力系统结构和容量运行控制故障分析实时调整系统运行状态评估系统故障影响发电设备建模发电机模型1励磁系统模型2调速系统模型3原动机模型4发电机模型同步发电机数学模型等值电路主要发电设备，将机械能转换为电能使用微分方程描述发电机的电磁和机械特简化的电路模型，便于系统分析和计算性励磁系统模型自动电压调节器励磁机控制发电机端电压的装置为发电机转子提供直流励磁电流稳定器限制器改善系统动态性能的附加控制装防止发电机超出安全运行范围的置保护装置调速系统模型测速装置1检测发电机转速的传感器控制器2根据测速信号计算控制量执行机构3调节原动机输入功率的装置输电线路模型参数确定测量或计算线路的电气参数等值电路建立线路的π型或T型等值电路数学模型推导线路的数学方程模型应用在潮流计算和故障分析中使用模型输电线路参数电阻电感R L导线的欧姆电阻，造成有功功率损耗线路的自感，影响无功功率传输电容电导C G线路对地电容，影响无功功率平衡绝缘损耗，通常可以忽略等值电路短线模型中等长度线路模型长线模型适用于公里以下的短距离线路适用于公里的中等长度线路适用于公里以上的长距离线路5050-250250潮流方程节点功率方程线路功率方程描述节点注入功率与电压的关系描述线路传输功率与两端电压的关系功率平衡方程电压约束方程表示系统总发电功率与总负荷功限定节点电压幅值的允许范围率的平衡变压器模型理想变压器1实际变压器2自耦变压器3三绕组变压器4变压器参数变比绕组电阻初级绕组与次级绕组匝数之比变压器绕组的直流电阻漏抗铁损表示变压器漏磁通的等效电抗铁心中的涡流损耗和磁滞损耗变压器等值电路型等值电路型等值电路简化等值电路Tπ适用于精确分析变压器特性便于与输电线路模型结合忽略励磁支路，适用于大多数工程计算变压器潮流计算模型选择1根据计算精度要求选择合适的等值电路模型参数转换2将变压器参数转换到统一的基准值方程建立3根据等值电路建立变压器的潮流方程迭代求解4将变压器方程纳入系统潮流计算过程系统潮流计算数据准备收集系统拓扑和参数信息模型建立构建系统的数学模型方程求解使用数值方法求解非线性方程组结果分析评估计算结果的合理性和系统运行状态潮流计算原理节点功率平衡基尔霍夫定律每个节点的注入功率等于流出功电流和电压满足基尔霍夫定律率非线性方程组迭代求解潮流方程是关于节点电压的非线通过迭代方法求解非线性方程组性方程组牛顿拉夫森法-初始值设定1为未知变量赋予初始估计值雅可比矩阵计算2计算方程组的雅可比矩阵线性化求解3求解线性化方程组得到修正量迭代更新4更新变量值并检查收敛性快速解耦法分解分解系数矩阵简化交替迭代P-θQ-V有功功率主要受相角影响无功功率主要受电压幅值影响简化雅可比矩阵，提高计算速分别求解和子问题P-θQ-V度系统故障分析故障类型识别1故障模型建立2故障计算3结果分析与应用4故障类型三相短路单相接地最严重的对称故障最常见的非对称故障两相短路两相接地两相之间的直接接触两相同时接地的故障故障计算原理对称分量法叠加原理将不对称系统分解为对称序分量将故障前状态与故障量叠加网络简化矩阵计算使用戴维宁等效简化故障点外的利用矩阵方法进行大规模系统计网络算故障计算步骤故障前分析1计算故障发生前的系统状态故障建模2根据故障类型建立相应的数学模型序网络分析3计算正、负、零序网络的等效阻抗故障量计算4求解故障点电压和电流系统响应5计算故障对系统各部分的影响系统稳态分析稳态定义系统在扰动后达到的新平衡状态稳定性评估分析系统在扰动后保持稳定的能力稳定裕度计算量化系统距离不稳定点的距离优化控制提高系统稳定性的控制策略稳态概念角度稳定电压稳定频率稳定发电机同步运行的能力系统维持正常电压水平的能力系统保持额定频率的能力稳定裕度分析静态稳定裕度暂态稳定裕度系统在小扰动下保持稳定的能力系统在大扰动下保持同步的能力电压稳定裕度频率稳定裕度系统维持可接受电压水平的能力系统在功率不平衡下维持频率的能力电压稳定性分析P-V曲线法1分析负荷功率与节点电压的关系Q-V曲线法2分析无功功率与节点电压的关系模态分析法3利用雅可比矩阵特征值分析稳定性连续潮流法4追踪系统负荷增加时的电压变化系统优化目标定义1约束条件2优化算法选择3结果验证与实施4优化目标经济性可靠性最小化系统运行成本提高系统供电可靠性环保性效率减少温室气体排放提高能源利用效率优化方法线性规划非线性规划动态规划启发式算法求解线性目标函数和约束条件处理非线性目标函数或约束条将复杂问题分解为子问题求解使用智能搜索方法求解复杂问的问题件题优化案例经济调度1优化发电机组的出力分配无功优化2调整无功补偿设备以改善电压分布网络重构3通过开关操作优化网络拓扑负荷管理4实施需求侧响应策略。