电力系统中,只有发电机可以提供有功功率
无功功率有多种来源:发电机、调相器、无功补偿器、线路……

2.6.0 重要概念

基本级、额定值和基准值

基本级

  • 用于归算
  • 通常取最大的额定值作为基本级

额定值

  • 设备运行的最经济状态

基准值

  • 用于标幺
  • 通常取每级的额定值作为基准值
  • 名称的由来:
    • 运行在额定状态时,所有的物理量的值都是1(yao)

归算和标幺

归算和标幺是两个完全独立的过程
  • 归算只能有一个基本级
  • 额定值不同的环节,标幺的标准值不同

归算

不同环节有不同的额定值
归算的本质是:
  • 等效电路
  • 结合一个例子理解:变压器一次侧看到二次侧的等效电路

标幺

一种纯粹的数学上的数值变换
不进行标幺,全部用有名值计算也可以的;
不采用额定值,任意选取基准值进行标幺也可以

2.6.1 多级电压电力网的等值电路

问题背景

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电力系统是多电压等级网络。发电机、变压器、线路、负荷等单独元件模型可求,但得到的模型使用的电压等级不一致。
解决办法将不同电压等级元件归算到同一电压级进行计算。

多电压等级网络计算的基本步骤

  1. 设定基本级(一般取电网最高电压)
  1. 将各运行参数和元件参数归算至基本级
  1. 解归算后基本级网络
  1. 将各运行参数和元件参数由基本级归算至原始级

归算公式

其中, 为从基本级到某电压等级之间串联的变压器变比。
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变比的取值

变比的计算方式

  • 手算:使用实际变比
  • 计算机:先取线路额定电压比值,然后再修正
⚠️
特点
  1. 归算中各变压器要用实际变比
  1. 分接头改变时,相关元件的参数等需要重新归算

例题

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2.6.2 三相系统的标幺制

标幺制定义

标幺制没有量纲的相对值系统
  • 基准值:不同意义和不同量纲的物理量指定的一个基准值(标量)
  • 标幺值:某一物理量的有名值与其基准值的比值

需要指定的基准值

单相交流电路(5种)

① 单相功率 (包括视在、有功及无功功率) ② 相电压 (包括相电势) ③ 电流 (Y型接法,相电流=线电流) ④ 阻抗 (包括电阻、电抗) ⑤ 导纳 (包括电导、电纳)

三相系统(习惯使用)

三相功率 (包括视在、有功及无功功率) ⑦ 线电压 (包括线电势)

基准值之间的约束关系

为使回路方程和有名值表示时形式上相同,7个基准值应满足:
📚
关键结论:有7个基准值和5个约束方程,故只能任选2个基准值
电力系统稳态分析中,一般选定线电压三相功率基准值

基准值的选取原则

  • 线电压基准值:一般选系统或设备的额定电压(短路电流计算时常取平均电压)
  • 功率基准值:常取一个整数(如100MVA),或某一设备的额定容量;
对于多电压等级的系统:
  • 整个系统选取一个 (最大的额定容量)
    • 这样可以保证额定工况下,所有标幺功率之和为
  • 不同电压等级的环节可以选择不同的

标幺制计算步骤

① 求各元件、参数标幺值 ② 用标幺值计算 ③ 将计算结果换算回有名值

标幺制优点

① 便于多电压等级电网计算 ② 数值直观,便于分析 ③ 数值规范,便于计算 ④ 公式简单,三相与一相的标幺值相同
⚠️
重要提醒:基准值不同,标幺值不同!

2.6.3 多电压级电力网等值电路参变数的标幺值

本质问题是:
既要标幺,又要归算,怎么办?

求多电压级标幺值的两种方法

方法①:归算有名值

将各参数归算至基本级,然后除以基本级的基准值进行标幺化

方法②:归算基准值(推荐)

将基本级的基准值归算至每一电压级,以各电压级的有名值除以本级的基准值

从基本级到某电压等级之间串联有n台变比为 的变压器,该电压等级各参数有名值归算到基本级相应的标幺值如下:
其中:,即为归算之后的基准值
推荐使用方法②:计算量相对第一种方法要节省!

具体计算方法

一般采用将基本级的基准值归算至每一电压级的方法。
计算时,只要将基本级的基准电压归算到各电压级。因为功率基准值不变,其它参数的基准值可用电压基准值、功率基准值求出:

例题

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2.6.4 具有非标准变比变压器的多电压级电力网等值电路

非标准变比变压器定义

标准变比

变压器实际变比等于两侧线路电压额定值之比

非标准变比变压器

变压器实际变比与电网额定电压之比不同
具体原因在1.1.6节中已经讲过。二次侧相当于电源,为了补偿变压器和线路的损耗,二次侧的额定值通常比相连线路的额定值要高

变压器等值模型

变压器 = 励磁支路 + 阻抗支路 + 理想变压器
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红色虚线框内是一个二端口网络,其矩阵形式为:
因为 ,虚线框内部分( + 理想变压器)可作出型等值电路
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💡
关键特点:变比k变化与否,两侧U、I都是实际值,不需归算

标幺变比

引入非标准变比变压器后,引入两个理想变压器,其中后一个是标准变比
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为了使得等效变比不变,需要满足:
标幺变比定义为:
然后,再按照上述步骤对蓝色方框里的部分进行型等值电路变换:
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对于非标准变比,只是发生了变化,也就只用改变图中蓝色框中的三个阻抗值即可,不需要对整个电力系统进行重新归算!!

计算步骤

1. 取基准值

取功率基准值 、基本级基准电压 (该级电网额定电压)

2. 变压器型等值

将所有变压器分成 + 标幺变比、标准变比理想变压器两部分,将所有变压器的 + 标幺变比按π型电路等值

3. 确定各级基准值

直接以各级额定电压作该级的基准电压,并以此求出其它参数的基准值:

4. 计算标幺值

以各电压级的有名值除以各级的基准值,即得参数归算至基本级的标幺值:
🎯
重要结论
当基本级基准电压为该级电网额定电压,且所有变压器均为标准变比(额定电压之比)时,各级基准电压就是该级电网额定电压不必归算

三绕组变压器等值电路

采用非标准变比的三绕组变压器可等值为两个非标准变比的两绕组变压器
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