《电分》课设 程荐

银川能源学院

课 程 设 计

课程名称：电力系统分析

设计题目：电力系统元件标幺值的应用及简化电路设计

学 院：电力学院 专 业：电气工程及其自动化

班 级：_电气（本）1303班 姓 名：__程荐_______ 学 号：__1310240099_______ 成 绩：________________________ 指导教师：李 莉 、张彦迪 日 期：2015年12月21日—2015年12月31日

目录

摘要 ..................................................... 2 第一章 基础资料 .......................................... 3 1.1标幺值的定义....................................... 3 1.2基准值的选取....................................... 3 1.3不同基准值的标幺值间的换算 ......................... 4 1.4变压器联系的多级电网网络中标幺值的计算 ............. 5 1.4.1准确计算法 .................................... 6 1.4.2近似计算法 .................................... 8 第二章 设计内容 .......................................... 9 2.1准确计算法设计内容 ................................. 9 2.2近似计算法设计内容 ................................ 12 第三章 结论 ............................................. 13 心得体会 ................................................ 15 致谢 .................................................... 16 参考文献 ................................................ 17 课程设计考核表 .......................................... 18

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摘要

在工作中常常要进行电机的起动设计计算，由于系统参数是进行起动分析的基础，往往需要对甲方或设计院所给的电力系统参数进行核定。同时又因为电力系统中电气设备的容量规格多，电压等级多，用有名单位制计算工作量很大，尤其是对于多电压等级的归算。因此，在电力系统的计算中，特别是在电力系统的短路计算中，各物理量广泛地采用其实际值与某一选定的同单位的基值之比来表示。此选定的值称为基值，此比值称为该物理量的标幺值或相对值。

关键词：系统参数 等效电路 标幺值

Summary

In the work of the motor starting design calculation, because the system parameters are the basis for starting analysis, often need to Party A or Design Institute of power system parameters, because the power system of electrical equipment capacity specifications, voltage and so on, with the well-known unit system calculation workload, especially for multi voltage level calculation, especially in the power system short-circuit calculation, the physical quantity widely used its actual value with a selected unit of the base value known as the base value, this ratio is called the physical value of the unit value or relative value. Keywords: system parameter equivalent circuit

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第一章 基础资料

1.1标幺值的定义

标幺值=实际值（任意单位）/基准值（与实际值同单位）。 在进行标幺值计算时，首先需选定基准值。基准值可以任意选定， 基准值选的不同，其标幺值也各异。因此，当说一个量的标幺值时，必须同时说明它的基准值才有意义。

所谓标幺制，就是把各个物理量用标幺值来表示的一种运算方法。 1.2基准值的选取

基准值的选取，除了要求基准值与有名值同单位外，原则上可以是任意的。但因物理量之间有内在的必然联系，所以并非所有的基准值都可以任意选取。在电力系统计算中，主要涉及对称三相电路，计算时习惯上采用线电压、线电流、三相功率和等值阻抗，这四个物理量应服从功率方程式和电路的欧姆定律，即

（1）

选定的各物理量的基准值满足下列关系：

（2）

将式（1）与式（2）相除后得：

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（3）

式中，下标注‘*’者为标幺值，注‘d’者为基准值，无下标为实际值。

由式（3）可以看出，在标幺制中，三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同。在各物理量取用相应的基准值情况下，线电压和相电压的标幺值相等，三相功率和单相功率的标幺值相等。 因此，有名单位制中单相电路的基本公式，可直接应用于三相电路中标幺值的运算。且计算中无需顾忌线电压和相电压、三相和单相标幺值的区别，只需注意在还原成有名值时采用相应的基准值即可。 由式（2）可以看出，基准值的选取受两个方程的约束，所以只有两个基准值可任意选取。工程计算中，通常选定功率基准值Sd

