电力系统的等值电路设计

前述电力系统各元件的等值电路无法反映电力系统全貌，因而在进行电力系统分析计算时，往往需要将它们综合在一起而构成电力系统的等值电路。但电力系统网络又是由不同电压等级组成，即是网络中的各元件处于不同的电压等级之中。这样，为了进行电力系统的计算，必须把这些元件的参数折算到同一个电压等级下。多电压级电力网等值电路中各元件参数的标幺值计算要分两步计算：先将各电压等级各元件参变数的有名值归算到基本级，然后再对基本级的基准值计算标幺值。也可以应用归算到所计算电压级的基准值，直接对未归算的有名值求取标幺值。

1.等值电路的电压归算

电力系统的等值电路实际上就是由前面学过的发电机、变压器、输电线路和负荷等这些元件的等值电路连接而成的。

例如图2-17（a）所示为一个简单的电力系统接线图，只要将其中各个元件所对应的等值电路画出并连接起来就可得到图2-17（b）所示的等值电路。需要指出的是，该系统等值电路图的电压是对应于一个电压等级的，即是图中各个元件的电压是相同的，因而各个元件的等值电路才能直接连接起来。所以，在作出电力系统等值电路时，首先必须将不同电压等级的各个元件的参数折算到同一个电压等级下，就是所谓的电压等级的归算。

图2-17　系统等值电路图

要对具有多个电压等级的电力系统电路参数进行统一电压等级的归算，首先要确定这个等值电路的电压等级即是基本电压级，然后将其他电压等级的元件参数全部归算到这个电压等级。

设某电压等级与基本级之间串联有变比为k1，k2，k3，…，kn的n台变压器，则该电压级中某元件的阻抗Z、导纳Y、电压U、电流I归算到基本级的计算式分别为

2.有名值等值电路

对多电压级的电力系统作出有名值等值电路的步骤如下所述。

（1）首先选择某一电压等级为基本电压级。

（2）分别计算各电压等级的元件参数有名值。

（3）将各电压等级的元件参数全部归算到基本电压级。

下面通过例题来说明计算步骤。

【例2-6】 如图2-18所示的电力系统，各元件基本数据已标注在图中，试作出有名值表示的电力系统等值电路。

解：（1）首先选择220kV为基本电压级，并忽略35kV及以下的变压器T3，线路L2、L3的导纳支路不计。

图2-18　［例2-6］图

（2）计算各元件参数有名值。

发电机G：

变压器T1：

变压器T2：

变压器T3：

线路L1：

线路L2：(www.xing528.com)

线路L3：

（3）将各元件参数归算到基本级。

因计算变压器T1、T2和L1参数时就是在220kV这一基本级进行的，这几个元件参数不需归算，所以下面只需对发电机G、变压器T3和线路L2、L3进行参数归算即可。

（4）作出有名值表示的电力系统等值电路如图2-19所示。

图2-19　［例2-6］图

3.用标幺值表示的等值电路

与有名值一样，在对电力系统作出标幺值表示的等值电路时，其中各元件的参数也必须按统一的基准值进行归算。即是把不同基准值的标幺值参数换算成统一基准值的标幺值。一般有两种做法：一是先按前述作有名值等值电路的方法将不同电压等级的各元件参数有名值归算到基本级，然后统一除以对应基本级的基准值；二是先确定基本级的基准值，按变压器的实际变比来归算求出对应于各电压级的基准值，然后再将未经归算的各电压级的有名值参数除以各自对应电压级的基准值。

选取基准值，SB＝100MVA，UB＝220kV，在［例2-6］中已经计算得到了图2-19中各元件统一归算到220kV这一基本电压级的有名值参数，只要将这些已经归算好的元件参数分别除以该基本电压级的基准值即可得各元件的标幺值。即是

于是可以绘出图2-18标幺值等值电路图

图2-20　标幺值等值电路图

因为变压器T1、T2和线路L1的基准电压就是220kV，所以这几个元件的标幺值计算方法和结果都与前面方法一是相同的，可以直接引用计算结果。以下仅对发电机G、线路L2、L3及变压器T3作归算即可。

分析对比以上两种计算所得到的结果，可知这两种方法是一致的。但在采用第一种方法时，计算结果是在统一基准值下得到的，当要还原为各自电压等级的有名值时，还需要在重新计算；而采用第二种方法时，只需确定各电压级的基准值，然后直接在各自的基准值下计算标幺值，不需要进行参数和计算结果的归算。

4.近似简化后的等值电路

在电力系统分析计算中，通常可分为稳定状态的分析计算和故障状态的分析计算两类。对于稳定状态的分析计算一般采用前面所述的计算方法，即是采用元件的额定电压和变压器的额定电压比来进行参数计算或电压级的归算，就是公认的精确计算。这种精确计算的量一般都很大，特别是遇到电路中有较多的导纳支路时更为麻烦。所以在进行对精度要求相对较低的电力系统故障状态的分析计算时，一般考虑对上述方法作一些简化，在满足工程计算精度要求的前提下，加快计算速度，减少计算量，这种方法被称为近似计算法。

近似计算法一般可作如下简化：

（1）在元件参数的计算和电压归算时，各元件以及各电压等级都以平均电压作为基准电压。这样就简化了多电压等级电力系统等值电路中参数的多级归算，从而使计算量减少。同时各元件电抗标幺值的计算公式可以简化为

式中 SN——各元件的额定容量；

SB——指定的基准容量；

UavN——元件所在电压级的平均额定电压；

ULN——电抗器的额定电压；

ILN——电抗器的额定电流。

这些公式也是今后故障分析计算中常用的参数计算公式之一。

（2）在近似计算中，可以将某些元件的参数忽略不计，这样可以极大地简化等值电路。比如发电机、变压器的电阻通常都忽略不计；线路的电阻小于其电抗1/3时，也可忽略不计；变压器的导纳和线路的电导一般也是忽略不计；如果线路电压为35kV及以下，长度小于100km还可以忽略线路的电纳等。