电力系统分析

专业：电气工程及其自动化设计题目：电力系统分析课程设计班级：电自1143学生姓名：郑帅学号：

指导教师：

高纯斌

分院院长：许建平教研室主任：高纯斌电气工程学院

23吉林工程技术师范学院目录

第1章绪论.....................................................................................................................-3-第2章电力系统分配..................................................................................................-4-2.1电力系统组成............................................................................................................-4-2.2电力系统运作...............................................................................错误！未定义书签。第3章电力网络功率补偿.......................................................................................-5-3.1简介...............................................................................................................................-5-3.2功能...............................................................................................................................-5-3.3作用...............................................................................................................................-6-第4章电力系统继电保护.......................................................................................-7-4.1简介...............................................................................................................................-7-4.2单相接地短路故障定位原理.................................................................................-7-4.3误差分析......................................................................................................................-8-第5章课程设计总结..................................................................................................-9-第6章参考文献............................................................................................................-10--2-吉林工程技术师范学院第1章绪论电力系统——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。

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。

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。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。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。

包括单回路放射式、干线式和链式网络优点：简单、经济、运行方便无备用结线

缺点：供电可靠性差适用范围：二级负荷包括双回路放射式、干线式和链式网络优点：供电可靠性和电压质量高有备用结线

缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷

-3-吉林工程技术师范学院第2章2.1电力系统组成电力系统分配电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。输电网和配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部分。发电厂将一次能源转换成电能，经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备，从而完成电能从生产到使用的整个过程。电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统（一般称为二次系统）。

2.2电力系统运作输电网是电力系统中最高电压等级的电网，是电力系统中的主要网络（简称主网），起到电力系统骨架的作用，所以又可称为网架。在一个现代电力系统中既有超高压交流输电，又有超高压直流输电。这种输电系统通常称为交、直流混合输电系统。

配电网是将电能从枢纽变电站直接分配到用户区或用户的电网，它的作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供电，也有一部分电力不经配电变电站，直接分配到大用户，由大用户的配电装置进行配电。

在电力系统中，电网按电压等级的高低分层，按负荷密度的地域分区。不同容量的发电厂和用户应分别接入不同电压等级的电网。大容量主力电厂应接入主网，较大容量的电厂应接入较高压的电网，容量较小的可接入较低电压的电网。配电网应按地区划分，一个配电网担任分配一个地区的电力及向该地区供电的任务。因此，它不应当与邻近的地区配电网直接进行横向联系，若要联系应通过高一级电网发生横向联系。配电网之间通过输电网发生联系。不同电压等级电网的纵向联系通过输电网逐级降压形成。不同电压等级的电网要避免电磁环网。电力系统之间通过输电线连接，形成互联电力系统。连接两个电力系统的输电线称为联络线。

-4-吉林工程技术师范学院第3章电力网络功率补偿3.1简介交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功.也就是说没有消耗电能,即为无功功率.当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载,这样电流在通过它们的时候,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿。

这种功率在电网中会造成电压降落（感性电抗时）或电压升高（容性电抗时）和焦耳（电阻发热）损失，却不能做出有效的功。因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无功补偿（包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式）是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。

3.2功能无功功率的产生和影响在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时

率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率(P)的同时还需要无功功率(Q),其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗(ΔP)和无功功率损耗(ΔQ),也会产生电压降落(ΔU)。它们之间有如下关系：△U=(ΡR+QX)/U

-5-吉林工程技术师范学院式中P、Q分别为流入输电线（或变压器）的有功功率和无功功率，U是输电线（或变压器）与P、Q同一点测得的电压,R、X则分别是输电线（或变压器）的电阻和电抗。

由此可见，无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落；由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。

一般情况下，电力系统中发电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，并且为了减少有功损失和电压降落，不希望大量的无功功率在网络中流动，所以在负荷中心需要加装无功功率电源，以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。

3.3作用无功补偿：在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。无功补偿可以收到下列的效益：①提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;②减少电力网络的有功损耗；③合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；④在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；⑤装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