和电压基准值Ud。

1.3不同基准值的标幺值间的换算

电力系统中的发电机、变压器、电抗器等电气设备的铭牌数据中所给出的参数，通常是以其本身额定值为基准的标幺值或百分比，即是以各自的额定电压UN和额定功率SN作为基准值的。而各电气设备的额定值又往往不尽相同，基准值不相同的标幺值是不能直接进行运算的，因此，必须把不同基准值的标幺值换算成统一基准值的标幺值。 换算的方法是：先将各自以额定值作为基准值的标幺值还原为有名值，再将有名值换算成统一基准值下的标幺值。

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实际计算中，基准值的选择考虑如下：只有一台发电机或变压器，可直接取发电机或变压器的额定功率、额定电压作为基准值；如系统原件较多，为了便于计算，通常基准功率可选取某一整数，如100MVA或1000MVA，而基准电压可取用网络的各级额定电压或平均额定电压。

1.4变压器联系的多级电网网络中标幺值的计算

实际电力系统中往往有多个电压等级的线路通过升降压变压器联系组成。当用标幺值计算时，首先需将磁耦合电路变换为只有电的直接联系的电路，即先应将不同电压等级中各元件的参数全部归算至某一选定的电压级，这个电压级称为基本级（或基本段）。这种首先将网络中各元件参数全部归算为基本级下的有名值，然后再归算到基本级的基准值下的标幺值的做法，对于多级电压网络并不方便。 实际上，通常使用的方法是先确定基本级和基本级的基准电压，为消除等值电路中的理想变压器（变压器在等值电路中等效为内阻抗加理想变压器）而建立直接电的联系，需按照各电压级与基本级相联系的变压器的变比，确定其余各电压级的电压基准值，再按全网统一的功率基准值和各级电压的电压基准值计算网络各元件的阻抗标幺值。 【注：上述通常使用的方法与全部归算为基本级下的方法在数学上是一致的，证明如下。变压器U1/U2，容量S，Z1、Z2；将Z2按有名值归算到一次侧：Z2*（U1/U2）^2，标幺值为：Z2*（U1/U2）^2/（U1^2/S）=Z2/(U2^2/S)，这也就是以二次侧电压为基准的标幺值。】 这里也

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可以看出，必须是容量保证已知才有数学的严格性，这应该是说明了功率不变。

在实际使用中，根据变压器变比是按实际变比或近似变比（变压器两侧电压级的平均额定电压之比），分为准确计算法及近似计算法。

1.4.1准确计算法

图1 具有三段不同电压级的电力系统

现以图1所示系统为例，图中的三个电压段可任选一段作为基本段。假定选第Ⅰ段为基本段，其余两段（第Ⅱ段、第Ⅲ段）的电压基准值均通过变压器的实际变比计算。一般地，在经过n台变压器后，第n+1段网络的基准电压可按下式确定：

式中，Ud为基本段中选定的基准电压；Ud（n+1）为待确定段的基准电压；K1·K2···Kn为变压器变比，变比的分子向着基本段一侧的变压器额定电压，分母为向着待归算段一侧的变压器额定电压。 对于图1所示系统，第Ⅱ段和第Ⅲ段的基准电压分别为：

需要指出的是，各不同电压段的基准电压和基准电流不同，但各段的

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基准功率必须相同，这样才能保证标幺值变换上数学的严格性。在确定了网络中各段的基准电压以后，即可利用全网统一的基准功率和各段的基准电压，计算各原件的阻抗标幺值。

综上分析可见，将各段原件的阻抗直接按基本段基准电压归算的方法，比将各原件的阻抗有名值归算至基本段，然后换算为统一基准的标幺值的计算方法要简便的多，特别是对变压器数量很多的网络，将大量减少计算工作量。

由于准确计算法采用的是变压器实际变比，故计算结果是准确的。但当网络中变压器较多时，计算各段基准电压仍较复杂。此外，在实际计算中，总希望把基准电压选得等于或接近于该电压级的额定电压。这样，标幺值电压可清晰地反映实际电压的质量，即偏离其额定值的程度。另外，由于变压器实际变比与其所联系的两侧网络的额定电压之比的差异，在闭式电力网的归算中会遇到一些困难。

考虑到电力系统中处于同一电压级的各元件的额定电压亦不相同，有的高于额定电压10%（如变压器二次侧的额定电压），有的高于额定电压5%（如发电机额定电压），有的等于额定电压。为了简化计算，取同一电压级的各元件最高额定电压与最低额定电压的平均值，并称为“网络的平均额定电压Uav”。将由变压器联系的两侧网络的额定电压用网络的平均额定电压代替，变压器的实际变比用变压器两侧网络的平均额定电压之比（称为近似变化）来代替，此即近似计算法。

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1.4.2近似计算法

根据我国现有的电压等级，对不同电压等级相应的平均额定电压有如下规定：

T1的变化近似取它所联系的两侧电压级的平均额定电压之比，即以近似变比10.5/115代替实际的变比10.5/121.以图1为例，若选取第Ⅰ段的电压基准值为该段的平均额定电压UdⅠ=10.5kV，则UdⅡ=10.5/（10.5/115）kV=115kV，UdⅢ=10.5/（10.5/115*115/6.3）kV=6.3kV。

可见，各段的基准电压就直接等于该段网络的平均额定电压，无需计算。因此，对发电机和变压器，其电抗标幺值就只需进行功率归算，而不必进行电压归算。

需要注意的是：标幺值的定义是实际值/基准值，当10kV的原件用于6kV电压等级时，按照此定义进行即可。所谓多级，只是改变了电压、阻抗及电流的基准值而已。

由于各级的基准电压等于平均额定电压，且各元件的额定电压近似等于元件所在级的平均额定电压，各元件的标幺值计算公式简化为：

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第二章 设计内容

2.1准确计算法设计内容

简单电力系统如下图所示，各元件的有关参数如下： 发电机G1：60MW，10.5kV，cos=0.8； 发电机G2：50MW，10.5kV， cos=0.8；

升压变压器T1、T2： 63MVA， 10.5/242kV， Uk%=12，P0=98kW，I0%=3 ；

降压变压器T3：100MVA，220/11kV， Pk=510kW，Uk%=13，P0=140kW，I0%=2.8；

输电线路L1：75km，r1=0.14107km，x1=0.4232km，b1=2.5205*106S/km

输电线路L2：100km，r1=0.13225km，x1=0.4232km，b1=2.6465*106S/km

输电线路L3：130km，r1=0.1221km，x1=0.4069km，b1=2.6174*106S/km；

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负荷D1：SD1=80+j40MVA；负荷D2：SD2=18+j12MVA。

发电机G1和G2表示成电压源；节点1用等效负荷功率表示；T1

和T2的电阻不计，励磁导纳作为负荷功率并入发电机发出的功率中。试制定该系统的标幺值等效电路。

先求节点1的等效负荷功率

S1=SD1+ST3

=80.548+j53.2MVA

将各元件参数化为标幺值，取SB=100MVA，UB=UavN，有： T1：

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= 0.1905

T2：同T1，XT2*=0.1905，kT2*=1：1.0522 线路L1标幺值：

同理线路L2标幺值：

R*=0.025X*==0.08B*/2=0.07 线路L3标幺值：

R*=0.03X*=0.1B*/2==0.09 D:

SD1=0.8055+j0.5320SD2=0.18+j0.12

从而系统的标幺制等效电路如下图所示

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2.2近似计算法设计内容

电力系统接线图及各元件参数如下图所示，作出近似估算时电力系统的标幺制等效电路。（电阻及接地导纳均忽略不计）

取SB=100MVA,各级的电压基准近似取线路的平均额定电压，各元件标

号如图所示，则有： 发电机：

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发电机等效电源电压：

变压器T1电抗：

线路电抗：

同T1变压器T2、T3的电抗：

X4*=X5*=7/100*100/3.2=2.19

可得近似估算时电力系统的标幺制等效电路如图所示：

第三章 结论

电力系统是一个多电压等级的电力网络，制定全系统等效电路是先求出电力系统各元件的参数和等效电路，再根据它们的联结方式和拓扑关系，建立电力系统的等效网络。常用的电力系统高等效网络有