-6-吉林工程技术师范学院第4章4.1简介电力系统继电保护电力系统继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机保护阶段。微机继电保护的发展史微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国。电力系统继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机保护阶段。4.2继电保护发展历史电力系统继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段微机继电保护的发展史微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国。微机继电保护的发展史微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。是在英国60年代中期，有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究，为后来的继电保护发展奠定了理论基础。计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降，可靠性、运算速度的大幅度提高，促使计算机继电保护的研究出现了高潮。在70年代后期，出现了比较完善的微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。90年代，电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代，它是继电保护技术发展历史过程中的第四代。我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过10年左右的奋斗，到了80年代末，计算机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保护的研究过程中，高等院校和科研院所起着先导的作用。从70年代开始，华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上的新一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机-7-吉林工程技术师范学院－变压器组保护也相继于1989年、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993年、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。因此到了90年代，我国继电保护进入了微机时代。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，并且应用于实际之中[1～3]。4.3电力系统继电保护原理继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。

电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：

(1)电流增大。短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。

(2)电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。

(3)电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。

(4)测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。

不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。

利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。

此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护。分类

继电保护可按以下4种方式分类。

-8-吉林工程技术师范学院①按被保护对象分类，有输电线保护和主设备保护(如发电机、变压器、母线、电抗器、电容器等保护)。

②按保护功能分类，有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护；后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。

③按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类，有模拟式保护和数字式保护。一切机电型、整流型、晶体管型和集成电路型（运算放大器）保护装置，它们直接反映输入信号的连续模拟量，均属模拟式保护；采用微处理机和微型计算机的保护装置，它们反应的是将模拟量经采样和模/数转换后的离散数字量,这是数字式保护。

④按保护动作原理分类，有过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、距离保护、差动保护、高频（载波）保护等。

-9-吉林工程技术师范学院第五章课程设计总结在这段实践学习当中，我收获了很多东西。老师细心的教导，同学们之间互相帮助完成实验的过程，让我受益匪浅，值得回味。

我们本次的课程设计时间应该是比较紧迫的。所以我们也做了比较仔细和充分的准备。先是到学校图书馆和学校的网上数字图书馆进到了各种资料，在按照老师给我们的技术要求的基础上然后再分析整理加以组织，这样构成了自己课题的主体部份。在这过程中我态度端正，积极上进，踏实认真。认为这是一次自己学习的好机会。同时也得到老师亲自指导，这是很宝贵的。先是到学校图书馆和学校的网上数字图书馆进到了各种资料，在按照老师给我们的技术要求的基础上然后再分析整理加以组织，这样构成了自己课题的主体部份。在这过程中我态度端正，积极上进，踏实认真。认为这是一次自己学习的好机会。同时也得到老师亲自指导，这是很宝贵的。

总而言之，感谢老师细心的指导和同学们的帮助，我收获了很多，希望在以后的实习当中自己能够运用这周学到的东西，收获更多。

-10-吉林工程技术师范学院第六章参考文献[1]何仰赞，温增银，电力系统分析[上，下].华中科技大学出版社.2002，3.[2]泸强,王鸿,韩英铎,输电系统最优控制[M].北京科学出版社,1982.[3]商国才;电力系统自动化[M];天津(天津大学出版社),1999.[4]陆超,唐义良,谢小荣,等,仿真软件MATLABPSB与PSASP模型及仿真分析[J]电力系统自动化2004,24(9):24-27.[5]张宜华,精通MATLAB5.北京:清华大学出版社,1998.[6]程卫国,冯峰等.MATLAB5·3应用指南.北京∶人民邮电出版社.2000-11-吉林工程技术师范学院-12-吉林工程技术师范学院评分项目

1.独立分析与解决问题的能力2系统设计能力3.实验结果、报告撰写情况4.辅导答疑5.设计态度7.出勤很强很强规范积极积极全勤较强较强整洁认真认真评分标准

一般一般逻辑应付应付缺勤次数较差杂乱不能很差有错误消极消极量化分数

103525101010附加评语

量化总分

二、评语及成绩

课程设计成绩：指导教师：

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