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两种，用有名制表示的多级电压等效电路和用标幺制表示的多级电压等效电路。电力系统计算中习惯采用标幺制，一个物理量的标幺值为其有名值和基准值之比。通常选定容量基准和基本级的电压基准，就可以求出各元件参数的标幺值。

近似计算时往往略去电阻和导纳，并认为系统中所有的额定电压就等于其平均额定电压从而化简等效电路。

标幺制的特点

1、 使计算大为简化。采用标幺值进行计算时，三相电路的计算公式与单相电路相同，均省去的计算，减少了出错。在对称三相系统中，三相功率与单相功率的标幺值相等，线电压与相电压的标幺值相等。当电压等于基准值时，功率的标幺值等于电流的标幺值。变压器电抗的标幺值，不论归算至那一侧都相同并等于其短路电压的标幺值。

2、 易于比较各种电气设备的特性及参数。不同型号的发电机、变压器的参数，其有名值的差别很大，如用标幺值表示就比较接近。

3、 便于对计算结果作出分析及判断其正确与否。例如电网核算中，节点电压的标幺值都应接近于1，过大或过小都表明计算有误。

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心得体会

在两周的课设的时间里，我强烈感觉到自己在很多方面的不足，对别人的依赖性比较强。我想我会在以后的学习中不断去发现自己在很多方面的不足，并一一改正，希望在以后的工作中不要犯同样的错误。

在这次课程设计中，我们尽量按照老师的要求做，但在具体的操作过程中，还是出现了很多的问题。搞完这个课程设计让我感觉电力系统分析是一门很有用的课程。因为我对它的学到的知识比较少。在很多时候我很多东西都不了解。并且走了很多的弯路。而且我感觉自己的知识不够连贯。好些时候都出现了卡壳的情况。这次课程设计后，我一定要重新对电力系统分析这门课程做进一步的了解。对在此过程中遗留下的问题做好好的研究。争取早点对电力系统分析这门课程有个全方位的了解。为在以后的毕业课程设计中多些方案。同时为我以后走上工作岗位，提升自己的专业技能，打下扎实的基础。

还有就是在十几天的课程设计中，使我养成了很好的学习习惯，和对学习知识的严谨的态度，同时也养成了积极查阅相关资料的好习惯，好习惯的养成是来之不易的，我相信在以后的学习和工作中，我将继续保持这些良好的习惯，并积极努力的学习。让自己更上一层楼。这次的课程设计是我人生的一笔财富。

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致谢

在此次课程设计过程中，我要感谢一直指导我的老师，这次课程设计的完成与老师的指导是分不开的，最终在我们的一起努力下，完成了这门课程设计。在此对指导老师李莉致以衷心的感谢。还要感谢学院图书馆为我提供丰富的参考资料，也感谢班上同学给了我很多宝贵的意见和参考使得我获益很多并顺利完成课程设计。

通过这次课程设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解，并使知识得到了进一步的巩固。在此向李莉老师表示深深的谢意和崇高的敬意！

最后，向在我大学期间给予过我鼓励、关心、帮助的各位老师、同学表示由衷的敬意！

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参考文献

[1] 朱一纶.主编电力系统分析[ M] . 北京: 机械工业出版社. 2012.4. [2] 夏道止.主编电力系统分析（第三版）.北京:中国电力出版社.2011.2 .

[3] 郭力萍 顾秀芳. 主编电力系统分析课程设计指导及示例分析 中国水利水电出版社

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课程设计考核表

学期 5 姓名 程荐 专业 电气工程及其自动化 班级 1303班 课程名称 电力系统分析 设计题目 电力系统元件标幺值的应用及简化电路设计 评定指标 知识创新性 理论正确性 分值 20 20 15 10 15 10 得分 评分 内容难易性 结合实际性 知识掌握程度 书写规范性 工作量 总成绩

10 100 18